MAF型棉花加工安全防護系統在棉花加工廠的應用

■　趙　云劉文婷李文俠〔北京中棉工程技術有限公司，北京0005〕〔國家棉花加工工程技術研究中心，北京0005〕

MAF型棉花加工安全防護系統在棉花加工廠的應用

■趙云1劉文婷2李文俠2
〔1北京中棉工程技術有限公司，北京100052〕
〔2國家棉花加工工程技術研究中心，北京100052〕

項目名稱：MAF型棉花加工安全防護系統中試

棉花加工企業是一級防火單位，安全防護工作的重點是防止火災。而目前棉花加工企業的安全防護工作重點主要是放在籽棉貨場和成品棉包庫房以及廠區和車間管理上，主要依賴于消防設施、管理制度和人的感官。在棉花加工生產車間，常常是擋車工聞到氣味或者發現冒煙了才緊急停車處理，缺乏科學的預警技術手段。

在棉花加工過程中，棉纖維是在機械作用下與棉籽和葉雜分開，由于各類物料的輸送基本全部使用氣力輸送技術，因此多種非棉纖維物質與金屬機械碰撞產生火星而引燃的棉纖維隨輸送管道內的空氣流動，極易發生燃燒。由國家棉花加工工程技術研究中心研發的MAF型棉花加工安全防護系統是針對棉纖維、棉短絨等纖維性物料在機械加工、氣力輸送過程中產生的微弱火星設計研制的火星檢測設備，適用于棉花加工生產線進行火情檢測。

一、系統功能和特點

(一)系統功能

MAF型棉花加工安全防護系統采用大視角、高靈敏度紅外線檢測探頭,應用電源線載波通訊技術，通過傳感器將火警信息快速報告主機，主機根據用戶設置的參數發出指令，與棉花加工系統各加工設備聯動，并能啟動火患棉旁路排除執行機構，真正做到“防火于未燃”，以確保生產安全。

(二)系統特點

火情探測是根據監測環境中火情的變化特征來識別火情發生發展過程中產生的氣(燃燒氣體)、煙(煙霧粒子)、熱(溫度)、光(火焰)等表征火情信號的物理或化學參量的方法或技術。火情產生早期一般采用檢測氣體和煙霧的方式進行，但是在棉花加工過程中產生的火星很小，由于高速氣流攜帶物料通過管道，待其發展成燃燒氣體和煙霧已經造成大面積棉花的損毀，因此利用氣體和煙霧探測的方法無法避免損失。

本項目通過研究棉纖維火星的紅外光譜特性，使用紅外探測技術實現對棉纖維火星的探測與跟蹤，可以快速發現在管道內高速運行的火星。

棉花加工工藝路線較長，有幾十臺機器設備，當發生火情時，難以憑味覺、視覺在短時間內找到火情發生點，會使火情迅速蔓延。本系統特有的編碼技術可以使發現火星的傳感器準確鎖定火情位置，操作者會準確無誤地對確定起火點進行處理，有效防止了火情蔓延，減少了財產損失和人力物力浪費。

二、系統工作原理

MAF型棉花加工安全防護系統主要由以下三部分組成。

(一)火星檢測傳感器

火星檢測傳感器檢測到火星輻射出的紅外光時，火星檢測傳感器內的變送器將光波信號轉化為電信號，電信號經放大處理后通過傳感器內的二進制編碼開關將其編碼，以電源線載波通信方式傳送給火情監控主機。

(二)火情監控主機

火情監控主機將接收到的信號調制解碼后，送入微處理器進行計算和處理，并輸出聲光報警、火患棉旁路排除機構、開關量等控制信號，并顯示火星出現區域、時間。

(三)火患棉旁路排除機構

火情監控主機輸出電壓信號驅動電磁閥動作，壓縮氣體迅速將翻板打開把輸棉管道隔斷，將火患棉流入卸料器進行處理。

MAF型棉花加工安全防護系統工作原理框圖如圖1所示。

圖1　MAF型棉花加工安全防護系統工作原理框圖

三、系統中應用的關鍵技

術

(一)適應棉纖維火星特征識別的紅外探測技術

棉花火星中心點波長約為1 μm，現使用的火星檢測傳感器可以檢測到此類接近燃點的棉花火星及以上范圍明火的光波，并將其轉換成微弱的電信號，經過放大電路將信號放大，再經過編碼電路編碼后，輸出特定的信號傳輸給主機內的控制電路，進行處理。火星檢測傳感器工作原理如圖2所示。

圖2　火星檢測傳感器工作原理

(二)電源線載波通信技術

電源載波通信技術是將信號耦合到電源上以載波方式傳輸的通信技術，火星檢測傳感器探測到火星產生電信號，電信號經過編碼電路編碼耦合到電源線上傳輸，主機內控制電路接收到火星檢測傳感器傳輸的編碼信號后，先將其通過譯碼電路進行解碼，再傳給單片機，單片機通過編程控制同時輸出不同的命令信號。

電源載波通信技術的應用符合棉花加工廠復雜的工況環境，在保持系統穩定運行的基礎上，火星檢測傳感器可以多個串聯、并聯或串并聯相結合的接線方式，方便布線、安全可靠。

四、棉花加工生產線火情隱患部位分析

籽棉喂料環節是棉花加工的第一道工藝，籽棉中難免存在一些金屬、石塊、磚瓦等密度很大、硬度很高的重雜物或硬雜物。現在棉花加工廠大部分使用籽棉喂料機進行自動喂料，而籽棉喂料機中設有多個高速旋轉的刺釘輥筒，通過刺釘輥筒對籽棉進行快速打擊，起到開松和去雜作用，然后被吸棉管道吸入輸送管道進入生產車間。在這種機械化自動喂棉過程中，刺釘呈螺旋狀排列而且還有多個輥筒，硬性雜物很容易被刺釘打擊引起火星甚至引燃棉花。

籽棉經過重雜物分離器、兩次以上的籽棉清理，大型重雜物基本被排除，也有些籽棉經過多次的打擊破碎成小塊，隨配棉絞龍進入軋花機，軋花機內的清花輥筒對籽棉再次進行打擊、開松、除雜后仍有部分小塊硬雜質進入軋花工作箱中與高速旋轉的鋸片進行接觸，這是最容易產生火星的關鍵點，也是安全隱患最大的關鍵點。棉花加工過程中籽棉清理機、軋花機、皮棉清理機排出的小花頭、不孕籽棉、帶纖維籽屑等其中含有很多有使用價值的棉纖維或短纖維，但同時也含有各種各樣的雜質，對清理回收設備危害極大，這也是火情安全隱患之一。

為此，本系統火星檢測傳感器主要安裝在較容易發生火警的工藝位置，例如：外吸籽棉管道中喂棉口附近的輸送管道、軋花機皮棉道、總集棉管道、不孕籽棉和下腳棉絨清理回收管道等關鍵部位。圖3為火星檢測傳感器在棉花加工生產線的典型應用布局。

圖3　火星檢測傳感器在棉花加工生產線的典型應用布局

五、實際應用效果跟蹤

系統經過近幾年在阿克蘇、庫爾勒、奎屯、精河等地的應用和不斷的改進完善，精確監測火星位置、及時報警并聯動生產線相關設備等功能運行穩定，在減少處理火情的時間，提高生產效率，減少人力和物力的浪費等方面得到廣大用戶的認可。

六、結論

本文通過對本系統的工作原理、關鍵技術研究以及對棉花加工生產線上火情隱患部位的分析，MAF型棉花加工廠安全防護系統在棉花加工生產線上應用能夠實現在線實時監測、準確鎖定火星所在位置、及時報警、快速執行排火，真正實現了防火于未燃，具有廣闊的應用前景。☆

基金項目：農業科技成果轉化資金項目(2013GB24420649)