淺談火情探測系統(tǒng)在棉花加工車間的應(yīng)用

■ 劉盼盼 馬偉松

〔中華全國供銷合作總社鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計研究所，河南鄭州 450004〕

一、引言

長期以來，新疆地方和兵團(tuán)的棉花加工企業(yè)都執(zhí)行著嚴(yán)格完整的消防安全規(guī)范。棉花加工廠企業(yè)的消防工作一般是由主管領(lǐng)導(dǎo)直接負(fù)責(zé)，上級主管部門也會對棉花加工企業(yè)進(jìn)行嚴(yán)格的消防檢查，檢查合格后才能發(fā)證進(jìn)行生產(chǎn)。

棉花加工企業(yè)對籽棉貨場、加工車間、成品棉包以及廠區(qū)的安全防護(hù)都高度重視，使得企業(yè)的消防設(shè)施、管理制度得以不斷完善。近幾年全疆棉花加工企業(yè)沒有發(fā)生過重大火災(zāi)事故，但是在棉花加工車間的小火災(zāi)事故卻時有發(fā)生，所以在棉花加工車間設(shè)置一套火情探測系統(tǒng)，為生產(chǎn)車間增加一層防火屏障，對保證棉花生產(chǎn)安全和人員生命安全有著重大作用。

二、棉花加工行業(yè)的實際情況

棉花加工企業(yè)是一級防火單位，以前棉花加工車間的防火主要靠人工巡查，聞到棉纖維燃燒的氣味或是看到冒煙，證明有火災(zāi)發(fā)生。棉花生產(chǎn)線上的風(fēng)力輸送管道和箱體等相對密閉，使得火情極不易被發(fā)現(xiàn)，一般只有經(jīng)驗豐富的工人才能及早發(fā)現(xiàn)火情，判斷位置并進(jìn)行合理處置。

隨著棉花種植和采摘方式的轉(zhuǎn)變，機采棉的種植面積和產(chǎn)量在逐步增大，早期的手摘棉加工車間為了能夠加工機采棉，增加了一些機采棉配套清理設(shè)備，加工生產(chǎn)線也越來越長。然而大多數(shù)早期設(shè)計的車間的空間比較緊湊，很多設(shè)備被安放在二層、三層平臺上，更有老車間在改造加工工藝時把一些設(shè)備安裝在車間以外，這都給工人及時發(fā)現(xiàn)和處理火情帶來了困難，棉花火情探測系統(tǒng)能很好地解決上述問題。

三、火情探測系統(tǒng)主要技術(shù)概述

（一）火情探測系統(tǒng)的理論及結(jié)構(gòu)

棉花加工車間火情探測系統(tǒng)是集紅外檢測技術(shù)、電源載波通訊技術(shù)、抗干擾技術(shù)、自動化控制技術(shù)為一體的高科技安全防護(hù)產(chǎn)品。將裝有火情探測傳感器的探頭安裝在棉花加工生產(chǎn)線的關(guān)鍵位置，在棉花加工過程中，一旦檢測到棉纖維產(chǎn)生的微弱火星，立即通過獨立的載波通訊技術(shù)上傳到火情監(jiān)控中心。火情監(jiān)控中心將接收到的信號經(jīng)過分析處理，顯示火星出現(xiàn)的具體時間和區(qū)域，并發(fā)出聲光報警信號呼叫人員處置，發(fā)出停止或者減速指令，有效地把火災(zāi)消滅在萌芽狀態(tài)，將經(jīng)濟(jì)損失降到最低。

火情探測系統(tǒng)具有實時性、可擴展性，可串并聯(lián)、組網(wǎng)方便的特點，對棉花加工生產(chǎn)線上的各種惡劣工況適應(yīng)性強，同時易安裝、維護(hù)簡單。火情探測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 火情探測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（二）火情探測傳感器的選擇

火情探測傳感器相當(dāng)于系統(tǒng)的“感覺器官”，通過檢測環(huán)境中火災(zāi)的特征物理量的變化，如溫度、煙霧、氣體和光輻射等，判斷是否有火災(zāi)發(fā)生，一旦檢測出異常數(shù)值就立即向火情監(jiān)控中心發(fā)送信號。

在早期的火情探測系統(tǒng)產(chǎn)品中，傳感器一般選用的是煙霧探測器，通過檢測棉花加工過程中氣體和煙霧的濃度，達(dá)到火災(zāi)預(yù)警的目的。然而由于棉花加工過程中以風(fēng)力作為物料的主要傳送方式，在輸棉管道內(nèi)的風(fēng)速甚至可以超過20m/s。火災(zāi)早期，氣流輸送攜帶著細(xì)小火星的物料高速通過管道時，煙霧探測器很難檢測到異常，當(dāng)其燃燒到產(chǎn)生大量煙霧被傳感器檢測出來時，火災(zāi)已經(jīng)發(fā)展嚴(yán)重，會造成大面積棉花燒毀，嚴(yán)重時甚至可以將設(shè)備損毀報廢。因此煙霧探測器具有嚴(yán)重的滯后性，無法適應(yīng)棉花加工生產(chǎn)的防火需求。

新型的火情探測系統(tǒng)采用了大視角、高靈敏度的紅外線檢測傳感器，當(dāng)火情發(fā)生時，通過檢測火星的紅外光波，對棉纖維中夾雜的火星進(jìn)行探測和跟蹤，可以及時發(fā)現(xiàn)在管道內(nèi)高速移動的火星。傳感器將光波信號轉(zhuǎn)化為電信號通過放大電路以電源線載波通信方式傳送傳送至火情監(jiān)控中心，中心即刻發(fā)出聲光警報，并準(zhǔn)確鎖定火情位置。值班人員通過可視化主機界面可輕松確定起火點，只要快速響應(yīng)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)幕鹎樘幚砭湍苡行Х乐够饎萋樱瑴p少經(jīng)濟(jì)損失，保護(hù)生命和財產(chǎn)安全。

（三）探頭安裝位置的選擇

由于探頭上的傳感器使用的是紅外線檢測傳感器，所以在安裝時應(yīng)盡量避免安裝在被陽光直射或反射到的位置，以免受到太陽光干擾，誤觸發(fā)火情警報系統(tǒng)，造成設(shè)備不能正常工作。檢測探頭應(yīng)重點安裝在火災(zāi)易發(fā)區(qū)域的管道內(nèi)，如籽棉喂棉處，籽棉清理管道、軋花機皮棉管道、皮棉清理管道等位置。

另外，如需安裝兩支以上的火情探測傳感器，應(yīng)盡可能保證探頭安裝位置相距2m。這樣一方面可減少探頭數(shù)量節(jié)約成本，另一方面避免同一區(qū)域出現(xiàn)火情時兩個探頭重復(fù)報警造成主機識別混亂的情況。

（四）基于MC145027芯片的電源載波通訊技術(shù)

棉花加工工藝路線較長，通常一條生產(chǎn)線上有幾十臺機器設(shè)備協(xié)同工作，需要對多個點進(jìn)行檢測。工業(yè)現(xiàn)場采用的傳統(tǒng)方法是在關(guān)鍵檢測點安裝傳感器，以數(shù)據(jù)線加電源線的方式連接到主機，通過數(shù)據(jù)線發(fā)送傳感器的模擬信號以供主控制中心處理。這種設(shè)計的缺陷是模擬信號通過數(shù)據(jù)線傳到主控制中心的過程中容易受到強電磁干擾，數(shù)據(jù)信號不穩(wěn)定。另外，主控制中心與各個傳感器之間會有多根線纜連接，接口的電路比較復(fù)雜，每增加一個傳感器就需要增加一根線纜連接至主機，增加線纜的使用量和復(fù)雜程度，不利于后期的維護(hù)。

電源載波通訊技術(shù)是將電源線作為傳輸媒介，將載波信號耦合到電源線上實現(xiàn)各個探頭和主機之間數(shù)據(jù)傳遞的手段。基于MC145027芯片的電源載波通訊技術(shù)，使主機和各個傳感器之間只需通過三線即可實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸，各個探頭皆可串聯(lián)或者并聯(lián)，不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，傳輸速率快，節(jié)約成本，布線方便，如圖2所示。MC145027芯片和MC145026芯片配套使用具有特殊的編碼和譯碼方式，能夠有效克服強電磁干擾，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，非常適合在棉花加工車間這種容易產(chǎn)生干擾的特殊環(huán)境中工作。

圖2 探頭連接示意圖

四、總結(jié)

眾所周知，棉花加工生產(chǎn)過程中很容易發(fā)生火災(zāi)，一般工作人員很難在短時間內(nèi)準(zhǔn)確判斷火災(zāi)情況。火情探測系統(tǒng)通過實時監(jiān)測、精準(zhǔn)定位、快速反應(yīng)，可以輕松應(yīng)對棉花加工生產(chǎn)過程中各種突發(fā)狀況。該系統(tǒng)具有靈敏度高、安裝簡單、操作便捷的優(yōu)點，能有效減少火情處理時間，保障生產(chǎn)安全，提高生產(chǎn)效率，減少人力和財力的浪費，真正做到防患于未然。☆