煙草企業粉塵防爆預警系統設計與應用

王學軍 韓清林 徐彥雷 桂 彬

（1．山東中煙工業有限責任公司，山東 滕州 277599；2．北京航天拓撲高科技有限責任公司，北京 100176）

0 引言

隨著國民經濟的發展，國家安檢部門對企業生產的安全要求不斷提高，制定了一系列企業生產安全規范。在各類安全隱患中，粉塵爆炸[1]是其中的一種。粉塵爆炸由于其突發性強，爆炸前期無特殊預兆，爆炸后果危害嚴重，在礦井開采、金屬冶煉等工業領域，類似事故時有發生。因此，國家安檢部門對企業生產中的粉塵濃度指標、粉塵環境作業有嚴格的要求。

煙草行業作為國民經濟的重要行業，在生產過程中，存在粉塵爆炸的隱患。在卷煙生產的制絲車間、卷包車間、動力能耗車間以及鍋爐機房等，都存在一定濃度的粉塵。車間中的烘絲機、切絲機以及風選機等設備，在高速運轉過程中，會產生高溫高壓氣流，與高濃度粉塵環境接觸，極易發生粉塵爆炸事故。因此，煙草企業亟需粉塵防爆預警系統，實時監測車間粉塵濃度，集中監控，提高車間的安全生產管理水平。

在滕州卷煙廠粉塵防爆預警系統中，車間的不同區域布置了溫度傳感器、粉塵濃度傳感器、火花探測器以及壓差傳感器等，實時監測傳感器數據，綜合預警控制器對數據集中處理，通過局域網將數據傳輸至監控中心，設備自動關聯風機、隔斷以及噴淋等消除隱患裝置。當系統監測到某一指標數據超過預警值，現場控制器聲光報警提示，自動啟動風機等裝置，消除隱患，同時將報警信息通過GSM發送給責任人進行人工干預。滕州卷煙廠粉塵防爆預警系統，實時監控車間粉塵隱患，自動消除異常隱患，可以有效地降低發生粉塵爆炸事故的概率，為企業的安全生產提供保障。

1 系統技術

1.1 多通路數據傳感器

預警系統首先需要數據采集，在煙廠不同的區域，設置了與粉塵隱患相關的各類傳感器，包括氣體傳感器、粉塵濃度傳感器、溫濕度傳感器、設備運行狀態傳感器、壓差傳感器以及火花探測器等監測設備，24 h實時采集數據，將采集的數據傳輸到綜合預警控制器進行處理。

1.2 綜合預警控制器

在車間的不同監測區域，分別設置一臺綜合預警控制器，用于收集多路傳感器采集的溫度、粉塵濃度等監測指標的實時值。預警控制器關聯聲光報警器、風機、噴淋設備以及隔斷設備等消除隱患裝置，用于消除隱患，并通過局域網將數據實時發送至監控中心。

1.3 PLC邏輯編程控制

在綜合預警控制器中，通過PLC編程實現功能控制。PLC編碼系統對多路傳感器采集的數值進行判斷，如果某一指標超過預警值，向光電報警器發送信號，同時根據具體指標向風機等設備發送信號，啟動風機，消除隱患。

1.4 OPC數采

OPC是應用于Windows平臺的一套屬性和方法的標準集，用于工業生產和自動化系統，可以實現高級編程語言與工業生產的數據交互。通過OPC數采服務，系統可以將PLC采集的溫度、粉塵濃度和壓差值等實時數據傳輸至監控中心，保存到數據中心服務器，用于數據分析和Web頁面展示。

1.5 監控界面Web展示

煙廠各個區域采集的實時值，系統保存至實時值數據庫，通過Java編程語言，開發Web頁面，展示實時數據。通過Web頁面，系統可以查看車間各個區域采集數據的實時值，也可以通過曲線圖、柱狀圖等方式，查看一定時間區間內的歷史數據趨勢圖，方便安檢人員進行橫向和縱向對比分析。

1.6 GSM服務

GSM是全球移動通信系統的簡稱，滕州卷煙廠粉塵防爆預警系統通過移動通信網絡接口，向安全責任人發送預警短信。短信服務平臺實時獲取傳感器采集值，進行后臺計算分析，如果超過設定的預警值，則調用GSM通信接口，將具體的報警信息發送至指定安全責任人的手機。

2 系統技術要求及原理架構

2.1 硬件要求

現場傳感器要求靈敏度高，數據精度高，傳感器采集的數據一般精確到小數點一位以上。采集信息通過數字信號傳輸，避免因環境干擾，影響數據準確性。網絡傳輸通過光纖，提高傳輸效率，避免因網絡延遲，造成信息傳輸延誤。在系統投入使用前，聲光報警服務、GSM短信報警服務，需要經過多次實地演練，避免出現緊急狀況信息誤報。

2.2 軟件要求

Web信息展示系統采用高級語言編寫，界面簡潔明晰，功能豐富，操作便利。通過Web頁面，車間不同區域的工作人員可以查看傳感器采集的實時值，也可以通過曲線圖等二維畫面，查看一段時間內某一參數的歷史趨勢圖，方便工作人員對環境數據進行對比分析。

2.3 原理架構

系統的原理架構如圖1所示，在煙廠涉塵作業區域，安裝溫濕度、氣體和壓差等各類傳感器。傳感器及監測裝置通過數字信號將監測到的環境數據上傳至對應的綜合預警控制器。綜合預警控制器對數據進行打包分析，通過局域網上傳至監控中心服務器。

圖1 系統原理架構圖

監控中心對數據進行分析處理，保存到數據庫，如果監測到數據異常，系統彈窗報警提示，自動啟動風機等消除隱患裝置，并根據設置的報警閾值給相關人員發送短信通知進行人為干預。廠內其他人員可在局域網內通過Web頁面，隨時登錄查看歷史數據及報警信息。

3 系統主要功能

圖2展示的是滕州粉塵防爆預警系統部分運行效果圖，在圖中，系統可以查看車間不同區域的傳感器采集實時值。切換界面，系統可以查看某一指標在指定時間區間的詳細數據及其對應的曲線圖。切換至報警信息界面，工作人員可以查看歷史報警數據記錄。在預警系統中，安檢員可根據具體需求調整某一指標的報警閾值，系統會自動記錄安檢員的操作修改日志。

圖2 系統部分運行展示圖

系統實現的主要功能如下所示：1）系統實現了煙廠作業區域內粉塵濃度、溫濕度等與粉塵爆炸相關環境指標的實時數據采集。煙廠的制絲車間、卷包車間、動力車間、鍋爐房等不同區域，通過布設大量環境傳感器，系統實時獲取車間不同作業區域的粉塵濃度、溫濕度、電火花等環境數據，實現了車間工作環境的信息化監控。2）系統實現了車間突發環境隱患的自動化消除功能。粉塵作業區域內的環境數據，被實時傳輸到綜合預警控制器，控制器與風機、隔斷和噴淋等消除隱患設施關聯。當系統判斷某一監測數據超過預警值，自動啟動風機、噴淋等設備消除隱患，為車間生產營造一個安全的作業環境。3）系統實現了卷煙廠作業環境數據的統計分析功能。通過傳感器和光纖網絡，車間的環境數據集中發送到監控中心，存儲到數據中心服務器。通過前端頁面，工作人員可以查看某一區域、某一指標的歷史數據趨勢圖。根據趨勢圖的走勢，可以推測某段時間內該傳感器區域的環境狀況，工作人員可以做出對應的調整措施。4）系統實現了車間突發隱患報警自動推送給責任人功能。通過GSM和網絡通信接口，系統掃描到環境異常隱患，自動將報警信息推送給安全責任人，直到隱患消退。責任人收到信息，采取人工干預措施，避免因人為原因給車間生產帶來損失。

4 系統應用

煙草粉塵防爆預警系統在滕州卷煙廠已經投入使用，安全運行3 a。系統運行期間，共觸發自動報警59次，2018年24次，2019年19次，2020年16次。其中粉塵濃度報警31次，溫度異常報警16次，火花報警6次，其他異常報警6次。系統每次報警都采取了對應的消除隱患措施，包括啟動風機和噴淋等設備，消除隱患，對車間生產未造成危害。同時，系統通過GSM服務，將報警信息推送給安保科責任人，責任人根據具體報警內容，采取應對措施，包括加強環境通風，清除發熱過量隱患裝置等。

通過對近3年系統報警次數的橫向對比發現，每年的報警次數依次遞減，報警傳感器的位置也各不相同，出現過報警信息的傳感器在環境整改以后，沒有再次出現報警。由此可見，在預警系統和車間安保人員的共同努力下，滕州卷煙廠的車間生產環境逐步改善，安全隱患逐漸降低。從側面反映出煙草粉塵防爆預警系統對于改善滕州卷煙廠車間生產環境起到了良好的效果。應用粉塵防爆預警系統，使滕州煙廠的車間生產環境會更加完善，同時保障生產安全。

5 結語

滕州卷煙廠粉塵防爆預警系統，實現了車間的溫濕度、粉塵濃度等環境數據的全區域監控，突發異常環境隱患的自動化處理，異常信息自動推送給安全責任人等功能，給車間生產提供了安全穩定的生產環境。數據中心保存的環境數據，為工藝員分析車間環境變化提供數據基礎。隨著“智慧工廠”、“數據挖掘”等概念的興起[2-3]，將系統的環境數據與制絲車間的煙絲工藝生產相融合，研究環境因素的變化對煙絲品質的影響，從而調整工藝指標，提高煙絲品質，是煙草企業環境預警系統未來的研究方向。通過環境預警系統、數據挖掘和數據分析等技術，為打造煙草行業的智慧工廠而努力。