MAF型棉花加工安全防護(hù)系統(tǒng)在棉花加工廠的應(yīng)用

■　趙　云劉文婷李文俠〔北京中棉工程技術(shù)有限公司，北京0005〕〔國(guó)家棉花加工工程技術(shù)研究中心，北京0005〕

MAF型棉花加工安全防護(hù)系統(tǒng)在棉花加工廠的應(yīng)用

■趙云1劉文婷2李文俠2
〔1北京中棉工程技術(shù)有限公司，北京100052〕
〔2國(guó)家棉花加工工程技術(shù)研究中心，北京100052〕

項(xiàng)目名稱：MAF型棉花加工安全防護(hù)系統(tǒng)中試

棉花加工企業(yè)是一級(jí)防火單位，安全防護(hù)工作的重點(diǎn)是防止火災(zāi)。而目前棉花加工企業(yè)的安全防護(hù)工作重點(diǎn)主要是放在籽棉貨場(chǎng)和成品棉包庫(kù)房以及廠區(qū)和車間管理上，主要依賴于消防設(shè)施、管理制度和人的感官。在棉花加工生產(chǎn)車間，常常是擋車工聞到氣味或者發(fā)現(xiàn)冒煙了才緊急停車處理，缺乏科學(xué)的預(yù)警技術(shù)手段。

在棉花加工過(guò)程中，棉纖維是在機(jī)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(shù)，因此多種非棉纖維物質(zhì)與金屬機(jī)械碰撞產(chǎn)生火星而引燃的棉纖維隨輸送管道內(nèi)的空氣流動(dòng)，極易發(fā)生燃燒。由國(guó)家棉花加工工程技術(shù)研究中心研發(fā)的MAF型棉花加工安全防護(hù)系統(tǒng)是針對(duì)棉纖維、棉短絨等纖維性物料在機(jī)械加工、氣力輸送過(guò)程中產(chǎn)生的微弱火星設(shè)計(jì)研制的火星檢測(cè)設(shè)備，適用于棉花加工生產(chǎn)線進(jìn)行火情檢測(cè)。

一、系統(tǒng)功能和特點(diǎn)

(一)系統(tǒng)功能

MAF型棉花加工安全防護(hù)系統(tǒng)采用大視角、高靈敏度紅外線檢測(cè)探頭,應(yīng)用電源線載波通訊技術(shù)，通過(guò)傳感器將火警信息快速報(bào)告主機(jī)，主機(jī)根據(jù)用戶設(shè)置的參數(shù)發(fā)出指令，與棉花加工系統(tǒng)各加工設(shè)備聯(lián)動(dòng)，并能啟動(dòng)火患棉旁路排除執(zhí)行機(jī)構(gòu)，真正做到“防火于未燃”，以確保生產(chǎn)安全。

(二)系統(tǒng)特點(diǎn)

火情探測(cè)是根據(jù)監(jiān)測(cè)環(huán)境中火情的變化特征來(lái)識(shí)別火情發(fā)生發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)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(hào)的物理或化學(xué)參量的方法或技術(shù)。火情產(chǎn)生早期一般采用檢測(cè)氣體和煙霧的方式進(jìn)行，但是在棉花加工過(guò)程中產(chǎn)生的火星很小，由于高速氣流攜帶物料通過(guò)管道，待其發(fā)展成燃燒氣體和煙霧已經(jīng)造成大面積棉花的損毀，因此利用氣體和煙霧探測(cè)的方法無(wú)法避免損失。

本項(xiàng)目通過(guò)研究棉纖維火星的紅外光譜特性，使用紅外探測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)棉纖維火星的探測(cè)與跟蹤，可以快速發(fā)現(xiàn)在管道內(nèi)高速運(yùn)行的火星。

棉花加工工藝路線較長(zhǎng)，有幾十臺(tái)機(jī)器設(shè)備，當(dāng)發(fā)生火情時(shí)，難以憑味覺、視覺在短時(shí)間內(nèi)找到火情發(fā)生點(diǎn)，會(huì)使火情迅速蔓延。本系統(tǒng)特有的編碼技術(shù)可以使發(fā)現(xiàn)火星的傳感器準(zhǔn)確鎖定火情位置，操作者會(huì)準(zhǔn)確無(wú)誤地對(duì)確定起火點(diǎn)進(jìn)行處理，有效防止了火情蔓延，減少了財(cái)產(chǎn)損失和人力物力浪費(fèi)。

二、系統(tǒng)工作原理

MAF型棉花加工安全防護(hù)系統(tǒng)主要由以下三部分組成。

(一)火星檢測(cè)傳感器

火星檢測(cè)傳感器檢測(cè)到火星輻射出的紅外光時(shí)，火星檢測(cè)傳感器內(nèi)的變送器將光波信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)放大處理后通過(guò)傳感器內(nèi)的二進(jìn)制編碼開關(guān)將其編碼，以電源線載波通信方式傳送給火情監(jiān)控主機(jī)。

(二)火情監(jiān)控主機(jī)

火情監(jiān)控主機(jī)將接收到的信號(hào)調(diào)制解碼后，送入微處理器進(jìn)行計(jì)算和處理，并輸出聲光報(bào)警、火患棉旁路排除機(jī)構(gòu)、開關(guān)量等控制信號(hào)，并顯示火星出現(xiàn)區(qū)域、時(shí)間。

(三)火患棉旁路排除機(jī)構(gòu)

火情監(jiān)控主機(jī)輸出電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)電磁閥動(dòng)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(jìn)行處理。

MAF型棉花加工安全防護(hù)系統(tǒng)工作原理框圖如圖1所示。

圖1　MAF型棉花加工安全防護(hù)系統(tǒng)工作原理框圖

三、系統(tǒng)中應(yīng)用的關(guān)鍵技

術(shù)

(一)適應(yīng)棉纖維火星特征識(shí)別的紅外探測(cè)技術(shù)

棉花火星中心點(diǎn)波長(zhǎng)約為1 μm，現(xiàn)使用的火星檢測(cè)傳感器可以檢測(cè)到此類接近燃點(diǎn)的棉花火星及以上范圍明火的光波，并將其轉(zhuǎn)換成微弱的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大電路將信號(hào)放大，再經(jīng)過(guò)編碼電路編碼后，輸出特定的信號(hào)傳輸給主機(jī)內(nèi)的控制電路，進(jìn)行處理?；鹦菣z測(cè)傳感器工作原理如圖2所示。

圖2　火星檢測(cè)傳感器工作原理

(二)電源線載波通信技術(shù)

電源載波通信技術(shù)是將信號(hào)耦合到電源上以載波方式傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)，火星檢測(cè)傳感器探測(cè)到火星產(chǎn)生電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過(guò)編碼電路編碼耦合到電源線上傳輸，主機(jī)內(nèi)控制電路接收到火星檢測(cè)傳感器傳輸?shù)木幋a信號(hào)后，先將其通過(guò)譯碼電路進(jìn)行解碼，再傳給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)編程控制同時(shí)輸出不同的命令信號(hào)。

電源載波通信技術(shù)的應(yīng)用符合棉花加工廠復(fù)雜的工況環(huán)境，在保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，火星檢測(cè)傳感器可以多個(gè)串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)相結(jié)合的接線方式，方便布線、安全可靠。

四、棉花加工生產(chǎn)線火情隱患部位分析

籽棉喂料環(huán)節(jié)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?，F(xiàn)在棉花加工廠大部分使用籽棉喂料機(jī)進(jìn)行自動(dòng)喂料，而籽棉喂料機(jī)中設(shè)有多個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的刺釘輥筒，通過(guò)刺釘輥筒對(duì)籽棉進(jìn)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(jìn)入生產(chǎn)車間。在這種機(jī)械化自動(dòng)喂棉過(guò)程中，刺釘呈螺旋狀排列而且還有多個(gè)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(jīng)過(guò)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(jīng)過(guò)多次的打擊破碎成小塊，隨配棉絞龍進(jìn)入軋花機(jī)，軋花機(jī)內(nèi)的清花輥筒對(duì)籽棉再次進(jìn)行打擊、開松、除雜后仍有部分小塊硬雜質(zhì)進(jìn)入軋花工作箱中與高速旋轉(zhuǎn)的鋸片進(jìn)行接觸，這是最容易產(chǎn)生火星的關(guān)鍵點(diǎn)，也是安全隱患最大的關(guān)鍵點(diǎn)。棉花加工過(guò)程中籽棉清理機(jī)、軋花機(jī)、皮棉清理機(jī)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(jià)值的棉纖維或短纖維，但同時(shí)也含有各種各樣的雜質(zhì)，對(duì)清理回收設(shè)備危害極大，這也是火情安全隱患之一。

為此，本系統(tǒng)火星檢測(cè)傳感器主要安裝在較容易發(fā)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(jī)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(guān)鍵部位。圖3為火星檢測(cè)傳感器在棉花加工生產(chǎn)線的典型應(yīng)用布局。

圖3　火星檢測(cè)傳感器在棉花加工生產(chǎn)線的典型應(yīng)用布局

五、實(shí)際應(yīng)用效果跟蹤

系統(tǒng)經(jīng)過(guò)近幾年在阿克蘇、庫(kù)爾勒、奎屯、精河等地的應(yīng)用和不斷的改進(jìn)完善，精確監(jiān)測(cè)火星位置、及時(shí)報(bào)警并聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線相關(guān)設(shè)備等功能運(yùn)行穩(wěn)定，在減少處理火情的時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，減少人力和物力的浪費(fèi)等方面得到廣大用戶的認(rèn)可。

六、結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)本系統(tǒng)的工作原理、關(guān)鍵技術(shù)研究以及對(duì)棉花加工生產(chǎn)線上火情隱患部位的分析，MAF型棉花加工廠安全防護(hù)系統(tǒng)在棉花加工生產(chǎn)線上應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、準(zhǔn)確鎖定火星所在位置、及時(shí)報(bào)警、快速執(zhí)行排火，真正實(shí)現(xiàn)了防火于未燃，具有廣闊的應(yīng)用前景?！?/p>

基金項(xiàng)目：農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項(xiàng)目(2013GB24420649)