煙草企業(yè)粉塵防爆預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王學(xué)軍 韓清林 徐彥雷 桂 彬

（1．山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，山東 滕州 277599；2．北京航天拓?fù)涓呖萍加邢挢?zé)任公司，北京 100176）

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)家安檢部門(mén)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)的安全要求不斷提高，制定了一系列企業(yè)生產(chǎn)安全規(guī)范。在各類(lèi)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(fā)性強(qiáng)，爆炸前期無(wú)特殊預(yù)兆，爆炸后果危害嚴(yán)重，在礦井開(kāi)采、金屬冶煉等工業(yè)領(lǐng)域，類(lèi)似事故時(shí)有發(fā)生。因此，國(guó)家安檢部門(mén)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)中的粉塵濃度指標(biāo)、粉塵環(huán)境作業(yè)有嚴(yán)格的要求。

煙草行業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要行業(yè)，在生產(chǎn)過(guò)程中，存在粉塵爆炸的隱患。在卷煙生產(chǎn)的制絲車(chē)間、卷包車(chē)間、動(dòng)力能耗車(chē)間以及鍋爐機(jī)房等，都存在一定濃度的粉塵。車(chē)間中的烘絲機(jī)、切絲機(jī)以及風(fēng)選機(jī)等設(shè)備，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生高溫高壓氣流，與高濃度粉塵環(huán)境接觸，極易發(fā)生粉塵爆炸事故。因此，煙草企業(yè)亟需粉塵防爆預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車(chē)間粉塵濃度，集中監(jiān)控，提高車(chē)間的安全生產(chǎn)管理水平。

在滕州卷煙廠粉塵防爆預(yù)警系統(tǒng)中，車(chē)間的不同區(qū)域布置了溫度傳感器、粉塵濃度傳感器、火花探測(cè)器以及壓差傳感器等，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傳感器數(shù)據(jù)，綜合預(yù)警控制器對(duì)數(shù)據(jù)集中處理，通過(guò)局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心，設(shè)備自動(dòng)關(guān)聯(lián)風(fēng)機(jī)、隔斷以及噴淋等消除隱患裝置。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到某一指標(biāo)數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)警值，現(xiàn)場(chǎng)控制器聲光報(bào)警提示，自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)等裝置，消除隱患，同時(shí)將報(bào)警信息通過(guò)GSM發(fā)送給責(zé)任人進(jìn)行人工干預(yù)。滕州卷煙廠粉塵防爆預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控車(chē)間粉塵隱患，自動(dòng)消除異常隱患，可以有效地降低發(fā)生粉塵爆炸事故的概率，為企業(yè)的安全生產(chǎn)提供保障。

1 系統(tǒng)技術(shù)

1.1 多通路數(shù)據(jù)傳感器

預(yù)警系統(tǒng)首先需要數(shù)據(jù)采集，在煙廠不同的區(qū)域，設(shè)置了與粉塵隱患相關(guān)的各類(lèi)傳感器，包括氣體傳感器、粉塵濃度傳感器、溫濕度傳感器、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)傳感器、壓差傳感器以及火花探測(cè)器等監(jiān)測(cè)設(shè)備，24 h實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄C合預(yù)警控制器進(jìn)行處理。

1.2 綜合預(yù)警控制器

在車(chē)間的不同監(jiān)測(cè)區(qū)域，分別設(shè)置一臺(tái)綜合預(yù)警控制器，用于收集多路傳感器采集的溫度、粉塵濃度等監(jiān)測(cè)指標(biāo)的實(shí)時(shí)值。預(yù)警控制器關(guān)聯(lián)聲光報(bào)警器、風(fēng)機(jī)、噴淋設(shè)備以及隔斷設(shè)備等消除隱患裝置，用于消除隱患，并通過(guò)局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至監(jiān)控中心。

1.3 PLC邏輯編程控制

在綜合預(yù)警控制器中，通過(guò)PLC編程實(shí)現(xiàn)功能控制。PLC編碼系統(tǒng)對(duì)多路傳感器采集的數(shù)值進(jìn)行判斷，如果某一指標(biāo)超過(guò)預(yù)警值，向光電報(bào)警器發(fā)送信號(hào)，同時(shí)根據(jù)具體指標(biāo)向風(fēng)機(jī)等設(shè)備發(fā)送信號(hào)，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，消除隱患。

1.4 OPC數(shù)采

OPC是應(yīng)用于Windows平臺(tái)的一套屬性和方法的標(biāo)準(zhǔn)集，用于工業(yè)生產(chǎn)和自動(dòng)化系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)高級(jí)編程語(yǔ)言與工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)交互。通過(guò)OPC數(shù)采服務(wù)，系統(tǒng)可以將PLC采集的溫度、粉塵濃度和壓差值等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心，保存到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，用于數(shù)據(jù)分析和Web頁(yè)面展示。

1.5 監(jiān)控界面Web展示

煙廠各個(gè)區(qū)域采集的實(shí)時(shí)值，系統(tǒng)保存至實(shí)時(shí)值數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)Java編程語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)Web頁(yè)面，展示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。通過(guò)Web頁(yè)面，系統(tǒng)可以查看車(chē)間各個(gè)區(qū)域采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)值，也可以通過(guò)曲線圖、柱狀圖等方式，查看一定時(shí)間區(qū)間內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖，方便安檢人員進(jìn)行橫向和縱向?qū)Ρ确治觥?/p>

1.6 GSM服務(wù)

GSM是全球移動(dòng)通信系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)，滕州卷煙廠粉塵防爆預(yù)警系統(tǒng)通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)接口，向安全責(zé)任人發(fā)送預(yù)警短信。短信服務(wù)平臺(tái)實(shí)時(shí)獲取傳感器采集值，進(jìn)行后臺(tái)計(jì)算分析，如果超過(guò)設(shè)定的預(yù)警值，則調(diào)用GSM通信接口，將具體的報(bào)警信息發(fā)送至指定安全責(zé)任人的手機(jī)。

2 系統(tǒng)技術(shù)要求及原理架構(gòu)

2.1 硬件要求

現(xiàn)場(chǎng)傳感器要求靈敏度高，數(shù)據(jù)精度高，傳感器采集的數(shù)據(jù)一般精確到小數(shù)點(diǎn)一位以上。采集信息通過(guò)數(shù)字信號(hào)傳輸，避免因環(huán)境干擾，影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。網(wǎng)絡(luò)傳輸通過(guò)光纖，提高傳輸效率，避免因網(wǎng)絡(luò)延遲，造成信息傳輸延誤。在系統(tǒng)投入使用前，聲光報(bào)警服務(wù)、GSM短信報(bào)警服務(wù)，需要經(jīng)過(guò)多次實(shí)地演練，避免出現(xiàn)緊急狀況信息誤報(bào)。

2.2 軟件要求

Web信息展示系統(tǒng)采用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)，界面簡(jiǎn)潔明晰，功能豐富，操作便利。通過(guò)Web頁(yè)面，車(chē)間不同區(qū)域的工作人員可以查看傳感器采集的實(shí)時(shí)值，也可以通過(guò)曲線圖等二維畫(huà)面，查看一段時(shí)間內(nèi)某一參數(shù)的歷史趨勢(shì)圖，方便工作人員對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

2.3 原理架構(gòu)

系統(tǒng)的原理架構(gòu)如圖1所示，在煙廠涉塵作業(yè)區(qū)域，安裝溫濕度、氣體和壓差等各類(lèi)傳感器。傳感器及監(jiān)測(cè)裝置通過(guò)數(shù)字信號(hào)將監(jiān)測(cè)到的環(huán)境數(shù)據(jù)上傳至對(duì)應(yīng)的綜合預(yù)警控制器。綜合預(yù)警控制器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包分析，通過(guò)局域網(wǎng)上傳至監(jiān)控中心服務(wù)器。

圖1 系統(tǒng)原理架構(gòu)圖

監(jiān)控中心對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，如果監(jiān)測(cè)到數(shù)據(jù)異常，系統(tǒng)彈窗報(bào)警提示，自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)等消除隱患裝置，并根據(jù)設(shè)置的報(bào)警閾值給相關(guān)人員發(fā)送短信通知進(jìn)行人為干預(yù)。廠內(nèi)其他人員可在局域網(wǎng)內(nèi)通過(guò)Web頁(yè)面，隨時(shí)登錄查看歷史數(shù)據(jù)及報(bào)警信息。

3 系統(tǒng)主要功能

圖2展示的是滕州粉塵防爆預(yù)警系統(tǒng)部分運(yùn)行效果圖，在圖中，系統(tǒng)可以查看車(chē)間不同區(qū)域的傳感器采集實(shí)時(shí)值。切換界面，系統(tǒng)可以查看某一指標(biāo)在指定時(shí)間區(qū)間的詳細(xì)數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)的曲線圖。切換至報(bào)警信息界面，工作人員可以查看歷史報(bào)警數(shù)據(jù)記錄。在預(yù)警系統(tǒng)中，安檢員可根據(jù)具體需求調(diào)整某一指標(biāo)的報(bào)警閾值，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄安檢員的操作修改日志。

圖2 系統(tǒng)部分運(yùn)行展示圖

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能如下所示：1）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了煙廠作業(yè)區(qū)域內(nèi)粉塵濃度、溫濕度等與粉塵爆炸相關(guān)環(huán)境指標(biāo)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。煙廠的制絲車(chē)間、卷包車(chē)間、動(dòng)力車(chē)間、鍋爐房等不同區(qū)域，通過(guò)布設(shè)大量環(huán)境傳感器，系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取車(chē)間不同作業(yè)區(qū)域的粉塵濃度、溫濕度、電火花等環(huán)境數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了車(chē)間工作環(huán)境的信息化監(jiān)控。2）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了車(chē)間突發(fā)環(huán)境隱患的自動(dòng)化消除功能。粉塵作業(yè)區(qū)域內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)，被實(shí)時(shí)傳輸?shù)骄C合預(yù)警控制器，控制器與風(fēng)機(jī)、隔斷和噴淋等消除隱患設(shè)施關(guān)聯(lián)。當(dāng)系統(tǒng)判斷某一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)警值，自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)、噴淋等設(shè)備消除隱患，為車(chē)間生產(chǎn)營(yíng)造一個(gè)安全的作業(yè)環(huán)境。3）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了卷煙廠作業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析功能。通過(guò)傳感器和光纖網(wǎng)絡(luò)，車(chē)間的環(huán)境數(shù)據(jù)集中發(fā)送到監(jiān)控中心，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。通過(guò)前端頁(yè)面，工作人員可以查看某一區(qū)域、某一指標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖。根據(jù)趨勢(shì)圖的走勢(shì)，可以推測(cè)某段時(shí)間內(nèi)該傳感器區(qū)域的環(huán)境狀況，工作人員可以做出對(duì)應(yīng)的調(diào)整措施。4）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了車(chē)間突發(fā)隱患報(bào)警自動(dòng)推送給責(zé)任人功能。通過(guò)GSM和網(wǎng)絡(luò)通信接口，系統(tǒng)掃描到環(huán)境異常隱患，自動(dòng)將報(bào)警信息推送給安全責(zé)任人，直到隱患消退。責(zé)任人收到信息，采取人工干預(yù)措施，避免因人為原因給車(chē)間生產(chǎn)帶來(lái)?yè)p失。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

煙草粉塵防爆預(yù)警系統(tǒng)在滕州卷煙廠已經(jīng)投入使用，安全運(yùn)行3 a。系統(tǒng)運(yùn)行期間，共觸發(fā)自動(dòng)報(bào)警59次，2018年24次，2019年19次，2020年16次。其中粉塵濃度報(bào)警31次，溫度異常報(bào)警16次，火花報(bào)警6次，其他異常報(bào)警6次。系統(tǒng)每次報(bào)警都采取了對(duì)應(yīng)的消除隱患措施，包括啟動(dòng)風(fēng)機(jī)和噴淋等設(shè)備，消除隱患，對(duì)車(chē)間生產(chǎn)未造成危害。同時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)GSM服務(wù)，將報(bào)警信息推送給安?？曝?zé)任人，責(zé)任人根據(jù)具體報(bào)警內(nèi)容，采取應(yīng)對(duì)措施，包括加強(qiáng)環(huán)境通風(fēng)，清除發(fā)熱過(guò)量隱患裝置等。

通過(guò)對(duì)近3年系統(tǒng)報(bào)警次數(shù)的橫向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，每年的報(bào)警次數(shù)依次遞減，報(bào)警傳感器的位置也各不相同，出現(xiàn)過(guò)報(bào)警信息的傳感器在環(huán)境整改以后，沒(méi)有再次出現(xiàn)報(bào)警。由此可見(jiàn)，在預(yù)警系統(tǒng)和車(chē)間安保人員的共同努力下，滕州卷煙廠的車(chē)間生產(chǎn)環(huán)境逐步改善，安全隱患逐漸降低。從側(cè)面反映出煙草粉塵防爆預(yù)警系統(tǒng)對(duì)于改善滕州卷煙廠車(chē)間生產(chǎn)環(huán)境起到了良好的效果。應(yīng)用粉塵防爆預(yù)警系統(tǒng)，使滕州煙廠的車(chē)間生產(chǎn)環(huán)境會(huì)更加完善，同時(shí)保障生產(chǎn)安全。

5 結(jié)語(yǔ)

滕州卷煙廠粉塵防爆預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了車(chē)間的溫濕度、粉塵濃度等環(huán)境數(shù)據(jù)的全區(qū)域監(jiān)控，突發(fā)異常環(huán)境隱患的自動(dòng)化處理，異常信息自動(dòng)推送給安全責(zé)任人等功能，給車(chē)間生產(chǎn)提供了安全穩(wěn)定的生產(chǎn)環(huán)境。數(shù)據(jù)中心保存的環(huán)境數(shù)據(jù)，為工藝員分析車(chē)間環(huán)境變化提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。隨著“智慧工廠”、“數(shù)據(jù)挖掘”等概念的興起[2-3]，將系統(tǒng)的環(huán)境數(shù)據(jù)與制絲車(chē)間的煙絲工藝生產(chǎn)相融合，研究環(huán)境因素的變化對(duì)煙絲品質(zhì)的影響，從而調(diào)整工藝指標(biāo)，提高煙絲品質(zhì)，是煙草企業(yè)環(huán)境預(yù)警系統(tǒng)未來(lái)的研究方向。通過(guò)環(huán)境預(yù)警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，為打造煙草行業(yè)的智慧工廠而努力。