基于ZigBee的明火煤监控系统的应用

王艳春++陈婷++尹新伟++胡月龙

摘 要：输煤系统明火煤监控装置，是针对物料输送系统，特别是火力发电厂的输煤系统安全监控的需要而设计的。目前火力发电厂的明火煤监控装置大都存在着以下主要问题：设备布置分散、控制线较长、电缆用量较大、安装施工环境条件恶劣等。ZigBee技术是一种具有统一技术标准的短距离无线通信技术，基于ZigBee无线技术的明火煤监控装置，用于输煤皮带的安全监测具有先进性。

关键词：ZigBee 明火煤 红外测温 喷淋

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）12（c）-0028-02

输煤系统明火煤探测监控系统，是针对物料输送系统，特别是火力发电厂的输煤系统安全监控的需要而设计的。系统的设计根据最新发布的国家标准《火力发电厂与变电站设计防火规范》中有关规定，在进出储煤场的皮带上加装明火煤检测设备，保证监测灵敏、准确、报警及时、避免误操作的前提下，充分考虑火力发电厂的运行和安全生产。对于可靠性、操作维护方便等方面要求，为输煤系统的安全运行监控提供了有效手段。

该系统是一种基于ZigBee的明火煤监控系统。该系统包含红外测温、喷淋灭火和控制系统三部分。

1 ZigBee无线技术的发展优势

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。具有成本低、体积小、功耗小、低速率及组网灵活等特点，基于ZigBee无线技术的灵活拓展性和实用性要比传统的远程I/O模式和现场总线技术先进很多，采用ZigBee无线技术可以使电缆用量、安装施工量大大减少，且无线设备拆卸方便，易于检修维护，继而节约成本。

在众多无线网络技术中，ZigBee无线技术以其数据传输安全可靠、组网简易灵活、设备成本低、电池寿命长等独特的优势，在工业控制领域中展现了深厚的发展潜力和广阔的市场前景。在火力发电厂的输煤系统现场总线控制系统中引入ZigBee无线技术，可以在确保数据传输可靠性和实时性的前提下，大大提高控制系统的可扩展性，降低设备维护的成本，不仅可以减少现场施工电缆用量，节约成本，而且使现场施工难度大大降低，简单方便，提高现場调试效率及检修维护水平，从而使整个控制系统得到优化。

2 系统组成

2.1 系统的结构

基于ZigBee的明火煤监控系统包括无线信号传输、红外测温及喷淋灭火三部分。系统既可以单独运行就地操作，也可以并入输煤程控系统集中连锁控制。系统结构示意图如图1所示。明火煤监测装置安装在进出储煤场带式输送机上，红外探测装置安装在输煤皮带上用来监视和发现在输送过程中已发生着火的煤，或虽然还没有达到着火的条件，但有足够的能量在到达目的地后可着火的煤，喷淋装置安装于红外探测装置后方的带式输送机支架上，可根据现场无线控制器发布的指令动作。

红外探测装置包括基于ZigBee无线技术的红外测温仪和无线智能控制器，设备间采用星型组网方式，该星型拓扑网络结构中由无线智能控制器作为PAN协调点（FFD），它是ZigBee网络第一个开始的设备，是整个星型网络的核心，负责发起建立和管理整个网络，它选择一个信道和网络标识符（PANID），建立网络，并且对加入的节点进行管理和访问，对整个无线网络进行维护。多个无线红外测温仪作为终端节点（RFD），分布在PAN协调点的覆盖范围内，直接与PAN协调点进行通信。

2.2 系统工作原理

基于ZigBee无线技术的明火煤监测系统，当现场传输带出现明火煤堆或“热斑”，控制单元无线智能控制器可根据探测器触发的一次红外信号和故障监测信号，通过现场总线将现场无线红外测温仪发出的信号经过分析处理后传送至中央控制器（热备DPU或CPU），经中央控制器的综合判断后，通过现场总线对现场无线智能控制器发出相应的指示、指令（报警或动作），同时通过以太网通讯将现场突发信息同步发送至输煤程控室。现场无线智能控制器依据中央控制器发出来的指令信息，通过I/O信号电缆可以准确控制现场电磁阀的开关动作对着火煤堆经行喷淋，并发送命令控制现场的声光报警器，及时提供安全预警，以防现场操作人员发生安全事故。

3 系统优势

设计一种基于ZigBee无线技术的明火煤监测装置，与现有的技术相比，该系统解决目前明火煤监测装置在现场应用过程中因设备布置分散、控制线较长、电缆用量较大、安装施工环境条件恶劣等带来的一系列安装施工难题及检修维护成本。结构轻巧，安装、拆卸方便，经久耐用，易于检修维护。

现场布线量少，安装施工简单，调试及维护成本缩小，不仅能够满足火电厂发电机组安全、经济运行的要求，而且利用ZigBee无线数据传输中的设备诊断信息及状态信息，可实现现场设备远程诊断和管理功能，以便对火电厂储煤场传输带上煤堆进行有效监测，防止安全事故的发生，可以大大提高火电输煤系统的安全性。

4 结语

基于ZigBee无线技术的明火煤监测系统不仅能满足输煤系统工艺布置的需要，且易于检修维护，造型美观，成本低廉，可以更准确了解现场输送带煤温变化，大大减少因自燃造成的安全问题及经济损失，从而实现输煤系统安全、稳定、经济运行。

参考文献

[1] GB 50229-96火力发电厂与变电所设计防火规范[S].2012.

[2] 林瑶瑶.基于ZigBee的现场参数无线检测装置的研究与设计[D].大连理工大学，2011.

[3] 韩洋.以太网在工业自动化领域的应用及研究[J].科技创新导报，2015（10）：59.