浅谈火情探测系统在棉花加工车间的应用

■ 刘盼盼 马伟松

〔中华全国供销合作总社郑州棉麻工程技术设计研究所，河南郑州 450004〕

一、引言

长期以来，新疆地方和兵团的棉花加工企业都执行着严格完整的消防安全规范。棉花加工厂企业的消防工作一般是由主管领导直接负责，上级主管部门也会对棉花加工企业进行严格的消防检查，检查合格后才能发证进行生产。

棉花加工企业对籽棉货场、加工车间、成品棉包以及厂区的安全防护都高度重视，使得企业的消防设施、管理制度得以不断完善。近几年全疆棉花加工企业没有发生过重大火灾事故，但是在棉花加工车间的小火灾事故却时有发生，所以在棉花加工车间设置一套火情探测系统，为生产车间增加一层防火屏障，对保证棉花生产安全和人员生命安全有着重大作用。

二、棉花加工行业的实际情况

棉花加工企业是一级防火单位，以前棉花加工车间的防火主要靠人工巡查，闻到棉纤维燃烧的气味或是看到冒烟，证明有火灾发生。棉花生产线上的风力输送管道和箱体等相对密闭，使得火情极不易被发现，一般只有经验丰富的工人才能及早发现火情，判断位置并进行合理处置。

随着棉花种植和采摘方式的转变，机采棉的种植面积和产量在逐步增大，早期的手摘棉加工车间为了能够加工机采棉，增加了一些机采棉配套清理设备，加工生产线也越来越长。然而大多数早期设计的车间的空间比较紧凑，很多设备被安放在二层、三层平台上，更有老车间在改造加工工艺时把一些设备安装在车间以外，这都给工人及时发现和处理火情带来了困难，棉花火情探测系统能很好地解决上述问题。

三、火情探测系统主要技术概述

（一）火情探测系统的理论及结构

棉花加工车间火情探测系统是集红外检测技术、电源载波通讯技术、抗干扰技术、自动化控制技术为一体的高科技安全防护产品。将装有火情探测传感器的探头安装在棉花加工生产线的关键位置，在棉花加工过程中，一旦检测到棉纤维产生的微弱火星，立即通过独立的载波通讯技术上传到火情监控中心。火情监控中心将接收到的信号经过分析处理，显示火星出现的具体时间和区域，并发出声光报警信号呼叫人员处置，发出停止或者减速指令，有效地把火灾消灭在萌芽状态，将经济损失降到最低。

火情探测系统具有实时性、可扩展性，可串并联、组网方便的特点，对棉花加工生产线上的各种恶劣工况适应性强，同时易安装、维护简单。火情探测系统结构如图1所示。

图1 火情探测系统结构图

（二）火情探测传感器的选择

火情探测传感器相当于系统的“感觉器官”，通过检测环境中火灾的特征物理量的变化，如温度、烟雾、气体和光辐射等，判断是否有火灾发生，一旦检测出异常数值就立即向火情监控中心发送信号。

在早期的火情探测系统产品中，传感器一般选用的是烟雾探测器，通过检测棉花加工过程中气体和烟雾的浓度，达到火灾预警的目的。然而由于棉花加工过程中以风力作为物料的主要传送方式，在输棉管道内的风速甚至可以超过20m/s。火灾早期，气流输送携带着细小火星的物料高速通过管道时，烟雾探测器很难检测到异常，当其燃烧到产生大量烟雾被传感器检测出来时，火灾已经发展严重，会造成大面积棉花烧毁，严重时甚至可以将设备损毁报废。因此烟雾探测器具有严重的滞后性，无法适应棉花加工生产的防火需求。

新型的火情探测系统采用了大视角、高灵敏度的红外线检测传感器，当火情发生时，通过检测火星的红外光波，对棉纤维中夹杂的火星进行探测和跟踪，可以及时发现在管道内高速移动的火星。传感器将光波信号转化为电信号通过放大电路以电源线载波通信方式传送传送至火情监控中心，中心即刻发出声光警报，并准确锁定火情位置。值班人员通过可视化主机界面可轻松确定起火点，只要快速响应进行恰当的火情处理就能有效防止火势蔓延，减少经济损失，保护生命和财产安全。

（三）探头安装位置的选择

由于探头上的传感器使用的是红外线检测传感器，所以在安装时应尽量避免安装在被阳光直射或反射到的位置，以免受到太阳光干扰，误触发火情警报系统，造成设备不能正常工作。检测探头应重点安装在火灾易发区域的管道内，如籽棉喂棉处，籽棉清理管道、轧花机皮棉管道、皮棉清理管道等位置。

另外，如需安装两支以上的火情探测传感器，应尽可能保证探头安装位置相距2m。这样一方面可减少探头数量节约成本，另一方面避免同一区域出现火情时两个探头重复报警造成主机识别混乱的情况。

（四）基于MC145027芯片的电源载波通讯技术

棉花加工工艺路线较长，通常一条生产线上有几十台机器设备协同工作，需要对多个点进行检测。工业现场采用的传统方法是在关键检测点安装传感器，以数据线加电源线的方式连接到主机，通过数据线发送传感器的模拟信号以供主控制中心处理。这种设计的缺陷是模拟信号通过数据线传到主控制中心的过程中容易受到强电磁干扰，数据信号不稳定。另外，主控制中心与各个传感器之间会有多根线缆连接，接口的电路比较复杂，每增加一个传感器就需要增加一根线缆连接至主机，增加线缆的使用量和复杂程度，不利于后期的维护。

电源载波通讯技术是将电源线作为传输媒介，将载波信号耦合到电源线上实现各个探头和主机之间数据传递的手段。基于MC145027芯片的电源载波通讯技术，使主机和各个传感器之间只需通过三线即可实现双向数据传输，各个探头皆可串联或者并联，不需要重新架设网络，传输速率快，节约成本，布线方便，如图2所示。MC145027芯片和MC145026芯片配套使用具有特殊的编码和译码方式，能够有效克服强电磁干扰，提高数据传输的稳定性和可靠性，非常适合在棉花加工车间这种容易产生干扰的特殊环境中工作。

图2 探头连接示意图

四、总结

众所周知，棉花加工生产过程中很容易发生火灾，一般工作人员很难在短时间内准确判断火灾情况。火情探测系统通过实时监测、精准定位、快速反应，可以轻松应对棉花加工生产过程中各种突发状况。该系统具有灵敏度高、安装简单、操作便捷的优点，能有效减少火情处理时间，保障生产安全，提高生产效率，减少人力和财力的浪费，真正做到防患于未然。☆