MAF型棉花加工安全防护系统在棉花加工厂的应用

■　赵　云刘文婷李文侠〔北京中棉工程技术有限公司，北京0005〕〔国家棉花加工工程技术研究中心，北京0005〕

MAF型棉花加工安全防护系统在棉花加工厂的应用

■赵云1刘文婷2李文侠2
〔1北京中棉工程技术有限公司，北京100052〕
〔2国家棉花加工工程技术研究中心，北京100052〕

项目名称：MAF型棉花加工安全防护系统中试

棉花加工企业是一级防火单位，安全防护工作的重点是防止火灾。而目前棉花加工企业的安全防护工作重点主要是放在籽棉货场和成品棉包库房以及厂区和车间管理上，主要依赖于消防设施、管理制度和人的感官。在棉花加工生产车间，常常是挡车工闻到气味或者发现冒烟了才紧急停车处理，缺乏科学的预警技术手段。

在棉花加工过程中，棉纤维是在机械作用下与棉籽和叶杂分开，由于各类物料的输送基本全部使用气力输送技术，因此多种非棉纤维物质与金属机械碰撞产生火星而引燃的棉纤维随输送管道内的空气流动，极易发生燃烧。由国家棉花加工工程技术研究中心研发的MAF型棉花加工安全防护系统是针对棉纤维、棉短绒等纤维性物料在机械加工、气力输送过程中产生的微弱火星设计研制的火星检测设备，适用于棉花加工生产线进行火情检测。

一、系统功能和特点

(一)系统功能

MAF型棉花加工安全防护系统采用大视角、高灵敏度红外线检测探头,应用电源线载波通讯技术，通过传感器将火警信息快速报告主机，主机根据用户设置的参数发出指令，与棉花加工系统各加工设备联动，并能启动火患棉旁路排除执行机构，真正做到“防火于未燃”，以确保生产安全。

(二)系统特点

火情探测是根据监测环境中火情的变化特征来识别火情发生发展过程中产生的气(燃烧气体)、烟(烟雾粒子)、热(温度)、光(火焰)等表征火情信号的物理或化学参量的方法或技术。火情产生早期一般采用检测气体和烟雾的方式进行，但是在棉花加工过程中产生的火星很小，由于高速气流携带物料通过管道，待其发展成燃烧气体和烟雾已经造成大面积棉花的损毁，因此利用气体和烟雾探测的方法无法避免损失。

本项目通过研究棉纤维火星的红外光谱特性，使用红外探测技术实现对棉纤维火星的探测与跟踪，可以快速发现在管道内高速运行的火星。

棉花加工工艺路线较长，有几十台机器设备，当发生火情时，难以凭味觉、视觉在短时间内找到火情发生点，会使火情迅速蔓延。本系统特有的编码技术可以使发现火星的传感器准确锁定火情位置，操作者会准确无误地对确定起火点进行处理，有效防止了火情蔓延，减少了财产损失和人力物力浪费。

二、系统工作原理

MAF型棉花加工安全防护系统主要由以下三部分组成。

(一)火星检测传感器

火星检测传感器检测到火星辐射出的红外光时，火星检测传感器内的变送器将光波信号转化为电信号，电信号经放大处理后通过传感器内的二进制编码开关将其编码，以电源线载波通信方式传送给火情监控主机。

(二)火情监控主机

火情监控主机将接收到的信号调制解码后，送入微处理器进行计算和处理，并输出声光报警、火患棉旁路排除机构、开关量等控制信号，并显示火星出现区域、时间。

(三)火患棉旁路排除机构

火情监控主机输出电压信号驱动电磁阀动作，压缩气体迅速将翻板打开把输棉管道隔断，将火患棉流入卸料器进行处理。

MAF型棉花加工安全防护系统工作原理框图如图1所示。

图1　MAF型棉花加工安全防护系统工作原理框图

三、系统中应用的关键技

术

(一)适应棉纤维火星特征识别的红外探测技术

棉花火星中心点波长约为1 μm，现使用的火星检测传感器可以检测到此类接近燃点的棉花火星及以上范围明火的光波，并将其转换成微弱的电信号，经过放大电路将信号放大，再经过编码电路编码后，输出特定的信号传输给主机内的控制电路，进行处理。火星检测传感器工作原理如图2所示。

图2　火星检测传感器工作原理

(二)电源线载波通信技术

电源载波通信技术是将信号耦合到电源上以载波方式传输的通信技术，火星检测传感器探测到火星产生电信号，电信号经过编码电路编码耦合到电源线上传输，主机内控制电路接收到火星检测传感器传输的编码信号后，先将其通过译码电路进行解码，再传给单片机，单片机通过编程控制同时输出不同的命令信号。

电源载波通信技术的应用符合棉花加工厂复杂的工况环境，在保持系统稳定运行的基础上，火星检测传感器可以多个串联、并联或串并联相结合的接线方式，方便布线、安全可靠。

四、棉花加工生产线火情隐患部位分析

籽棉喂料环节是棉花加工的第一道工艺，籽棉中难免存在一些金属、石块、砖瓦等密度很大、硬度很高的重杂物或硬杂物。现在棉花加工厂大部分使用籽棉喂料机进行自动喂料，而籽棉喂料机中设有多个高速旋转的刺钉辊筒，通过刺钉辊筒对籽棉进行快速打击，起到开松和去杂作用，然后被吸棉管道吸入输送管道进入生产车间。在这种机械化自动喂棉过程中，刺钉呈螺旋状排列而且还有多个辊筒，硬性杂物很容易被刺钉打击引起火星甚至引燃棉花。

籽棉经过重杂物分离器、两次以上的籽棉清理，大型重杂物基本被排除，也有些籽棉经过多次的打击破碎成小块，随配棉绞龙进入轧花机，轧花机内的清花辊筒对籽棉再次进行打击、开松、除杂后仍有部分小块硬杂质进入轧花工作箱中与高速旋转的锯片进行接触，这是最容易产生火星的关键点，也是安全隐患最大的关键点。棉花加工过程中籽棉清理机、轧花机、皮棉清理机排出的小花头、不孕籽棉、带纤维籽屑等其中含有很多有使用价值的棉纤维或短纤维，但同时也含有各种各样的杂质，对清理回收设备危害极大，这也是火情安全隐患之一。

为此，本系统火星检测传感器主要安装在较容易发生火警的工艺位置，例如：外吸籽棉管道中喂棉口附近的输送管道、轧花机皮棉道、总集棉管道、不孕籽棉和下脚棉绒清理回收管道等关键部位。图3为火星检测传感器在棉花加工生产线的典型应用布局。

图3　火星检测传感器在棉花加工生产线的典型应用布局

五、实际应用效果跟踪

系统经过近几年在阿克苏、库尔勒、奎屯、精河等地的应用和不断的改进完善，精确监测火星位置、及时报警并联动生产线相关设备等功能运行稳定，在减少处理火情的时间，提高生产效率，减少人力和物力的浪费等方面得到广大用户的认可。

六、结论

本文通过对本系统的工作原理、关键技术研究以及对棉花加工生产线上火情隐患部位的分析，MAF型棉花加工厂安全防护系统在棉花加工生产线上应用能够实现在线实时监测、准确锁定火星所在位置、及时报警、快速执行排火，真正实现了防火于未燃，具有广阔的应用前景。☆

基金项目：农业科技成果转化资金项目(2013GB24420649)