烟草企业粉尘防爆预警系统设计与应用

王学军 韩清林 徐彦雷 桂 彬

（1．山东中烟工业有限责任公司，山东 滕州 277599；2．北京航天拓扑高科技有限责任公司，北京 100176）

0 引言

随着国民经济的发展，国家安检部门对企业生产的安全要求不断提高，制定了一系列企业生产安全规范。在各类安全隐患中，粉尘爆炸[1]是其中的一种。粉尘爆炸由于其突发性强，爆炸前期无特殊预兆，爆炸后果危害严重，在矿井开采、金属冶炼等工业领域，类似事故时有发生。因此，国家安检部门对企业生产中的粉尘浓度指标、粉尘环境作业有严格的要求。

烟草行业作为国民经济的重要行业，在生产过程中，存在粉尘爆炸的隐患。在卷烟生产的制丝车间、卷包车间、动力能耗车间以及锅炉机房等，都存在一定浓度的粉尘。车间中的烘丝机、切丝机以及风选机等设备，在高速运转过程中，会产生高温高压气流，与高浓度粉尘环境接触，极易发生粉尘爆炸事故。因此，烟草企业亟需粉尘防爆预警系统，实时监测车间粉尘浓度，集中监控，提高车间的安全生产管理水平。

在滕州卷烟厂粉尘防爆预警系统中，车间的不同区域布置了温度传感器、粉尘浓度传感器、火花探测器以及压差传感器等，实时监测传感器数据，综合预警控制器对数据集中处理，通过局域网将数据传输至监控中心，设备自动关联风机、隔断以及喷淋等消除隐患装置。当系统监测到某一指标数据超过预警值，现场控制器声光报警提示，自动启动风机等装置，消除隐患，同时将报警信息通过GSM发送给责任人进行人工干预。滕州卷烟厂粉尘防爆预警系统，实时监控车间粉尘隐患，自动消除异常隐患，可以有效地降低发生粉尘爆炸事故的概率，为企业的安全生产提供保障。

1 系统技术

1.1 多通路数据传感器

预警系统首先需要数据采集，在烟厂不同的区域，设置了与粉尘隐患相关的各类传感器，包括气体传感器、粉尘浓度传感器、温湿度传感器、设备运行状态传感器、压差传感器以及火花探测器等监测设备，24 h实时采集数据，将采集的数据传输到综合预警控制器进行处理。

1.2 综合预警控制器

在车间的不同监测区域，分别设置一台综合预警控制器，用于收集多路传感器采集的温度、粉尘浓度等监测指标的实时值。预警控制器关联声光报警器、风机、喷淋设备以及隔断设备等消除隐患装置，用于消除隐患，并通过局域网将数据实时发送至监控中心。

1.3 PLC逻辑编程控制

在综合预警控制器中，通过PLC编程实现功能控制。PLC编码系统对多路传感器采集的数值进行判断，如果某一指标超过预警值，向光电报警器发送信号，同时根据具体指标向风机等设备发送信号，启动风机，消除隐患。

1.4 OPC数采

OPC是应用于Windows平台的一套属性和方法的标准集，用于工业生产和自动化系统，可以实现高级编程语言与工业生产的数据交互。通过OPC数采服务，系统可以将PLC采集的温度、粉尘浓度和压差值等实时数据传输至监控中心，保存到数据中心服务器，用于数据分析和Web页面展示。

1.5 监控界面Web展示

烟厂各个区域采集的实时值，系统保存至实时值数据库，通过Java编程语言，开发Web页面，展示实时数据。通过Web页面，系统可以查看车间各个区域采集数据的实时值，也可以通过曲线图、柱状图等方式，查看一定时间区间内的历史数据趋势图，方便安检人员进行横向和纵向对比分析。

1.6 GSM服务

GSM是全球移动通信系统的简称，滕州卷烟厂粉尘防爆预警系统通过移动通信网络接口，向安全责任人发送预警短信。短信服务平台实时获取传感器采集值，进行后台计算分析，如果超过设定的预警值，则调用GSM通信接口，将具体的报警信息发送至指定安全责任人的手机。

2 系统技术要求及原理架构

2.1 硬件要求

现场传感器要求灵敏度高，数据精度高，传感器采集的数据一般精确到小数点一位以上。采集信息通过数字信号传输，避免因环境干扰，影响数据准确性。网络传输通过光纤，提高传输效率，避免因网络延迟，造成信息传输延误。在系统投入使用前，声光报警服务、GSM短信报警服务，需要经过多次实地演练，避免出现紧急状况信息误报。

2.2 软件要求

Web信息展示系统采用高级语言编写，界面简洁明晰，功能丰富，操作便利。通过Web页面，车间不同区域的工作人员可以查看传感器采集的实时值，也可以通过曲线图等二维画面，查看一段时间内某一参数的历史趋势图，方便工作人员对环境数据进行对比分析。

2.3 原理架构

系统的原理架构如图1所示，在烟厂涉尘作业区域，安装温湿度、气体和压差等各类传感器。传感器及监测装置通过数字信号将监测到的环境数据上传至对应的综合预警控制器。综合预警控制器对数据进行打包分析，通过局域网上传至监控中心服务器。

图1 系统原理架构图

监控中心对数据进行分析处理，保存到数据库，如果监测到数据异常，系统弹窗报警提示，自动启动风机等消除隐患装置，并根据设置的报警阈值给相关人员发送短信通知进行人为干预。厂内其他人员可在局域网内通过Web页面，随时登录查看历史数据及报警信息。

3 系统主要功能

图2展示的是滕州粉尘防爆预警系统部分运行效果图，在图中，系统可以查看车间不同区域的传感器采集实时值。切换界面，系统可以查看某一指标在指定时间区间的详细数据及其对应的曲线图。切换至报警信息界面，工作人员可以查看历史报警数据记录。在预警系统中，安检员可根据具体需求调整某一指标的报警阈值，系统会自动记录安检员的操作修改日志。

图2 系统部分运行展示图

系统实现的主要功能如下所示：1）系统实现了烟厂作业区域内粉尘浓度、温湿度等与粉尘爆炸相关环境指标的实时数据采集。烟厂的制丝车间、卷包车间、动力车间、锅炉房等不同区域，通过布设大量环境传感器，系统实时获取车间不同作业区域的粉尘浓度、温湿度、电火花等环境数据，实现了车间工作环境的信息化监控。2）系统实现了车间突发环境隐患的自动化消除功能。粉尘作业区域内的环境数据，被实时传输到综合预警控制器，控制器与风机、隔断和喷淋等消除隐患设施关联。当系统判断某一监测数据超过预警值，自动启动风机、喷淋等设备消除隐患，为车间生产营造一个安全的作业环境。3）系统实现了卷烟厂作业环境数据的统计分析功能。通过传感器和光纤网络，车间的环境数据集中发送到监控中心，存储到数据中心服务器。通过前端页面，工作人员可以查看某一区域、某一指标的历史数据趋势图。根据趋势图的走势，可以推测某段时间内该传感器区域的环境状况，工作人员可以做出对应的调整措施。4）系统实现了车间突发隐患报警自动推送给责任人功能。通过GSM和网络通信接口，系统扫描到环境异常隐患，自动将报警信息推送给安全责任人，直到隐患消退。责任人收到信息，采取人工干预措施，避免因人为原因给车间生产带来损失。

4 系统应用

烟草粉尘防爆预警系统在滕州卷烟厂已经投入使用，安全运行3 a。系统运行期间，共触发自动报警59次，2018年24次，2019年19次，2020年16次。其中粉尘浓度报警31次，温度异常报警16次，火花报警6次，其他异常报警6次。系统每次报警都采取了对应的消除隐患措施，包括启动风机和喷淋等设备，消除隐患，对车间生产未造成危害。同时，系统通过GSM服务，将报警信息推送给安保科责任人，责任人根据具体报警内容，采取应对措施，包括加强环境通风，清除发热过量隐患装置等。

通过对近3年系统报警次数的横向对比发现，每年的报警次数依次递减，报警传感器的位置也各不相同，出现过报警信息的传感器在环境整改以后，没有再次出现报警。由此可见，在预警系统和车间安保人员的共同努力下，滕州卷烟厂的车间生产环境逐步改善，安全隐患逐渐降低。从侧面反映出烟草粉尘防爆预警系统对于改善滕州卷烟厂车间生产环境起到了良好的效果。应用粉尘防爆预警系统，使滕州烟厂的车间生产环境会更加完善，同时保障生产安全。

5 结语

滕州卷烟厂粉尘防爆预警系统，实现了车间的温湿度、粉尘浓度等环境数据的全区域监控，突发异常环境隐患的自动化处理，异常信息自动推送给安全责任人等功能，给车间生产提供了安全稳定的生产环境。数据中心保存的环境数据，为工艺员分析车间环境变化提供数据基础。随着“智慧工厂”、“数据挖掘”等概念的兴起[2-3]，将系统的环境数据与制丝车间的烟丝工艺生产相融合，研究环境因素的变化对烟丝品质的影响，从而调整工艺指标，提高烟丝品质，是烟草企业环境预警系统未来的研究方向。通过环境预警系统、数据挖掘和数据分析等技术，为打造烟草行业的智慧工厂而努力。