糧食除塵系統(tǒng)粉塵爆炸預(yù)警監(jiān)測及智能管理云平臺

毛 磊 陳智偉

廣州港集團(tuán)股份有限公司南沙糧食通用碼頭分公司

1 引言

除塵器作為一種重要的控塵設(shè)備，其穩(wěn)定安全的運(yùn)行是企業(yè)安全生產(chǎn)的保障。除塵器箱體內(nèi)屬于密閉空間，作業(yè)時內(nèi)部粉塵濃度極高，極易發(fā)生粉塵爆炸。

廣州港南沙糧食通用碼頭目前有61臺除塵器，從碼頭投產(chǎn)開始一直使用至今。對于傳統(tǒng)的除塵器，一般通過人工巡檢的方式進(jìn)行安全隱患排查，存在投入人員多、檢查不及時等問題，并且人工巡檢故障比較隨機(jī)，沒有數(shù)據(jù)積累，對后續(xù)使用沒有較明確的指導(dǎo)性。為此，研發(fā)了糧食除塵系統(tǒng)粉塵爆炸預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)及智能管理云平臺，通過無線傳輸技術(shù)，實(shí)時監(jiān)測并預(yù)警，實(shí)現(xiàn)智能化、遠(yuǎn)程化管理。

2 系統(tǒng)工作原理

通過在傳統(tǒng)除塵器內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的傳感器模塊，對除塵器的各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，監(jiān)測粉塵爆炸危險(xiǎn)源信號(見圖1)。當(dāng)監(jiān)測信號不在系統(tǒng)預(yù)設(shè)的合理范圍內(nèi)時，PLC則會發(fā)出預(yù)警信號，該信號及相關(guān)數(shù)據(jù)通過無線傳輸模塊上傳至云平臺，管理人員通過手機(jī)或電腦訪問云平臺，借助云平臺的數(shù)據(jù)分析功能，監(jiān)測和管理除塵器的運(yùn)行狀態(tài)[1]。

圖1 系統(tǒng)工作原理圖

3 系統(tǒng)開發(fā)

3.1 前端監(jiān)測設(shè)備

前端監(jiān)測設(shè)備用于解決現(xiàn)場樣本采集以及就地運(yùn)算和輸出。對于濾袋式除塵器，運(yùn)行過程中需要重點(diǎn)監(jiān)測的參數(shù)包括：除塵器進(jìn)出口壓差、脈沖噴吹壓力、灰斗溫度、輸灰裝置運(yùn)行狀態(tài)、卸灰裝置運(yùn)行狀態(tài)等。

3.1.1 進(jìn)出口壓差監(jiān)測

除塵器進(jìn)出風(fēng)口的壓差，可以很直觀地判斷除塵器的工作性能，它是監(jiān)測除塵器是否正常運(yùn)行的重要參數(shù)。除塵器正常工作的壓差范圍一般為：0.2～1.2 kPa，進(jìn)出風(fēng)口壓差監(jiān)測可選用電容式壓差變送器DT-33515EB1M5，其測量范圍為0～5 kPa，輸出信號為4～20 mA，測量精度為0.2%。

3.1.2 噴吹壓力監(jiān)測

除塵器的氣包用于存儲一定量的壓縮空氣，用于噴吹濾袋、抖落積塵。噴吹氣壓值過小，則容易造成濾袋積塵，同時造成風(fēng)管氣流速度降低，進(jìn)一步影響除塵效果。通過調(diào)整氣包氣壓，試驗(yàn)不同氣壓值對除塵器的除塵效果影響，具體的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 噴吹氣壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表1中，氣壓值為氣包的調(diào)整氣壓；壓差值1為調(diào)整氣包氣壓值初始濾袋的噴吹壓差值；壓差值2為除塵器連續(xù)運(yùn)行1 h后，再次測量的濾袋噴吹壓差值。通過試驗(yàn)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，當(dāng)氣包氣壓低于0.38 MPa時，除塵器運(yùn)行1 h后，前后壓差值變化較大，表明在氣包氣壓低于0.38 MPa時，除塵器工作一段時間后，會因?yàn)榉蹓m無法吹落，造成濾袋堵塞；而當(dāng)氣包氣壓高于0.4 MPa時，運(yùn)行前后壓差基本沒有變化，說明此時噴吹效果較好，連續(xù)使用不會造成濾袋堵塞。

氣壓傳感器可選用擴(kuò)散硅壓力變送器YC-2088，其測量范圍為0～2 MPa，輸出信號為4～20 mA，測量精度為0.2%。

3.1.3 灰斗溫度監(jiān)測

國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《AQ 4273-2016粉塵爆炸危險(xiǎn)場所用除塵系統(tǒng)安全技術(shù)規(guī)范》中明確規(guī)定，除塵器進(jìn)風(fēng)口溫度不得高于70 ℃。除塵布袋的使用壽命跟灰斗箱體的溫度相關(guān)，按照除塵布袋設(shè)計(jì)手冊規(guī)定，除塵布袋的工作環(huán)境溫度最好在130 ℃以下。綜合兩項(xiàng)要求，最終將預(yù)警溫度定為70 ℃[2-3]。

溫度監(jiān)測可選用YC-SBWZ-2088溫度傳感器，其測量范圍為-199～1 300 ℃，輸出信號4～20 mA，可滿足60 ℃的監(jiān)測范圍。

3.1.4 輸灰/卸灰裝置運(yùn)行狀態(tài)

根據(jù)除塵器系統(tǒng)安全技術(shù)規(guī)范要求，除塵器應(yīng)按要求設(shè)置卸灰裝置和輸灰裝置，輸灰裝置的輸灰能力應(yīng)大于除塵器灰斗的卸灰量。卸灰裝置的工作周期應(yīng)能保證灰斗內(nèi)無粉塵堆積，且應(yīng)設(shè)置卸灰裝置運(yùn)行異常及故障停機(jī)的監(jiān)控裝置，當(dāng)出現(xiàn)運(yùn)行異常及故障停機(jī)狀況時，發(fā)出聲光報(bào)警信號。

對于刮板輸灰裝置，要求采用封閉輸灰方式，輸灰時不應(yīng)向刮板輸灰機(jī)外部釋放粉塵，刮板輸灰機(jī)的運(yùn)行速度應(yīng)按刮板輸灰機(jī)不出現(xiàn)粉塵堵塞計(jì)算，而且應(yīng)對刮板輸灰機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)運(yùn)行速度偏離設(shè)定值時應(yīng)發(fā)出聲光報(bào)警信號。

輸灰裝置及卸灰裝置運(yùn)行時，主要對其運(yùn)行轉(zhuǎn)速進(jìn)行監(jiān)測，理論計(jì)算卸灰裝置的額定轉(zhuǎn)速為41 r/min，輸灰裝置的額定轉(zhuǎn)速為52 r/min。

轉(zhuǎn)速監(jiān)測選用GAM8-18GM-P1型頻率傳感器，輸出類型PNP，常開，轉(zhuǎn)速檢測范圍0～2 000 r/m，可滿足輸灰裝置及卸灰裝置的轉(zhuǎn)速測量。

3.2 無線傳輸系統(tǒng)開發(fā)

根據(jù)碼頭的實(shí)際情況，建立了適合筒倉應(yīng)用場景的基于融合通信方式的無線組網(wǎng)傳輸方案。該方式將現(xiàn)場每套裝置作為一個子節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)之間可建立通訊鏈路，從數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)發(fā)至合適的匯聚節(jié)點(diǎn)，再由匯聚節(jié)點(diǎn)向云端發(fā)送數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)之間有可能需要通過中繼傳輸節(jié)點(diǎn)建立通訊鏈路，任一數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)皆可根據(jù)需要選為中繼傳輸節(jié)點(diǎn)。對于筒倉這種現(xiàn)場信號干擾大、應(yīng)用場景復(fù)雜、不適合無線傳輸?shù)膱鏊ㄓ嵐?jié)點(diǎn)之間的鏈路也可以采用有線的方式綜合組網(wǎng)，以無線為主，有線為輔。匯聚節(jié)點(diǎn)以多線程分時復(fù)用方式處理接受數(shù)據(jù)，基于人工智能理論進(jìn)行通信資源分配，由匯聚節(jié)點(diǎn)或者更高級的專有模塊完成。融合電信的4G/5G選線傳輸技術(shù)，將數(shù)據(jù)匯聚并傳輸至云平臺。

4 智能管理云平臺開發(fā)

云平臺是一種基于硬件資源和軟件資源的服務(wù)，提供計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲處理和網(wǎng)絡(luò)傳輸功能的綜合計(jì)算平臺。為減少多臺設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)采集終端的復(fù)雜程度，設(shè)計(jì)了具有邊緣計(jì)算能力且便于實(shí)現(xiàn)多協(xié)議轉(zhuǎn)換和通信傳輸功能的測控終端。在測控終端設(shè)置專用的通信方式切換模塊，切換模塊一側(cè)與主控處理器接口連接，另一側(cè)與多種通信接口連接，實(shí)現(xiàn)為多個接口提供通信的功能。這種方式不僅減輕了主控處理器的工作壓力，而且簡化了CPU外圍電路的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜程度。云平臺的架構(gòu)見圖2。

圖2 云平臺架構(gòu)

5 應(yīng)用效果

系統(tǒng)投入使用后，故障識別率達(dá)到100%，相比之前的人工巡檢識別率大幅提高，并且通過云平臺的數(shù)據(jù)整理、分析、形成報(bào)表功能，提高了管理效率(見圖3)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時檢測、全面準(zhǔn)確、提前干預(yù)的功能，消除了除塵器的粉爆隱患，對于保證筒倉系統(tǒng)的安全運(yùn)行，促進(jìn)糧食物流鏈的穩(wěn)定有非常大的實(shí)際意義。

該套系統(tǒng)的應(yīng)用，除了提高工作效率，還減少運(yùn)維成本，通過數(shù)據(jù)信號提前預(yù)判故障，及時排查處理，減少了大修的頻率。而且，通過提前預(yù)判可以合理安排生產(chǎn)與維修，避免因除塵器臨時故障而影響生產(chǎn)作業(yè)。

6 結(jié)語

糧食除塵系統(tǒng)粉塵爆炸信號監(jiān)測及智能管理云平臺的研發(fā)及應(yīng)用，對于碼頭提高除塵系統(tǒng)安全性能、保障安全生產(chǎn)有重要意義。實(shí)際應(yīng)用證明，該技術(shù)的研發(fā)使用具有可操作性和推廣價(jià)值。