毛 磊 陈智伟

广州港集团股份有限公司南沙粮食通用码头分公司

1 引言

除尘器作为一种重要的控尘设备，其稳定安全的运行是企业安全生产的保障。除尘器箱体内属于密闭空间，作业时内部粉尘浓度极高，极易发生粉尘爆炸。

广州港南沙粮食通用码头目前有61台除尘器，从码头投产开始一直使用至今。对于传统的除尘器，一般通过人工巡检的方式进行安全隐患排查，存在投入人员多、检查不及时等问题，并且人工巡检故障比较随机，没有数据积累，对后续使用没有较明确的指导性。为此，研发了粮食除尘系统粉尘爆炸预警监测系统及智能管理云平台，通过无线传输技术，实时监测并预警，实现智能化、远程化管理。

2 系统工作原理

通过在传统除尘器内设置相应的传感器模块，对除尘器的各项运行指标进行实时监测，监测粉尘爆炸危险源信号(见图1)。当监测信号不在系统预设的合理范围内时，PLC则会发出预警信号，该信号及相关数据通过无线传输模块上传至云平台，管理人员通过手机或电脑访问云平台，借助云平台的数据分析功能，监测和管理除尘器的运行状态[1]。

图1 系统工作原理图

3 系统开发

3.1 前端监测设备

前端监测设备用于解决现场样本采集以及就地运算和输出。对于滤袋式除尘器，运行过程中需要重点监测的参数包括：除尘器进出口压差、脉冲喷吹压力、灰斗温度、输灰装置运行状态、卸灰装置运行状态等。

3.1.1 进出口压差监测

除尘器进出风口的压差，可以很直观地判断除尘器的工作性能，它是监测除尘器是否正常运行的重要参数。除尘器正常工作的压差范围一般为：0.2～1.2 kPa，进出风口压差监测可选用电容式压差变送器DT-33515EB1M5，其测量范围为0～5 kPa，输出信号为4～20 mA，测量精度为0.2%。

3.1.2 喷吹压力监测

除尘器的气包用于存储一定量的压缩空气，用于喷吹滤袋、抖落积尘。喷吹气压值过小，则容易造成滤袋积尘，同时造成风管气流速度降低，进一步影响除尘效果。通过调整气包气压，试验不同气压值对除尘器的除尘效果影响，具体的试验数据见表1。

表1 喷吹气压试验数据

表1中，气压值为气包的调整气压；压差值1为调整气包气压值初始滤袋的喷吹压差值；压差值2为除尘器连续运行1 h后，再次测量的滤袋喷吹压差值。通过试验并对数据进行分析，当气包气压低于0.38 MPa时，除尘器运行1 h后，前后压差值变化较大，表明在气包气压低于0.38 MPa时，除尘器工作一段时间后，会因为粉尘无法吹落，造成滤袋堵塞；而当气包气压高于0.4 MPa时，运行前后压差基本没有变化，说明此时喷吹效果较好，连续使用不会造成滤袋堵塞。

气压传感器可选用扩散硅压力变送器YC-2088，其测量范围为0～2 MPa，输出信号为4～20 mA，测量精度为0.2%。

3.1.3 灰斗温度监测

国家安全生产监督管理总局发布的行业标准《AQ 4273-2016粉尘爆炸危险场所用除尘系统安全技术规范》中明确规定，除尘器进风口温度不得高于70 ℃。除尘布袋的使用寿命跟灰斗箱体的温度相关，按照除尘布袋设计手册规定，除尘布袋的工作环境温度最好在130 ℃以下。综合两项要求，最终将预警温度定为70 ℃[2-3]。

温度监测可选用YC-SBWZ-2088温度传感器，其测量范围为-199～1 300 ℃，输出信号4～20 mA，可满足60 ℃的监测范围。

3.1.4 输灰/卸灰装置运行状态

根据除尘器系统安全技术规范要求，除尘器应按要求设置卸灰装置和输灰装置，输灰装置的输灰能力应大于除尘器灰斗的卸灰量。卸灰装置的工作周期应能保证灰斗内无粉尘堆积，且应设置卸灰装置运行异常及故障停机的监控装置，当出现运行异常及故障停机状况时，发出声光报警信号。

对于刮板输灰装置，要求采用封闭输灰方式，输灰时不应向刮板输灰机外部释放粉尘，刮板输灰机的运行速度应按刮板输灰机不出现粉尘堵塞计算，而且应对刮板输灰机的运行速度进行监控，当运行速度偏离设定值时应发出声光报警信号。

输灰装置及卸灰装置运行时，主要对其运行转速进行监测，理论计算卸灰装置的额定转速为41 r/min，输灰装置的额定转速为52 r/min。

转速监测选用GAM8-18GM-P1型频率传感器，输出类型PNP，常开，转速检测范围0～2 000 r/m，可满足输灰装置及卸灰装置的转速测量。

3.2 无线传输系统开发

根据码头的实际情况，建立了适合筒仓应用场景的基于融合通信方式的无线组网传输方案。该方式将现场每套装置作为一个子节点，子节点之间可建立通讯链路，从数据源节点采集数据，然后转发至合适的汇聚节点，再由汇聚节点向云端发送数据。

数据源节点与汇聚节点之间有可能需要通过中继传输节点建立通讯链路，任一数据源节点皆可根据需要选为中继传输节点。对于筒仓这种现场信号干扰大、应用场景复杂、不适合无线传输的场所，通讯节点之间的链路也可以采用有线的方式综合组网，以无线为主，有线为辅。汇聚节点以多线程分时复用方式处理接受数据，基于人工智能理论进行通信资源分配，由汇聚节点或者更高级的专有模块完成。融合电信的4G/5G选线传输技术，将数据汇聚并传输至云平台。

4 智能管理云平台开发

云平台是一种基于硬件资源和软件资源的服务，提供计算、数据存储处理和网络传输功能的综合计算平台。为减少多台设备运行数据采集终端的复杂程度，设计了具有边缘计算能力且便于实现多协议转换和通信传输功能的测控终端。在测控终端设置专用的通信方式切换模块，切换模块一侧与主控处理器接口连接，另一侧与多种通信接口连接，实现为多个接口提供通信的功能。这种方式不仅减轻了主控处理器的工作压力，而且简化了CPU外围电路的实现复杂程度。云平台的架构见图2。

图2 云平台架构

5 应用效果

系统投入使用后，故障识别率达到100%，相比之前的人工巡检识别率大幅提高，并且通过云平台的数据整理、分析、形成报表功能，提高了管理效率(见图3)。系统实现了实时检测、全面准确、提前干预的功能，消除了除尘器的粉爆隐患，对于保证筒仓系统的安全运行，促进粮食物流链的稳定有非常大的实际意义。

该套系统的应用，除了提高工作效率，还减少运维成本，通过数据信号提前预判故障，及时排查处理，减少了大修的频率。而且，通过提前预判可以合理安排生产与维修，避免因除尘器临时故障而影响生产作业。

6 结语

粮食除尘系统粉尘爆炸信号监测及智能管理云平台的研发及应用，对于码头提高除尘系统安全性能、保障安全生产有重要意义。实际应用证明，该技术的研发使用具有可操作性和推广价值。