CN107717744B - 一种金属粉尘管控***、控制方法和适用于金属抛光作业环境的安全生产管控*** - Google Patents

一种金属粉尘管控***、控制方法和适用于金属抛光作业环境的安全生产管控*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属粉尘管控***、控制方法和适用于金属抛光作业环境的安全生产管控***，包括湿法除尘***和金属粉尘管控***，所述湿法除尘***包括一个独立的工作间、PVC软塑料门帘、水幕装置、风幕装置、大功率抽风机、工作区底部粉尘吸附池、工作区后部粉尘过滤装置，金属粉尘管控***包括3个检测子节点、1个执行主节点；湿法除尘采用独立工作区式的设计，能够有效避免抛光产生的金属粉尘逃逸到整个车间中，这样使得除尘的区域更加集中，除尘的效果更好；执行主节点能够依据各子节点传送来数据进行有效地判断并做出及时的响应，该方式使现场布置难度大大降低，也为后续增加检测节点预留了可操作性，增加了管控***的拓展性。

Description

一种金属粉尘管控***、控制方法和适用于金属抛光作业环 境的安全生产管控***
技术领域
本发明属于安全生产领域，具体涉及一种适用于金属抛光作业、湿法除尘环境的安全生产管控***。
背景技术
在金属品进行抛光加工工艺的过程中，会产生大量的金属粉尘，铝镁粉尘尤为常见，这种粉尘如果***作工人直接吸入肺部，会对人体健康造成巨大的影响。当这些粉尘积聚到一定浓度时和空气混合会形成可燃性混合气体，遇到明火很容易着火，燃烧后的粉尘极易氧化，其产生的热量会迅速传递给周围的粉尘，引起一系列反应从而引起粉尘***。
在采用湿法去除金属粉尘的工厂中，用流动的水来吸附抛光产生的金属粉尘是一种高效且又环保的方式，但是金属粉尘和水会产生化学反应而产生一定量的氢气，这是一种极其易燃易爆的气体，当达到一定浓度时，任何微小的电火花都有可能引起***。
现有针对湿法除尘的监控***都没有对氢气浓度和水流流量的检测，也不具备报警以后的安全处理动作，在检测到任何危险信号后，仅仅报警不能在人为疏忽的情况下有效保障工人的生命安全。
专利“铝镁粉尘防爆湿法除尘装置”[专利申请号：201520658282.4，公开号：CN204952535 U]，公开了一种铝镁粉尘的防爆湿法除尘装置，尽管该装置用风管控制粉尘浓度和防爆防火星并配有粉尘浓度检测器及报警装置，但报警之后***不会自动做出应对措施，也缺少对氢气浓度的检测，一旦防爆装置失灵，氢气在聚集到一定浓度后遇上火星就会发生***。
专利“粉尘监控***”[专利申请号：201620282793.7，公开号：CN 205861502 U]，公开了一种粉尘监控***。该***将后台服务器与光栅感应器、报警装置、拍摄装置通过MQTT物联网传输协议实现了无线远程信号传输，虽然该***实现了网络化的无线传输以及设置了相应的报警装置，但是没有说明在报警后的处理动作，在出现人为疏忽的情况下，容易造成现场情况的进一步恶化。
发明内容
为解决上述背景技术中的问题，提供了一种适用于金属抛光作业环境的安全生产管控***，具体技术方案如下：
一种适用于金属抛光作业环境的安全生产管控***，包括一种适用于金属抛光作业环境的湿法除尘***和一套金属粉尘管控***，其中：
所述湿法除尘***包括：一个独立的工作间、PVC软塑料门帘、水幕装置、风幕装置、大功率抽风机、工作区底部粉尘吸附池、工作区后部粉尘过滤装置、底部出水口；所述金属粉尘管控***包括：3个检测子节点和1个执行主节点。
所述PVC软塑料门帘位于工作间外壁的正面，用于工人进出工作区以及密封工作区，防止粉尘逃逸到整个车间中；所述水幕装置用于将循环过滤后的水源源不断地送入工作区底部的吸附池，使得金属粉尘能立即被水吸附；所述风幕装置将干净的空气从外部吸入工作区，并配合工作区后部上方的抽风机，使得工作区内形成一个有效地空气流动，这个空气流动使抛光产生的金属粉尘不断地涌向底部的吸附池；所述大功率抽风机位于工作区后部的上方，用于将工作区内粉尘和空气的混合气体经过吸附池吸附以及后部过滤装置的过滤后，排出工作区，和风幕装置一起形成一个有效的空气流动；所述底部吸附池用于存放从水幕装置下来的水并吸附抛光产生的金属粉尘；所述出水口位于底部吸附池的右侧，用于将吸附粉尘后的污水抽出吸附池进行过滤后循环使用；所述工作区后部粉尘过滤装置包括两层挡板、粗过滤网和细过滤网，用于清除没有被底部吸附池吸附的额外粉尘，使抽风机能排出干净的空气；
所述3个检测子节点分别位于工作区左侧外壁、工作区右侧外壁以及出风口外壁，执行主节点位于工作区右侧外壁；
所述检测子节点用于采集工作区中不同位置的粉尘浓度、氢气浓度、温湿度和水管中的水流流量，并将这些信息无线发送给执行主节点，每个检测子节点都包括：控制模块、检测模块、无线模块；
所述执行主节点用于实时显示每个检测子节点发来的信息数据，并对这些数据进行实时判断，一旦发现粉尘或氢气浓度值数超出警戒值或是流量值低于最小阈值，立刻报警和切断抛光机电源，执行主节点包括：控制模块、显示模块、无线模块、报警模块、迫停模块；
所述控制模块用于处理检测模块采集到的数据、控制无线通信模块进行收发数据、控制显示模块显示数据以及给报警模块和迫停模块相应的指令信号；
所述检测模块用于采集作业环境粉尘浓度、温度、湿度、氢气浓度、水流流量，将检测的数据送入控制模块等待进一步处理；
所述显示模块用于显示作业环境内的实时粉尘浓度、温度、湿度、氢气浓度、当前水流流量，以供操作人员方便直观地了解当前作业环境中的整体情况；
所述报警模块用于发出报警铃声和灯光信号，当粉尘浓度、氢气浓度超过警戒值或是水流流量小于最小阈值，都会使控制模块产生报警指令；
所述无线通信模块用于各个采集传感器数据的子节点和执行主节点之间进行无线通信；
所述迫停模块用于迫停抛光机，紧急切断抛光机的电源，当任何检测的数据超出警戒值或是低于最小阈值时，控制模块会使迫停模块和报警模块同时动作以保工人的生命安全。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)湿法除尘采用独立工作区式的设计，能够有效避免抛光产生的金属粉尘逃逸到整个车间中，这样使得除尘的区域更加集中，除尘的效果更好；
(2)布置在作业环境中的检测子节点将上述传感器收集到的数据通过2.4G无线模块实时地传输给执行主节点，执行主节点能够依据各子节点传送来数据进行有效地判断并做出及时的响应，该方式使现场布置难度大大降低，也为后续增加检测节点预留了可操作性，增加了管控***的拓展性；
(3)管控***中增加了对水流流量的检测和氢气浓度的检测，湿法除尘的主要手段是用水来吸附抛光所产生的金属粉尘，抛光机必须在除尘设备打开以后才能安全上电，只有检测到水流流量不小于最小阈值时，才能说明除尘设备已经打开；在水吸附金属粉尘的过程中，会产生一定量的氢气，积聚到一定浓度时如果遭遇火星会发生***。在其余检测传感器不减少的情况下，水流流量和氢气浓度的检测无疑让整个管控***在保证工人生命安全上又上了一个台阶，大大增加了管控***的可靠性。
(4)在保留了报警功能的同时，又增加了对抛光机的迫停操作，当执行主节点的MCU判断到检测子节点传来的粉尘浓度、氢气浓度超出警戒值或是水流流量低于最小阈值时，会自动做出应答，触发报警和迫停继电器，迫停继电器会立即切断抛光机的工作电源，紧急停机，能够在人为疏忽的情况下有效可靠地保障工人的生命安全，进一步完善了管控***的功能。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明管控***原理框图；
附图标记说明：1-左侧1号监测子节点，2-右侧2号监测子节点，3-出风口3号检测子节点，4-抽风机，5-风幕装置，6-水幕装置，7-出水口，8-底部吸附池，9、11-工人站立操作区，10-抛光机放置区，12-执行主节点(屏幕显示区)；13-工作区后部粉尘过滤装置；14-PVC软塑料门帘；
具体实施方式
下面结合附图1、图2、对本发明作进一步的说明：
如图1所示，为本发明提出的一种适用于金属抛光作业环境的安全生产管控***的总体示意图，由适用于金属抛光作业环境的湿法除尘***和金属粉尘管控***组成。
所述湿法除尘***为一个独立的工作区，工作区外壁前端采用了PVC软塑料门帘14，能够方便工人进出工作区的同时起到很好的密封效果，有效防止金属粉尘扩散到车间中；水幕装置6将吸附池8中的污水通过出水口7过滤后的水用“瀑布”的方式送入工作区底部的吸附池8；工作区前部上方的风幕装置5将空气送入工作区中，使得抛光产生的金属粉尘在风幕的作用下向工作区的底部运动，最终被水吸附；抽风机4将工作区中的空气和金属粉尘的混合气体经过后部过滤装置13后抽出工作区，抽风机4和风幕装置5的共同作用使得密封的工作区内形成了固定的空气流动方向，风幕装置5——>吸附池8——>后部过滤装置13——>抽风机4；后部的粉尘过滤装置13用于进一步过滤没有被水吸附的粉尘，从而使抽风机4排出干净的空气；出水口7排出吸附了金属粉尘后的污水进行过滤后继续给水幕装置6循环使用。
金属粉尘管控***包括：3个检测子节点、1个执行主节点，如图2所示，为管控***的原理框图。
3个检测子节点分别安装在工作区的左侧外壁1、右侧外壁2以及上部出风口外壁3，以达到全方位的检测效果；
所述执行主节点安装在工作区的右侧外壁12，位于右侧检测点的下方，方便工人清晰直观地观察到现场的所有信息；
所述每个检测子节点包括：控制模块、检测模块、无线模块；
所述执行主节点包括：控制模块、显示模块、无线模块、报警模块、迫停模块；
所述检测子节点的控制模块用于存放检测模块收集的数据，并且给无线模块发送相应的指令把数据通过无线模块发送给执行主节点；
所述检测子节点的检测模块收集各个传感器采集的数据，包括粉尘浓度传感器、氢气浓度传感器、温度传感器、湿度传感器，并将这些数据传递给检测节点的控制模块；
所述检测子节点的无线模块用于将控制模块要求的数据无线发送给执行主节点的无线模块；
所述执行主节点的控制模块用于控制主节点的无线模块接收检测子节点传来的数据，并将得到的数据显示在显示模块上，同时将粉尘浓度值和请其浓度值与对应的警戒值作比较，将水流流量值与最小阈值作比较，若出现异常，立即触发报警模块和迫停模块；
所述执行主节点的显示模块用于显示控制模块要求显示的数据；
所述执行主节点的无线模块用于接收各个检测子节点的无线模块发送的数据；
所述执行主节点的报警模块用于接收控制模块的指令，点亮报警灯以及拉响报警呼叫器；
所述执行主节点的迫停模块用于接收控制模块的指令，切断抛光机的工作电源；
本实例中控制模块为STC51；
本实例中检测模块为PM2.5、PM10浓度检测传感器、温度传感器、湿度传感器、氢气浓度检测传感器、水流流量检测传感器；
本实例中无线模块为2.4G无线通信模块NRF24L01；
本实例中显示模块为LCD显示屏；
本实例中报警模块为报警继电器、带报警呼叫功能的报警灯；
本实例中迫停模块为迫停继电器、交流接触器。
步骤1，子节点的控制模块采集检测模块中粉尘浓度传感器的数据；
步骤2，子节点的控制模块采集检测模块中温湿度传感器的数据；
步骤3，子节点的控制模块采集检测模块中水流流量传感器的数据；
步骤4，子节点的控制模块采集检测模块中氢气浓度传感器的数据；
步骤5，子节点的控制模块发送指令给无线模块将采集到的数据按照特定的数据包通过无线模块发送给执行主节点；
步骤6，执行主节点的无线模块接收子节点的无线模块发送来的数据，将数据包解析后传送给执行主节点的控制模块；
步骤7，主节点的控制模块将数据进行分类并进行一段连续时间内的比较；
步骤8，主节点控制模块比较水流流量，若在连续15秒内所得到的水流流量都小于最小阈值，则执行步骤12，若在连续15秒内有任意一次的数据没有小于最小阈值，则将之前的比较结果清零，重新从下一次进行比较并且执行步骤9；
步骤9，主节点的控制模块比较PM2.5的浓度，若在连续1分钟内所得到的数据都是大于警戒值，则执行步骤12，若在连续1分钟内有任意一次的数据没有大于警戒值，则将之前的比较结果清零，重新从下一次进行比较并且执行步骤10；
步骤10，主节点控制模块比较PM10的浓度，若在连续1分钟内所得到的数据都是大于警戒值，则执行步骤12，若在连续1分钟内有任意一次的数据没有大于警戒值，则将之前的比较结果清零，重新从下一次进行比较并且执行步骤11；
步骤11，主节点控制模块比较氢气的浓度，若在连续1分钟内所得到的数据都是大于警戒值，则执行步骤12，若在连续1分钟内有任意一次的数据没有大于警戒值，则将之前的比较结果清零，重新从下一次进行比较并且执行步骤7；
步骤12，执行主节点的控制模块发送指令给报警模块和迫停模块，使报警模块产生声光报警的同时用迫停模块切断抛光机的工作电源，确保现场生产环境的安全。
本发明可以避免许多人为上的操作失误从而确保操作工人的生命安全，当检测到有异常出现时，整个***可以自动处理，减少了相对人力的使用，整个***自动化程度更高。从长远来看，该***的实用性高，具有较高的应用前景和使用价值。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种适用于金属抛光作业环境的安全生产管控***的控制方法，其特征在于，
所述安全生产管控***包括金属粉尘管控***和湿法除尘***；
所述金属粉尘管控***包括3个检测子节点、1个执行主节点；
3个检测子节点分别安装在工作区的左侧外壁(1)、右侧外壁(2)以及上部出风口外壁(3)，以达到全方位的检测效果；
所述执行主节点安装在工作区的右侧外壁(12)，位于右侧检测点的下方，方便工人清晰直观地观察到现场的所有信息；
每个检测子节点包括：控制模块、检测模块、无线模块；
所述执行主节点包括控制模块、显示模块、无线模块、报警模块、迫停模块；
所述检测子节点的控制模块用于存放检测模块收集的数据，并且给无线模块发送相应的指令把数据通过无线模块发送给执行主节点；所述检测子节点的检测模块收集各个传感器采集的数据，包括粉尘浓度传感器、氢气浓度传感器、温度传感器、湿度传感器，并将这些数据传递给检测节点的控制模块；所述检测子节点的无线模块用于将控制模块要求的数据无线发送给执行主节点的无线模块；
所述执行主节点的控制模块用于控制主节点的无线模块接收检测子节点传来的数据，并将得到的数据显示在显示模块上，同时将粉尘浓度值和氢气 浓度值与对应的警戒值作比较，将水流流量值与最小阈值作比较，若出现异常，立即触发报警模块和迫停模块；所述执行主节点的显示模块用于显示控制模块要求显示的数据；所述执行主节点的无线模块用于接收各个检测子节点的无线模块发送的数据；所述执行主节点的报警模块用于接收控制模块的指令，点亮报警灯以及拉响报警呼叫器；所述执行主节点的迫停模块用于接收控制模块的指令，切断抛光机的工作电源；迫停模块为迫停继电器、交流接触器；
所述湿法除尘***包括：一个独立的工作间、PVC软塑料门帘、水幕装置、风幕装置、大功率抽风机、工作区底部粉尘吸附池、工作区后部粉尘过滤装置、底部出水口；
所述PVC软塑料门帘位于工作间外壁的正面，用于工人进出工作区以及密封工作区，防止粉尘逃逸到整个车间中；所述水幕装置用于将循环过滤后的水源源不断地送入工作区底部的吸附池，使得金属粉尘能立即被水吸附；所述风幕装置将干净的空气从外部吸入工作区，并配合工作区后部上方的抽风机，使得工作区内形成一个有效地空气流动，这个空气流动使抛光产生的金属粉尘不断地涌向底部的吸附池；所述大功率抽风机位于工作区后部的上方，用于将工作区内粉尘和空气的混合气体经过吸附池吸附以及后部过滤装置的过滤后，排出工作区，和风幕装置一起形成一个有效的空气流动；所述底部粉尘吸附池用于存放从水幕装置下来的水并吸附抛光产生的金属粉尘；所述底部出水口位于底部吸附池的右侧，用于将吸附粉尘后的污水抽出吸附池进行过滤后循环使用；所述工作区后部粉尘过滤装置包括两层挡板、粗过滤网和细过滤网，用于清除没有被底部吸附池吸附的额外粉尘，使抽风机能排出干净的空气；
所述控制方法包括以下步骤：
步骤1，子节点的控制模块采集检测模块中粉尘浓度传感器的数据；
步骤2，子节点的控制模块采集检测模块中温湿度传感器的数据；
步骤3，子节点的控制模块采集检测模块中水流流量传感器的数据；
步骤4，子节点的控制模块采集检测模块中氢气浓度传感器的数据；
步骤5，子节点的控制模块发送指令给无线模块将采集到的数据按照特定的数据包通过无线模块发送给执行主节点；
步骤6，执行主节点的无线模块接收子节点的无线模块发送来的数据，将数据包解析后传送给执行主节点的控制模块；
步骤7，主节点的控制模块将数据进行分类并进行一段连续时间内的比较；
步骤8，主节点控制模块比较水流流量，若在连续15秒内所得到的水流流量都小于最小阈值，则执行步骤12，若在连续15秒内有任意一次的数据没有小于最小阈值，则将之前的比较结果清零，重新从下一次进行比较并且执行步骤9；
步骤9，主节点的控制模块比较PM2.5的浓度，若在连续1分钟内所得到的数据都是大于警戒值，则执行步骤12，若在连续1分钟内有任意一次的数据没有大于警戒值，则将之前的比较结果清零，重新从下一次进行比较并且执行步骤10；
步骤10，主节点控制模块比较PM10的浓度，若在连续1分钟内所得到的数据都是大于警戒值，则执行步骤12，若在连续1分钟内有任意一次的数据没有大于警戒值，则将之前的比较结果清零，重新从下一次进行比较并且执行步骤11；
步骤11，主节点控制模块比较氢气的浓度，若在连续1分钟内所得到的数据都是大于警戒值，则执行步骤12，若在连续1分钟内有任意一次的数据没有大于警戒值，则将之前的比较结果清零，重新从下一次进行比较并且执行步骤7；
步骤12，执行主节点的控制模块发送指令给报警模块和迫停模块，使报警模块产生声光报警的同时用迫停模块切断抛光机的工作电源，确保现场生产环境的安全。
2.根据权利要求1所述的一种适用于金属抛光作业环境的安全生产管控***的控制方法，其特征在于，所述金属粉尘管控***的控制模块为STC51。
3.根据权利要求1所述的一种适用于金属抛光作业环境的安全生产管控***的控制方法，其特征在于，所述金属粉尘管控***的检测模块为PM2.5、PM10浓度检测传感器、温度传感器、湿度传感器、氢气浓度检测传感器、水流流量检测传感器。
4.根据权利要求1所述的一种适用于金属抛光作业环境的安全生产管控***的控制方法，其特征在于，所述金属粉尘管控***的无线模块为2.4G无线通信模块NRF24L01。
5.根据权利要求1所述的一种适用于金属抛光作业环境的安全生产管控***的控制方法，其特征在于，所述金属粉尘管控***的显示模块为LCD显示屏。
6.根据权利要求1所述的一种适用于金属抛光作业环境的安全生产管控***的控制方法，其特征在于，所述金属粉尘管控***的报警模块为报警继电器、带报警呼叫功能的报警灯。
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