論金屬拋光粉塵監控系統設計范文

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摘要：為解決拋光車間產生的金屬粉塵實時監測難和測量精度低的問題，基于2．4G網絡，設計了一種簡便、易操作的分布式拋光粉塵監控系統。介紹其總體方案、軟件設計，并闡述粉塵監控系統的應用。

關鍵詞：單片機；粉塵監控；2．4G網絡

0引言

近年來，隨著國民經濟的快速發展，建材需求也越來越大，大量的鋁鎂金屬加工業也迅速發展起來。但在金屬品拋光生產過程中，會產生大量的鋁鎂粉塵，長期吸入可導致塵肺病的發生，直接影響操作工的身心健康，且當拋光粉塵濃度超標時，會引發劇烈的粉塵爆炸事故［1］。例如“82昆山工廠爆炸事故”［2］造成了重大的人員傷亡與經濟損失，也為同類工廠企業敲響了警鐘，因此，為了保障操作工的身體健康與企業的安全生產，必須對鋁鎂拋光作業空間的拋光粉塵進行實時監測，并依據監測環境參數，采取相應的應急措施。為此，設計了一種結構簡單、容易操作、監控實時準確的拋光粉塵監控裝置。

1總體方案該系統總設計圖

由主節點電路和從節點電路兩部分電路組成，主要包括Arduino單片機、SDS011激光PM2．5傳感器、AM2302數字溫濕度傳感器、MQ8氣體傳感器、LW系列智能渦流流量傳感器、聲光報警器以及串口屏。PM2．5傳感器、溫濕度傳感器、氫氣傳感器、流量傳感器組成的數據采集系統［3］，對PM2．5值、PM10值、溫度、濕度、氫氣濃度、水流流量等值進行實時采集，從節點Arduino芯片接收到傳感器采集到的數據后，發出TTL信號至2．4G模塊，然后2．4G模塊將數據傳送至主節點［4］，主節點單片機通過2．4G模塊接收到數據后對數據進行處理，當檢測到各項數據中有一項及以上數據超出所設置的安全閥值時，主節點發出脈沖信號驅動聲光報警器發出聲、光報警［5］和迫停拋光機，處理后的數據經GPRS模塊傳至網絡服務器進行數據存儲［6］，同時串口屏顯示數據，整個過程實時、快速、準確。

2粉塵濃度采集及監控系統

2．1粉塵濃度采集原理及采集終端

該系統使用SDS011PM2．5激光傳感器來采集拋光車間的PM2．5的濃度［7］。SDS011采用激光散射原理為：當激光照射到通過檢測位置的顆粒物時會產生微弱的光散射，在特定方向上的光散射波形與顆粒直徑有關，通過不同粒徑的波形分類統計及換算公式可以得到不同粒徑的實時顆粒物的數量濃度，按照標定方法得到官方單位統一的質量濃度。粉塵激光傳感器采集到的PM2．5濃度、PM10濃度和溫濕度傳感器采集到的溫度、濕度以數字信號形式傳至從節點Arduino芯片，氣體傳感器采集的氫氣濃度和流量傳感器采集的水流量以模擬信號形式傳至從節點Ar－duino芯片。然后軟件將各變量值放入數組中，從節點的2．4G模塊負責將數據傳至主節點，主節點的2．4G模塊負責接收從節點傳來的數據。主節點Arduino芯片負責從GPRS模塊獲取主節點的位置坐標信息，并將主節點采集終端獲得的粉塵濃度和其他變量信息以及位置坐標信息一起通過GPRS模塊內置的嵌入式TCP／IP協議棧，發送到數據服務器上［8－9］。

2．2粉塵監控系統實現

2．2．1數據中心及遠程監測平臺該系統通過GPRS模塊將采集到的數據傳送到服務器上。手機終端和PC端可作為數據監測平臺，使用者可以通過手機終端或PC端隨時隨地遠程訪問服務器，查看各個從節點的歷史數據和實時數據。為了方便對比與觀察，數據以波形圖形式進行顯示，給拋光車間采取防護措施提供重要依據。使用者也可通過設置粉塵閾值，實現自動報警、迫停拋光機等功能。為了能夠更好地管理和使用服務器，對遠程訪問的人員進行分類管理，不同類型的人員有著不同的權限，管理人員訪問服務器可對服務器的數據進行篩選刪除等操作，而普通用戶訪問服務器，只能查看、下載數據［10］。

2．2．2分布式監測系統實現相對于傳統監測技術，分布式監測技術有很多獨到之處，比如說在惡劣危險環境中可運用分布式監測技術實現遠程實時控制，在大型實驗中多人交叉操作多臺設備可運用分布式監測技術進行遠程指導等方面。只要在現場布置好各節點采集終端的硬件，就可通過遠程監測平臺完成相關工作。系統分布式測量是將數個從節點分布安置在各個監測點附近，每個從節點獨立工作，具有遠程非現場操作能力，使得整個過程更加智能化和自動化。綜合考慮粉塵監測的覆蓋范圍、位置信息獲取等因素，選擇2．4G網絡進行無線傳輸。從節點數據采集終端與主節點數據接收終端通過2．4G網絡對接，主節點數據接收終端和遠程監測平臺采用C／S架構設計，都接入到同一局域網中，主節點將采集到的該區域的粉塵濃度、節點ID、時間工作狀態和工作信息打包，通過與監測平臺服務器建立的TCP／IP網絡連接，將信息上傳，監測平臺服務器對接收到的信息進行顯示，并儲存在數據庫中進行備份，便于查詢實現了對拋光車間的粉塵濃度實時監測［11］。基于GPRS的遠程終端結構如圖2所示。圖2遠程終端結構Fig．2Thestructureofremoteterminal

3軟件設計

拋光粉塵監控裝置的軟件系統包括主節點程序、從節點程序。主節點程序如圖3所示，包含初始化程序、數據接收程序、數據處理程序、數據顯示程序、數據發送程序；從節點程序如圖4所示，包含初始化程序和中斷程序，中斷程序含初始化程序、數據采集程序、數據發送程序。數據采集采用數據濾波方法，對車間粉塵濃度及其他變量數值連續采樣，每6個數據為一組，過濾1個最大值和1個最小值，求剩下4個采樣結果的平均值，并將之作為結果數據。一個數組中已經采集到6個數據時，表示一組數據采集完成，當再采集到新的數據后，數據清空，重新采集一組新數據。從節點的數據發送程序是將采集到的每組數據中的每個數據按個位、十位、百位一位一位傳至主節點。數據處理程序是通過連續比較1min過來的數據，對數據進行處理。特性曲線將其轉換成粒子濃度，顯示軟件將這個結果轉換成十進制，送串口屏顯示。

4粉塵監控系統應用

該系統已應用于金屬拋光車間，當拋光機工作時，系統開始工作，對車間內粉塵濃度進行監測。以此拋光車間的某個監測點為例，選取了該監測點某天上午9時到9時30分的PM2．5濃度、PM10濃度、溫度、濕度、氫氣濃度和水流流量曲線圖。其中，PM2．5、PM10濃度如圖5所示，可以看到在這30min內，PM2．5、PM10濃度每隔幾分鐘就上升到一個較高的數值，接著又慢慢下降到一個較低的濃度值。拋光機工作時，車間內的PM2．5、PM10濃度會逐漸升高，每當系統監測到粉塵濃度超過所設置的安全閥值，主節點迫停拋光機，同時進行濕法除塵，直至粉塵濃度下降至某一安全值。溫度、濕度如圖6所示，在正常情況下，拋光車間的溫度、濕度保持在一個相對安全平穩的值，該曲線圖反映出了工廠實際溫濕度情況。氫氣濃度、水流流量如圖7所示，從圖中可以清楚看出氫氣濃度與水流流量有著相同的變化趨勢，因為使用的是濕法除塵，鎂鋁粉塵濃度升高時，采用濕法除塵，水與鎂鋁反應產生氫氣，導致氫氣濃度升高。5結語本文設計的拋光粉塵監控系統主要用于對拋光粉塵車間的PM2．5含量的監控，其價格低廉、體積小、攜帶方便、電路簡單，測定結果顯示清晰、直觀，能自主設定報警閾值。

參考文獻

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［11］王雪瑞，李艷瑋，李拴保．分布式礦井粉塵濃度在線監控系統［J］．計算機測量與控制，2014，22（07）：2084－2086，2089．

作者:胡聰1，王磊1，趙丹飛1，周偉偉1 單位：江蘇大學電氣信息工程學院