2006QN23乳化器运行异常的声频监控系统.doc

煤炭科学研究总院青年创新基金计 划 书项目编号： 2006QN23项目名称：乳化器运行异常的声频监控系统申 请 人： 周晓红起止年月：2006年9月至2008年12月所在单位：煤炭科学研究总院爆破技术研究所煤炭科学研究总院二六年制煤炭科学研究总院青年创新基金资助项目计划书填报说明 一、收到煤炭科学研究总院科技发展基金资助项目批准通知后，请认真阅读煤炭科学研究总院科技发展基金管理办法，在原申请书的基础上，按要求填写煤炭科学研究总院科技发展基金资助项目计划书（简称计划书）。填写计划书时要求实事求是、表述清晰、准确。 二、计划书经总院审核批准后，将作为项目研究计划执行和检查、验收的依据。项目负责人每年均应按规定向总院科技发展部汇报研究进展、取得的成果、年度经费预算和计划调整等情况。重大变化需及时报总院科技发展部。未经总院科技发展部批准，不能自行更改或降低研究目标、缩减研究内容，不得自行调整项目组中的主要成员。 三、资助项目的有关研究成果、论文、研究报告、总结及成果报道等，均须标注“煤科总院科技发展基金资助项目”、资助类别和项目编号。属联合资助的项目同时标注联合资助方。 四、计划书纸质文件由项目负责人签字及所在单位盖章后，一式4份报总院科技发展部。一、基本信息1、项目负责人信息 姓 名：周晓红 性 别：女 出生日期：1980年11月 职 称：助理工程师 学 位：学士 电 话手 机E-mail：xhzhou_ 主要研究领域：电子技术、自动控制及计算机技术2、项目组成员分工编号姓 名职 称学位单位名称项目分工每年工作时间（月）1周晓红助理工程师学士爆破技术研究所主持项目研究92张 冲助理工程师学士爆破技术研究所参加项目研究93刘茂后高级工程师学士爆破技术研究所项目指导33、项目摘要（主要研究内容和目标，限400个字） 本项目针对乳化炸药生产线中主要制乳设备乳化器存在的不安全因素和其缺乏全面有效监控的现状，采用计算机软件分析与自动控制技术，研究设计一套安全监控系统，使其能够根据乳化器在各种运行状态下的声音频率参数特性，有效地完成对乳化器运行状态的安全监控功能。主要研究内容有：（1）乳化器正常运行与各种异常运行状态下声音频率的采样分析及曲线对比；（2）探测方式与数据传输子系统的研究设计；（3）监控主机的研究设计。研究目标是，研制出可以根据运行声音频率的变化对乳化器运行状况进行正确判断并根据判断结果控制其运行的安全监控系统，并推广应用。二、报告正文1、项目的立项依据（包括项目的研究意义；相关技术和产品的国内外研究概况及发展趋势，主要的参考文献目录）乳化炸药生产中，乳化器是最为关键的设备。对于火工品生产企业来讲，乳化器的安全运行关系到整条乳化炸药生产线乃至整个企业的正常运转与发展。然而，近年来火工企业安全事故频发，给事故单位造成了许多无法挽回的重大损失，严重阻碍了火工行业的进一步发展。据调查，近年来乳化炸药生产线的十余次特大爆炸事故大都发生在制乳环节的乳化器上，如：1997年河北某厂制乳胶体磨爆炸，1998年山东平邑某厂粗乳机爆炸，2002年浙江某厂制乳卧式胶体磨爆炸，2004年河北某公司乳化器空转爆炸等。由乳化器故障引发的爆炸往往会造成极其严重的后果，整条生产线毁坏，大量生产人员死亡，经济损失巨大。事故的教训是惨痛的，然而它带给我们的启发更应得到重视，对乳化器进行全面有效的监控保护已成为火工企业安全生产和火工行业发展的迫切需求。2005年7月15日，国防科工委印发了工业炸药生产线电子监控系统设置安全技术条件（试行）（科工爆2005742号文），要求在工业炸药生产中必须对关键设备进行电子自动监控与安全连锁，而后各省国防工办也纷纷下发此类文件对工业炸药生产线安全生产工作进行规范管理，相关文件中提出关于对乳化器运行声音进行监控的要求。目前对乳化器运行声音进行监控的方式有两种：一是人工监听；二是检测乳化器运行声音强度。利用人工监听乳化器运行声音来判断设备的运行状况，不但存在明显的不确定因素，而且不符合现代化工业生产的要求。单纯依据乳化器运行声音的强度来判断设备的运行状况显然也是片面的。一种比较可行的方案是根据乳化器运行声音的频率变化来判断乳化器的运行状况。频率和强度是声音的两个重要参数。声音实际是物体振动后引起的声波，不同的物体振动产生的声波不同，其重要原因之一是振动频率不同。以运行中的乳化器为例，其正常乳化时发出声波的振动频率与各种异常运行状态（如无料空转、异物进入、定转子摩擦）下发出声波的振动频率各不相同。在此基础上，本项目提出乳化器运行声音频率监控的研究，分别对乳化器正常运行状态下的声音频率与异常运行状态下的声音频率参数进行采样分析，得出其不同运行状态下的声音频率范围标准，据此判断乳化器实际运行状况并做出处理。可见，利用运行声音频率的变化对乳化器进行的监控可以更灵敏更准确地判断乳化器的实际运行状况，对乳化器的安全运行可以起到更有力的保障作用。近年来国家越来越重视安全生产，积极推广使用保障安全生产的新技术和新产品。本项研究成果可直接有效地对乳化炸药生产线中的乳化器进行保护、监控，避免乳化器异常运行引发的事故。安全生产事关人民群众的生命安全，反映了广大人民群众的根本利益；安全生产事关企业发展与行业进步，坚持“安全第一”是我国社会主义事业发展前进的基本要求。本项研究成果将对本行业安全生产起到积极的保障作用，预期成果将极大地增进本行业的安全生产水平，促进行业迅速发展。本项目研究于行业内首次提出对乳化器运行状况采取声频采样监控的技术手段，计算机技术与自动控制技术在监控系统中的应用可大大提高监控的准确性和可靠性，避免由人凭感官判断带来的失误和不确定性。本项目研究，符合总院科技规划重点工作内容中关于“研究炸药和雷管连续化、自动化生产技术装备，实现危险有害工序隔离或遥控操作，提高生产过程可靠性与安全性”（P35）的要求。项目完成后即可直接推广应用于生产，成为本单位新的经济增长点。全国300多家民用爆破制品生产企业中生产乳化炸药产品的占半数以上，并且呈现不断上升的趋势。在安全生产越来越不容忽视的行业背景之下，本项目将具有十分广阔的市场和显著经济效益与社会效益。2、项目承担单位（课题组）前期在此方面做过哪些工作，投入的研究经费，最终的研究结论申请者在过去的两年内先后以合作开发、技术转让等多种方式实施完成了十多条乳化炸药生产线的安全监控工程，其中对乳化器运行声音的监控大多采取音量监控或人工监听的方式。针对这些种监控方式存在的问题，已经对乳化机运行的声频参数进行了初步研究，比较了多种声频传感器及器件的数据采集特点和适用性，确认本项目研究思路是可行的，并已基本确定了研究工作方案。由于初步研究均结合安全监控工程进行，未发生专项研究费用。3、项目研究内容和达到的技术指标、拟解决的关键技术3.1 主要研究内容针对乳化炸药生产线中主要制乳设备乳化器存在的不安全因素和其缺乏全面有效监控的现状，采用计算机软件分析与自动控制技术，研究设计一套安全监控系统，使其能够根据乳化器在各种运行状态下的声音频率参数特性，有效地完成对乳化器运行状态的安全监控功能。主要研究内容如下：（1）乳化器正常运行与异常运行状态下声音频率的采样分析及曲线对比。使用多功能频率计，现场采集乳化器各种运行状态下声音频率进行分析，得出乳化器在不同运行状态下的声音频率特性曲线，确定其不同运行状态下的声音频率范围标准。（2）探测方式与数据传输子系统的研究设计根据声频的采样数据，确定传感器类型、参数、最佳安装位置以及采样数据远距离传输方式。（3）监控主机的研究设计监控主机拟由计算机和行为动作控制机构组成。在计算机中预置分析软件，将获取的频率信号输入计算机进行程序分析，据此判断出乳化器当前运行状况。以组态王工控软件为控制平台编写控制程序，控制I/O开关量输入输出设备相应动作，完成对乳化器的报警、自动停机等控制功能。3.2 研究目标 研究设计一套可以根据运行声音频率的变化对乳化器运行状况进行正确判断，并根据判断结果控制其运行的安全监控系统。通过调整声频采样范围，也可以应用于乳化炸药生产线中其他关键设备的安全监控。3.3 拟解决的关键问题 乳化器在各种运行状态下声音频率的采样分析及其波动范围的确定。4、拟采取的研究方案及可行性分析（包括有关方法、实验手段、关键技术等说明）（1）利用现场传感器检测乳化机运行声音频率，输送至计算机分析程序，通过软件进行分析，得出分析结果，再控制反馈电路控制乳化机运行及报警。（2）在现场试验时，可以利用改变乳化机的间隙或短时空转（事先将乳化机冲洗干净）等试验手段，获取乳化机在不同运行状态下的声频变化，并测出正常声音频谱和异常声音频谱，用来判断在实际生产过程中乳化机的运行状态。为编制监控软件和设计控制反馈电路提供参考数据。（3）对于频率参数的监测、记录、报警及相关设备的连锁控制，可通过组态王监控软件平台和可编程控制卡进行软件编程，并通过硬件设计、选型，设计出符合生产安全的安全监控系统。5、预期成果提供的形式及明确的验收指标（发表学术论文数量）预期成果将提供乳化器声频监控系统一套和技术研究报告，发表学术论文一篇。6、项目研究阶段划分（此部分要求在“年度研究计划”的基础上按ISO9000质量管理体系进一步细化，下面的表格样式供参考）序号项目研究阶段及主要工作内容研究阶段起止时间评审、验证和确认的方式评审、验证和确认的时间1提出项目实施方案2006.9所科技发展部验收2006.102现场采集实验数据，编写计算机分析软件2006.10-2007.3部门负责人检查验收2007.43探测方式与数据传输系统设计、控制系统设计及计算机控制程序编写2007.4-12部门负责人检查验收2007.125系统总装、调试2008.1-5部门负责人检查验收2008.65现场实验2008.610部门负责人检查验收2008.106撰写鉴定资料2008.11所科技创新委员会检查验收2008.117申请鉴定2008.12总院验收评审2008.12三、经费预算表 （单位：万元）科 目项目预算计算依据与说明总 额其中总院拨款一、研究经费3.803.80- 1、科研业务费1.801.80- （1）测试/计算/分析费0.300.30现场数据采集 （2）燃料/动力费0.200.20实验室用电等 （3）差旅费1.201.206人次，每人次0.2万元 （4）会议费- （5）文献购买、检索费- （6）论文、著作出版费0.100.10发表论文版面费 2、实验材料费0.800.80- （1）原材料/试剂/药品购置费0.800.80传感器、电子材料等 3、仪器设备费1.201.80- （1）购置费1.201.20计算机、工控机各台 （2）试制费- 4、实验室改装费- 5、协作费-二、劳务费-三、其 他0.200.20鉴定费合 计4.005.00-说明：该预算中不得列支管理费、人员工资、房屋使用费等与科研项目不直接相关的费用。四、煤炭科学研究总院科技发展基金资助项目签批审核表 我接受煤科总院科技发展基金的资助，将按照计划书负责实施本项目，严格遵守煤科总院科技发展基金关于资助项目的管理等各项规定，