CN114632278A - 一种用于主动隔爆的执行点火系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于主动隔爆的执行点火系统，包括压力传感器、红外传感器、电气控制系统和执行器，所述压力传感器以及所述红外传感器均与所述电气控制系统连接，所述电气控制系统与所述执行器连接。本发明通过安装在工艺设备的压力传感器和管道上的火焰传感器组合探测爆炸信号，电气控制系统对信号进行处理后给执行器发出动作指令，执行器高速启动部件关闭闸板阀，从而起到将爆炸压力波和火焰隔离，能够快速有效地检测出爆炸的产生，可有效避免当初始爆炸压力过低时隔爆阀门不能有效关闭的缺陷，并预先形成主动隔爆动作，提高安全性，可广泛应用于隔爆设备技术领域。

Description

一种用于主动隔爆的执行点火系统

技术领域

本发明涉及隔爆设备技术领域，尤其是一种用于主动隔爆的执行点火系统。

背景技术

工业生产过程中产生的粉尘，会造成粉尘爆炸的安全隐患。木材、粮食、饲料等生产加工行业使用木材、玉米、豆粕等原材料进行生产加工，产生的木粉、饲料粉尘、玉米淀粉、大米淀粉、小麦淀粉等均属于可燃性粉尘。

工贸行业粉尘涉爆企业常见的生产加工设备：如除尘器、斗提机、埋刮输送机，均长期存在可爆性粉尘云，因故障等原因，极易发生粉尘爆炸，具有相当严重的破坏能力。

隔爆是一种有效的降低初始爆炸传播导致的连锁二次爆炸的重要爆炸防护技术。隔爆技术分为被动式和主动式两种。但被动式隔爆阀存在只能单向隔爆的缺点，当初始爆炸发生在被动式隔爆阀保护的反方向时不能起到隔爆作用。因被动式隔爆阀是利用初始爆炸产生的冲击波压力来推动隔爆阀的阀门关闭，当初始爆炸产生的冲击波压力过低时，隔爆阀的阀门不能完全关闭或关闭时间过长，不能将爆炸火焰和冲击波完全隔离，火焰有可能传播至下一工艺设备导致二次爆炸。现有的主动式隔爆技术中采用的电磁阀执行机构和重力机构反应时间过长，无法实现对粉尘爆炸压力波和火焰的有效隔离，而采用雷管起爆装置能满足主动式隔爆防护装置对执行机构高速动作的要求，但雷管是爆炸品，属于管制品，不能用于主动式隔爆装置的市场化主动式隔爆。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种用于主动隔爆的执行点火系统，能够快速有效地检测出爆炸的产生，避免爆炸传播至其它工艺设备，导致更严重的二次爆炸事故。

本发明实施例提供了一种用于主动隔爆的执行点火系统，包括压力传感器、红外传感器、电气控制系统和执行器，所述压力传感器以及所述红外传感器均与所述电气控制系统连接，所述电气控制系统与所述执行器连接；

所述压力传感器，安装于目标设备，所述压力传感器用于检测爆炸压力信号；

所述红外传感器，安装于目标管道，所述红外传感器用于检测爆炸光信号；

所述电气控制系统，用于接收所述爆炸压力信号和所述爆炸光信号，并根据所述爆炸压力信号和所述爆炸光信号得到指令信号；所述电气控制系统包括控制电路模块、调试自检模块和信号互锁触点模块，所述调试自检模块和所述信号互锁触点模块均与所述控制电路模块连接，所述控制电路模块设有可编程逻辑PLC模块，所述可编程逻辑PLC模块包括信号输入模块、PLC控制模块和信号输出模块，所述信号输入模块、所述PLC控制模块和所述信号输出模块顺次连接；

所述执行器，用于根据所述指令信号进行隔爆处理；所述执行器包括信号接收模块、活塞腔，所述活塞腔内设有产气药、活塞和活塞杆，所述产气药、所述活塞和所述活塞杆顺次设置，所述活塞杆一端与所述活塞连接，所述活塞杆另一端与设置于所述目标管道的隔爆闸板阀连接，所述活塞腔设有产气药的一端还设有产气药高速启动部件，所述产气药高速启动部件与所述信号接收模块连接。

可选地，所述压力传感器包括压力敏感元件和信号处理元件，所述压力敏感元件与所述信号处理元件连接。

可选地，所述信号处理元件与所述信号输入模块连接。

可选地，所述压力传感器量程为0至10MPa。

可选地，所述红外传感器包括红外敏感元件和转换电路，所述红外敏感元件与所述转换电路连接。

可选地，所述转换电路与所述信号输入模块连接。

可选地，所述红外传感器量程为7μm至10μm。

可选地，所述调试自检模块和所述信号互锁触点模块均与所述信号接收模块连接。

可选地，所述信号输出模块与所述信号接收模块连接。

可选地，所述PLC控制模板是一种数字运算操作电子系统，采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算操作的面向用户的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

本发明的有益效果是：通过安装在目标设备的压力传感器以及安装在目标管道的红外传感器组合探测爆炸信号，并将爆炸信号传递给电气控制系统，电气控制系统根据相关爆炸信号进一步传递动作指令至执行器，执行器的产气药高速启动部件激发产气药，进而带动活塞、活塞杆以及与活塞杆连接的隔爆闸板阀，实现快速关闭闸板阀，从而起到将爆炸压力波和火焰隔离，能够快速有效地检测出爆炸的产生，可有效避免当初始爆炸压力过低时隔爆阀门不能有效关闭的缺陷，并预先形成主动隔爆动作，提高安全性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种用于主动隔爆的执行点火系统的框架示意图；

图2为本发明实施例提供的一种用于主动隔爆的执行点火系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种用于主动隔爆的执行点火系统的执行器的结构原理示意图；

图4为本发明实施例提供的一种用于主动隔爆的执行点火系统的可编程PLC原理示意图；

图5为本发明实施例提供的一种用于主动隔爆的执行点火系统的电气控制系统原理示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。

显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，均属于本发明的保护范围。

另外，文中所提到的所有连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少连接辅件，来组成更优的连接结构。本发明中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

参照图1，本发明实施例提供了一种用于主动隔爆的执行点火系统，包括压力传感器、红外传感器、电气控制系统和执行器，所述压力传感器以及所述红外传感器均与所述电气控制系统连接，所述电气控制系统与所述执行器连接；

所述压力传感器，安装于目标设备，所述压力传感器用于检测爆炸压力信号；

所述红外传感器，安装于目标管道，所述红外传感器用于检测爆炸光信号；

所述电气控制系统，用于接收所述爆炸压力信号和所述爆炸光信号，并根据所述爆炸压力信号和所述爆炸光信号得到指令信号；所述电气控制系统包括控制电路模块、调试自检模块和信号互锁触点模块，所述调试自检模块和所述信号互锁触点模块均与所述控制电路模块连接，所述控制电路模块设有可编程逻辑PLC模块，所述可编程逻辑PLC模块包括信号输入模块、PLC控制模块和信号输出模块，所述信号输入模块、所述PLC控制模块和所述信号输出模块顺次连接；

所述执行器，用于根据所述指令信号进行隔爆处理；所述执行器包括信号接收模块、活塞腔，所述活塞腔内设有产气药、活塞和活塞杆，所述产气药、所述活塞和所述活塞杆顺次设置，所述活塞杆一端与所述活塞连接，所述活塞杆另一端与设置于所述目标管道的隔爆闸板阀连接，所述活塞腔设有产气药的一端还设有产气药高速启动部件，所述产气药高速启动部件与所述信号接收模块连接。

在一些实施例中，所述压力传感器包括压力敏感元件和信号处理元件，所述压力敏感元件与所述信号处理元件连接。

在一些实施例中，所述信号处理元件与所述信号输入模块连接。

在一些实施例中，所述压力传感器量程为0至10MPa。

在一些实施例中，所述红外传感器包括红外敏感元件和转换电路，所述红外敏感元件与所述转换电路连接。

在一些实施例中，所述转换电路与所述信号输入模块连接。

在一些实施例中，所述红外传感器量程为7μm至10μm。

在一些实施例中，所述调试自检模块和所述信号互锁触点模块均与所述信号接收模块连接。

在一些实施例中，所述信号输出模块与所述信号接收模块连接。

在一些实施例中，所述PLC控制模板是一种数字运算操作电子系统，采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算操作的面向用户的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

下面以具体的用于主动隔爆的执行点火系统为例，结合附图对本发明作进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明：

参照图2，本发明的用于主动隔爆的执行点火系统，包括压力传感器(1和2)、红外传感器(3和4)、电气控制系统5、执行器6。

参照图3，执行器设有活塞腔，包括活塞1、活塞环2、缸体3、排气口4、外牙连接端、外法兰6、螺杆7、螺母8、活塞杆9和电控增压发生器10。

需要说明的是，电气控制系统包括可编程逻辑PLC，采用的压力传感器量程为0至10MPa，压力传感器安装于被保护设备上，用于测定被保护设备的爆炸压力，容器内发生爆炸时，压力敏感元件测定爆炸压力值，通过信号处理元件转换为电信号传送给电气控制系统；采用的红外传感器采集的主要信号为7μm至10μm，红外传感器安装于管道上，测定爆炸时产生的火焰，检测元件将检测到的光信号通过转换电路转换为电信号传送到电气控制系统。当压力传感器检测到压力值超过0.01MPa时，且红外传感器检测到红外波长超过7μm时，可编程逻辑电气控制系统PLC判断已发生粉尘爆炸，给出点火触发信号，点火电路连通，产生短路电流，输送到执行机构；如图3所示，执行机构的活塞腔内设有活塞和与所述活塞固定连接的活塞杆，所述活塞杆的下端穿出所述活塞腔并与隔爆闸板阀的顶部固定连接，它的作用是接受电气控制系统的指令，激发点火电极促使产气药爆炸产生大量惰性气体，动作后驱动隔爆闸板阀阀门的关闭。

优选地，参照图4和图5，本发明的电气控制系统，包括压力传感器、红外传感器、转换开关、磁性开关、急停开关、电源、PLC控制器、继电器、控制屏以及警示灯。

其中，电源能够将交流电转换为24V直流电。

另外，如图5所示，L1是AC220V的火线，N是AC220V的零线。此电路图即为AC220V外部供电，经过断路器QF3控制整个电路电源，然后经过1个DC24V开关电源PLC控制器供电，还有一路经过断路器QF4给控制屏供电。

具体地，安装在容器、管道内的压力传感器与红外传感器采用电缆线连接到电气控制系统中作为信号输入端；执行机构采用电缆线连接到电气控制系统中作为信号输出端；所述压力传感器上设有压力敏感元件和信号处理元件，作为二级元件，其通过串联最后连接到PLC控制器的信号输入模块；所述红外传感器上设有红外敏感元件和转换电路，作为二级元件，其通过串联最后连接到PLC控制器的信号输入模块；电气系统包括调试自检模块、PLC控制器、信号互锁触点模块，所述调试自检模块和信号互锁触点模块并联连接PLC控制器，通过手动调节控制整个系统，所述PLC控制器包含信号输入模块、数字运算操作电子系统、信号输出模块，信号输入模块所指PLC控制器信号输入端口AD00+、AD03+触点，信号输出模块所指PLC控制器信号输出端口AD00-、AD03-触点，数字运算操作电子系统接收到信号输入模块的信号后作出反馈给信号输出模块，通过模拟信号发送到执行机构；所述执行机构设有信号接收模块和活塞腔串联，接收信号后活塞腔执行，推动阀门落下。

优选地，参照图4，压力传感器、红外传感器对容器与管道内压力、温度/光参数进行采集，各类信号输出与PLC控制器的IO(input/output)点采用电缆线连接。

其中压力传感器、红外传感器信号经过转换后为模拟量信号，输入PLC控制器的AD00+、AD03+触点；监测到的信号通过PLC控制器的AD00-、AD03-触点输出控制信号，控制显示屏进行显示。

PLC控制器的Y0、Y1、Y2、Y3、Y14触点依次与指示灯HL2至6连接，分别用于指示电源、触发运行、调试自检、伺服运行、急停的状态，触点X5连接开关SA2以实行急停，触电X3连接开关SA1对外置急停给予反馈信号；X4触点连接开关SB1可实施测试点火；X12触点连接SA3旋钮，可对系统投入、停止、调试和本地/远程监控进行选择；X13触点连接SB2按钮，提供故障报警复位功能；Y11触点连接外置警示灯，由DC24V电源供电，在触发主动式隔爆阀的阀门关闭时提供警示作用；Y10按钮连接继电器KA1，通过开关SA1/2控制系统进行模拟和自检功能；Y4触点连接断路器SSD1，通过断路器实行主控闸阀触发；在PLC接收到压力传感器和红外传感器传来的信号时，会对执行器发出信号指令。通过控制屏可监控系统的运行状态。

优选地，参照图3和图4，触点X6、X7通过连接执行器接收端实施阀门限位的开和关；触点X10、X11通过连接执行器接收端实施推杆限位的开和关；触点X2通过连接执行器接收端实施泄爆板信号触发反馈；从PLC控制器中收到指令信号的执行器，会对阀门和推杆发出信号，关闭限位；并输出短路电流，引爆产气药，产生高压推动阀门落下。

另外，为实施信号互锁，其目的在于当PLC控制器同时接收到压力传感器检测到压力值超过0.01MPa，且红外传感器检测到红外波长超过7μm时才会给执行器指令信号，当仅有一种信号接收到时，则不会发出指令信号。通过X1、X3触点连接断路器实现互锁，并给出运行/急停信号反馈，同时对阀门、推杆限位开关作出指令。当只接收单个信号时，限位开。

综上所述，本发明实施例公开了一种用于主动隔爆的执行点火系统，通过接收压力传感器、红外传感器的信号，启动点火系统，给出点火信号，点火线路引爆产气药，产气药产生的高压推动并关闭闸板阀，PLC控制器反馈时间极短，执行器内产气药爆炸产生的高压推动能够提高执行效率，当主控模块监测到异常情况时，及时控制警示模块，从而主动有效地隔绝粉尘爆炸的冲击进入生产系统，提高了生产的安全系数。

此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理系统和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理系统或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的系统中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种用于主动隔爆的执行点火系统，其特征在于，包括压力传感器、红外传感器、电气控制系统和执行器，所述压力传感器以及所述红外传感器均与所述电气控制系统连接，所述电气控制系统与所述执行器连接；

所述压力传感器，安装于目标设备，所述压力传感器用于检测爆炸压力信号；

所述红外传感器，安装于目标管道，所述红外传感器用于检测爆炸光信号；

所述电气控制系统，用于接收所述爆炸压力信号和所述爆炸光信号，并根据所述爆炸压力信号和所述爆炸光信号得到指令信号；所述电气控制系统包括控制电路模块、调试自检模块和信号互锁触点模块，所述调试自检模块和所述信号互锁触点模块均与所述控制电路模块连接，所述控制电路模块设有可编程逻辑PLC模块，所述可编程逻辑PLC模块包括信号输入模块、PLC控制模块和信号输出模块，所述信号输入模块、所述PLC控制模块和所述信号输出模块顺次连接；

所述执行器，用于根据所述指令信号进行隔爆处理；所述执行器包括信号接收模块、活塞腔，所述活塞腔内设有产气药、活塞和活塞杆，所述产气药、所述活塞和所述活塞杆顺次设置，所述活塞杆一端与所述活塞连接，所述活塞杆另一端与设置于所述目标管道的隔爆闸板阀连接，所述活塞腔设有产气药的一端还设有产气药高速启动部件，所述产气药高速启动部件与所述信号接收模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于主动隔爆的执行点火系统，其特征在于，所述压力传感器包括压力敏感元件和信号处理元件，所述压力敏感元件与所述信号处理元件连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于主动隔爆的执行点火系统，其特征在于，所述信号处理元件与所述信号输入模块连接。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种用于主动隔爆的执行点火系统，其特征在于，所述压力传感器量程为0至10MPa。

5.根据权利要求1所述的一种用于主动隔爆的执行点火系统，其特征在于，所述红外传感器包括红外敏感元件和转换电路，所述红外敏感元件与所述转换电路连接。

6.根据权利要求5所述的一种用于主动隔爆的执行点火系统，其特征在于，所述转换电路与所述信号输入模块连接。

7.根据权利要求1、5或6任一项所述的一种用于主动隔爆的执行点火系统，其特征在于，所述红外传感器量程为7μm至10μm。

8.根据权利要求1所述的一种用于主动隔爆的执行点火系统，其特征在于，所述调试自检模块和所述信号互锁触点模块均与所述信号接收模块连接。

9.根据权利要求1所述的一种用于主动隔爆的执行点火系统，其特征在于，所述信号输出模块与所述信号接收模块连接。

10.根据权利要求1所述的一种用于主动隔爆的执行点火系统，其特征在于，所述PLC控制模板是一种数字运算操作电子系统，采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算操作的面向用户的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

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