工厂发生火灾、爆炸等事故带来的损失是巨大的,而工业生产中由火花引起的粉尘燃爆是事故发生的重要原因之一。工厂内车间在进行生产活动时,会产生许多易燃易爆的粉尘,由除尘设备等装置通过管道排放处理。在粉尘较多的管道内产生的一个细小的火花,也可能引起粉尘爆炸这样严重的后果。因此,如果工厂内安装可以检测并及时熄灭管道内火花的系统,会给生产活动带来极大的安全保障。本文设计的火花探测系统具备实时检测工厂管道内火花的能力,且在检测到火花后能及时采取合适的方式熄灭,保证生产活动的正常进行。对火花触发的警报和系统检测到的故障等事件,系统提供事件报警、事件记录、事件查看等事件管理功能。用户可通过直接操作设备、使用手机APP和操作PC中的Web页面三种方式,控制和查看系统的运行状态。一个系统可在工厂的多个需监测的管道安装监测设备,同时监测多个生产管道内的火花。系统在工厂内安装主要分为两个部分。一部分是基于树莓派的主控节点模块。主控节点拥有图形化界面,操作员可以通过操作主控节点查看系统每个子节点产生的事件和运行状态,并且可以对子节点进行配置。同时主控节点也负责硬件端与服务器模块的通信。另一部分是安装在各个检测节点的子节点模块。每个子节点都可单独完成火花的探测,并及时熄灭火花。子节点会与主控节点及时同步发生的事件和节点运行状态。针对子节点与主控节点间的通信方式,本文使用了基于RS-485的竞争式环形通信协议。协议由竞争式上报方式和环形轮报方式两种通信方式构成。竞争式上报方式会让较紧急数据在通信空闲字节抢占式发送。经仿真试验测试,协议处理火花警报等紧急事件的响应时间平均约为96ms,而典型的RS-485多机通信方式如轮询方式平均约为1221ms,轮报方式平均约为928ms。可见竞争式环形通信协议更适用于本项目,且协议能很好地支持节点的自动组织、删除及添加。系统设计了高效可靠的硬件端与服务器端的通信协议和硬件端本地的数据库。系统也对不同角色类型的用户进行了权限划分,增强了系统的安全性。系统已开发完成且测试通过,已组装两台在江苏的工厂试运行,运行期间表现稳定。