本發(fā)明屬于印刷機械檢測領(lǐng)域，尤其是一種涉及印刷機鄰域vocs排放在線監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

印刷過程會逸散出大量的vocs，排放方式屬于無組織擴散，聚集在印刷機周圍，使得車間環(huán)境惡劣，嚴重影響工人師傅身體健康。印刷車間屬于高大建筑空間，內(nèi)部氣流因素復雜，而氣體易受溫度、濕度、壓力等環(huán)境綜合因素影響。因此，合理的對印刷過程vocs氣體擴散監(jiān)測方案尤為重要。

國內(nèi)外企業(yè)、高校在印刷vocs方面做了大量的研究，并將研究成果運用到印刷vocs控制方面。研究方向整體主要分為兩部分，源頭控制及末端治理。而對于印刷過程vocs擴散規(guī)律的研究比較少。印刷作業(yè)是連續(xù)進行，氣體具有流動特性，vocs濃度隨時間變化并且無時無刻進行分子運動。根據(jù)印刷車間環(huán)境分為工作區(qū)和非工作區(qū)，工人經(jīng)?；顒釉诠ぷ鲄^(qū)域，即印刷機周圍一定區(qū)域內(nèi)。那么可通過相應的在線監(jiān)測方案，分析印刷機鄰域范圍內(nèi)氣體擴散規(guī)律，從而為找出相應的控制方法提供一定依據(jù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是為克服上述問題而提供了一種印刷機鄰域的vocs在線監(jiān)測方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種印刷機鄰域的vocs在線監(jiān)測方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)建立印刷車間vocs氣體流動模型；

(2)基于vocs各參量建立車間vocs氣體流動控制模型；

(3)分析印刷車間vocs氣體分布特征；

(4)分析印刷機周圍2m鄰域范圍內(nèi)的vocs氣體分布特征；

(5)沿鄰域邊界面等距分布vocs測點分析車間環(huán)境條件；

(6)采用定點分布方式測定鄰域內(nèi)擴散源處vocs的濃度；

(7)沿鄰域內(nèi)擴散特征曲線非均勻分布測點分析vocs擴散狀態(tài)；

(8)基于zigbee技術(shù)的vocs在線監(jiān)測。

所述的步驟1)建立印刷車間vocs氣體流動模型，印刷車間通風方式采用分層空調(diào)形式，排風扇選用百葉窗和自動調(diào)整型旋流風扇。車間頂部設有兩排排風口，一側(cè)墻底部設有出風口，另一側(cè)邊設有送風口，其中進風口距離車間地面高度4m，車間底部出風口距離地面0.4m處。不考慮印刷機地腳，故印刷機模型設計成處于懸空狀態(tài)距離地面350mm。印刷車間屬于高大建筑空間，內(nèi)部存在溫度場、氣流場、壓力場等，環(huán)境因素復雜。根據(jù)流體力學，建立車間vocs流動模型。流體流動狀態(tài)分為湍流流動和層流流動，根據(jù)雷諾方程(1)得出車間vocs為湍流模型。采用基于雷諾平均n-s方程組(rans)模型的kε兩方程模式。引入時均值及脈動值的概念，通過流體力學的基本方程求解，得出vocs湍流能量輸運方程如式(2)所示及能量耗散輸運方程如式(3)所示，方程中τtij為雷諾應力渦粘性模型，如式(4)所示；μt為渦粘性，如式(5)所示。

μt＝cμfμρk²/ε(5)

式中，v為截面通過流體的平均速度；l為特征長度；v為流體運動粘度，k為vocs氣體湍動能；ε湍流耗散率；f為衰減函數(shù)；sij為車間vocs平均速度應變張量；ρ為印刷車間內(nèi)vocs氣體密度；t為擴散時間；x,y,z氣體為流動方向；cμ為常數(shù)0.09；cε1為常數(shù)1.45；cε2為常數(shù)1.92；σk為常數(shù)1.0；σε為常數(shù)1.3；prt為常數(shù)0.9；μt為渦粘性，δij為克羅內(nèi)克算子。

所述的步驟2)基于vocs各參量建立車間vocs氣體流動控制模型，印刷車間vocs屬于湍流模型，氣體分子運動狀態(tài)為紊流狀態(tài)，氣體密度、壓力、濃度等參數(shù)除了滿足n-s之方程外，各個參數(shù)還應滿足守恒定律。根據(jù)物質(zhì)守恒定律，車間vocs氣體分布在任意兩個連續(xù)狀態(tài)間存在一個映射關(guān)系如式(6)所示：

yi＝f(xi)(6)

xi＝{mi，pi，ei，ci，tn}

yi＝{mi，pi，ei，ci，tn+1}

式中：i為vocs組分。

由式(6)可得，印刷vocs質(zhì)量、動量、能量及組分參量滿足以下守恒方程：

式中，ρ為印刷車間內(nèi)vocs氣體密度；t為擴散時間；x,y,z氣體為流動方向；u,v,w氣體流動速率；表示印刷車間內(nèi)單位體積的vocs氣體所受的慣性力；ρf為印刷車間內(nèi)單位體積的vocs氣體的質(zhì)量力；divp為印刷車間內(nèi)單位體積的vocs氣體的應力張量的三度；u為印刷車間內(nèi)單位體積的vocs氣體的內(nèi)能；vi為印刷vocs氣體速率，i＝x,y,z；fi為印刷車間內(nèi)單位體積的vocs氣體的質(zhì)量力，i＝x,y,z；pij為印刷車間內(nèi)單位體積的vocs氣體的面力；ρq為由于輻射或其他物理或化學原因的熱量貢獻。代表印刷車間內(nèi)單位體積內(nèi)vocs組分l的質(zhì)量變化率；ρvml是印刷vocs組分l的對流流量密度；jl代表印刷車間內(nèi)vocs氣體擴散流量密度；sl是印刷車間內(nèi)單位體積vocs的組分l的生成率。

所述的步驟3)分析印刷車間vocs氣體分布特征，圖2所示為車間縱向溫度分布云圖，車間內(nèi)溫度出現(xiàn)分層。印刷機1周圍溫度最高，車間區(qū)域5溫度降低，車間整體溫度適中。印刷機1周圍溫度呈不均勻分布，隨著距離增加溫度降低，其中印刷機色組部分2、4，收紙3處溫度最高。圖3為車間內(nèi)氣流分布云圖，車間頂部出現(xiàn)兩個明顯的漩渦，表明這種通風方式有助于污染氣體排出。圖4所示為車間縱向vocs分布云圖，得出車間內(nèi)vocs氣體出現(xiàn)分層分布。印刷機1周圍濃度最高，而車間其他區(qū)域5處的vocs濃度降低，氣體分布形式等值線分布，隨著距離的增加濃度降低。印刷機色組周圍2、4及收紙臺3處vocs氣體濃度較高，分布特征呈等值線不均勻分布，并隨距離增加氣體濃度降低。圖5a-5b為車間vocs分布散點圖，表明vocs隨距離分布情況。圖5a得出vocs主要集中在高度5m以下的空間，大于5m后vocs濃度明顯將低，圖5b得出vocs主要集中在印刷機兩側(cè)2m范圍內(nèi)，超出2m后由于受到墻壁及排風口等原因使得vocs濃度降低。

所述的步驟4)分析印刷機周圍2m鄰域范圍內(nèi)的vocs氣體分布特征，由步驟3)可得，車間內(nèi)vocs主要集中于印刷機周圍，且根據(jù)圖5a-5b車間vocs散點圖得出，車間高度方向vocs主要分布于印刷機上部2m以下，橫向方向vocs主要分布于印刷機左右2m以內(nèi)。因此，將印刷機周圍2m范圍定義為印刷機鄰域區(qū)域。由圖5a-5b可得印刷機色組周圍2、4及收紙臺3處vocs氣體濃度較高，分布特征呈等值線不均勻分布，并隨距離增加vocs濃度降低。

所述的步驟5)沿鄰域邊界面等距分布vocs測點用于分析車間環(huán)境條件，車間環(huán)境對操作者身體有很大影響，印刷機鄰域為操作者主要活動范圍。如圖6a所示，在印刷機傳動側(cè)和操作側(cè)分別取3個測點，進行采樣監(jiān)測。其中采樣時間為40分鐘，不包括印刷過程操作者使用清洗劑調(diào)整作業(yè)時間段。點①②③為傳動側(cè)測點，點④⑤⑥為操作側(cè)測點，兩側(cè)測點高度均距離地面1.5m。

所述的步驟6)采用定點分布方式測定鄰域內(nèi)擴散源處vocs的濃度，由圖5a-5b得出，印刷機色組周圍2、4及收紙臺3處vocs氣體濃度較高，因此提出在擴散源處進行定點監(jiān)測。采用如圖6b所示，a測點是位于印刷機第三色組上方0.5m處；b測點是位于靠近第二色組，距地面1.5m處；c測點是位于距離收紙臺0.5m，距離地面為1.5m處；d測點是位于車間排風扇下方，距離地面1.5m處。

所述的步驟7)沿鄰域內(nèi)擴散特征曲線非均勻分布測點分析vocs擴散狀態(tài)，圖4中印刷機鄰域內(nèi)vocs分布呈等值線不均勻分布，靠近色組區(qū)域3處濃度大于兩側(cè)vocs濃度。如圖6c所示，選擇在印刷機上部及操作側(cè)沿某一特征曲線分布測點，點①②③④⑤為操作側(cè)監(jiān)測點，點⑥⑦⑧⑨⑩為色組上方監(jiān)測點。非均勻陣列方式監(jiān)測方案下所有測點具有同一基準，如果某點出現(xiàn)異常，表明在此基準線范圍內(nèi)可能出現(xiàn)異常泄漏源，因此能夠更好地用于監(jiān)測印刷過程vocs擴散狀態(tài)，有針對性的采取補救措施，為控制印刷vocs排放提供一種方法。

所述的步驟8)基于zigbee技術(shù)的vocs在線監(jiān)測，zigbee技術(shù)應用于氣體監(jiān)測，具有成本低、節(jié)點量大、體積小、傳輸距離遠等優(yōu)點。氣體監(jiān)測系統(tǒng)主要組成包括終端節(jié)點、協(xié)調(diào)器、數(shù)據(jù)處理模塊、上位機。其中，

終端節(jié)點：負責目標氣體數(shù)據(jù)信息采集，是zigbee網(wǎng)絡的感知與執(zhí)行部分。本系統(tǒng)終端節(jié)點包括zigbee底板、核心板及vocs氣體傳感器。核心板主要組成是cc2530芯片，具有8051兼容微控制器、zigbee射頻(rf)前端等。底板主要包括數(shù)據(jù)拓展模塊、收發(fā)指示燈、仿真器接口、usb串口、電源模塊等。

協(xié)調(diào)器：支撐網(wǎng)絡的鏈路結(jié)構(gòu)具有數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)包的多跳路由轉(zhuǎn)發(fā)，作為一種中介保持及維護網(wǎng)關(guān)及感器節(jié)點通信。主要負責新建和維護網(wǎng)絡，配置監(jiān)測節(jié)點的網(wǎng)絡地址，控制監(jiān)測節(jié)點的執(zhí)行事件，無線接收監(jiān)測節(jié)點的數(shù)據(jù)信息以及與監(jiān)控主機軟件進行通信。主要組成由底板和核心板，其組成與上述終端節(jié)點組成相同。

數(shù)據(jù)處理模塊：選用的核心處理器是stm32f103ret7，包括收發(fā)指示燈、仿真器接口，電源模塊等，主要完成將從各節(jié)點收回的底層數(shù)據(jù)進行處理轉(zhuǎn)換，提取所需數(shù)據(jù)，傳送到上位機。

上位機：主要完成接收網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)和發(fā)送指令。通過印刷vocs氣體監(jiān)測軟件實現(xiàn)印刷過程vocs擴散狀態(tài)在線監(jiān)測。

附圖說明

圖1是本發(fā)明印刷機鄰域vocs在線監(jiān)測方法結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明印刷車間縱向溫度場分布云圖；

圖3是本發(fā)明印刷車間氣流場分布云圖；

圖4是本發(fā)明印刷車間縱向vocs濃度場分布云圖；

圖5a是本發(fā)明印刷車間縱向vocs分布散點圖；

圖5b是本發(fā)明印刷車間橫向vocs分布散點圖；

圖6a-6c是本發(fā)明印刷機鄰域vocs測點圖；

圖7是本發(fā)明基于zigbe技術(shù)的vocs在線監(jiān)測結(jié)構(gòu)圖；

附圖標記如下：

圖2中，1-印刷機模型，2-印刷機色組與色組中間區(qū)域，3-印刷機收紙部分，4-印刷機上部溫度集中區(qū)域，5-溫度非集中區(qū)域。

圖4中，1-印刷機模型，2-印刷機色組與色組中間區(qū)域，3-印刷機收紙部分，4-印刷機上部vocs集中區(qū)域，5-vocs非集中區(qū)域。

圖6a中，①-印刷機傳動側(cè)靠近輸紙臺，距離印刷2m，距離地面1.5m處，②-印刷機傳動側(cè)靠近第三色組，距離印刷機2m，距離地面1.5m處，③-印刷機傳動側(cè)靠近收紙臺，距離印刷機2m，距離地面1.5m處，④-印刷機操作側(cè)靠近輸紙臺，距離印刷機2m，距離地面1.5m處，⑤-印刷機傳動側(cè)靠近第三色組，距離印刷機2m，距離地面1.5m處，⑥印刷機操作側(cè)靠近輸紙臺，距離印刷機2m，距離地面1.5m處，←表示車間內(nèi)風速方向。

圖6b中，a-第二色組上方0.5m處，b-靠近第二色組，距離地面1.5m處，c-距離收紙臺0.5m，距離地面1.5m處，d-排氣扇下方，距離地面1.5m處,←表示車間內(nèi)風速方向。

圖6c中，①-印刷機操作側(cè)靠近輸紙臺，距離地面高度1.5m處，②-印刷機操作側(cè)靠近第一色組，距離地面高度1.5m處，③-靠近印刷機操作側(cè)第一色組與第二色組之間區(qū)域，距離地面高度1.5m處，④-靠近印刷機操作側(cè)第二色組與第三色組之間區(qū)域，距離地面高度1.5m處，⑤-靠近印刷機操作側(cè)第三色組與第四色組之間區(qū)域，距離地面高度1.5m處，⑥-印刷機上部，位于第一色組與輸紙臺中間區(qū)域，⑦-印刷機上部，位于第一色組與第二色組中間區(qū)域，⑧-印刷機上部，位于第二色組與第三色組中間區(qū)域，⑨-印刷機上部，位于第三色組與第四色組中間區(qū)域，⑩-印刷機上部，第四色組與收紙臺中間區(qū)域，←表示車間內(nèi)風速方向。①②③④⑤測點與⑥⑦⑧⑨⑩測點均在印刷機鄰域范圍內(nèi)，即印刷機色組上方2m，印刷機周圍2m內(nèi)。

具體實施方式:

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。

印刷機鄰域vocs測點分布如圖6a-6c所示，各測點方案構(gòu)成如下：

①沿鄰域邊界面等距分布vocs測點用于分析車間環(huán)境條件(見圖1和圖6a)，印刷機鄰域為操作者主要活動范圍。如圖6a所示。在印刷機傳動側(cè)和操作側(cè)分別等距分布選取3個測點。其中采樣時間為40分鐘，不包括印刷過程操作者使用清洗劑調(diào)整作業(yè)時間段。點①②③為傳動側(cè)測點，點④⑤⑥為操作側(cè)測點，測點位置為均距離印刷機2m，距離地面1.5m處。

②采用定點分布方式測定鄰域內(nèi)擴散源處vocs的濃度(見圖1和圖6b)，由圖4得出，印刷機色組周圍2、4及收紙臺3處vocs氣體濃度較高，采用如圖6b所示，a測點是位于印刷機第三色組上方0.5m處；b測點是位于靠近第二色組，距地面1.5m處；c測點是位于距離收紙臺0.5m，距離地面為1.5m處；d測點是位于車間排風扇下方，距離地面1.5m處。

③沿鄰域內(nèi)擴散特征曲線非均勻分布測點分析vocs擴散狀態(tài)(見圖1和圖6c)，圖4中印刷機鄰域內(nèi)vocs分布呈等值線不均勻分布，靠近色組區(qū)域4濃度大于兩側(cè)區(qū)域vocs濃度。如圖6c所示，選擇在印刷機上部及操作側(cè)沿某一特征曲線分布測點，點①②③④⑤為操作側(cè)監(jiān)測點，點⑥⑦⑧⑨⑩為色組上方監(jiān)測點。非均勻陣列方式監(jiān)測方案下所有測點具有同一基準，如果某點出現(xiàn)異常，表明在此基準線范圍內(nèi)可能出現(xiàn)異常泄漏源，因此能夠更好地用于監(jiān)測印刷過程vocs擴散狀態(tài)，為控制印刷vocs排放提供一種方法。

所述的步驟3)分析印刷車間vocs氣體分布特征，圖2所示為車間縱向溫度分布云圖，車間內(nèi)溫度出現(xiàn)分層。印刷機1周圍溫度最高，車間區(qū)域5溫度較低，車間整體溫度適中。印刷機1周圍溫度呈不均勻分布，隨著距離增加溫度降低，其中印刷機色組部分2、3，收紙臺4處溫度最高。圖3為車間內(nèi)氣流分布云圖，車間頂部出現(xiàn)兩個明顯的漩渦，表明這種通風方式有助于污染氣體排出。圖4所示為車間縱向vocs分布云圖，得出車間內(nèi)vocs氣體出現(xiàn)分層分布。印刷機1周圍濃度最高，而車間其他區(qū)域5處的vocs濃度將低，氣體分布形式等值線分布，隨著距離的增加濃度降低。印刷機色組周圍2、4及收紙臺3處vocs氣體濃度較高，分布特征呈等值線不均勻分布，并隨距離增加氣體濃度降低。圖5a-5b為車間vocs分布散點圖，表明vocs隨距離分布情況。圖5a得出vocs主要集中在高度5m以下的空間，大于5m后vocs濃度明顯將低，圖5b得出vocs主要集中在印刷機兩側(cè)2m范圍內(nèi)，超出2m后由于受到墻壁及排風口等原因使得vocs濃度降低。

所述的步驟4)分析印刷機周圍2m鄰域范圍內(nèi)的vocs氣體分布特征，由步驟3)可得，車間內(nèi)vocs主要集中于印刷機周圍，且根據(jù)圖5a-5b車間vocs散點圖得出，車間高度方向vocs主要分布于印刷機上部2m以下，橫向方向vocs主要分布于印刷機左右2m以內(nèi)。因此，將印刷機周圍2m范圍定義為印刷機鄰域區(qū)域。由圖4可得印刷機色組周圍2、4及收紙臺3處vocs氣體濃度較高，分布特征呈等值線不均勻分布，并隨距離增加vocs濃度降低。

所述的步驟8)基于zigbee技術(shù)的vocs在線監(jiān)測，zigbee技術(shù)應用于氣體監(jiān)測，具有成本低、節(jié)點量大、體積小、傳輸距離遠等優(yōu)點。如圖7所示，氣體在線監(jiān)測主要包括終端節(jié)點、協(xié)調(diào)器、數(shù)據(jù)處理板、上位機。其中，

終端節(jié)點：負責目標氣體數(shù)據(jù)信息采集，zigbee網(wǎng)絡的感知與執(zhí)行部分。本系統(tǒng)終端節(jié)點包括zigbee底板、核心板及vocs氣體傳感器。核心板主要組成是cc2530芯片，8051兼容微控制器、zigbee射頻(rf)前端等。底板主要包括數(shù)據(jù)拓展模塊、收發(fā)指示燈、仿真器接口、usb串口、電源模塊等。

協(xié)調(diào)器：支撐網(wǎng)絡的鏈路結(jié)構(gòu)具有數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)包的多跳路由轉(zhuǎn)發(fā)，作為一種中介保持及維護網(wǎng)關(guān)及感器節(jié)點通信。主要負責新建和維護網(wǎng)絡，配置監(jiān)測節(jié)點的網(wǎng)絡地址，控制監(jiān)測節(jié)點的執(zhí)行事件，無線接收監(jiān)測節(jié)點的數(shù)據(jù)信息以及與監(jiān)控主機軟件進行通信。主要組成由底板和核心板，其組成與上述終端節(jié)點組成相同。

數(shù)據(jù)處理板：選用的主芯片為stm32f103ret7，包括收發(fā)指示燈、仿真器接口，電源模塊等，主要完成將從各節(jié)點收回的底層數(shù)據(jù)進行處理轉(zhuǎn)換，提取所需數(shù)據(jù)，傳送給上位機。

上位機：主要完成接收網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)和發(fā)送指令。通過印刷vocs氣體監(jiān)測軟件實現(xiàn)對印刷過程vocs擴散狀態(tài)在線監(jiān)測。