喬玉燈 彭軍

摘 要 自從石化行業(yè)倡導(dǎo)向智能化轉(zhuǎn)型以來，在智能油田、智能煉廠、智能管網(wǎng)都取得了顯著的成效。石油行業(yè)的智能化取得了巨大的進步，所以各個站廠的相應(yīng)設(shè)備也必須跟上智能化的腳步，具中國石化信息化管理部新聞報道，目前已經(jīng)在部分站廠實現(xiàn)了智能物聯(lián)信息技術(shù)應(yīng)用，比如無人值守的采氣站廠，都是通過信息技術(shù)進行在線監(jiān)控，代替了傳統(tǒng)的人員值守[1]?；诖吮尘氨疚难芯恳环N智慧型報警器，可應(yīng)用于油氣站廠的報警，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單一化的報警器。此報警器將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于身，可以實現(xiàn)智能化、等級化、多向化、精確化的報警，可以將報警數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程平臺，讓工作人員第一時間明白報警原因，無需通過調(diào)查各個監(jiān)控視頻進行人眼的分辨，降低人為判斷誤差。

【關(guān)鍵詞】天然氣 報警裝置 智能

1 研究目的

信息化已經(jīng)是目前社會發(fā)展的主流，我們必須緊跟信息技術(shù)發(fā)展的步伐。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是信息化技術(shù)發(fā)展的一種現(xiàn)實體現(xiàn)，它將各個實體的物品相互連接，共享信息，讓各個工作系統(tǒng)的運作更加高效和便捷。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)映射到本文的所研究的智慧天然氣報警裝置就是讓這個報警器具備了“智能”，賦予了報警器“生命”。傳統(tǒng)的報警器對于現(xiàn)在的社會來說已經(jīng)擁有諸多不便：

（1）報警形式單一；

（2）不能區(qū)分危險程度的報警；

（3）沒有報警數(shù)據(jù)的記錄；

（4）報警后沒有一定的應(yīng)急處理措施。

本文研究的智慧型報警器區(qū)別于傳統(tǒng)的報警器的單獨聲光提示作用，本文研究的智慧報警器可以進行等級區(qū)分報警，根據(jù)檢測泄漏氣體濃度的高低分別采取不同的報警方式并采取一定的應(yīng)對措施，達到精確報警和簡單施救的目的。能夠?qū)缶瘮?shù)據(jù)傳輸至中控平臺進行數(shù)據(jù)顯示，具有黑匣子功能，能夠在事故發(fā)生后留下寶貴的事故數(shù)據(jù)，為事故原因提供有力證據(jù)。

2 功能分析

2.1 數(shù)據(jù)傳輸

實時監(jiān)控數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化和信息的發(fā)送，采用中移的GSM-M6311為網(wǎng)絡(luò)核心器件，進行GPRS網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通，此模塊支持網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸和短信的發(fā)送，并且還提供免費的平臺進行數(shù)據(jù)的承載，非常適合本文所設(shè)計的數(shù)據(jù)傳輸。此款模塊支持多種行業(yè)標(biāo)準協(xié)議的解析和轉(zhuǎn)換，如MQTT、Modbus、EDP，本文研究的報警器數(shù)據(jù)傳輸采用EDP協(xié)議。協(xié)議應(yīng)用如圖1，總線設(shè)備將信息傳輸中DTU透視再經(jīng)過SIM卡發(fā)送至OneNET，進行后端接收處理，然后再原路反饋回總線設(shè)備，完成一個完整的數(shù)據(jù)交換。

2.2 智能報警

本文所研發(fā)的智慧型天然氣報警設(shè)備可以根據(jù)氣體傳感器檢測的濃度判斷危險等級，并通過GPRS或Wi-Fi實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳至OneNET進行數(shù)據(jù)的查看，當(dāng)泄漏濃度達到1級（輕微泄漏30ppm-50ppm）危險值時進行網(wǎng)絡(luò)通信警告，并發(fā)出“輕微泄漏語音”，并將泄漏信息發(fā)送至網(wǎng)路端和存儲于黑匣子內(nèi)。同時也將開啟排風(fēng)扇進行空氣的流通處理。當(dāng)泄漏值持續(xù)增加當(dāng)達到2級（中度泄漏50ppm-150ppm）時，在1級的基礎(chǔ)上立即發(fā)送短信和拉響中控室的相關(guān)警報并進行語音+光報警，通知工作人員進行檢查和采取應(yīng)對措施，同時加大排風(fēng)扇的排風(fēng)力度，使其加大空氣流通速度。若持續(xù)2分鐘濃度沒有降下來，則進行主要負責(zé)人的電話通知，如果不能接通則進行下一個號碼，直到接通播放語音消息。當(dāng)達到3級（重度泄漏150ppm以上）危險值時，如果在2級措施的基礎(chǔ)上沒有得到緩解的情況下，濃度沒有降低到中度及以下則進行自動119報警求救，并將泄漏的相應(yīng)情況以短信和電話語音的形式發(fā)送給領(lǐng)導(dǎo)負責(zé)人。作為事故來源和責(zé)任評估證據(jù)。當(dāng)然，在所有等級當(dāng)中，其中的泄漏信息都會以網(wǎng)絡(luò)的形式傳輸至系統(tǒng)平臺。為了以防萬一事故擴大，而導(dǎo)致現(xiàn)場數(shù)據(jù)的部分丟失，本研究的報警器將具備黑匣子功能，確保數(shù)據(jù)的完整性。

2.3 應(yīng)急措施及顯示功能

本文研究的報警器除開報警功能以外，還具有一定的緊急應(yīng)對措施，當(dāng)報警器檢測到出現(xiàn)泄漏時，會根據(jù)泄漏等級打開排風(fēng)扇的檔位，利于設(shè)備和人員的安全。若達到3級泄漏等級，系統(tǒng)將會自動切斷各個儀器設(shè)備電源以免造成因為電火花和靜電等引起爆炸事故。為了利于現(xiàn)場工作人員的檢查，本文研究的報警器提供數(shù)據(jù)、時間、狀態(tài)等與泄漏安全相關(guān)的信息，采用歐姆龍的高清顯示屏幕進行顯示，可以非常清楚和直觀的顯示檢測情況和相應(yīng)監(jiān)測點的狀態(tài)。

3 結(jié)構(gòu)分析

3.1 硬件結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計的硬件電路主要由傳感器檢測模塊、單片機控制模塊、顯示和報警模塊、電話模塊、排放設(shè)備控制模塊、OneNET網(wǎng)絡(luò)信息傳輸模塊幾大部分組成。具有智能判斷、智能選擇性、遠程數(shù)據(jù)傳輸、智能報警的綜合性報警器。因為，STM32F103具有高速的數(shù)據(jù)處能力和多個可用的外接接口，可以滿足本設(shè)計的各種外接接口需求，其價格也是在32系列當(dāng)中比較適中的，其數(shù)據(jù)存儲功能也滿足本文說設(shè)計才產(chǎn)品。而MQ-4氣體傳感器以其對天然氣有很高的靈敏度，對乙醇、煙霧有很低的靈敏度，有快速的響應(yīng)恢復(fù)特性，具有長期的使用壽命、可靠的穩(wěn)定性和簡單的驅(qū)動電路，所以是理想的檢測器。GSM-6311支持多種協(xié)議的使用，可和STM32單片機進行對接，能夠通過GPRS快速的將數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)路平臺上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程傳輸，并具備短信功能，所以非常適合作為本文所研究裝置的遠程信息傳輸體。如圖2所示，整個結(jié)構(gòu)以STM32F103為信息處理中心，將氣體檢測器檢測到的泄漏濃度信號進行等級判斷然后根據(jù)判斷的結(jié)果進行控制信號的輸出，以驅(qū)動電話模塊，報警及顯示模塊，排放設(shè)備等，各個模塊得到對應(yīng)的控制信號以后進行工作并反饋回芯片，以利于芯片自檢各個模塊是否正常工作。

3.2 軟件結(jié)構(gòu)

主程序的主要功能是實現(xiàn)智能判斷危險等級并實現(xiàn)分等級精確報警和采用一定的安全措施，同時將數(shù)據(jù)采集發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺。程序采用循環(huán)結(jié)構(gòu)，順序檢查各個濃度等級，有選擇性的控制相應(yīng)設(shè)備和報警裝置，當(dāng)檢測出現(xiàn)某一等級泄漏后，系統(tǒng)將直接開啟相應(yīng)等級的控制和發(fā)出相應(yīng)的報警以及做出對應(yīng)等級的報警，然后再持續(xù)檢測信息，實時在線分析當(dāng)前情況并對新情況做出新的控制操作。充分發(fā)揮計算智能的優(yōu)勢，盡可能的減少事故的發(fā)生率。本文在程序算法方面使用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)算法，使其具有不斷自學(xué)習(xí)的功能，讓判斷控制更加的具有智慧。如圖3所示。

4 結(jié)束語

信息化、智慧化、無人化是當(dāng)今的發(fā)展的主題，我們石油領(lǐng)域也必將向著該方向發(fā)展，所以本文從小小的報警器的改進，為石油領(lǐng)域的信息化改革添磚加瓦。本文所采用的物聯(lián)技術(shù)可以將各個使用本報警器的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一存儲、監(jiān)控、管理，可以利于大數(shù)據(jù)的分析和挖掘。而且本文所研究的報警器是24小時在線監(jiān)控，可以時時將監(jiān)測數(shù)據(jù)進行遠程傳輸和存儲，實現(xiàn)了在線技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用。

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作者簡介

喬玉燈，男，重慶市人。碩士學(xué)歷。主要研究方向為在線分析與控制工程。

工作單位

重慶科技學(xué)院 重慶市 401331