重大危險(xiǎn)源監(jiān)控系統(tǒng)集成技術(shù)的應(yīng)用

(河南煤化集團(tuán)煤氣化公司義馬氣化廠，河南義馬 472300)

2011年7月國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局審議通過《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》，自2011年12月1日起執(zhí)行，從事危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)、儲(chǔ)存、使用和經(jīng)營的單位建立完善重大危險(xiǎn)源安全管理規(guī)章制度和安全操作規(guī)程，并采取有效措施保證其得到執(zhí)行。國家鼓勵(lì)危險(xiǎn)化學(xué)品單位采用有利于提高重大危險(xiǎn)源安全保障水平的先進(jìn)適用的工藝、技術(shù)、設(shè)備以及自動(dòng)控制系統(tǒng)，推進(jìn)安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門重大危險(xiǎn)源安全監(jiān)管的信息化建設(shè)。某化工廠現(xiàn)有生產(chǎn)裝置:熱電裝置、空分裝置、氣化裝置、凈化裝置、甲醇裝置、給排水裝置等。生產(chǎn)控制系統(tǒng)較多，氣體報(bào)警分散，視頻監(jiān)控獨(dú)立，火災(zāi)報(bào)警信息不能上網(wǎng)，資源信息不能共享。為貫徹落實(shí)《中華人民共和國安全生產(chǎn)法》、《國務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)企業(yè)安全生產(chǎn)工作的通知》(23號(hào)文)，充分利用該廠現(xiàn)有信息資源，合理優(yōu)化配置，對(duì)現(xiàn)有資源進(jìn)行充分整合，集成開發(fā)出“可視(看)、可檢(測)、可報(bào)(警)、可記(錄)、可巡(控)”的“五可”重大危險(xiǎn)源監(jiān)控系統(tǒng)。

1 重大危險(xiǎn)源監(jiān)控系統(tǒng)資源

重大危險(xiǎn)源監(jiān)控系統(tǒng)集成四方面資源，分別為:生產(chǎn)過程(DCS)數(shù)據(jù)、氣體報(bào)警數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控信息、火災(zāi)報(bào)警信息。生產(chǎn)過程(DCS)數(shù)據(jù):生產(chǎn)控制采用16套DCS，分布全廠。分別為美國HONEYWELL TPS系統(tǒng)、美國 FOXBORO IA系統(tǒng) 、美國EMERSON DELTAV系統(tǒng)、和利時(shí) MACSV系統(tǒng)、浙大中控 ECS－700系統(tǒng)。IA、DELTAV、ECS－700控制系統(tǒng)自帶OPC通訊，可以直接通訊采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，TPS僅帶DDE協(xié)議，部分MACSV系統(tǒng)無通訊軟件。重大危險(xiǎn)源監(jiān)控需要DCS生產(chǎn)實(shí)時(shí)工藝數(shù)據(jù)300個(gè)。

氣體報(bào)警數(shù)據(jù):全廠有毒有害、可燃?xì)怏w檢測點(diǎn)419個(gè)，信號(hào)分別進(jìn)入裝置相對(duì)應(yīng)控制室，在盤裝二次表集中顯示報(bào)警，分布于全廠6個(gè)控制室。

視頻監(jiān)控信息:已安裝9個(gè)視頻監(jiān)控點(diǎn)，在控制室監(jiān)控顯示。按重大危險(xiǎn)源監(jiān)控要求需增加視頻監(jiān)控點(diǎn)，總計(jì)40處重大危險(xiǎn)源監(jiān)控點(diǎn)。

火災(zāi)報(bào)警信息:1#火災(zāi)報(bào)警524點(diǎn)，進(jìn)入JBQB－JST5000型主機(jī)監(jiān)控;2#火災(zāi)報(bào)警232點(diǎn)，進(jìn)入JB－QG－JST200型主機(jī)監(jiān)控;3#火災(zāi)報(bào)警210點(diǎn)，進(jìn)入LD128E(Q)II型主機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。

2 重大危險(xiǎn)源監(jiān)控系統(tǒng)集成架構(gòu)

該廠重大危險(xiǎn)源監(jiān)控系統(tǒng)采用目前成熟的系統(tǒng)架構(gòu)，總體架構(gòu)為“三個(gè)層次，五個(gè)平臺(tái)”，三個(gè)層次是數(shù)據(jù)采集層、監(jiān)控層、管理層;五個(gè)平臺(tái)是終端設(shè)備平臺(tái)、監(jiān)控硬件平臺(tái)、監(jiān)控軟件平臺(tái)、業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)、管理決策平臺(tái)?？傮w架構(gòu)如圖1所示。

重大危險(xiǎn)源監(jiān)控系統(tǒng)分三層:數(shù)據(jù)采集層、監(jiān)控層、管理層。下層為數(shù)據(jù)采集層:將所有需采集的生產(chǎn)過程(DCS)數(shù)據(jù)、氣體報(bào)警數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控信息、火災(zāi)報(bào)警信息利用不同方法采集至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。中層為監(jiān)控層，利用服務(wù)器相關(guān)組態(tài)及配置，實(shí)時(shí)監(jiān)控。上層為管理層:利用局域網(wǎng)的形式將各采集數(shù)據(jù)發(fā)送至上級(jí)單位、廠領(lǐng)導(dǎo)和授權(quán)用戶，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)瀏覽和歷史查詢。

圖1 總體架構(gòu)

重大危險(xiǎn)源監(jiān)控系統(tǒng)由五部分組成。終端設(shè)備平臺(tái):包括現(xiàn)場儀器儀表、視頻攝像頭、火災(zāi)報(bào)警、氣體報(bào)警儀及各個(gè)DCS系統(tǒng)。這些系統(tǒng)是現(xiàn)場終端，是數(shù)據(jù)來源，但采集到的數(shù)據(jù)有視頻信號(hào)、模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)等多種格式，需要通過業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)做整合。監(jiān)控硬件平臺(tái):包括網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)器等，如交換機(jī)、防火墻、數(shù)采儀、報(bào)警控制器、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等。監(jiān)控軟件平臺(tái):包括基礎(chǔ)監(jiān)控各種軟件，如實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用服務(wù)器中間件、商業(yè)智能BI、GIS服務(wù)器、權(quán)限控制等。業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái):包括眾多軟件系統(tǒng)，如氣體報(bào)警系統(tǒng)、工藝監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)急管理系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)基礎(chǔ)按照業(yè)務(wù)邏輯運(yùn)算后顯示于界面上，供管理人員調(diào)度操作。管理決策平臺(tái):各業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)可以集中在液晶大屏幕上展現(xiàn)，管理人員可以在一個(gè)屏幕上指揮操作各個(gè)系統(tǒng)，查看全廠安全狀況匯總報(bào)告，通過全廠鳥瞰圖實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠生產(chǎn)信息管理軟件及安全管理信息平臺(tái)的查詢?yōu)g覽和指揮管理。

3 重大危險(xiǎn)源監(jiān)控系統(tǒng)硬件集成

該廠重大危險(xiǎn)源監(jiān)控系統(tǒng)，按總體架構(gòu)配置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

生產(chǎn)過程(DCS)數(shù)據(jù)獲得，16套DCS能夠提供OPC或DDE接口，采用OPC或DDE通訊接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。由于該廠已經(jīng)建成且正在使用全廠調(diào)度系統(tǒng)，能夠提供OPC或DDE接口的DCS系統(tǒng)通訊接口已經(jīng)被調(diào)度系統(tǒng)使用，需要將調(diào)度系統(tǒng)并入重大危險(xiǎn)源監(jiān)控系統(tǒng)。由于通訊數(shù)據(jù)量大，需要選用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入。對(duì)于不能夠提供OPC或DDE接口的DCS系統(tǒng)，需要增加OPC服務(wù)方式進(jìn)行接入。上層通過硬件防火墻來保障DCS的安全性。每套DCS系統(tǒng)使用1個(gè)通訊端口讀取，不影響系統(tǒng)和現(xiàn)場儀表運(yùn)行;數(shù)據(jù)讀取量大，可方便增加或減少數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)量。

氣體報(bào)警數(shù)據(jù)獲得，所有氣體報(bào)警二次表輸出4～20 mA電流信號(hào)和RS485通訊可選，信號(hào)通過電纜線接入到數(shù)采儀中，11臺(tái)數(shù)采儀將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)信號(hào)輸出。網(wǎng)絡(luò)信號(hào)再經(jīng)由交換機(jī)，上傳進(jìn)入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。氣體報(bào)警信息加工后服務(wù)于重大危險(xiǎn)源監(jiān)控系統(tǒng)。

視頻監(jiān)控信息獲取，根據(jù)現(xiàn)場攝像頭分布情況，采用8對(duì)8路視頻光端機(jī)進(jìn)行視頻信號(hào)傳輸，采集到的信號(hào)匯聚到8臺(tái)16路數(shù)字硬盤錄像機(jī)存儲(chǔ)。由于視頻數(shù)據(jù)量比較大和傳輸距離遠(yuǎn)等因素，視頻數(shù)據(jù)接入采用光纜和視頻線路混合連接的方式。

火災(zāi)報(bào)警信息:火災(zāi)報(bào)警主機(jī)3臺(tái)，都僅能輸出一個(gè)系統(tǒng)報(bào)警開關(guān)量信號(hào)，采用數(shù)采儀將相關(guān)的開關(guān)量信號(hào)接入，將開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)化成網(wǎng)絡(luò)信號(hào)匯入交換機(jī)，通過局域網(wǎng)傳輸?shù)綄?shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，進(jìn)入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，供應(yīng)用軟件使用。

4 重大危險(xiǎn)源監(jiān)控系統(tǒng)軟件集成

生產(chǎn)過程(DCS)數(shù)據(jù)、氣體報(bào)警數(shù)據(jù)、火災(zāi)報(bào)警信息采集后進(jìn)入數(shù)據(jù)庫。用于生產(chǎn)數(shù)據(jù)緩存、歷史存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)計(jì)算等。根據(jù)需求，數(shù)據(jù)接入采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫要求與HONEYWELL、FOXBORO、EMERSON、HOLLYSYS 等 DCS兼容，性能好、容量大、可靠性高、安全性強(qiáng)。如圖3所示，用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、生產(chǎn)管理、先進(jìn)控制、優(yōu)化控制、流程模擬等應(yīng)用，是企業(yè)信息化的橋梁，可以提高工廠管控一體化水平，有效降低企業(yè)成本。

圖3 系統(tǒng)軟件集成

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是實(shí)現(xiàn)流程企業(yè)重大危險(xiǎn)源監(jiān)控系統(tǒng)的核心。主要功能覆蓋流程企業(yè)全廠范圍過程數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、存儲(chǔ)、瀏覽和分析;是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)過程控制、流程模擬和生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化的基礎(chǔ)。它包栝了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、管理和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)畫面監(jiān)視、報(bào)表生成等功能。

重大危險(xiǎn)源監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用B/S架構(gòu)模式，用戶可以在任何一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的電腦上監(jiān)控和管理，完全實(shí)現(xiàn)客戶端零維護(hù)。系統(tǒng)軟件包括企業(yè)信息管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警、應(yīng)急救援、安全生產(chǎn)知識(shí)庫、統(tǒng)計(jì)分析、隱患排查整改、系統(tǒng)管理等子系統(tǒng)。

企業(yè)信息普查登記管理系統(tǒng):主要對(duì)企業(yè)基本信息、設(shè)備設(shè)施、規(guī)章制度、機(jī)構(gòu)設(shè)置、企業(yè)涉及的各種危險(xiǎn)源(鍋爐、壓力容器、儲(chǔ)罐區(qū)、壓力管道、生產(chǎn)場所、庫區(qū)等)基本信息、周邊環(huán)境、應(yīng)急預(yù)案、安全員等情況進(jìn)行普查登記備案和查詢、統(tǒng)計(jì)、分析，進(jìn)行普查登記備案、查詢和統(tǒng)計(jì)。

危險(xiǎn)源分類監(jiān)管子系統(tǒng):實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)源分類管理，查詢，統(tǒng)計(jì)，管理等。類別為儲(chǔ)罐區(qū)、庫區(qū)、生產(chǎn)場所、壓力管道、鍋爐、壓力容器、尾礦庫等。重大危險(xiǎn)源分類監(jiān)管子系統(tǒng)具有將危險(xiǎn)源從登記、審核、存檔進(jìn)行信息化、自動(dòng)化分類管理的功能。嚴(yán)格按照國家有關(guān)重大危險(xiǎn)源、危險(xiǎn)化學(xué)品相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)來制定，管理重大危險(xiǎn)源。實(shí)現(xiàn)“一源一檔”，即一個(gè)危險(xiǎn)源一個(gè)檔案。

重大事故隱患信息子系統(tǒng):重大事故隱患排查整改情況動(dòng)態(tài)信息的上報(bào)，查詢和統(tǒng)計(jì)分析。系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)督提示。在規(guī)定日期內(nèi)進(jìn)行整改，提交整改報(bào)告，若沒有整改，則對(duì)相關(guān)責(zé)任人進(jìn)行消息提示，并進(jìn)行預(yù)警登記備案，進(jìn)行安全行政處罰。系統(tǒng)提供查看收錄重大隱患報(bào)告、整改報(bào)告及整改審查驗(yàn)收?qǐng)?bào)告的詳細(xì)文檔。

安全生產(chǎn)知識(shí)庫:安全生產(chǎn)知識(shí)庫分為危險(xiǎn)化學(xué)品數(shù)據(jù)庫、典型事故案例庫、安全標(biāo)準(zhǔn)庫和安全法規(guī)庫四大類。通過對(duì)安全生產(chǎn)知識(shí)庫的不斷完善，促使企業(yè)形成規(guī)范化的文件、資料、數(shù)據(jù)檔案管理，為企業(yè)安全文化建設(shè)和各方面工作順利開展打下良好的基礎(chǔ)。

統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng):統(tǒng)計(jì)分析是指對(duì)系統(tǒng)中各類危險(xiǎn)源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)出來的數(shù)據(jù)可用表格、餅圖和柱狀圖的方式顯示出來，可以直觀地查看數(shù)據(jù)分析情況，報(bào)表，商業(yè)智能分析。

安全生產(chǎn)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng):實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)主要是監(jiān)控及管理探測器信息;接收并處理采集的數(shù)據(jù)信息;可以自動(dòng)搜索顯示本用戶所能監(jiān)控的探測器;以列表方式實(shí)時(shí)顯示各探測器測量的氣體濃度及報(bào)警狀態(tài);地圖顯示廠區(qū)各個(gè)車間位置，各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位置等。各個(gè)探測器以不同顏色表示探測器不同的報(bào)警狀態(tài);實(shí)時(shí)曲線描繪各探測器測量的氣體濃度變化;實(shí)時(shí)顯示探測器當(dāng)前工作情況，即自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出正常數(shù)、報(bào)警數(shù)、故障數(shù);可提供聲音報(bào)警或光報(bào)警;根據(jù)預(yù)警級(jí)別自動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，并通過手機(jī)短信、短消息、郵件等多種方式發(fā)送至有關(guān)責(zé)任人等。

應(yīng)急救援系統(tǒng):應(yīng)急資源管理模塊是對(duì)應(yīng)急資源的基本信息、位置信息進(jìn)行分類管理。系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地描述出資源的分布情況和使用情況，方便安全監(jiān)管人員和應(yīng)急指揮人員的使用。應(yīng)急資源包括應(yīng)急機(jī)構(gòu)信息、應(yīng)急救援人員信息、應(yīng)急專家信息、應(yīng)急物資裝備信息、危險(xiǎn)源信息、避險(xiǎn)場所信息、法律法規(guī)信息、企業(yè)信息。包括應(yīng)急救援的事件接收、事件受理、事故調(diào)度、信息反饋等功能。通過Email、短信、短消息多方式發(fā)送。當(dāng)系統(tǒng)接受到報(bào)警信息后，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行信息查詢，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場圖像遠(yuǎn)程察看、該報(bào)警危險(xiǎn)源應(yīng)急預(yù)案的執(zhí)行，救援資源、專家、隊(duì)伍管理;事故協(xié)調(diào)調(diào)度，對(duì)重大事故應(yīng)急演練能夠提供全過程(包括準(zhǔn)備、策劃、實(shí)施、評(píng)價(jià))的管理:演練方案設(shè)計(jì)，演練腳本編寫，演練評(píng)估與總結(jié)，演練歸檔;應(yīng)急救援統(tǒng)計(jì):包括事故快報(bào)，事故續(xù)報(bào)，事故卡片登記，事故報(bào)表。應(yīng)急救援分析:包括安全事故分析、統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表等功能。

權(quán)限系統(tǒng):為了保證信息的安全性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)權(quán)限管理系，相應(yīng)人員分配權(quán)限后，才能訪問各地的視頻、參數(shù)等信息。一些敏感點(diǎn)的信息只能對(duì)特定的授權(quán)人員開放，從而保障信息的安全性。

5 結(jié)束語

重大危險(xiǎn)源監(jiān)控系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)等先進(jìn)的技術(shù)為核心，立足于實(shí)際情況，為煤化工企業(yè)打造重大危險(xiǎn)源監(jiān)控系統(tǒng)解決方案。建立重大危險(xiǎn)源監(jiān)控系統(tǒng)信息管理網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)由過去單一的“人防”向“人防”與“機(jī)防”相結(jié)合的管理方式轉(zhuǎn)變。對(duì)危險(xiǎn)源進(jìn)行動(dòng)態(tài)的，全方位，全過程，全時(shí)空的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全。實(shí)時(shí)預(yù)測事故、消除隱患、分析安全生產(chǎn)形勢和及時(shí)決策提供服務(wù)。嚴(yán)密監(jiān)視和及時(shí)傳遞可能使危險(xiǎn)源對(duì)象的安全狀態(tài)向事故臨界狀態(tài)轉(zhuǎn)化的各種參數(shù)的變化趨勢，及時(shí)發(fā)出預(yù)警和控制指令，把事故隱患消滅在萌芽狀態(tài)。