智慧城市之危險(xiǎn)源遠(yuǎn)程監(jiān)控解決方案

北京三維力控科技有限公司 董黎芳

1 概述

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和文化生活的不斷發(fā)展，公眾服務(wù)和公共安全已經(jīng)成為政府部門和各行業(yè)部門的一個(gè)非常重要的工作。提高政府及各行業(yè)部門對(duì)緊急、突發(fā)事件的快速反應(yīng)和抗風(fēng)險(xiǎn)的能力，建設(shè)救援指揮系統(tǒng)為公眾提供更快捷的緊急救助服務(wù)，已成為社會(huì)一個(gè)迫切的課題。對(duì)重大突發(fā)事件的現(xiàn)場(chǎng)高效指揮調(diào)度處理能力已經(jīng)成為現(xiàn)代化管理程度的重要標(biāo)志之一。

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，一些有毒、有害、易燃、易爆等危險(xiǎn)源有明顯向城市整體區(qū)域擴(kuò)散的趨勢(shì)，由此產(chǎn)生的火災(zāi)、爆炸和毒物泄漏等重大災(zāi)害事故也屢屢發(fā)生，嚴(yán)重危及了城市安全。為了城市的安全，必須把城市重大危險(xiǎn)源的控制與管理提到重要位置。

危險(xiǎn)源對(duì)象是指工業(yè)生產(chǎn)過程中所需的以及各種生產(chǎn)場(chǎng)所擁有的設(shè)施或設(shè)備，如罐區(qū)、庫(kù)區(qū)、生產(chǎn)場(chǎng)所等對(duì)象。這些對(duì)象有各種易燃、易爆、毒性等危險(xiǎn)物質(zhì)，對(duì)安全生產(chǎn)和人身安全構(gòu)成了極大的威脅。它們的特性參數(shù)是重大危險(xiǎn)源監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)所要關(guān)注的主要參數(shù)，將這些參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)所能識(shí)別的信號(hào)，進(jìn)行計(jì)算機(jī)對(duì)重大危險(xiǎn)源的監(jiān)視、檢測(cè)、預(yù)警和控制，預(yù)防重大事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的目的。

2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

在可燃?xì)怏w、危險(xiǎn)化學(xué)品、固體廢棄物、危險(xiǎn)設(shè)備等行業(yè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)重大危險(xiǎn)源和其他高風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)所、裝置的運(yùn)行和管理狀況，提高安全監(jiān)管部門和相關(guān)單位的安全生產(chǎn)日常監(jiān)管、風(fēng)險(xiǎn)管理、預(yù)測(cè)預(yù)警和應(yīng)急處置能力，有效降低安全生產(chǎn)事故率，并為市領(lǐng)導(dǎo)掌控本市安全生產(chǎn)總體情況提供服務(wù)。

從政府角度分析：

·通過本系統(tǒng)能夠?yàn)楦骷?jí)安監(jiān)部門全面、準(zhǔn)確、快捷掌握生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀況。

·通過本系統(tǒng)能夠幫助各級(jí)安監(jiān)部門全面掌握所監(jiān)管的各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)的安全生產(chǎn)情況，如各企業(yè)的基本情況、各企業(yè)重大危險(xiǎn)源的情況、應(yīng)急預(yù)案、生產(chǎn)過程中的規(guī)范要求及安全人員的監(jiān)督狀況等，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的安全監(jiān)管。

·通過此系統(tǒng)能夠幫助各級(jí)安監(jiān)部門監(jiān)管各類重大危險(xiǎn)源詳細(xì)的生產(chǎn)狀況及位置分布。

從企業(yè)角度分析：

·可對(duì)各類涉及安全生產(chǎn)重要崗位的人員和操作過程進(jìn)行監(jiān)控錄像。

·對(duì)各類涉及安全生產(chǎn)車間、倉(cāng)庫(kù)等場(chǎng)所的重要數(shù)據(jù)（如有毒氣體濃度、溫度、壓力）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，超限時(shí)進(jìn)行報(bào)警。

·可對(duì)安全生產(chǎn)內(nèi)部管理文件、信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)放、申報(bào)。

·可對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)罐區(qū)、倉(cāng)庫(kù)等進(jìn)行監(jiān)控錄像。

·通過網(wǎng)絡(luò)，如計(jì)算機(jī)、手機(jī)，企業(yè)管理人員不管身在何處，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)本企業(yè)重點(diǎn)部門的實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，并可發(fā)出相關(guān)指令。系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框架

2.1 危險(xiǎn)源數(shù)據(jù)中心管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

危險(xiǎn)源管理系統(tǒng)從邏輯上被分為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)管理層和功能實(shí)現(xiàn)層。其中數(shù)據(jù)采集層為軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)層，主要負(fù)責(zé)各種數(shù)據(jù)信息的采集，包括危險(xiǎn)源各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)信息、危險(xiǎn)源的地理系統(tǒng)GIS信息、海量的報(bào)警信息等，因此對(duì)軟件平臺(tái)有很高的要求。

·各種管理信息平臺(tái)集成

項(xiàng)目中要求危險(xiǎn)源管理系統(tǒng)具有與ERP系統(tǒng)、設(shè)備診斷系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)急指揮系統(tǒng)等系統(tǒng)進(jìn)行整體融合和集成。

·企業(yè)信息安全

該項(xiàng)目中保證生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)與辦公網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)在共享的情況下充分保證綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)安全不被侵?jǐn)_。

·系統(tǒng)擴(kuò)展性

系統(tǒng)具備良好的擴(kuò)展性，為以后系統(tǒng)的擴(kuò)展留下充足的擴(kuò)展空間。

由于危險(xiǎn)源監(jiān)控管理系統(tǒng)需要一個(gè)高性能、高吞吐能力、可靠性強(qiáng)、跨平臺(tái)的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備強(qiáng)大的功能性和靈活性，與實(shí)時(shí)系統(tǒng)的高時(shí)效性和高壓縮比完美的結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)源管理與工廠現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)縫結(jié)合。

企業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)以對(duì)多個(gè)平臺(tái)的完美支持、完全的分布式架構(gòu)、豐富的企業(yè)級(jí)應(yīng)用為城市應(yīng)急指揮系統(tǒng)提供基礎(chǔ)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，可提供全系列的工業(yè)通訊接口及信息化業(yè)務(wù)接口，提高智能城市的管理水平。

2.2 危險(xiǎn)源數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

為了保障底層數(shù)據(jù)的集成以及快速通訊，需要建立一套靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

（1）采集不同廠家的儀器儀表數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總。

（2）支持多種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括GPRS網(wǎng)絡(luò)、VPN、以太網(wǎng)、總線等。

（3）對(duì)上級(jí)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)能夠以統(tǒng)一的協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

（4）現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，通訊系統(tǒng)支持無(wú)人值守。

（5）危險(xiǎn)源分布范圍廣，維護(hù)人員能夠做遠(yuǎn)程組態(tài)、遠(yuǎn)程監(jiān)視和遠(yuǎn)程診斷。

（6）設(shè)備多，系統(tǒng)支持海量通訊。

3 系統(tǒng)平臺(tái)選型

3.1 危險(xiǎn)源數(shù)據(jù)中心管理平臺(tái)選型

基于方案設(shè)計(jì)以及需求分析，城市危險(xiǎn)源監(jiān)控軟件平臺(tái)推薦使用力控企業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)pSpace，這是一款高性能、高吞吐能力、可靠性強(qiáng)、跨平臺(tái)的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，同時(shí)具備以下特點(diǎn)：

（1）海量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，單節(jié)點(diǎn)支持百萬(wàn)級(jí)測(cè)點(diǎn)，適用城市危險(xiǎn)源測(cè)點(diǎn)多的環(huán)境，以及針對(duì)危險(xiǎn)源分布廣的特點(diǎn)做集中管理。

（2）豐富的設(shè)備采集接口，支持主流DCS、PLC、DDC、現(xiàn)場(chǎng)總線、智能儀表等設(shè)備，并提供驅(qū)動(dòng)定制，適合現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)源監(jiān)測(cè)的儀器儀表種類多的情況。

（3）與GIS系統(tǒng)無(wú)縫集成，從而通過危險(xiǎn)源的監(jiān)控，快速定位到危險(xiǎn)源點(diǎn)，以便響應(yīng)處理。

（4）支持變量在線組態(tài)，滿足現(xiàn)場(chǎng)隨時(shí)增加危險(xiǎn)源測(cè)點(diǎn)的需求。

（5）支持設(shè)備自動(dòng)添加，儀表廠家通過約定的協(xié)議，新增的設(shè)備接入到網(wǎng)絡(luò)中，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備以及對(duì)應(yīng)的變量自動(dòng)添加，無(wú)需手動(dòng)操作。

（6）支持海量無(wú)線通訊平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備的無(wú)線數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能。

（7）具有豐富的數(shù)據(jù)接口Phi，它是一種用來在pSpace實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)以及關(guān)系數(shù)據(jù)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)的工具，它能夠方便地將pSpace中的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并轉(zhuǎn)存到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，從而減少了歷史查詢給pSpace性能帶來的壓力，并為上層分析功能應(yīng)用提供了一個(gè)新的查詢歷史數(shù)據(jù)入口，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)后的數(shù)據(jù)能更方便地被上層應(yīng)用所用。

3.2 危險(xiǎn)源監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型

基于網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)計(jì)，設(shè)備推薦使用力控的采集網(wǎng)關(guān) pField Comm。

本裝置可以從通訊協(xié)議級(jí)實(shí)現(xiàn)串口（包括RS232、RS485、RS422等）、以太網(wǎng)、各種現(xiàn)場(chǎng)總線（包括CAN、LonWorks、Profibus等）通訊網(wǎng)絡(luò)的相互轉(zhuǎn)換。以便與其它設(shè)備或調(diào)度間進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換。pFieldComm采集網(wǎng)關(guān)采用高性能嵌入式計(jì)算平臺(tái)，內(nèi)嵌通信采集規(guī)約庫(kù)和轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)約，可以實(shí)現(xiàn)采集多個(gè)不同子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)集中匯總、分類和預(yù)處理，并對(duì)多個(gè)上級(jí)調(diào)度等平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

對(duì)于城市危險(xiǎn)源監(jiān)控，它具有以下特點(diǎn)：

（1）硬件采用低功耗，無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)，適合現(xiàn)場(chǎng)惡劣的環(huán)境，支持無(wú)人值守。

（2）硬件具備遠(yuǎn)程維護(hù)與部署的功能。

（3）具備多種工業(yè)通信協(xié)議驅(qū)動(dòng)接口選擇。

（4）支持?jǐn)嗑€緩存和冗余功能。

4 系統(tǒng)功能展示

4.1 設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控

系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，以及對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行查詢。河?xùn)|站工藝流程圖如圖2所示。

圖2 河?xùn)|站工藝流程圖

4.2 報(bào)警管理

系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示并記錄現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)源參數(shù)的各種報(bào)警信息，同時(shí)可將報(bào)警內(nèi)容通過郵件、短信等方式發(fā)送給對(duì)應(yīng)的人員。

4.3 趨勢(shì)曲線和報(bào)表

提供查詢?nèi)我庾兞康膶?shí)時(shí)歷史曲線，以及任意時(shí)間段的歷史數(shù)據(jù)報(bào)表如表1所示。

表1 井場(chǎng)373-15井場(chǎng)信息

4.4 日志查詢

將各種組件的狀態(tài)信息和相關(guān)通信信息統(tǒng)一管理起來，用戶可以通過日志來了解軟件的運(yùn)行情況以及操作記錄。

4.5 系統(tǒng)自診斷功能

通訊過程中有故障自動(dòng)診斷和自動(dòng)恢復(fù)的功能，如圖3所示。

圖3 通訊過程中SCADA系統(tǒng)資源自診斷

4.6 與G IS的集成

基于城市危險(xiǎn)源與地理位置緊密關(guān)聯(lián)的特點(diǎn)，我們將采集軟件系列與GIS系統(tǒng)無(wú)縫集成，如圖4所示。

（1）建立了公司核心管網(wǎng)的地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

（2）建造危險(xiǎn)源分布點(diǎn)系統(tǒng)模型。

（3）把危險(xiǎn)源分布點(diǎn)信息、企業(yè)信息等綜合到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

（4）提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)庫(kù)管理、規(guī)劃、管道工程輔助設(shè)計(jì)、事故處理、數(shù)據(jù)查詢分析、輸入、編輯及維護(hù)。

圖4 與GIS系統(tǒng)的集成

4.7 與視頻的集成

通過監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控點(diǎn)的結(jié)合，能快速定位到危險(xiǎn)源，如圖5所示。

圖5 與視頻的集成

4.8 與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的交互

監(jiān)控中心與關(guān)系數(shù)據(jù)之間交互，即將監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并轉(zhuǎn)存到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，并為上層分析功能應(yīng)用提供了一個(gè)新的查詢歷史數(shù)據(jù)入口，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)后的數(shù)據(jù)能更方便的被上層應(yīng)用所用。

5 結(jié)語(yǔ)

通過力控科技提供的產(chǎn)品，監(jiān)控管理平臺(tái)可以監(jiān)管轄區(qū)內(nèi)全部?；髽I(yè)的生產(chǎn)、儲(chǔ)存等狀況，也可以查詢各企業(yè)所有的歷史數(shù)據(jù)，同時(shí)領(lǐng)導(dǎo)可以通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)企業(yè)重大危險(xiǎn)源發(fā)生的事故進(jìn)行重大危險(xiǎn)源應(yīng)急處理預(yù)案的實(shí)施和指揮。