液化石油氣鐵路罐車遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)組成與實(shí)現(xiàn)

褚永全

摘要：本文介紹了一種由氣敏傳感器和GPRS技術(shù)相結(jié)合的液化氣遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)能全天候監(jiān)控液化氣鐵路罐車人孔內(nèi)安全附件，并及時(shí)準(zhǔn)確的將液化氣泄露情況轉(zhuǎn)換成聲光信號(hào)，同時(shí)將監(jiān)測(cè)點(diǎn)的信息進(jìn)行相應(yīng)的處理后發(fā)送到指定的接收裝置。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)無(wú)人遠(yuǎn)程監(jiān)控，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：液化石油氣；鐵路罐車；遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)

引言

液化氣既是重要的化工原料，也是重要的清潔能源。在鐵路運(yùn)輸過(guò)程中，主要有隨車押運(yùn)員負(fù)責(zé)監(jiān)護(hù)任務(wù)。但隨著電氣化鐵路的普及，押運(yùn)員在編組站及臨時(shí)停靠站上車檢查已經(jīng)變得越來(lái)越危險(xiǎn)，而且隨車押運(yùn)員本身帶來(lái)的不安全因素在實(shí)際工作中也時(shí)有發(fā)生。因此，建立一套由液化氣鐵路罐車產(chǎn)權(quán)單位和鐵路相關(guān)部門聯(lián)動(dòng)的智能液化氣鐵路罐車報(bào)警系統(tǒng)勢(shì)在必行。本文利用當(dāng)前流行的無(wú)線通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)智能遠(yuǎn)程監(jiān)控，從而提高報(bào)警系統(tǒng)的安全性和可靠性，減少人員成本。

1.遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)框圖

2.遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)的組成

2.1 氣敏傳感器

聲表面波速和頻率會(huì)隨外界環(huán)境的變化而發(fā)生漂移。氣敏傳感器就是利用這種性能在壓電晶體表面涂覆一層選擇性吸附液化石油氣的氣敏薄膜，當(dāng)該氣敏薄膜與待測(cè)氣體相互作用，使得氣敏薄膜的膜層質(zhì)量和導(dǎo)電率發(fā)生變化時(shí)，引起壓電晶體的聲表面波頻率發(fā)生漂移。氣體濃度不同，膜層質(zhì)量和導(dǎo)電率變化程度亦不同，即引起聲表面波頻率的變化也不同。

目前，氣體傳感器的發(fā)展趨勢(shì)集中表現(xiàn)為：一是提高靈敏度和工作性能，降低功耗和成本，縮小尺寸，簡(jiǎn)化電路。二是增強(qiáng)可靠性，實(shí)現(xiàn)元件和應(yīng)用電路集成化，多功能化，適用生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的變送器和智能型傳感器。

M-N5型氣敏元件是以金屬氧化物SnO2為主體材料的N型半導(dǎo)體氣敏元件，當(dāng)元件接觸還原性氣體時(shí)，其電導(dǎo)率隨氣體濃度的增加而迅速升高。其主要特點(diǎn)是：①可用于可燃性氣體的檢測(cè)（CH4、C4H10、H2等）；②靈敏度高；③響應(yīng)速度快；④輸出信號(hào)大；⑥壽命長(zhǎng)，工作穩(wěn)定可靠。

2.2 單片機(jī)

采用單片機(jī)來(lái)對(duì)氣敏傳感器進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度的提高被控對(duì)象的技術(shù)指標(biāo)。我們可以選用性價(jià)比較高的AT89C51作為微控制器的核心，M-N5型氣敏傳感器為檢測(cè)元件組成液化石油氣濃度巡測(cè)系統(tǒng)。此系統(tǒng)把液化氣的濃度通過(guò)氣敏傳感器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)并顯示出來(lái)，如果濃度超過(guò)規(guī)定值就開(kāi)始報(bào)警。

2.3 GPRS通訊模塊

GPRS通訊模塊是具有GPRS數(shù)據(jù)傳輸功能的GSM模塊，集成GSM通信的主要功能于一塊電路板上，具有發(fā)送短消息、通話、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。GPRS模塊相當(dāng)于手機(jī)的核心部分，如果增加鍵盤和屏幕就是一個(gè)完整的手機(jī)。普通電腦或者單片機(jī)可以通過(guò)RS232串口與GPRS模塊相連，通過(guò)AT指令控制GPRS模塊實(shí)現(xiàn)各種基于GSM的通信功能。

液化石油氣濃度檢測(cè)系統(tǒng)將電壓信號(hào)傳輸給GPRS通訊模塊后，GPRS通訊模塊將采集到的電壓信號(hào)發(fā)送給指定的用戶，實(shí)現(xiàn)報(bào)警目的。

2.4短信接收模塊

GSM短信接收模塊主要實(shí)現(xiàn)GSM網(wǎng)的短信接收，選用西門子公司的TC35i型GSM收發(fā)模塊。西門子公司的TC35i是一個(gè)支持中文短信息的GSM模塊，集成度高，工作在EGSM900MHZ和GSM1800MHZ（phase 2/2+）雙頻段，電壓范圍為3.3-3.5V，為單一電壓，可傳輸語(yǔ)音和數(shù)據(jù)信號(hào)，功耗在EGSM900MHZ（4類）和GSM1800MHZ（1類）分別為2W和1W。TC35i的數(shù)據(jù)輸入輸出接口是一個(gè)串行異步收發(fā)器，符合ITU-T RS232接口標(biāo)準(zhǔn)。它有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和一位停止位，無(wú)校驗(yàn)位，波特率在300bps—115kbps之間可選，支持標(biāo)準(zhǔn)AT指令。

3.遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 聲光信號(hào)報(bào)警

當(dāng)液化石油氣鐵路罐車人孔內(nèi)的安全附件發(fā)生泄漏時(shí)，單片機(jī)將氣敏傳感器檢測(cè)到的液化氣濃度信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，并通過(guò)安裝在罐體上的聲光裝置顯示出來(lái)，提醒押運(yùn)員、鐵路司乘人員或沿途編組站的檢查人員，以便采取相應(yīng)的處置措施。

3.2 短信報(bào)警

當(dāng)聲光報(bào)警信號(hào)在一定的時(shí)間范圍內(nèi)沒(méi)有采取處置措施時(shí)，GPRS通訊模塊將信號(hào)發(fā)送到罐車產(chǎn)權(quán)單位的調(diào)度中心，調(diào)度中心根據(jù)《企業(yè)自備車管理系統(tǒng)》中記載的車輛運(yùn)行軌跡及車輛的其它相關(guān)信息，迅速將信息傳送給機(jī)車司乘人員、押運(yùn)員或下一到達(dá)車站（編組站），以便采取相應(yīng)的處置措施。

4.結(jié)束語(yǔ)

本裝置通過(guò)一段時(shí)間的試運(yùn)行后，經(jīng)過(guò)鐵路貨運(yùn)部門的驗(yàn)收，罐車產(chǎn)權(quán)單位可以先對(duì)只在烏局范圍內(nèi)運(yùn)行的車輛逐步取消隨車押運(yùn)員，而改為在編組站或部分沿途車站設(shè)立專業(yè)的液化石油氣罐車檢查站，對(duì)過(guò)往的所有液化石油氣罐車進(jìn)行專業(yè)的檢查或采取必要的應(yīng)急處置措施，進(jìn)而推廣到全路范圍，可以最大程度的消除事故隱患，具有極大的社會(huì)價(jià)值和良好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉振廷.《傳感器原理及應(yīng)用》.西安電子科技大學(xué)出版社