智慧天然氣報(bào)警裝置

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(lái)，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(jìn)步，所以各個(gè)站廠的相應(yīng)設(shè)備也必須跟上智能化的腳步，具中國(guó)石化信息化管理部新聞報(bào)道，目前已經(jīng)在部分站廠實(shí)現(xiàn)了智能物聯(lián)信息技術(shù)應(yīng)用，比如無(wú)人值守的采氣站廠，都是通過(guò)信息技術(shù)進(jìn)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(bào)警器，可應(yīng)用于油氣站廠的報(bào)警，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單一化的報(bào)警器。此報(bào)警器將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于身，可以實(shí)現(xiàn)智能化、等級(jí)化、多向化、精確化的報(bào)警，可以將報(bào)警數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程平臺(tái)，讓工作人員第一時(shí)間明白報(bào)警原因，無(wú)需通過(guò)調(diào)查各個(gè)監(jiān)控視頻進(jìn)行人眼的分辨，降低人為判斷誤差。

【關(guān)鍵詞】天然氣 報(bào)警裝置 智能

1 研究目的

信息化已經(jīng)是目前社會(huì)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(shí)體現(xiàn)，它將各個(gè)實(shí)體的物品相互連接，共享信息，讓各個(gè)工作系統(tǒng)的運(yùn)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(bào)警裝置就是讓這個(gè)報(bào)警器具備了“智能”，賦予了報(bào)警器“生命”。傳統(tǒng)的報(bào)警器對(duì)于現(xiàn)在的社會(huì)來(lái)說(shuō)已經(jīng)擁有諸多不便：

（1）報(bào)警形式單一；

（2）不能區(qū)分危險(xiǎn)程度的報(bào)警；

（3）沒(méi)有報(bào)警數(shù)據(jù)的記錄；

（4）報(bào)警后沒(méi)有一定的應(yīng)急處理措施。

本文研究的智慧型報(bào)警器區(qū)別于傳統(tǒng)的報(bào)警器的單獨(dú)聲光提示作用，本文研究的智慧報(bào)警器可以進(jìn)行等級(jí)區(qū)分報(bào)警，根據(jù)檢測(cè)泄漏氣體濃度的高低分別采取不同的報(bào)警方式并采取一定的應(yīng)對(duì)措施，達(dá)到精確報(bào)警和簡(jiǎn)單施救的目的。能夠?qū)?bào)警數(shù)據(jù)傳輸至中控平臺(tái)進(jìn)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(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?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(jìn)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(fèi)的平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的承載，非常適合本文所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸。此款模塊支持多種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的解析和轉(zhuǎn)換，如MQTT、Modbus、EDP，本文研究的報(bào)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(guò)SIM卡發(fā)送至OneNET，進(jìn)行后端接收處理，然后再原路反饋回總線設(shè)備，完成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)交換。

2.2 智能報(bào)警

本文所研發(fā)的智慧型天然氣報(bào)警設(shè)備可以根據(jù)氣體傳感器檢測(cè)的濃度判斷危險(xiǎn)等級(jí)，并通過(guò)GPRS或Wi-Fi實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳至OneNET進(jìn)行數(shù)據(jù)的查看，當(dāng)泄漏濃度達(dá)到1級(jí)（輕微泄漏30ppm-50ppm）危險(xiǎn)值時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信警告，并發(fā)出“輕微泄漏語(yǔ)音”，并將泄漏信息發(fā)送至網(wǎng)路端和存儲(chǔ)于黑匣子內(nèi)。同時(shí)也將開(kāi)啟排風(fēng)扇進(jìn)行空氣的流通處理。當(dāng)泄漏值持續(xù)增加當(dāng)達(dá)到2級(jí)（中度泄漏50ppm-150ppm）時(shí)，在1級(jí)的基礎(chǔ)上立即發(fā)送短信和拉響中控室的相關(guān)警報(bào)并進(jìn)行語(yǔ)音+光報(bào)警，通知工作人員進(jìn)行檢查和采取應(yīng)對(duì)措施，同時(shí)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(méi)有降下來(lái)，則進(jìn)行主要負(fù)責(zé)人的電話通知，如果不能接通則進(jìn)行下一個(gè)號(hào)碼，直到接通播放語(yǔ)音消息。當(dāng)達(dá)到3級(jí)（重度泄漏150ppm以上）危險(xiǎn)值時(shí)，如果在2級(jí)措施的基礎(chǔ)上沒(méi)有得到緩解的情況下，濃度沒(méi)有降低到中度及以下則進(jìn)行自動(dòng)119報(bào)警求救，并將泄漏的相應(yīng)情況以短信和電話語(yǔ)音的形式發(fā)送給領(lǐng)導(dǎo)負(fù)責(zé)人。作為事故來(lái)源和責(zé)任評(píng)估證據(jù)。當(dāng)然，在所有等級(jí)當(dāng)中，其中的泄漏信息都會(huì)以網(wǎng)絡(luò)的形式傳輸至系統(tǒng)平臺(tái)。為了以防萬(wàn)一事故擴(kuò)大，而導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的部分丟失，本研究的報(bào)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(bào)警器除開(kāi)報(bào)警功能以外，還具有一定的緊急應(yīng)對(duì)措施，當(dāng)報(bào)警器檢測(cè)到出現(xiàn)泄漏時(shí)，會(huì)根據(jù)泄漏等級(jí)打開(kāi)排風(fēng)扇的檔位，利于設(shè)備和人員的安全。若達(dá)到3級(jí)泄漏等級(jí)，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)切斷各個(gè)儀器設(shè)備電源以免造成因?yàn)殡娀鸹ê挽o電等引起爆炸事故。為了利于現(xiàn)場(chǎng)工作人員的檢查，本文研究的報(bào)警器提供數(shù)據(jù)、時(shí)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(jìn)行顯示，可以非常清楚和直觀的顯示檢測(cè)情況和相應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)。

3 結(jié)構(gòu)分析

3.1 硬件結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的硬件電路主要由傳感器檢測(cè)模塊、單片機(jī)控制模塊、顯示和報(bào)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(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、智能報(bào)警的綜合性報(bào)警器。因?yàn)?，STM32F103具有高速的數(shù)據(jù)處能力和多個(gè)可用的外接接口，可以滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)的各種外接接口需求，其價(jià)格也是在32系列當(dāng)中比較適中的，其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能也滿(mǎn)足本文說(shuō)設(shè)計(jì)才產(chǎn)品。而MQ-4氣體傳感器以其對(duì)天然氣有很高的靈敏度，對(duì)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(zhǎng)期的使用壽命、可靠的穩(wěn)定性和簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路，所以是理想的檢測(cè)器。GSM-6311支持多種協(xié)議的使用，可和STM32單片機(jī)進(jìn)行對(duì)接，能夠通過(guò)GPRS快速的將數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)路平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)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(yuǎn)程信息傳輸體。如圖2所示，整個(gè)結(jié)構(gòu)以STM32F103為信息處理中心，將氣體檢測(cè)器檢測(cè)到的泄漏濃度信號(hào)進(jìn)行等級(jí)判斷然后根據(jù)判斷的結(jié)果進(jìn)行控制信號(hào)的輸出，以驅(qū)動(dòng)電話模塊，報(bào)警及顯示模塊，排放設(shè)備等，各個(gè)模塊得到對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)以后進(jìn)行工作并反饋回芯片，以利于芯片自檢各個(gè)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(shí)現(xiàn)智能判斷危險(xiǎn)等級(jí)并實(shí)現(xiàn)分等級(jí)精確報(bào)警和采用一定的安全措施，同時(shí)將數(shù)據(jù)采集發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)。程序采用循環(huán)結(jié)構(gòu)，順序檢查各個(gè)濃度等級(jí)，有選擇性的控制相應(yīng)設(shè)備和報(bào)警裝置，當(dāng)檢測(cè)出現(xiàn)某一等級(jí)泄漏后，系統(tǒng)將直接開(kāi)啟相應(yīng)等級(jí)的控制和發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警以及做出對(duì)應(yīng)等級(jí)的報(bào)警，然后再持續(xù)檢測(cè)信息，實(shí)時(shí)在線分析當(dāng)前情況并對(duì)新情況做出新的控制操作。充分發(fā)揮計(jì)算智能的優(yōu)勢(shì)，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(yǔ)

信息化、智慧化、無(wú)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(bào)警器的改進(jìn)，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(gè)使用本報(bào)警器的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)、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(bào)警器是24小時(shí)在線監(jiān)控，可以時(shí)時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸和存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了在線技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

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作者簡(jiǎn)介

喬玉燈，男，重慶市人。碩士學(xué)歷。主要研究方向?yàn)樵诰€分析與控制工程。

工作單位

重慶科技學(xué)院 重慶市 401331