CN104103155B - 一种油气危险源分级预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油气危险源分级预警系统，该油气危险源分级预警系统包括：气体传输管线、测控单元、数据处理工作站。本发明通过设置8路气体传输管线，测控单元以及数据处理工作站，实现了对油气危险源进行分级预警，很好的保证了油气的安全性，避免了因油气爆炸造成的财产、人体及环境的损失，同时弥补了国内没有关于油气危险源进行分级预警的系统或方法的空白。本发明的结构简单，操作方便，实现了自动化检测油气，自动预警油气危险源。

Description

一种油气危险源分级预警系统

技术领域

本发明属于油气危险源预警技术领域，尤其涉及一种油气危险源分级预警系统。

背景技术

石油产品是典型的易燃易爆物质，稍有不慎就会发生油气混合物爆炸，造成重大人员伤亡和巨额财产损失，同时对环境造成严重污染。国内外每年因油气爆炸而引发的各种安全事故数不胜数，这些事故的频繁发生，引起了研究人员对油气爆炸的广泛关注。

油气是否发生爆炸以及爆炸的强度与空间的油气浓度、氧气浓度、温度以及湿度等因素有关。油气危险源分级预警系统是指：能够实时监测油库空间的泄漏油气浓度、氧气浓度、温度以及湿度等物理量，当这些物理量的值发生异常，构成爆炸隐患时进行警报的一种系统。发生爆炸的概率越大警报级别越高。科学有效地对油气危险源进行分级预警对油气安全具有重要的实际意义。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种油气危险源分级预警系统，旨在解决国内没有关于油气危险源进行分级预警的系统或方法的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种油气危险源分级预警系统，该油气危险源分级预警系统包括：气体传输管线、测控单元、数据处理工作站；

测控单元与气体传输管线连接，测控单元用于测量油气浓度、氧浓度和温湿度，数据处理工作站连接测控单元，数据处理工作站接收测控单元上传的各取样点的实时油气浓度、氧浓度和温湿度数据，对数据进行处理分析，然后判断是否需要报警以及报警级别，将判断结果实时显示在触摸显示屏上。

各取样点选取在距地面1米的高度以内，主要选取在拐角及尺寸、结构变化的地方。根据油气泄漏扩散的近地面传播现象(空间中下部油气传播快于上部的现象)以及相关实测结果，这样设置取样点能更早，更及时地探测到泄漏油气。系统在工作的时候对8个取样点的气体进行依次循环采样。

进一步，测控单元还包括：第一气路切换装置、第二气路切换装置、抽气泵、气体测量室、A/D转换模块、第一触控屏、ARM处理器、预抽气泵、第一Can通信模块、第一存储器、第一USB接口；

第一气路切换装置连接气体传输管线，抽气泵连接第一气路切换装置，气体测量室连接抽气泵，用于将气体测量室的传感器信号转换为数字信号的A/D转换模块连接各传感器，气体测量室内装有：红外油气探测器、氧浓度传感器和温湿度传感器，ARM处理器连接第一气路切换装置、第二气路切换装置、抽气泵、A/D转换模块、触控屏、预抽气泵、第一Can通信模块、第一存储器和第一USB接口。

第一气路切换装置和第二路气体切换装置采用高频电磁阀实现气路的通断，电磁阀的开闭由ARM处理器的信号控制，能实现对各路气体进行准确快速切换，无错误启动，无阻塞。第二路气体切换装置和预抽气泵用于将当前采样点之后的一个取样点处的气体预先抽至测控单元附近，有效地提高了测量的实时性。

红外油气探测器基于红外光谱法进行测量，当红外光通过待测气体时，由于气体分子有各自特定的吸收光谱，这些气体分子对特定波长的红外光有吸收，因此可以根据光谱中吸收峰的位置、形状和强度来测定混合物中各组分的含量。这种方法具有快速、高灵敏度、检测试样用量少，重复性好、使用寿命长等特点。氧传感器采用基于电化学原理的氧传感器，该类传感器抗干扰能力强，无需使用载气，具有高水平的测量指标。温湿度传感器采用一体式温湿度传感器。

进一步，数据处理工作站还包括：第二Can通信模块、处理器、第二USB接口、第二存储器、第二触控屏；

第二Can通信模块连接第一Can通信模块，处理器连接第二Can通信模块、第二存储器、第二触控屏和第二USB接口.

进一步，测控单元工作流程具体如下：

第一步，开始，显示开机画面；

第二步，初始化A/D采样器；初始化CAN通信模块；通知工作站已准备就绪；

第三步，判断是否有触屏输入，是，则调用触屏相应子程序模块，再进行下一步，否，则直接进行下一步；

第四步，读取CAN接收缓存，获取工作站指令；

第五步，判断是否有传感器校正指令，是，则读取A/D采样值，将其转换单位得到测量值，使得补偿量＝测量值-标准值，否，则直接进行下一步；

第六步，判断是否有修改采样周期指令，是，则更新采样周期时间定时器，再进行下一步，否，则直接进行下一步；

第七步，判断工作状态标志是否置位，是，则直接进行下一步；否，则关闭抽气泵和预抽气泵，返回第三步；

第八步，判断采样周期定时器状态标志是否置位，是，则打开抽气泵，打开预抽气泵，令n＝1，m＝2，否，则返回第三步；

第九步，将第一气路切换装置的通道n与抽气泵连通，将第二气路切换装置的通道m与预抽气泵连通；

第十步，读取A/D采样器数据；

第十一步，判断读数是否稳定，是，则进行下一步，否，则返回第十步；

第十二步，将A/D采样数据转换单位得到测量值；校正值＝测量值-补偿量；将校正值写入第一存储器和CAN发送缓存，并显示；

第十三步，判断n是否等于8；

第十四步，是，则返回第三步，否，则进行下一步；

第十五步，n＝n+1，m＝m+1；如果m＝9，则令m＝1；返回第九步。

进一步，数据处理工作站的工作流程具体如下：

第一步，开始，显示开机画面；

第二步，初始化第二CAN通信模块；

第三步，读取CAN接收缓存；

第四步，测控单元是否准备就绪，是，则直接进行下一步，否，则提示设备未就绪，工作状态标志清零，然后返回第三步；

第五步，调用绘图程序，按照用户当前选择的显示内容与格式显示报警级别、数据趋势、系统状态等信息或者提示信息；

第六步，判断工作状态标志是否置位，是，则进行下一步，否，则返回第三步；

第七步，读取CAN接收缓存，得到各传感器的测量数据；

第八步，调用数据滤波、模式识别、模糊逻辑等算法判断当前安全级别、预报数据变化趋势，返回第三步。

进一步，数据处理工作站第二触控屏的按键输入响应流程具体如下；

第一步，开始，断点保护；

第二步，判断输入是否传为感器调零命令，是，则输入标准值，将传感器调零指令与标准值写入CAN发送缓存，断点恢复，退出；否，则进行下一步；

第三步，判断输入是否为修改采样周期命令，是，则输入新的采样周期，将修改采样周期指令与新的采样周期值写入CAN发送缓存，断点恢复，退出；否，则进行下一步；

第四步，判断输入是否为修改报警条件命令，是，则输入新的报警条件，更新报警条件，断点恢复，退出；否，则进行下一步；

第五步，判断输入是否为设置显示内容与格式命令，是，则根据输入修改显示状态表标志，断点恢复，退出；否，则进行下一步；

第六步，判断输入是否为开始测量命令，是，则系统工作状态标志置位，并将其写入CAN发送缓存，断点恢复，退出；否，则进行下一步；

第七步，判断输入是否为结束测量命令，是，则系统工作状态标志清零，并将其写入CAN发送缓存，断点恢复，退出；否，断点恢复，退出。

进一步，设置8条气体传输管线，气体传输管线一端连接在这8个取样点处，另一端与第一气路切换装置和第二气路切换装置连接。

进一步，气体测量室内装有：红外油气探测器、氧浓度传感器和温湿度传感器。

本发明提供的油气危险源分级预警系统，通过设置8路气体传输管线，测控单元以及数据处理工作站，实现了对油气危险源进行分级预警，很好的保证了油气的安全性，避免了因油气爆炸造成的财产、人体及环境的损失，同时弥补了国内没有关于油气危险源进行分级预警的系统或方法的空白。本发明的结构简单，操作方便，实现了自动化检测油气，自动预警油气危险源。

附图说明

图1是本发明实施例提供的油气危险源分级预警系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的测控单元工作流程图；

图3是本发明实施例提供的数据处理工作站的工作流程图；

图4是本发明实施例提供的数据处理工作站触摸屏的工作流程图；

图中：1、气体传输管线；2、测控单元；2-1、第一气路切换装置；2-2、第二气路切换装置；2-3、抽气泵；2-4、气体测量室；2-5、A/D转换模块；2-6、第一触控屏；2-7、ARM处理器；2-8、预抽气泵；2-9、第一Can通信模块；2-10、第一存储器；2-11、第一USB接口；2-12、红外油气探测器；2-13、氧浓度传感器；2-14、温湿度传感器；3、数据处理工作站；3-1、第二Can通信模块；3-2、Intel Xeon5500处理器；3-3、第二USB接口；3-4、第二存储器；3-5、第二触控屏。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1所示，本发明实施例的油气危险源分级预警系统主要由气体传输管线1、测控单元2、数据处理工作站3组成；

测控单元2与气体传输管线1连接，测控单元2用于测量油气浓度、氧浓度和温湿度，数据处理工作站3连接测控单元2，数据处理工作站3接收测控单元2上传的8个取样点的实时油气浓度、氧浓度和温湿度数据，对数据进行处理分析，然后判断是否需要报警以及报警级别，将判断结果实时显示在触摸显示屏上；

测控单元2还包括：第一气路切换装置2-1、第二气路切换装置2-2、抽气泵2-3、气体测量室2-4、A/D转换模块2-5、第一触控屏2-6、ARM处理器2-7、预抽气泵2-8、第一Can通信模块2-9、第一存储器2-10、第一USB接口2-11；

第一气路切换装置2-1连接气体传输管线1，抽气泵2-3连接第一气路切换装置2-1，气体测量室2-4连接抽气泵2-3，用于将气体测量室2-4的传感器信号转换为数字信号的A/D转换模块2-5连接各传感器，气体测量室2-4内装有：红外油气探测器2-12、氧浓度传感器2-13和温湿度传感器2-14，ARM处理器2-7连接第一气路切换装置2-1、第二气路切换装置2-2、抽气泵2-3、A/D转换模块2-5、第一触控屏2-6、ARM处理器2-7、预抽气泵2-8、第一Can通信模块2-9、第一存储器2-10，第一USB接口2-11连接第一存储器2-10；

数据处理工作站3还包括：第二Can通信模块3-1、5500处理器3-2、第二USB接口3-3、第二存储器3-4、第二触控屏3-5；

第二Can通信模块3-1连接第一Can通信模块2-9，Intel Xeon5500处理器3-2连接第二Can通信模块3-1、第二存储器3-4、第二触控屏3-5和第二USB接口；

如图2所示，本发明实施例提供的测控单元工作流程图具体如下：

第一步，开始，显示开机画面；

第二步，初始化A/D采样器；初始化CAN通信模块；通知工作站已准备就绪；

第三步，判断是否有触屏输入，是，则调用触屏相应子程序模块，再进行下一步，否，则直接进行下一步；

第四步，读取CAN接收缓存，获取工作站指令；

第五步，判断是否有传感器校正指令，是，则读取A/D采样值，转换单位得到测量值，使得补偿量＝测量值-标准值，否，则直接进行下一步；

第六步，判断是否有修改采样周期指令，是，则更新采样周期时间定时器，再进行下一步，否，则直接进行下一步；

第七步，判断工作状态标志是否置位，是，则直接进行下一步；否，则关闭抽气泵和预抽气泵，返回第三步；

第八步，判断采样周期定时器状态标志是否置位，是，则打开抽气泵，打开预抽气泵，令n＝1，m＝2，否，则返回第三步；

第九步，将第一气路切换装置的通道n与抽气泵连通，将第二气路切换装置的通道m与预抽气泵连通；

第十步，读取A/D采样器数据；

第十一步，判断读数是否稳定，是，则进行下一步，否，则返回第十步；

第十二步，将A/D采样数据转换单位得到测量值；校正值＝测量值-补偿量；将校正值写入第一存储器和CAN发送缓存，并显示；

第十三步，判断n是否等于8；

第十四步，是，则返回第三步，否，则进行下一步；

第十五步，n＝n+1，m＝m+1；如果m＝9，则令m＝1；返回第九步。

图3是本发明实施例提供的数据处理工作站的工作流程具体如下：

第一步，开始，显示开机画面；

第二步，初始化第二CAN通信模块；

第三步，读取CAN接收缓存；

第四步，测控单元是否准备就绪，是，则直接进行下一步，否，则提示设备未就绪，工作状态标志清零，然后返回第三步；

第五步，调用绘图程序，按照用户当前选择的显示内容与格式显示报警级别、数据趋势、系统状态等信息或者提示信息；

第六步，判断工作状态标志是否置位，是，则进行下一步，否，则返回第三步；

第七步，读取CAN接收缓存，接收各传感器的测量数据；

第八步，调用数据滤波、模式识别、模糊逻辑等算法判断当前安全级别、预报数据变化趋势，返回第三步。

图4是本发明实施例提供的数据处理工作站第二触控屏的按键输入响应流程图；

第一步，开始，断点保护；

第二步，判断输入是否为传感器调零命令，是，则输入标准值，将传感器调零指令与标准值写入CAN发送缓存，断点恢复，退出；否，则进行下一步；

第三步，判断输入是否为修改采样周期命令，是，则输入新的采样周期，将修改采样周期指令与新的采样周期值写入CAN发送缓存，断点恢复，退出；否，则进行下一步；

第四步，判断输入是否为修改报警条件命令，是，则输入新的报警条件，更新报警条件，断点恢复，退出；否，则进行下一步；

第五步，判断输入是否为设置显示内容与格式命令，是，则根据输入修改显示状态表标志，断点恢复，退出；否，则进行下一步；

第六步，判断输入是否为开始测量命令，是，则系统工作状态标志置位，并将其写入CAN发送缓存，断点恢复，退出；否，则进行下一步；

第七步，判断输入是否为结束测量命令，是，则系统工作状态标志清零，并将其写入CAN发送缓存，断点恢复，退出；否，断点恢复，退出。

本发明的工作原理为：

本发明在油库空间中选取8个取样点，8条气体传输管线的一端连接在这8个取样点处，另一端与两个气路切换装置的相应接口连接；

系统工作时，需要对8个取样点处的气体依次采样，首先测控单元的ARM处理器向第一气路切换装置发出指令，使某一路输气管线与抽气泵联通；抽气泵将油库中相应取样点处的气体送入气体测量室，气体测量室中安装有红外油气浓度探测器、氧浓度探测器以及温湿度传感器，传感器信号经A/D转换模块数字化后被ARM处理器读取，ARM处理器实时地将各物理量的测量值通过CAN总线上传到数据处理工作站，同时将这些测量值写入第一存储器，并在触控屏上显示，用户还可以通过触控屏进行显示格式设置、查看系统状态、数据导出等操作。

为保证测量安全，测控单元安装在油库外，因此气体传输管线较长。气体从取样点抽到气体测量室需要较长时间。为了解决这个问题，加入了第二气体切换装置和预抽气泵。当系统在对某取样点进行抽气测量操作的同时，ARM处理器控制第二气路切换装置将下一个取样点对应的气体传输管线与预抽气泵连通，预抽气泵事先将该取样点处的气体抽至测控单元附近。这样当上一个点测量完毕后，抽气泵就可以通过第一气路切换装置很快地将该点处的气体送入气体检测室，提高了测量的时效性。

数据处理工作站通过CAN总线接收由测控单元上传的8个取样点的实时油气浓度、氧浓度和温湿度数据，对这些数据进行处理分析，然后判断是否需要报警以及报警级别，将判断结果实时显示在触摸显示屏上。同时对历史数据进行趋势分析，将数据曲线及趋势预报结果显示在人机界面上。用户可以通过触摸显示屏设置对8个取样点的采样周期、设置数据显示格式、对传感器进行调零、修改各报警级别的触发条件以及查看系统工况等操作，工作站将相关指令通过CAN总线下发到测控单元。

本发明提供的油气危险源分级预警系统，通过设置8路气体传输管线，测控单元以及数据处理工作站，实现了对油气危险源进行分级预警，很好的保证了油气的安全性，避免了因油气爆炸造成的财产、人体及环境的损失，同时弥补了国内没有关于油气危险源进行分级预警的系统或方法的空白。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种油气危险源分级预警系统，其特征在于，该油气危险源分级预警系统包括：气体传输管线、测控单元、数据处理工作站；

测控单元与气体传输管线连接，测控单元用于测量油气浓度、氧浓度和温湿度，数据处理工作站连接测控单元，数据处理工作站接收测控单元上传的各取样点的实时油气浓度、氧浓度和温湿度数据，对数据进行处理分析，然后判断是否需要报警以及报警级别，将判断结果实时显示在触摸显示屏上；

测控单元还包括：第一气路切换装置、第二气路切换装置、抽气泵、气体测量室、A/D转换模块、第一触控屏、ARM处理器、预抽气泵、第一Can通信模块、第一存储器、第一USB接口；

第一气路切换装置连接气体传输管线，抽气泵连接第一气路切换装置，气体测量室连接抽气泵，用于将气体测量室的传感器信号转换为数字信号的A/D转换模块连接各传感器，气体测量室内装有：红外油气探测器、氧浓度传感器和温湿度传感器，ARM处理器连接第一气路切换装置、第二气路切换装置、抽气泵、A/D转换模块、第一触控屏、预抽气泵、第一Can通信模块、第一存储器和第一USB接口；

第一气路切换装置和第二路气体切换装置采用高频电磁阀实现气路的通断，电磁阀的开闭由ARM处理器的信号控制；

红外油气探测器基于红外光谱法，当红外光通过待测气体时，由于气体分子有各自特定的吸收光谱，气体分子对特定波长的红外光有吸收，根据光谱中吸收峰的位置、形状和强度来测定混合物中各组分的含量；

氧传感器采用基于电化学原理的氧传感器，温湿度传感器采用一体式温湿度传感器；

数据处理工作站还包括：第二Can通信模块、处理器、第二USB接口、第二存储器、第二触控屏；

第二Can通信模块连接第一Can通信模块，处理器连接第二Can通信模块、第二存储器、第二触控屏和第二USB接口；

测控单元工作流程具体如下：

第一步，开始，显示开机画面；

第二步，初始化A/D转换模块；初始化Can通信模块，并通知数据处理工作站已准备就绪；

第三步，判断是否有触屏输入，是，则调用触屏相应子程序模块，再进行下一步，否，则直接进行下一步；

第四步，读取Can接收缓存，获取数据处理工作站指令；

第五步，判断是否有传感器校正指令，是，则读取A/D转换模块的采样值，转换单位得到测量值，使得补偿量＝测量值-标准值，否，则直接进行下一步；

第六步，判断是否有修改采样周期指令，是，则更新采样周期时间定时器，再进行下一步，否，则直接进行下一步；

第七步，判断工作状态标志是否置位，是，则直接进行下一步；否，则关闭抽气泵和预抽气泵，返回第三步；

第八步，判断采样周期定时器状态标志是否置位，是，则打开抽气泵，打开预抽气泵，令n＝1，m＝2，否，则返回第三步；

第九步，将第一气路切换装置的通道n与抽气泵连通，将第二气路切换装置的通道m与预抽气泵连通；

第十步，读取A/D转换模块的采样数据；

第十一步，判断读数是否稳定，是，则进行下一步，否，则返回第十步；

第十二步，将A/D转换模块的采样数据转换单位得到测量值；校正值＝测量值-补偿量；将校正值写入第一存储器和Can发送缓存，并显示；

第十三步，判断n是否等于8；

第十四步，是，则返回第三步，否，则进行下一步；

第十五步，n＝n+1，m＝m+1；如果m＝9，则令m＝1；返回第九步；

数据处理工作站的工作流程具体如下：

第一步，开始，显示开机画面；

第二步，初始化第二Can通信模块；

第三步，读取Can接收缓存；

第四步，是否收到测控单元准备就绪的信号，是，则直接进行下一步，否，则提示设备未就绪，工作状态标志清零，然后返回第三步；

第五步，调用绘图程序，按照用户当前选择的显示内容与格式显示报警级别、数据趋势、系统状态信息或者提示信息；

第六步，判断工作状态标志是否置位，是，则进行下一步，否，则返回第三步；

第七步，读取Can接收缓存，得到各传感器的测量数据；

第八步，调用数据滤波、模式识别、模糊逻辑算法判断当前安全级别、预报数据变化趋势，返回第三步；

数据处理工作站第二触控屏的按键输入响应流程具体如下；

第一步，开始，断点保护；

第二步，判断输入是否为传感器调零命令，是，则输入标准值，将传感器调零指令与标准值写入Can发送缓存，断点恢复，退出；否，则进行下一步；

第三步，判断输入是否为修改采样周期命令，是，则输入新的采样周期，将修改采样周期指令与新的采样周期值写入Can发送缓存，断点恢复，退出；否，则进行下一步；

第四步，判断输入是否为修改报警条件命令，是，则输入新的报警条件，更新报警条件，断点恢复，退出；否，则进行下一步；

第五步，判断输入是否为设置显示内容与格式命令，是，则根据输入修改显示状态表标志，断点恢复，退出；否，则进行下一步；

第六步，判断输入是否为开始测量命令，是，则系统工作状态标志置位，并将其写入Can发送缓存，断点恢复，退出；否，则进行下一步；

第七步，判断输入是否为结束测量命令，是，则系统工作状态标志清零，并将其写入Can发送缓存，断点恢复，退出；否，断点恢复，退出。