CN107659785A - 一种危险化学品重大危险源采集监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种危险化学品重大危险源采集监测系统，包括主控板MCU，Mini PCI‑E视频采集卡，模拟摄像头，数字摄像头，模拟量采集卡，危险化学品测量仪表，路由器和电容显示屏以及电源。与现有技术相比，本发明对危险化学品海量数据进行采集、存储和加密传输以及事故报警；对海量数据进行了分类，融合DCS的OPC数据和Modbus数据；解决了通过OPC获取DCS设备仪表数据问题，解决了通过Modbus获取485/232数据问题，系统在运行过程中，工作状态良好，性能稳定，多数据采集工作为建立危险化学品信息物理联网系统打下了良好的基础。
Description
技术领域
本发明涉及领域危险化学品重大危险源监测技术领域，特别是一种危险化学品重大危险源采集监测系统。
背景技术
根据《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》的规定，危险化学品单位应当对重大危险源进行安全评估并确定重大危险源等级，重大危险源根据其危险程度，分为一级、二级、三级和四级，一级为最高级。对危险化学品重大危险源应该依据国家法律法规，进行分级管理，确保危险化学品重大危险源的事故得到有效控制。
化工区重大危险源数量相对集中，危险性较高，对重大危险源合理分级是控制事故发生，制定事故应急预案的有效方法。对化工区的重大危险源应该依据国家法律法规，进行分级管理，确保化工区重大危险源的事故得到有效控制。国内外对重大危险源的监管都非常重视，对化工区重大危险源的合理分级也开展多项研究。国外一般是根据临界量的大小进行分级，国内重大危险源分级主要围绕重大危险源产生的爆炸、火灾及有毒气体的泄漏等后果建立模型，侧重对事故损失的估算，从损失角度对危险源进行评价、分级，或者单纯从事故发生概率的角度进行指标体系统计分析，从事故发生的难易程度对危险源进行评价、分析。
危险化学品重大危险源数据采集终端，自相关规定出台以来，目前市场上没有针对性的多数据采集终端。而且现有的采集终端普遍具有采集数据单一，仅为视频数据或模拟量数据，而且对危险化学品数据没有加密，而且不是全部类型数据。
发明内容
本发明的目的是要解决现有技术问题的不足，提供一种危险化学品重大危险源采集监测系统。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
一种危险化学品重大危险源采集监测系统，包括主控板MCU，Mini PCI-E视频采集卡，模拟摄像头，数字摄像头，模拟量采集卡，危险化学品测量仪表，路由器和电容显示屏以及电源，所述电源为主控板MCU供电，所述模拟摄像头输出视频信号，分别传输到Mini PCI-E视频采集卡的输入端，Mini PCI-E视频采集卡与主控板MCU的Mini PCI-E总线接口连接；数字摄像头的输出端与路由器连接从而将采集的视频数据传输给路由器，路由器通过千兆网线与主控板MCU的以太网接口连接；所述电容显示屏与主控板MCU的LVDS接口连接；所述模拟量采集卡的输入端与采集危险化学品测量仪表的输出端连接并采集危险化学品测量仪表的电流信号然后转换为对应的物理信息，再连接主控板MCU的RS485/232接口通过Modbus协议将物理信息传输给主控板MCU。
其中，本发明中所述主控板MCU采用的嵌入式主芯片是freescale公司的i.MX6系列中的Dual型号芯片，并采用嵌入式Linux操作系统。
进一步，本发明的危险化学品重大危险源采集监测系统还包括与采集危险化学品测量仪表连接的DCS设备，DCS设备的输出端与路由器连接从而将采集到的仪表信息采用OPC协议传输给路由器，路由器通过千兆网线与主控板MCU的以太网接口连接。
具体地，本发明中所述危险化学品测量仪表至少包括温度仪表、压力仪表、液位仪表、流量仪表、组分测定仪表、泄露检测仪表。
具体地，本发明中所述数字摄像头设置为16个，数字摄像头将采集的视频数据转换为H.264格式，然后传输给路由器。
具体地，本发明中所述模拟摄像头设置为四个，四个模拟摄像头的输出四路标准PAL、NTSC制式彩色/黑白视频信号。
与现有技术相比，本发明对危险化学品海量数据进行采集、存储和加密传输以及事故报警；对海量数据进行了分类，融合DCS的OPC数据和Modbus数据；解决了通过OPC获取DCS设备仪表数据问题，解决了通过Modbus获取485/232数据问题，系统在运行过程中，工作状态良好，性能稳定，多数据采集工作为建立危险化学品信息物理联网系统打下了良好的基础。
附图说明
图1为本发明的系统结构图。
图2为本发明的i.MX6的功能框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示的一种危险化学品重大危险源采集监测系统，包括一个主控板MCU，一个Mini PCI-E视频采集卡，四个模拟摄像头，16个数字摄像头，一个模拟量采集卡，若干危险化学品接入测量仪表，危险化学品测量仪表至少包括温度仪表、压力仪表、液位仪表、流量仪表、组分测定仪表、泄露检测仪表，一个路由器和一个电容显示屏以及电源，所述电源为主控板MCU供电，所述四个模拟摄像头输出的四路标准PAL、NTSC制式彩色/黑白视频信号，分别传输到Mini PCI-E视频采集卡的四个输入端，Mini PCI-E视频采集卡与主控板MCU的Mini PCI-E总线接口连接；16个数字摄像头的输出端分别与路由器连接从而将采集的视频输出四路标准PAL、NTSC制式彩色/黑白视频信号然后传输给路由器，路由器通过千兆网线与主控板MCU的以太网接口连接；所述电容显示屏与主控板MCU的LVDS接口连接；所述模拟量采集卡的输入端与采集危险化学品测量仪表的输出端连接并采集危险化学品测量仪表的电流信号然后转换为对应的物理信息，再连接主控板MCU的RS485/232接口通过Modbus协议将物理信息传输给主控板MCU，该模拟量采集卡采用Linux嵌入式系统采集卡，具有16路4-20mA模拟量采集能力，5路开关量采集能力，单路最大采样频率为200K，可以完成温度、压力、液位、流量、组分等仪表信号接入，可通过设置完成对仪表类型设定，将不同的仪表电流信号转换为对应的物理信息。
其中，本发明中所述主控板MCU采用的嵌入式主芯片是freescale公司的i.MX6系列中的Dual型号芯片，并采用嵌入式Linux操作系统，具有模拟量采集功能，485/232的Modbus数据采集功能，OPC数据采集功能，数字(IP)视频采集功能，模拟视频采集功能，硬件防火墙功能及声光报警功能，电源采用统一电源供电，具体功能框图如图2所示；这个型号的芯片主要应用在消费电子、工业和自动化领域。i.MX 6系列推出了基于CortexTM-A9架构的处理器平台，通过与ARM Cortex-A9架构的高效处理能力、前沿性的2D与3D图形以及高清晰视频功能实现一流水平的集成，可以提供令人瞩目的多媒体性能，以支持超越现有界限的下一代用户体验。同时i.MX 6平台的PF系列电源管理集成电路能够提供各种应用所需的所有电压域，它与平台简化的电源要求相结合，显著降低了物料成本并简化了系统设计。本i.MX6芯片以Cortex-A9处理器为核心，主频为1GHz,该处理器平台兼容单核、双核、四核处理器，可根据设计要求直接升级替换处理器。本次使用的开发板芯片为标准配置的i.MX6D系列，i.MX 6Dual系列配有两个Cortex-A9内核，运行频率高达1.2GHz，每个Cortex-A9处理器带有一个Neon协同处理器，一个看门狗模块，具有32KB的L1高速数据缓存配置和32KB的L1高数指令缓存配置。Cortex-A9 Core平台配置了1MB L2缓存和64位DDR3或2通道32位LPDDR2。DDR3相较于DDR2减小了能耗和发热量，实现了更高的工作效率，获得了更好的兼容性，可根据设计成本选择合适的版本。i.MX 6Dual集成的FlexCAN、MLB总线，可以方便地与外设进行连接；
它集成的HD级别的NEON SIMD媒体加速器，可用于任一Cortex-A9处理器，并可提供一个具有Cortex-A9浮点单元的性能和功能以及NEON高级SIMD指令集实现的引擎，以便进一步提高媒体和信号处理功能的速度；
它集成的TriplePlay 3D/2D/VG加速器，可以减轻主处理器负载，同时提供复杂精细的图形处理。
集成的1080P的视频编解码器，支持双720P视频编码，可以对MPEG-4、h.263和h.264格式的视频进行全双工编解码，并且不占用处理器的开销。
集成的PCI Express和SATA-2通信的总线，使其具有卓越的数据连接功能。IAC-IMX6-KIT嵌入式系统板带有系统控制单元、电源管理功能、内部存储单元、安全模块和极其丰富的接口资源，如下所示：
●1x 20位并行，4通道的MIPI-CSI2架构的处理器接口，支持同时输入三路摄像头；
●一个集成PHY的USB OTG接口，一个集成PHY的USB HOST接口，两个HOST USBHSIC接口；
●集成了一个工业用千兆以太网MAC(10/100/1000MHz)，能够实现远距离传输；
●集成了两路CAN总线接口，每路传输速率可达1Mbps，且支持CAN2.0协议；
●集成了多达三个SD/MMC 4.4外部存储卡卡槽和一个SDXC卡槽；
●集成了三个通用异步收发传输器UART接口，三个I2C总线接口；
●集成了EIM接口，1通道PCIe2.0接口；
●集成了双LVDS接口最高支持2048*1536分辨率；
●集成了飞思卡尔PF100电源管理单元；
●具有高可靠引导机制，加密引擎，随机数生成器和篡改检测功能，从而实现信息的加密传输。
另外，该型号的芯片还集成电源管理模块，作为嵌入式系统板中重要的模块之一，是保证系统稳定安全运行的关键。主板自带飞思卡尔PF100电源管理单元，它的功能包含了电池的充电管理和多路的瞬时动作偏移控制(IDC)，同时它含有4个可调的电源降压模块，可为主芯片和各个外围电路连接的器件提供各自需要的工作电源；
Mini PCI-E总线接口模块，随着技术的升级换代，原来工控主板支持的Mini PCI接口已经开始慢慢淘汰被Mini PCI-E替代。Mini PCI-E是英特尔公司推出的基于PCI-E总线的接口，它被广泛用在笔记本电脑主板,及无线网卡，固态硬盘等设备上。本次使用的开发板集成了一个Mini PCI-E 2.0接口，可以将带有Mini PCI-E连接器的视频采集卡与之连接，实现4路全实时视频采集；
在i.MX6集成了2路LVDS接口，每路最高支持1920x1200分辨率视频输出。LVDS接口一种低压差分信号技术接口，它是LCD Panel通用的接口标准，大多数7寸及以上尺寸的显示屏上采用这一接口技术。LVDS接口克服以TTL电平方式传输宽带高码率数据时功耗大、EMI电磁干扰大等缺点，并且TTL多路数据信号采用排线的方式来传送，整个排线数量达几十路，不但连接不便，而且不适合超薄化的趋势，采用LVDS输出接口传输数据，可以实现数据的高速率、低噪声、远距离、高准确度的传输。
另外，当危险化学品企业有DCS设备，可以将危险化学品测量仪表连接到DCS设备上，在本发明中可以采用OPC协议获取连接在DCS设备上的仪表数据，DCS设备的输出端与路由器连接从而将采集到的仪表信息采用OPC协议传输给路由器，路由器通过千兆网线与i.MX6芯片的以太网接口连接，i.MX6芯片进行分类、存储和上传。
本发明的工作原理为：四个模拟摄像头输出的四路标准PAL、NTSC制式彩色/黑白视频信号，分别传输到Mini PCI-E四路视频采集卡的四个输入端，视频采集卡与i.MX6芯片的Mini PCI-E总线接口连接，i.MX6芯片完成对模拟摄像头进行采集、存储和加密传输；16路数字摄像头通过内部设置的数字处理器和网络传输系统，将采集的视频数据转换为H.264格式，然后传输给连接好的路由器，路由器通过千兆网线与主控板板的以太网接口连接，i.MX6芯片完成对数字摄像头进行采集、存储和加密传输；主控板拥有LVDS接口，可以外接电容显示屏，从而将采集的视频显示到电容显示屏上供实时查看；模拟量采集卡采集危险化学品测量仪表的电流信号然后转换为对应的物理信息，再连接i.MX6芯片的RS485/232接口通过Modbus协议将物理信息传输给i.MX6芯片，当危险化学品企业有DCS设备，可以将危险化学品测量仪表连接到DCS设备上，在本发明中可以采用OPC协议获取连接在DCS设备上的仪表数据，DCS设备的输出端与路由器连接从而将采集到的仪表信息采用OPC协议传输给路由器，路由器通过千兆网线与主控板MCU的以太网接口连接，i.MX6芯片进行分类、存储和加密传输，而当采集到的仪表信息值出现偏离时，i.MX6芯片还会发出事故报警，整个系统设计示意图如图1所示，通过整个系统对危险化学品的温度、压力、液位、流量、组分、泄露等信息进行采集、存储和加密传输；对海量数据进行了分类，而且解决了通过OPC获取DCS设备仪表数据问题。解决了通过Modbus获取485/232数据问题，设备在运行过程中，工作状态良好，性能稳定。本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种危险化学品重大危险源采集监测系统，其特征在于，包括主控板MCU，Mini PCI-E视频采集卡，模拟摄像头，数字摄像头，模拟量采集卡，危险化学品测量仪表，路由器和电容显示屏以及电源，所述电源为主控板MCU供电，所述模拟摄像头输出视频信号，分别传输到Mini PCI-E视频采集卡的输入端，MiniPCI-E视频采集卡与主控板MCU的Mini PCI-E总线接口连接；数字摄像头的输出端与路由器连接从而将采集的视频数据传输给路由器，路由器通过千兆网线与主控板MCU的以太网接口连接；所述电容显示屏与主控板MCU的LVDS接口连接；所述模拟量采集卡的输入端与采集危险化学品测量仪表的输出端连接并采集危险化学品测量仪表的电流信号然后转换为对应的物理信息，再连接主控板MCU的RS485/232接口通过Modbus协议将物理信息传输给主控板MCU。
2.根据权利要求1所述的危险化学品重大危险源采集监测系统，其特征在于：所述主控板MCU采用的嵌入式主芯片是freescale公司的i.MX6系列中的Dual型号芯片，并采用嵌入式Linux操作系统。
3.根据权利要求1或2所述的危险化学品重大危险源采集监测系统，其特征在于，还包括与采集危险化学品测量仪表连接的DCS设备，DCS设备的输出端与路由器连接从而将采集到的仪表信息采用OPC协议传输给路由器，路由器通过千兆网线与主控板MCU的以太网接口连接。
4.根据权利要求1所述的危险化学品重大危险源采集监测系统，其特征在于：所述危险化学品测量仪表至少包括温度仪表、压力仪表、液位仪表、流量仪表、组分测定仪表、泄露检测仪表。
5.根据权利要求1所述的危险化学品重大危险源采集监测系统，其特征在于：所述数字摄像头设置为16个，数字摄像头将采集的视频数据转换为H.264格式，然后传输给路由器。
6.根据权利要求1所述的危险化学品重大危险源采集监测系统，其特征在于：所述模拟摄像头设置为四个，四个模拟摄像头的输出四路标准PAL、NTSC制式彩色/黑白视频信号。
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