CN109308788A - 一种基于Zigbee石化企业火气监控报警信息推送系统 - Google Patents

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王振
胡绪尧
杨静怡
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Abstract

本发明公开了一种基于Zigbee石化企业火气监控报警信息推送系统，具体涉及安全科学与安全设备研发技术领域。该基于Zigbee石化企业火气监控报警信息推送系统，包括可燃气体检测单元、有毒气体检测单元和火灾报警检测单元，所述可燃气体检测单元、有毒气体检测单元和火灾报警检测单元内设有Zigbee通讯协议，可燃气体检测单元、有毒气体检测单元和火灾报警检测单元连接Zigbee协调器或路由器，Zigbee协调器或路由器的输出端连接控制室DCS系统和数据设备终端。其解决了现有的石化企业的报警信息无法第一时间通知现场的外操作人员，容易引发安全事故的不足。

Description

一种基于Zigbee石化企业火气监控报警信息推送系统
技术领域
本发明涉及安全科学与安全设备研发技术领域，具体涉及一种基于Zigbee石化企业火气监控报警信息推送系统。
背景技术
石化企业是一个特殊的行业，其加工的原料、过程产物、以及产品、催化剂等都具有很大的风险性。石化装置的特点就是高温高压、易燃易爆中间还伴有中毒的风险。因此石化行业通常在设计、建设的时间就会设计、安装火气报警系统。这主要包括火灾报警设备、各种有毒有害气体报警设备、可燃气体监测报警设备。这些报警信息通过电缆传输到DCS系统。从工艺安全的角度，这样的设置可以及时地发现泄漏。但是从人员安全的角度，这样的报警系统第一时间通知的是在屋内的内操人员。而现场的外操及施工人员不能第一时间得到报警信息，容易发生人员伤亡事故。这种事故在石化系统中已经发生过多次。由于石化装置是一个防爆区域，现在的作业人员不能携带手机等通讯设备。无法第一时间得到室内内操人家的报警信息。因此，建设火气监控报警信息推送系统的建设就十分有必要，让所有进入石化装置现场的人员佩戴，第一时间得到火气系统报警信息。
Zigbee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。Zigbee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。Zigbee是一个由可多到65535个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个Zigbee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。Zigbee是一种无线连接，可工作在2.4GHZ、868MHZ和915MHZ3个频段上,分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率，它的传输距离在10-75m的范围内,但可以继续增加。作为一种无线通信技术，Zigbee具有如下特点：
(1)低功耗:由于Zigbee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式，功耗低,因此Zigbee设备非常省电。据估算，Zigbee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间,这是其它无线设备望尘莫及的。
(2)成本低：Zigbee模块的初始成本在6美元左右，估计很快就能降到1.5—2.5美元,并且Zigbee协议是免专利费的。低成本对于Zigbee也是一个关键的因素。
(3)时延短:通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延30ms,休眠激活的时延是15ms,活动设备信道接入的时延为15ms。因此Zigbee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。
(4)网络容量大：一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最多100个Zigbee网络,而且网络组成灵活。
(5)可靠:采取了碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。
(6)安全：Zigbee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证，采用了AES-128的加密算法，各个应用可以灵活确定其安全属性。
Zigbee的优点正适合用于石化行业。网络容量大的特点可以满足石化企业现在作业人员众多的特点；性能可靠保证了报警信息及时、准确地传递。安全保密性好，可以防止企业的内部信息泄露。所以，申请本发明。
发明内容
本发明的目的是针对现有的石化企业的报警信息无法第一时间通知现场的外操作人员，容易引发安全事故的不足，提出了一种各个检测单元通过Zigbee通讯协议传输收集的数据，并将收集的数据发送给数据终端设备，现场外的外操作人员根据数据终端设备的报警信息安全撤离的基于Zigbee石化企业火气监控报警信息推送系统。
本发明具体采用如下技术方案：
一种基于Zigbee石化企业火气监控报警信息推送系统，包括可燃气体检测单元、有毒气体检测单元和火灾报警检测单元，所述可燃气体检测单元、有毒气体检测单元和火灾报警检测单元内设有Zigbee通讯协议，可燃气体检测单元、有毒气体检测单元和火灾报警检测单元连接Zigbee协调器或路由器，Zigbee协调器或路由器的输出端连接控制室DCS系统和数据设备终端；
在石化企业的厂区按照设计规范布置可燃气体检测单元、有毒气体检测单元和火灾报警检测单元，可燃气体检测单元、有毒气体检测单元和火灾报警检测单元通过Zigbee协调器或路由器数据收集、处理、中转然后发送给控制室DCS系统和现场作业人员的数据终端设备，数据终端设备接受到上述检测单元所传出的报警信息，现场作业人员根据得到的相关信息组织人员撤离危险区域，同时，现场作业的指挥人员可以根据信息组织抢险。
优选地，所述Zigbee通讯协议的协议栈的层与层之间通过服务接入点SAP进行通信，SPA是某一特定层提供的服务与上层之间的接口。
优选地，所述协议栈的层包括数据服务接口和管理服务接口。
优选地，所述数据服务接口的目标是向上层提供所需的常规数据服务。
优选地，所述管理服务接口的目标是向上层提供访问内部层参数和配置并管理数据服务。
优选地，所述Zigbee通讯协议的协议体系结构是基于IEEE802.15.4标准建立，IEEE802.15.4标准定义了Zigbee通讯协议的物理层和MAC层。
优选地，具有所述Zigbee通讯协议的设备包括IEEE802.15.4标准的物理层、MAC层和Zigbee堆栈层。
优选地，所述Zigbee堆栈层包括Zigbee联盟定义的网络层和应用层以及安全服务商提供的安全服务层。
优选地，所述应用层包括应用支持子层、Zigbee设备对象和定义的应用对象。
本发明具有如下有益效果：检测单元通过Zigbee协调器或路由器数据收集、处理、中转然后发送给控制室DCS系统和现场作业人员的数据终端设备，数据终端设备能够接受到检测单元所传出的报警信息(包括气体浓度信息、工艺位置信息、风速信息等)，现场作业人员根据得到的相关信息组织人员撤离危险区域，同时，现场作业的指挥人员可以根据信息组织抢险。
附图说明
图1为本发明的功能框图；
图2为Zigbee通讯协议架构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
如图1所示，一种基于Zigbee石化企业火气监控报警信息推送系统，包括可燃气体检测单元、有毒气体检测单元和火灾报警检测单元，所述可燃气体检测单元、有毒气体检测单元(主要检测硫化氢气体)和火灾报警检测单元内设有Zigbee通讯协议，可燃气体检测单元、有毒气体检测单元和火灾报警检测单元连接Zigbee协调器或路由器，Zigbee协调器或路由器的输出端连接控制室DCS系统和数据设备终端；
在石化企业的厂区按照设计规范布置可燃气体检测单元、有毒气体检测单元和火灾报警检测单元，可燃气体检测单元、有毒气体检测单元和火灾报警检测单元通过Zigbee协调器或路由器数据收集、处理、中转然后发送给控制室DCS系统和现场作业人员的数据终端设备，数据终端设备接受到上述检测单元所传出的报警信息，现场作业人员根据得到的相关信息组织人员撤离危险区域，同时，现场作业的指挥人员可以根据信息组织抢险。
如图2所示，Zigbee通讯协议的协议栈的层与层之间通过服务接入点SAP进行通信，SPA是某一特定层提供的服务与上层之间的接口。协议栈的大多数层有两个接口：数据服务接口和管理服务接口。
数据服务接口的目标是向上层提供所需的常规数据服务。
管理服务接口的目标是向上层提供访问内部层参数和配置并管理数据服务。
Zigbee通讯协议的协议体系结构是基于IEEE802.15.4标准建立，IEEE802.15.4标准定义了Zigbee通讯协议的物理层和MAC层。
IEEE802.15.4标准为低速率无线个人域网定义了OSI模型最底层的两层，即物理层和MAC层，也是Zigbee协议底部的两层。
网络层提供保证IEEE802.15.4MAC层正确工作的能力，并为应用层提供合适的服务接口，包括数据服务接口(MCPS)和管理服务接口(MLME)。
数据服务接口的作用主要有两点：
一是为应用支持子层的数据添加适当的协议头以便产生网络协议数据单元。
二是根据路由拓扑结构，把网络数据单元发送到通信链路的目的地址设备或通信链路的下一跳地址。也称为IEEE 802.15.4通信层。
管理服务接口的作用有以下两点：
提供的服务包括配置新设备、创建新网络、设备请求加入或者离开网络。
允许Zigbee协调器或路由器请求设备离开网络、寻址、路由发现等功能。
具有所述Zigbee通讯协议的设备包括IEEE802.15.4标准的物理层、MAC层和Zigbee堆栈层。
Zigbee堆栈层包括Zigbee联盟定义的网络层和应用层以及安全服务商提供的安全服务层。
应用层包括应用支持子层、Zigbee设备对象和定义的应用对象。应用支持子层提供了网络层和应用层之间的接口，包括数据服务。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于Zigbee石化企业火气监控报警信息推送系统，其特征在于，包括可燃气体检测单元、有毒气体检测单元和火灾报警检测单元，所述可燃气体检测单元、有毒气体检测单元和火灾报警检测单元内设有Zigbee通讯协议，可燃气体检测单元、有毒气体检测单元和火灾报警检测单元连接Zigbee协调器或路由器，Zigbee协调器或路由器的输出端连接控制室DCS系统和数据设备终端；
在石化企业的厂区按照设计规范布置可燃气体检测单元、有毒气体检测单元和火灾报警检测单元，可燃气体检测单元、有毒气体检测单元和火灾报警检测单元通过Zigbee协调器或路由器数据收集、处理、中转然后发送给控制室DCS系统和现场作业人员的数据终端设备，数据终端设备接受到上述检测单元所传出的报警信息，现场作业人员根据得到的相关信息组织人员撤离危险区域，同时，现场作业的指挥人员可以根据信息组织抢险。
2.如权利要求1所述的一种基于Zigbee石化企业火气监控报警信息推送系统，其特征在于，所述Zigbee通讯协议的协议栈的层与层之间通过服务接入点SAP进行通信，SPA是某一特定层提供的服务与上层之间的接口。
3.如权利要求1所述的一种基于Zigbee石化企业火气监控报警信息推送系统，其特征在于，所述协议栈的层包括数据服务接口和管理服务接口。
4.如权利要求3所述的一种基于Zigbee石化企业火气监控报警信息推送系统，其特征在于，所述数据服务接口的目标是向上层提供所需的常规数据服务。
5.如权利要求3所述的一种基于Zigbee石化企业火气监控报警信息推送系统，其特征在于，所述管理服务接口的目标是向上层提供访问内部层参数和配置并管理数据服务。
6.如权利要求1所述的一种基于Zigbee石化企业火气监控报警信息推送系统，其特征在于，所述Zigbee通讯协议的协议体系结构是基于IEEE802.15.4标准建立，IEEE802.15.4标准定义了Zigbee通讯协议的物理层和MAC层。
7.如权利要求6所述的一种基于Zigbee石化企业火气监控报警信息推送系统，其特征在于，具有所述Zigbee通讯协议的设备包括IEEE802.15.4标准的物理层、MAC层和Zigbee堆栈层。
8.如权利要求7所述的一种基于Zigbee石化企业火气监控报警信息推送系统，其特征在于，所述Zigbee堆栈层包括Zigbee联盟定义的网络层和应用层以及安全服务商提供的安全服务层。
9.如权利要求8所述的一种基于Zigbee石化企业火气监控报警信息推送系统，其特征在于，所述应用层包括应用支持子层、Zigbee设备对象和定义的应用对象。
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