CN114419837B - 一种安全生产预警系统及其预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全生产预警系统及其预警方法，其包括生产设备测量模块、安全设备监测模块、处理分析模块、评价指标模块、风险模型数据库、预警信息平台、监控室；本方案通过风险模型数据库预先储存正常生产时的设备的数据和图像以及根据设备重要程度的预先设定设备的分值，便于对实际安全生产中的实时数据和图像进行对比分析，从而及时判断出生产线以及各个设备的运行情况，进而作出及时的报警和不同程度的预警，为安全生产提供有力的保障；同时本方案能够通过安全生产预警系统对实际安全生产过程中的风险因素分别进行识别分析、风险量化和风险警报提示，通过这种方式能够实现对实际风险因素进行类型识别和等级量化处理。

Description

一种安全生产预警系统及其预警方法

技术领域

本发明涉及安全生产监控和监管技术领域，具体涉及一种安全生产预警系统及其预警方法。

背景技术

化工生产企业是工业生产企业的主力军之一，在我国现代工业中占据的重要地位。但是由于化工原料和化工生产工艺的特殊性，导致在化工生产过程中具有一定的危险性，一旦发生事故，除了造成经济损失，还可能造成人员的伤亡。这种危险性主要体现在化工生产设备运行环境和生产车间环境上，对于化工生产设备，由于化工企业复杂而又苛刻的生产工艺条件，对化工生产设备运行环境的要求较为严苛，当运行环境为高温高压时，会给生产设备带来一定的风险；对于生产车间环境，当化工生产时，可能会导致一些有害气体泄漏，泄漏的有害气体会对车间环境造成污染，严重者会发生爆炸，进而危害生产人员的生命安全。

随着我国对安全生产越来越重视，各个危险行业事故率逐年降低，企业安全生产形势呈现好转趋势，但是化工企业安全事故仍然时有发生，还存在着本质安全技术不到位、安全教育不到位、安全管理不到位等问题，对于以上问题，一方面要加强企业的安全管理，另一方面还要加强政府对企业的安全监管力度。现有技术中，特别是一些安全投入过少的小型化工企业，政府对企业的安全检查巡查的工作一般是通过传统的纸质台账的方式来进行的。

现有技术中政府对于化工企业安全生产风险的管理方法中，一方面需要监管人员投入较大的工作量来分析和判断，另一方面很多数据指标依赖于专家打分的方式还会存在数据的主观性强不能反映实际情况的问题，从而对化工企业安全生产风险的监控和评价造成干扰，有可能造成已存在的安全生产风险的监测不及时或是缺失。

为了保证化工生产的稳定运行，将安全隐患及时消除在萌芽状态，本发明提出一种基于大数据的安全生产预警系统及其预警方法。

安全生产预警是根据所研究对象的特点，通过收集相关的资料信息，监控风险因素的变动趋势，并评价各种风险状态偏离预警线的强弱程度，向决策层发出预警信号并提前采取预控对策的系统；因此，要构建预警系统必须先构建评价指标体系，并对指标类别加以分析处理；其次，依据预警模型，对评价指标体系进行综合评判，最后，依据评判结果设置预警区间，并采取相应对策；风险预测需要对大量的信息进行综合分析，落后的人工管理手段已经无法适应，只有依靠高科技手段，结合人工管理，提高分析的自动化水平和处理能力，才能逐步提高风险预测的准确性和及时性；因此，急需建立一个高度自动化、智能化的安全生产预警系统及其预警方法。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种可靠性高的安全生产预警系统及其预警方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

提供一种安全生产预警系统，其包括生产设备测量模块、安全设备监测模块、处理分析模块、评价指标模块、风险模型数据库、预警信息平台和监控室；生产设备测量模块用于对生产设备的电压、电流进行数据采集；安全设备监测模块包括生产线摄像头、监控室摄像头、产品扫描仪、温度传感器、湿度传感器、压力传感器和噪音测试仪，生产线摄像头用于对生产线薄弱环节进行全方位的实时监控，监控室摄像头用于实时监控工作人员在监控室的执勤情况，产品扫描仪用于对生产的产品进行扫描，温度传感器、湿度传感器、压力传感器和噪音测试仪分别用于对生产线上的温度、湿度、压力和噪音进行测量；处理分析模块包括图像处理模块、生产设备分析模块和安全设备分析模块，图像处理模块用于处理产品扫描仪和监控室摄像头的图像，生产设备分析模块用于分析生产设备测量模块的测量数据，安全设备分析模块用于分析安全设备监测模块的监测数据；评价指标模块用于将安全设备分析模块的数据进行评分；风险模型数据库用于储存生产时设备的数据和图像以及根据设备重要程度的预设设备的分值，且设备的重要程度越高，其分值越大；预警信息平台用于接收处理分析模块和评价指标模块的数据并进行报警和预警，预警信息平台与计时模块连接，预警信息平台设置在监控室内。

提供一种安全生产预警系统的预警方法，其包括以下步骤：

S1：通过生产设备测量模块对生产设备的电压、电流进行数据采集，发送给生产设备分析模块，生产设备分析模块将生产设备的电压、电流值与风险模型数据库内生产设备正常运行时的电压范围、电流范围进行比对分析，并将报警数据直接传递给预警信息平台，进行生产设备故障报警；

S2：安全设备监测模块监测的图像传递给图像处理模块，将图像处理模块采集的图像与风险模型数据库内的图像进行比对分析，将报警数据直接传递给预警信息平台，进行产品故障报警；

S3：将安全设备监测模块监测的数据传递给安全设备分析模块，安全设备分析模块将数据与风险模型数据库内的数据进行比对分析，将报警数据直接传递给预警信息平台，进行安全设备故障报警，将非报警数据传递给评价指标模块进行评分，非报警数据的评分传递给预警信息平台；

S4：手动上传人工排查的隐患数据至评价指标模块，评价指标模块对隐患数据进行评分，并将隐患数据的评分传递给预警信息平台。

本发明的有益效果为：

1.本方案通过风险模型数据库预先储存正常生产时的设备的数据和图像以及根据设备重要程度的预先设定设备的分值，便于对实际安全生产中的实时数据和图像进行对比分析，从而及时判断出生产线以及各个设备的运行情况，进而作出及时的报警和不同程度的预警，为安全生产提供有力的保障。

2.本方案对生产设备和安全设备的数据和图像进行实时监测，并作出预警和报警，同时还可以对工作人员的执勤情况进行监测和报警，使工作人员能及时发现并处理报警信息。

3.本方案的评价指标模块可调用风险模型数据库内的数据，对生产线上的温度、湿度、压力和噪音等参数进行评价，并通过不同的评分，预警信息平台发出不同等级的预警，同时可通过预警等级的变化趋势，判断生产线参数的变化趋势，从而对可能发生的事故作出预判，进而作出预先的防控或调节工作；同时人工排查的各种隐患也可以上传至评价指标模块进行评价，并通过预警信息平台发出不同的隐患排查情况等级，实现对设备可能出现的安全问题进行进一步的排查和防控。

4、本方案能够通过安全生产预警系统对实际安全生产过程中的风险因素分别进行识别分析、风险量化和风险警报提示，通过这种方式能够实现对实际风险因素进行类型识别和等级量化处理，便于后续和风险模型数据库内的数据进行对比。

附图说明

图1为本方案系统总框架图。

图2为安全设备监测模块的示意图。

图3为处理分析模块的示意图。

图4为生产设备测量模块的流程框架图。

图5为产品扫描仪的流程框架图。

图6为监控室摄像头的流程框架图。

图7为温度传感器、湿度传感器、压力传感器和噪音测试仪的流程框架图。

图8为人工排查隐患的流程框架图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，本方案的安全生产预警系统包括生产设备测量模块、安全设备监测模块、处理分析模块、评价指标模块、风险模型数据库、预警信息平台和监控室；生产设备测量模块用于对生产设备的电压、电流进行数据采集；评价指标模块用于将安全设备分析模块的数据进行评分；风险模型数据库用于储存生产时设备的数据和图像以及根据设备重要程度的预设设备的分值，且设备的重要程度越高，其分值越大；预警信息平台用于接收处理分析模块和评价指标模块的数据并进行报警和预警，预警信息平台与计时模块连接，预警信息平台设置在监控室内。

如图2所示，安全设备监测模块包括生产线摄像头、监控室摄像头、产品扫描仪、温度传感器、湿度传感器、压力传感器和噪音测试仪，生产线摄像头用于对生产线薄弱环节进行全方位的实时监控，监控室摄像头用于实时监控工作人员在监控室的执勤情况，产品扫描仪用于对生产的产品进行扫描，温度传感器、湿度传感器、压力传感器和噪音测试仪分别用于对生产线上的温度、湿度、压力和噪音进行测量。

如图3所示，处理分析模块包括图像处理模块、生产设备分析模块和安全设备分析模块，图像处理模块用于处理产品扫描仪和监控室摄像头的图像，生产设备分析模块用于分析生产设备测量模块的测量数据，安全设备分析模块用于分析安全设备监测模块的监测数据。

提供一种安全生产预警系统的预警方法，其包括以下步骤：

S1：如图4所示，通过生产设备测量模块对生产设备的电压、电流进行数据采集，发送给生产设备分析模块，生产设备分析模块将生产设备的电压值、电流值分别与风险模型数据库内生产设备正常运行时的电压范围、电流范围进行比对分析，并将报警数据直接传递给预警信息平台，进行生产设备故障报警；具体包括：

S11：生产设备分析模块调用风险模型数据库内生产设备电压的正常运行参数范围的定义域U₁、U₂、、、U_n，和生产设备电流的正常运行参数范围的定义域A₁、A₂、、、A_n，生产设备测量模块采集的电压值u₁、u₂、、、u_n和电流值a₁、a₂、、、a_n分别与定义域U₁、U₂、、、U_n和定义域A₁、A₂、、、A_n相比较，n为生产设备的种类；

S12：当u_n∈U_n时，判定对应的设备处于正常运行状态；当时，对应设备的电压超出正常范围，判定对应设备故障，并将信号发送至预警信息平台，进行生产设备故障报警；

S13：当a_n∈A_n时，判定对应的设备处于正常运行状态；当时，对应设备的电流超出正常范围，判定对应设备故障，并将信号发送至预警信息平台，进行生产设备故障报警；

S2：安全设备监测模块监测的图像传递给图像处理模块，将图像处理模块采集的图像风险模型数据库内的图像进行比对分析，将报警数据直接传递给预警信息平台，进行产品故障报警；具体包括：

S201：如图5所示，通过产品扫描仪对生产的产品进行扫描，并将扫描图像传递给图像处理模块；

S202：图像处理模块调用风险模型数据库内的合格产品图像与扫描图像进行特征比对；

S203：若比对结果一致，则判定为正常；若比对结果不一致，并发送信号至预警信息平台，进行产品故障报警；

步骤S2还包括：

S211：如图6所示，将监控室摄像头的实时图像传递给图像处理模块；

S212：图像处理模块调用风险模型数据库内的无人时的监控室图像与实时图像进行特征比对；

S213：若比对结果不一致，则判定为监控室有人值班，并发送信号至计时模块，重置计时模块的计时数据；若比对结果一致，则判定为监控室无人值班，并发送无人信号至预警信息平台；

S214：当预警信息平台同时接收到无人信号和任何报警信息时，预警信息平台发出工作失位报警，并对此次工作失位报警进行记录保存，作为工作人员工作失位的依据；

S215：当预警信息平台只接收到无人信号，无任何报警信息时，预警信息平台将无人信号发送至计时模块，执行步骤S216；

S216：计时模块开始计时，当计时达到设定时间T1后，计时模块将报警信号发送至预警信息平台，进行无人值班报警；

S3：将安全设备监测模块监测的数据传递给安全设备分析模块，安全设备分析模块将数据与风险模型数据库内的数据进行比对分析，将报警数据直接传递给预警信息平台，进行安全设备故障报警；将非报警数据传递给评价指标模块进行评分，并将非报警数据的评分传递给预警信息平台；具体包括：

S31：如图7所示，安全设备分析模块调用风险模型数据库内生产线温度、湿度、压力和噪音的正常运行参数范围的定义域F₁、F₂、F₂、F₄，将温度传感器、湿度传感器、压力传感器和噪音测试仪的测量数据X₁、X₂、X₃、X₄与定义域F₁、F₂、F₂、F₄相比较；

S32：当时，判定X_n对应的设备故障，并将信号发送至预警信息平台，进行安全设备故障报警；

S33：当X_n∈F_n时，判定X_n对应的设备处于安全范围，将非报警数据传递给评价指标模块进行评分，将评分传递给预警信息平台，预警信息平台根据不同的评分数据，发出不同等级的预警；具体评分的方法包括：

S331：评价指标模块的评分计算公式为：

其中，D_n为设备的得分；为根据设备的重要程度而设定的权重值，且设备越重要其权重值越大；M_n为生产线设备设定的最佳参数值；M_max为定义域F_n中的最大值；M_min为定义域F_n中的最小值；

S332：将D₁、D₂、D₃、D₄进行求和得到总评分D_z，并将总评分D_z传递给预警信息平台；

S333：当时，预警信息平台发出绿色正常预警；当时，预警信息平台发出橙色一般预警；当时，预警信息平台发出红色紧急预警；

S4：手动上传人工排查的隐患数据至评价指标模块，评价指标模块对隐患数据进行评分，并将隐患数据的评分传递给预警信息平台；具体包括：

S41：如图8所示，人工排查生产线生产设备和安全设备的各种隐患，并记录隐患数据；

S42：将隐患数据上传至评价指标模块，评价指标模块根据风险模型数据库内对应设备的分值对隐患数据进行评分；

S43：将隐患数据的评分进行求和汇总，并传递给预警信息平台，预警信息平台根据评分数据所占设备总分值的比例大小而发出不同等级的预警，具体为：当评分数据占设备总分值的百分之二十及以下时，预警信息平台发出隐患排查良好预警；当评分数据占设备总分值的百分之二十到百分之四十之间时，预警信息平台发出隐患排查合格预警；当评分数据占设备总分值的百分之六十及以下时，预警信息平台发出隐患排查不合格预警。

综上所述，本方案通过风险模型数据库预先储存正常生产时的设备的数据和图像以及根据设备重要程度的预先设定设备的分值，便于对实际安全生产中的实时数据和图像进行对比分析，从而及时判断出生产线以及各个设备的运行情况，进而作出及时的报警和不同程度的预警，为安全生产提供有力的保障。

本方案对生产设备和安全设备的数据和图像进行实时监测，并作出预警和报警，同时还可以对工作人员的执勤情况进行监测和报警，使工作人员能及时发现并处理报警信息。

本方案的评价指标模块可调用风险模型数据库内的数据，对生产线上的温度、湿度、压力和噪音等参数进行评价，并通过不同的评分，预警信息平台发出不同等级的预警，同时可通过预警等级的变化趋势，判断生产线参数的变化趋势，从而对可能发生的事故作出预判，进而作出预先的防控或调节工作；同时人工排查的各种隐患也可以上传至评价指标模块进行评价，并通过预警信息平台发出不同的隐患排查情况等级，实现对设备可能出现的安全问题进行进一步的排查和防控。

本方案能够通过安全生产预警系统对实际安全生产过程中的风险因素分别进行识别分析、风险量化和风险警报提示，通过这种方式能够实现对实际风险因素进行类型识别和等级量化处理，便于后续和风险模型数据库内的数据进行对比。

Claims (6)

1.一种安全生产预警系统的预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过生产设备测量模块对生产设备的电压、电流进行数据采集，发送给生产设备分析模块，生产设备分析模块将电压值、电流值分别与风险模型数据库内存储的生产设备正常运行时的电压范围、电流范围进行比对分析，并将报警数据直接传递给预警信息平台，进行生产设备故障报警；

S2：安全设备监测模块监测的图像传递给图像处理模块，将图像处理模块采集的图像与风险模型数据库内的图像进行比对分析，将报警数据直接传递给预警信息平台，进行产品故障报警；

S3：安全设备监测模块监测的数据传递给安全设备分析模块，安全设备分析模块将数据与风险模型数据库内的数据进行比对分析，将报警数据直接传递给预警信息平台，进行安全设备故障报警；将非报警数据传递给评价指标模块进行评分，非报警数据的评分传递给预警信息平台；步骤S3具体包括：

S31：安全设备分析模块调用风险模型数据库内生产线温度、湿度、压力和噪音的正常运行参数范围的定义域F₁、F₂、F₂、F₄，将温度传感器、湿度传感器、压力传感器和噪音测试仪的测量数据X₁、X₂、X₃、X₄与定义域F₁、F₂、F₂、F₄相比较；

S32：当时，判定X_n对应的设备故障，并将信号发送至预警信息平台，进行安全设备故障报警；

S33：当X_n∈F_n时，判定X_n对应的设备处于安全范围，将非报警数据传递给评价指标模块进行评分，将评分传递给预警信息平台，预警信息平台根据不同的评分数据，发出不同等级的预警；步骤S33中评价指标模块进行评分的方法包括：

S331：评价指标模块的评分计算公式为：

其中，D_n为设备的得分；为根据设备的重要程度而设定的权重值，且设备越重要其权重值越大；M_n为生产线设备设定的最佳参数值；M_max为定义域F_n中的最大值；M_min为定义域F_n中的最小值；

S332：将D₁、D₂、D₃、D₄进行求和得到总评分D_z，并将总评分D_z传递给预警信息平台；

S333：当时，预警信息平台发出绿色正常预警；当时，预警信息平台发出橙色一般预警；当时，预警信息平台发出红色紧急预警；

S4：手动上传人工排查的隐患数据至评价指标模块，评价指标模块对隐患数据进行评分，并将隐患数据的评分传递给预警信息平台。

2.根据权利要求1所述的安全生产预警系统的预警方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

S11：生产设备分析模块调用风险模型数据库内生产设备电压的正常运行参数范围的定义域U₁、U₂……U_n，和生产设备电流的正常运行参数范围的定义域A₁、A₂……A_n，生产设备测量模块采集的电压值u₁、u₂……u_n和电流值a₁、a₂……a_n分别与定义域U₁、U₂……U_n和定义域A₁、A₂……A_n相比较，n为生产设备的种类；

S12：当u_n∈U_n时，判定对应的设备处于正常运行状态；当时，对应设备的电压超出正常范围，判定对应设备故障，并将信号发送至预警信息平台进行生产设备故障报警；

S13：当a_n∈A_n时，判定对应的设备处于正常运行状态；当时，对应设备的电流超出正常范围，判定对应设备故障，并将信号发送至预警信息平台，进行生产设备故障报警。

3.根据权利要求1所述的安全生产预警系统的预警方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

S201：通过产品扫描仪对生产的产品进行扫描，并将扫描图像传递给图像处理模块；

S202：图像处理模块调用风险模型数据库内的合格产品图像与扫描图像进行特征比对；

S203：若比对结果一致，则判定为正常；若比对结果不一致，并发送信号至预警信息平台，进行产品故障报警。

4.根据权利要求1所述的安全生产预警系统的预警方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：

S211：将监控室摄像头的实时图像传递给图像处理模块；

S212：图像处理模块调用风险模型数据库内无人时的监控室图像与实时图像进行特征比对；

S213：若比对结果不一致，则判定为监控室有人值班，并发送信号至计时模块，重置计时模块的计时数据；若比对结果一致，则判定为监控室无人值班，并发送无人信号至预警信息平台；

S214：当预警信息平台同时接收到无人信号和任何报警信息时，预警信息平台发出工作失位报警，并对此次工作失位报警进行记录保存，作为工作人员工作失位的依据；

S215：当预警信息平台只接收到无人信号，无任何报警信息时，预警信息平台将无人信号发送至计时模块，执行步骤S216；

S216：计时模块开始计时，当计时达到设定时间T1后，计时模块将信号发送至预警信息平台，进行无人值班报警。

5.根据权利要求1所述的安全生产预警系统的预警方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

S41：人工排查生产线生产设备和安全设备的各种隐患，并记录隐患数据；

S42：将隐患数据上传至评价指标模块，评价指标模块根据风险模型数据库内对应设备的分值对隐患数据进行评分；

S43：将隐患数据的评分进行求和汇总，并传递给预警信息平台，预警信息平台根据评分数据所占设备总分值的比例大小而发出不同等级的预警，具体为：当评分数据占设备总分值的百分之二十及以下时，预警信息平台发出隐患排查良好预警；当评分数据占设备总分值的百分之二十到百分之四十之间时，预警信息平台发出隐患排查合格预警；当评分数据占设备总分值的百分之六十及以下时，预警信息平台发出隐患排查不合格预警。

6.一种采用权利要求1-5任一项所述的预警方法的安全生产预警系统，其特征在于，包括生产设备测量模块、安全设备监测模块、处理分析模块、评价指标模块、风险模型数据库、预警信息平台和监控室；

所述生产设备测量模块用于对生产设备的电压、电流进行数据采集；

所述安全设备监测模块包括生产线摄像头、监控室摄像头、产品扫描仪、温度传感器、湿度传感器、压力传感器和噪音测试仪，所述生产线摄像头用于对生产线薄弱环节进行全方位的实时监控，所述监控室摄像头用于实时监控工作人员在监控室的执勤情况，所述产品扫描仪用于对生产的产品进行扫描，所述温度传感器、湿度传感器、压力传感器和噪音测试仪分别用于对生产线上的温度、湿度、压力和噪音进行测量；

所述处理分析模块包括图像处理模块、生产设备分析模块和安全设备分析模块，所述图像处理模块用于处理产品扫描仪和监控室摄像头的图像，所述生产设备分析模块用于分析生产设备测量模块的测量数据，所述安全设备分析模块用于分析安全设备监测模块的监测数据；

所述评价指标模块用于将安全设备分析模块的数据进行评分；

所述风险模型数据库用于储存生产时设备的数据和图像以及根据设备重要程度预设设备的分值，且设备的重要程度越高，其分值越大；

所述预警信息平台用于接收处理分析模块和评价指标模块的数据并进行报警和预警，所述预警信息平台与计时模块连接，所述预警信息平台设置在监控室内。