CN204302214U - 一种面向工业现场的危害气体泄漏监测及远程预警系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种面向工业现场的危害气体泄漏监测及远程预警系统，包括现场传感单元、车间汇聚单元和安监中心平台，现场传感单元由按需部署的大量气体无线传感器节点构成；气体无线传感器节点执行危害气体浓度探测、数据预处理、无线传输和一级报警；车间汇聚单元汇聚、存储和显示归属气体无线传感器节点数据、无线/有线传输和二级报警；安监中心平台汇聚和显示所有气体浓度数据和三级告警。本实用新型的显著特点是：对工业现场危害气体实时在线远程检测；基于ZigBee无线组网协议快速、灵活部署气体无线传感器网络，安装方便、扩展性好；现场、车间、中心三级告警提示，相关人员能及时、快捷、全面掌握现场危险气体泄漏的动态变化。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种面向工业现场的危害气体泄漏监测及远程预警系统，属于化工、矿山、制药等行业安全生产领域。
背景技术
随着人们对环境保护意识的不断增强，工业企业，特别是化工、采矿、制药等生产企业的环境与安全问题越来越受到高度关注。工业生产过程中产生的甲烷、硫化氢、氨气、一氧化碳等易燃、易爆、有毒气体，既可能对环境造成严重污染，也可能对生产和人身安全造成极大威胁。
气体检测是定量获取气体浓度的技术手段之一，已广泛应用于石油、化工、冶金、采矿、制药、半导体加工、喷涂包装等工业现场以及家庭、液化气站、煤气站、加油站等民用/商用需防火防爆，预防中毒和空气污染等场所。目前，大多数工业现场针对易燃、易爆、有毒等危害气体泄漏的检测主要有人工巡测和固定探测等方式，其中人工巡测是指安监人员手持气体泄漏探测仪在生产车间的主要区域定期或不定期巡测，不仅劳动强度大，责任心要求高，存在大量盲点盲区，而且必然是气体泄漏事实上已经发生了，事后才能检测到，无法将事故消灭在萌芽状态；固定探测是指在生产车间特定位置固定装配气体检测探头，通过有线方式供电和获取气体浓度数据，不仅灵活性差，不支持搬迁、移动，新增监测点工程量大，而且可能由于各种原因，监测点不会产生气体泄漏，而在附近区域却存在事故隐患，也无法对其进行有效监测。
无线传感器网络将传感器技术、无线通信技术、计算机技术以及信号分析和处理技术融为一体，通过在工业现场任意选定的探测点放置所需的气体传感探头实时获取气体浓度值，再由数据预处理终端对其进行分析、处理后，一方面与预设门限值比较确定是否触发现场声光告警，另一方面利用无线传输技术将数据预处理结果上传至预警平台，以指导相关人员制定并启动应急预案，能按需、灵活配置气体传感探头，支持随意位置改变，及时发现事故隐患，确保工业现场生产安全。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种面向工业现场的危害气体泄漏监测及远程预警系统，针对易燃、易爆、有毒等危害气体进行实时在线检测、现场和远程报警，并形成直观可读的检测结果，使生产、安全和管理人员及时掌握现场危害气体泄漏的动态变化信息，并能查询危害气体在过去时间的变化趋势记录，对可能引发事故的因素预警并及时排除。
解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：
一种面向工业现场的危害气体泄漏监测及远程预警系统由现场传感单元、车间汇聚单元和安监中心平台三部分构成。
所述现场传感单元由按需部署的大量气体无线传感器节点1构成，支持随意位置改变，通过更换传感器类型，可执行所选的不同气体的检测，所述气体无线传感器节点1包括气体传感探头2、数据预处理模块3、声光告警模块4、ZigBee无线组网通信模块5、发射天线6、电源模块7，所述气体传感探头2实时测量覆盖区域内的危害气体浓度值并送至数据预处理模块3，所述数据预处理模块3对来自气体传感探头2测得的危害气体浓度值进行分析和预处理后，一方面与预设门限值比较确定是否现场声光告警，如果需要告警，直接触发声光告警模块4执行断续声音和LED闪烁一级报警，另一方面送至ZigBee无线组网通信模块5，利用无线组网通信技术将射频信号通过发射天线6传送至车间汇聚单元的接收天线8，所述电源模块7为气体无线传感器节点1内部各功能模块提供工作电源。
所述车间汇聚单元包括接收天线8、ZigBee无线组网通信模块9、ARM中央处理器10、数据存储器11、显示器12、USB接口13、以太网接口14、GPRS模块15、音频驱动器16、扬声器17、电源模块18，位于生产车间值班室或各生产车间选定的固定场所，所述接收天线8与发射天线6无线连接，将射频信号送至ZigBee无线组网通信模块9，所述ZigBee无线组网通信模块9运行无线组网协议，并解调出来自不同气体无线传感器节点的气体浓度数据送至ARM中央处理器10，所述ARM中央处理器10一方面汇聚、存储和显示归属的所有气体无线传感器节点上传的数据信息，依据设定的告警门限和规则执行二级报警，另一方面将汇聚数据信息通过以太网接口14以有线传输方式或通过GPRS模块15以无线传输方式上传至安监中心平台。
所述安监中心平台安装并运行在安全监控中心或安监管理部门服务器上，汇聚和显示所有生产车间现场传感单元获取的气体浓度数据信息，依据设定的告警门限和规则执行三级告警，并具有信息查询、数据汇总、报表统计等功能，采用操作层、业务层和设备层三层架构设计，操作层提供用户操作界面，业务层执行内部数据处理，设备层负责与车间汇聚单元通信，相关生产、管理和安监人员可依据管理权限通过所述安监中心平台实时查看各监测点的状态，并根据显示结果及时发现事故隐患，确保工业企业生产安全。
一种面向工业现场的危害气体泄漏监测及远程预警系统，其特征在于：
针对易燃、易爆、有毒等危害气体实施实时在线远程检测；基于ZigBee无线组网协议在工业现场快速、灵活部署气体无线传感器网络，安装方便、扩展性好；通用气体无线传感器节点结构设计，通过更换传感器类型，执行所选的不同气体的检测；现场、车间、中心三级告警提示，生产、安全和管理人员能及时、快捷、全面掌握现场危险气体泄漏的动态变化信息，杜绝危害气体泄漏事故隐患，提高工业现场事故应急处理的时效性以及安全生产和智能化管理水平。
附图说明
图1为本实用新型所述一种面向工业现场的危害气体泄漏监测及远程预警系统的组成和连接关系示意图。
图1中的标记如下：1-气体无线传感器节点，2-气体传感探头，3-数据预处理模块，4-声光告警模块，5-ZigBee无线组网通信模块，6-发射天线，7-电源模块，8-接收天线，9-ZigBee无线组网通信模块，10-ARM中央处理器，11-数据存储器，12-显示器，13-USB接口，14-以太网接口，15-GPRS模块，16-音频驱动器，17-扬声器，18-电源模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明：
如图1所示，本实用新型所述的系统由现场传感单元、车间汇聚单元和安监中心平台构成。
所述现场传感单元由按需部署的大量气体无线传感器节点1构成，支持随意位置改变，通过更换传感器类型，可执行所选的不同气体的检测，所述气体无线传感器节点1包括气体传感探头2、数据预处理模块3、声光告警模块4、ZigBee无线组网通信模块5、发射天线6、电源模块7，所述气体传感探头2实时测量覆盖区域内的危害气体浓度值并送至数据预处理模块3，所述数据预处理模块3对来自气体传感探头2测得的危害气体浓度值进行分析和预处理后，一方面与预设门限值比较确定是否现场声光告警，如果需要告警，直接触发声光告警模块4执行断续声音和LED闪烁一级报警，另一方面送至ZigBee无线组网通信模块5，利用无线组网通信技术将射频信号通过发射天线6传送至车间汇聚单元的接收天线8，所述电源模块7为气体无线传感器节点1内部各功能模块提供工作电源。
所述车间汇聚单元包括接收天线8、ZigBee无线组网通信模块9、ARM中央处理器10、数据存储器11、显示器12、USB接口13、以太网接口14、GPRS模块15、音频驱动器16、扬声器17、电源模块18，位于生产车间值班室或各生产车间选定的固定场所，所述接收天线8与发射天线6无线连接，将射频信号送至ZigBee无线组网通信模块9，所述ZigBee无线组网通信模块9运行无线组网协议，并解调出来自不同气体无线传感器节点的气体浓度数据送至ARM中央处理器10，所述ARM中央处理器10一方面汇聚、存储和显示归属的所有气体无线传感器节点上传的数据信息，依据设定的告警门限和规则执行二级报警，另一方面将汇聚数据信息通过以太网接口14以有线传输方式或通过GPRS模块15以无线传输方式上传至安监中心平台。
所述安监中心平台安装并运行在安全监控中心或安监管理部门服务器上，汇聚和显示所有生产车间现场传感单元获取的气体浓度数据信息，依据设定的告警门限和规则执行三级告警，并具有信息查询、数据汇总、报表统计等功能，采用操作层、业务层和设备层三层架构设计，操作层提供用户操作界面，业务层执行内部数据处理，设备层负责与车间汇聚单元通信，相关生产、管理和安监人员可依据管理权限通过所述安监中心平台实时查看各监测点的状态，并根据显示结果及时发现事故隐患，确保工业企业生产安全。
本具体实施例中，气体传感探头选用电阻式或非电阻式半导体气体传感器，前者使用金属氧化物陶瓷气敏材料，通过检测气敏元件电阻值随气体含量的变化获得气体浓度，后者利用气敏元件的电流或电压随气体含量的变化获得气体浓度，这是目前在工业和民用领域使用最广的传感器类型，技术成熟度高、价格低廉，测量范围、灵敏度满足要求。
数据预处理模块主控芯片选用STM32F101单片机，该芯片内置ADC，具有强大的运算和处理能力，32位Cortex-M3TMCPU、7个通信接口、3个USART接口、2个SPI同步串口、低功耗，能满足现场数据预处理、分析、存储，通信配置等功能。
ZigBee无线组网通信模块选用LSD 4RF-2F717N01模块，工作于470-510MHz免申请频段，最大17dBm的发射功率、超过2km的通信距离能有效覆盖较大规模的生产车间区域，低功耗设计能保证气体无线传感器节点在电池供电的情况下连续工作较长时间。
GPRS模块选用LQ1000GPRS DTU，该模块采用GPRS无线通信技术、嵌入式单片机技术和TCP/IP网络通信技术，稳定性强、可靠性高、实时性好，提供标准的RS232/485数据接口，仅需一次性完成初始化配置，车间汇聚单元就能与安监中心平台通过GPRS无线网络建立连接，实现数据全透明传输。
ARM中央处理器选用AT91SAM9G20ARM芯片，该芯片是通信应用中的主流芯片，主频为400MHz，内置有SDRAM、DATAFLASH、以太网、USB2.0以及SPI等专用接口。
尽管以上结合附图对本实用新型的较佳实施例进行了描述，但本实用新型不限于上述具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的而不是限定性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不违背本实用新型宗旨及权利要求的前提下，可以作出多种类似的表示，如更改系统中各模块或芯片的型号种类，更改气体无线传感器组网模式，更改通信方式。这样的更改均落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种面向工业现场的危害气体泄漏监测及远程预警系统，其特征在于：所述系统由现场传感单元、车间汇聚单元和安监中心平台三部分构成，所述现场传感单元由按需部署的大量气体无线传感器节点1构成，所述气体无线传感器节点1包括气体传感探头2，数据预处理模块3，声光告警模块4，ZigBee无线组网通信模块5，发射天线6，电源模块7；所述车间汇聚单元包括接收天线8，ZigBee无线组网通信模块9，ARM中央处理器10，数据存储器11，显示器12、USB接口13，以太网接口14，GPRS模块15，音频驱动器16，扬声器17，电源模块18；所述安监中心平台安装并运行在安全监控中心或安监管理部门服务器上。
2.根据权利要求1所述的一种面向工业现场的危害气体泄漏监测及远程预警系统，其特征在于：所述气体无线传感器节点1支持随意位置改变，通过更换传感器类型，可执行所选的不同气体的检测。
3.根据权利要求1所述的一种面向工业现场的危害气体泄漏监测及远程预警系统，其特征在于：所述气体传感探头2实时测量覆盖区域内的危害气体浓度值并送至数据预处理模块3，所述数据预处理模块3对来自气体传感探头2测得的危害气体浓度值进行分析和预处理后，一方面与预设门限值比较确定是否现场声光告警，如果需要告警，直接触发声光告警模块4执行断续声音和LED闪烁一级报警，另一方面送至ZigBee无线组网通信模块5，利用无线组网通信技术将射频信号通过发射天线6传送至车间汇聚单元的接收天线8，所述电源模块7为气体无线传感器节点1内部各功能模块提供工作电源。
4.根据权利要求1所述的一种面向工业现场的危害气体泄漏监测及远程预警系统，其特征在于：所述车间汇聚单元位于生产车间值班室或各生产车间选定的固定场所，所述接收天线8与发射天线6无线连接，将射频信号送至ZigBee无线组网通信模块9，所述ZigBee无线组网通信模块9运行无线组网协议，并解调出来自不同气体无线传感器节点的气体浓度数据送至ARM中央处理器10，所述ARM中央处理器10一方面汇聚、存储和显示归属的所有气体无线传感器节点上传的数据信息，依据设定的告警门限和规则执行二级报警，另一方面将汇聚数据信息通过以太网接口14以有线传输方式或通过GPRS模块15以无线传输方式上传至安监中心平台。
5.根据权利要求1所述的一种面向工业现场的危害气体泄漏监测及远程预警系统，其特征在于：所述安监中心平台汇聚和显示所有生产车间现场传感单元获取的气体浓度数据信息，依据设定的告警门限和规则执行三级告警，并具有信息查询、数据汇总、报表统计等功能，采用操作层、业务层和设备层三层架构设计，操作层提供用户操作界面，业务层执行内部数据处理，设备层负责与车间汇聚单元通信，相关生产、管理和安监人员可依据管理权限通过所述安监中心平台实时查看各监测点的状态，并根据显示结果及时发现事故隐患，确保工业企业生产安全。
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