CN205229792U - 一种化学品仓库危险监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种化学品仓库危险监控系统，该系统布置在化学品仓库内的监测终端节点实时采集监测区域内的环境监测数据并通过无线传感器网络发送给布置在化学品仓库外的协调器；协调器通过串口将环境监测数据通过串口数据线发送到网关模块；网关模块将帧格式转换和协议转换后的环境监测数据通过WiFi或4G网络实时传送到服务器进行存储；同时，网关模块将接收到的环境监测数据通过无线传输方式发送给自动控制器，自动控制器将报警信息或安全信息发回到网关模块，网关模块将环境监测数据、报警信息或安全信息显示在显示屏上。本实用新型能够及时解决出现火情、气体泄漏、温湿度不合适等问题。

Description

一种化学品仓库危险监控系统

技术领域

本实用新型属于仓储管理技术领域，涉及一种化学品仓库危险监控系统。

背景技术

无线传感器网络是一种分布式传感网络，它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。无线传感器网络中的传感器通过无线方式通信，因此网络设置灵活，设备位置可以随时更改，还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络，能广泛地应用于工业、农业、医疗和日常生活中。

在工业方面，随着经济的发展，物资的生产越来越多，各个生产企业对仓库的要求越来越多。仓库作为一个安全性要求较高，人员值守需求众多的行业，具有监控点数量众多、地点分散，现场环境复杂的问题，这已成为日常维护工作的主要障碍。其中化学品仓库对于安全性和自动化的要求相当高。据中国仓储协会不完全调查统计，2014年全国危化品仓库面积达到7731万平方米，同比增加了5.1％，然而与高速增长的化学品仓库面积不协调的却是化学品仓库安全性问题的凸显。由于仓储环境不善、工作人员操作失误等原因，化学品仓库爆炸起火事故常见于新闻中，如春节期间常见的烟花爆竹仓库爆炸、2013年的广州白云区仓库爆燃事故、2015年的天津港“8·12”爆炸事故等，给人民的生命安全和财产安全造成了极大损失，对企业形象和信誉造成了很大影响。因此，有必要设计一种监控系统对化学品仓库可能存在的危险进行预警和监控。

然而，现有的化学品仓库监控系统，结构单一，基本上采用管线连接各个设备的方式，传输范围有限，布线繁琐，可扩展性不足，传输方式单一，实用效果不好，而且无法做到报警与自动控制的同步执行。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种化学品仓库危险监控系统，该系统采用无线方式对化学品仓库进行监控，能够同时完成报警与自动控制操作。

为了解决上述技术问题，本实用新型化学品仓库危险监控系统包括监测终端节点，协调器，网关模块，服务器，自动控制器；所述监测终端节点布置在化学品仓库内，将实时采集的仓库监测区域内的环境监测数据通过无线传感器网络发送给布置在化学品仓库外的协调器；协调器通过串口将环境监测数据通过串口数据线发送到网关模块；网关模块将帧格式转换和协议转换后的环境监测数据通过WiFi或4G网络实时传送到服务器进行存储；同时，网关模块将接收到的环境监测数据通过无线传输方式发送给自动控制器，自动控制器将报警信息或安全信息发回到网关模块，网关模块将环境监测数据、报警信息或安全信息显示在显示屏上。

管理人员可以很方便地在化学品仓库外(如值班室等区域)通过网关处的显示屏了解化学品仓库环境监测数据和报警信息，以便及时对监测区域内的环境进行改善和突发状况进行处理。

进一步，本实用新型还包括自动控制装置；自动控制器将报警信息发回到网关模块的同时向自动控制装置发送控制命令，以对仓库环境参数进行调节控制。

自动控制器可以根据环境监测数据的异常判断化学品仓库环境是否处于安全状态；若处于安全状态，则将安全信息发回到网关模块，网关模块将环境监测数据与安全信息显示在显示屏上；否则将警报信息发回到网关模块，并将控制命令发送给自动控制装置，以对仓库环境参数进行调节控制，及时地解决出现火情、气体泄漏、温湿度不合适等问题，免去了人工奔走的劳累。

所述自动控制装置包括通风机、制冷机和灭火器；自动控制器的控制端分别与通风机、制冷机和灭火器连接。

所述监测终端节点包括传感器组和ZigBee通信模块；传感器组通过ZigBee通信模块将采集的仓库监测区域内的环境监测数据发送给协调器。

所述传感器组包括温湿度一体式传感器，烟雾传感器，危险气体传感器；温湿度一体式传感器通过ZigBee通信模块将采集的仓库监测区域内的温度与湿度数据发送给协调器；烟雾传感器、危险气体传感器通过ZigBee通信模块分别将采集的仓库监测区域内的烟雾浓度、危险气体浓度数据发送给协调器。

有益效果：

(1)克服了传统有线化学品仓库监控系统布线麻烦，成本高，功耗高，可扩展性和移植性差的不足。

(2)传统化学品仓库监控系统的传输范围有限，实时了解不便，实用性并不强，本实用新型提供了化学品仓库环境状况的实时监测、传送并保存，通过速度快、发展成熟的WiFi网络和4G网络延长了传输范围。

(3)传统化学品仓库监控系统数据传输方式单一，容易受到干扰而出现故障，本实用新型采用WiFi通信技术和4G通信技术则可以极大地拓展系统的传输范围，增加了系统的抗毁性与安全性。

(4)传统化学品仓库监控系统即使监测到了环境数据异常，无法自动的进行安全操作，需要人为地根据不同危险情况进行相应操作，人力浪费严重。本实用新型设计自动控制器，若出现环境参数异常，在发出报警信息的同时进行自动控制操作，如打开干粉灭火器、打开制冷机、打开通风机等，能够及时地解决出现火情、气体泄漏、温湿度不合适等问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

图1是本实用新型化学品仓库危险监控系统的总体结构图。

图2是监测终端节点结构图。

图3是协调器的结构图。

图4是网关模块结构图。

图5是自动控制器结构图。

图6是协调器流程图。

图7是自动控制器流程。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的化学品仓库危险监控系统包括监测终端节点，协调器，网关模块，服务器，自动控制器。监测终端节点(包括温湿度一体式传感器、烟雾传感器、危险气体传感器以及与各传感器对应的ZigBee通信模块)负责周期性地定时采集仓库监测区域的环境监测数据，并将数据发送至协调器；协调器负责完成无线传感网络的建立，将监测终端节点采集的环境监测数据汇总并发送到网关模块；网关模块进行Zigbee信号与WiFi或4G信号的协议转换，将数据传送到服务器中存储，并接受自动控制器的报警信息或安全信息，在显示屏上显示环境监测数据及报警信息或安全信息；自动控制器，判断化学品仓库环境状况，当环境监测数据异常时，发送控制命令，自动完成开启自动控制装置中灭火器、制冷机和通风机，并将报警信息发送到网关模块。

本实用新型设计的一种化学品仓库危险监控系统在实际应用的过程中，布置在化学品仓库内的监测终端节点，通过各种传感器对仓库监测区域内的环境参数准确地进行实时监测，并通过采用ZigBee通信协议的无线传感器网络将采集到的环境监测数据发送给布置在化学品仓库外(如值班室等区域)的协调器；协调器通过串口将环境监测数据通过串口数据线发送到网关模块；网关模块将接收到的数据进行数据帧格式转换和协议转换，并通过WiFi或4G网络将处理过的数据实时传送到服务器进行存储，同时网关模块将接收到的数据通过无线传输方式发送给布置在化学品仓库内的自动控制器，并接收自动控制器返回的报警信息或安全信息，网关模块还将监测的环境监测数据与报警信息或安全信息显示在显示屏上；自动控制器对环境监测数据进行判断是否超过安全范围，针对不同数据异常情况自动执行相应操作，并向网关模块发送报警信息或安全信息；当环境监测数据超过安全范围时向自动控制装置发送相应的控制命令。管理人员可以很方便地在化学品仓库外(如值班室等区域)通过网关模块处的显示屏了解化学品仓库环境监测数据与报警信息或安全信息，以便及时对监测区域内的环境进行改善和突发状况进行处理；而且自动控制器会自动判断各类监测数据是否异常，对出现监测数据异常的地方自动进行调节控制，及时地解决出现火情、气体泄漏、温湿度不合适等问题，免去了人工奔走的劳累。

如图2所示，监测终端节点主要由传感器组和ZigBee通信模块组成；传感器组和ZigBee通信模块由电源提供工作电压。

化学品仓库的存储条件对温度、相对湿度要求较为严格，一般在化学品仓库中容易出现泄漏的易燃易爆气体主要是氨气和硫化氢气体，出现火情时烟雾浓度会迅速上升，因此将温度、相对湿度、氨气浓度、硫化氢浓度和烟雾浓度作为监测指标。如图1所示，在传感器组的选择中，本实用新型采用了4类传感器，对化学品仓库环境的烟雾、氨气浓度、硫化氢浓度、温度以及相对湿度等5项数据进行较为精确的采集。化学品仓库环境温度和相对湿度监测采用的是DHT11温湿度一体式传感器；烟雾监测采用的是MQ-2烟雾传感器；危险气体传感器包括氨气浓度监测采用的NH3-S100气体传感器和硫化氢浓度监测采用的H2S-A1气体传感器。ZigBee通信模块采用TI公司生产的CC2530无线射频收发模块。

传感器组中的各类传感器对化学品仓库环境参数进行准确采集，ZigBee通信模块收集传感器组采集的环境监测数据，将这些数据按照ZigBee协议打包数据帧，通过ZigBee网络无线传输给协调器。ZigBee其覆盖范围在无增益时可达几十米，完全满足化学品仓库监控的范围需要。

如图3所示，协调器采用TI公司生产的CC2530无线射频收发模块。协调器的核心是Zigbee通信模块，该模块利用天线与终端节点的ZigBee通信模块进行数据间的相互通信，包括从监测终端节点接收上传的环境监测数据，发送采集指令到监测终端节点，保证与网关模块进行的正常数据通信。其余还有微处理器、存储模块辅助对数据的处理与存储。另外，协调器的功能还包括建网与数据接收。

如图4所示，网关模块部分主要包括STM32F103RCT6型处理器、ATK-RM04通信模块、ME3760-V2C通信模块和显示屏。其中ATK-RM04通信模块负责WiFi通信，ME3760-V2C通信模块负责4G通信，STM32F103RCT6型处理器负责接收和处理数据，显示屏负责显示环境监测数据和报警信息(或安全信息)。

无线传感器网络与WiFi网络或4G网络的信息互通需要利用网关模块。网关模块中的处理器接收协调器传过来的环境监测数据，通过无线方式发送给自动控制器，并接收自动控制器返回的报警信息或安全信息，在显示屏上显示；然后判断当前网络信号强度，在WiFi信号和4G信号中选择一个较强的信号，使得信息格式在网关中从ZigBee的格式转换成WiFi或4G信号的帧格式，再上传数据至服务器。

如图5所示，自动控制器和自动控制装置放置在化学品仓库内。自动控制器包括MCS-51单片机和ZigBee模块。自动控制装置包括干粉灭火器、通风机和制冷机。ZigBee模块负责接收网关模块传送来的监测数据，将监测数据通过串口发送到MCS-51单片机，并向网关模块发送从MCS-51单片机接收到的报警信息或安全信息；MCS-51单片机负责对监测数据进行分析，在监测数据出现异常情况下生成相应的控制命令与报警信息，对通风机、干粉灭火器和制冷机进行自动控制；通风机负责向化学品仓库外排放泄露气体，还负责降低化学品仓库环境相对湿度；干粉灭火器负责扑灭可能出现的火情；制冷机负责降低化学品仓库环境的温度。

如图6所示，协调器首先建立网络；监测终端节点搜寻网络，若发现不了网络，监测终端节点继续搜索；发现网络后，监测终端节点上的传感器组对化学品仓库监控区域内的环境参数准确地进行实时采集；监测终端节点将采集到的监测数据发送给布置在化学品仓库外(如值班室等区域)的协调器；协调器通过串口将监测数据发送到网关模块；网关模块通过无线传输方式将监测数据发送给自动控制器；自动控制器判断监测数据是否异常，若出现异常，则生成控制命令对异常情况进行处理，并向网关模块发送报警信息；若未出现异常，则返回安全信号；网关模块在接收到自动控制器的返回信息后，将返回的信息和监测数据都通过显示屏进行显示，由值班人员查知；网关模块判断当前时刻的信号强度，若WiFi信号强，就将监测数据格式转换为WiFi的数据格式，通过WiFi网络上传至服务器，对数据进行存储；若4G信号强，就将监测数据格式转换为4G的数据格式，通过4G网络上传至服务器，对数据进行存储。

如图7所示，自动控制器读取从网关模块接收到的监测数据，对接收到的温度、相对湿度、烟雾浓度、氨气浓度和硫化氢浓度数据进行比较判断；设化学品仓库环境正常温度标准为30℃以下，正常相对湿度范围为75％以下，正常烟雾浓度低于10ppm，正常氨气浓度为15％以下，正常硫化氢浓度为4％以下；如果接收到的烟雾浓度数据显示化学品仓库环境烟雾浓度大于10ppm，说明出现火情，则自动控制器控制干粉灭火器自动开启进行灭火，并发送报警信息：“出现火情”；若烟雾浓度数据低于10ppm，则关闭干粉灭火器；如果接收到的氨气浓度数据显示化学品仓库环境氨气浓度高于15％，说明发生了氨气泄漏，则自动控制器控制通风机自动开启进行通风，并发送报警信息：“氨气泄漏”；如果接收到的硫化氢浓度数据显示化学品仓库环境硫化氢浓度高于4％，说明发生了硫化氢泄漏，则自动控制器控制通风机自动开启进行通风，并发送报警信息：“硫化氢泄漏”；如果接收到的相对湿度数据显示化学品仓库环境相对湿度高于75％，则自动控制器控制通风机自动开启进行通风；随着通风机运行，化学品仓库内环境的氨气浓度、硫化氢浓度和相对湿度逐渐降低，当这三项指标降低至正常范围内时，自动控制器控制通风机自动关闭，节约能源；如果接收到的温度数据显示化学品仓库环境温度大于30℃，则自动控制器控制制冷机自动开启进行降温，随着制冷机运行，化学品仓库内环境的温度逐渐降低，当温度降低至30℃以下时，自动控制器控制制冷机自动关闭，节约能源。

在自动控制器的工作过程中，对环境数据分析有优先级考虑，不是同时进行的。因为火情的危险等级较高，易燃易爆气体泄露的危险等级次之，温度、湿度的危险等级较低，所以在自动控制器的流程图中，先判断烟雾、再判断危险气体、再判断温湿度。

Claims (5)

1.一种化学品仓库危险监控系统，其特征在于包括监测终端节点，协调器，网关模块，服务器，自动控制器；所述监测终端节点布置在化学品仓库内，将实时采集的仓库监测区域内的环境监测数据通过无线传感器网络发送给布置在化学品仓库外的协调器；协调器通过串口将环境监测数据通过串口数据线发送到网关模块；网关模块将帧格式转换和协议转换后的环境监测数据通过WiFi或4G网络实时传送到服务器进行存储；同时，网关模块将接收到的环境监测数据通过无线传输方式发送给自动控制器，自动控制器将报警信息或安全信息发回到网关模块，网关模块将环境监测数据、报警信息或安全信息显示在显示屏上。

2.根据权利要求1所述的化学品仓库危险监控系统，其特征在于还包括自动控制装置；自动控制器将报警信息发回到网关模块的同时向自动控制装置发送控制命令。

3.根据权利要求2所述的化学品仓库危险监控系统，其特征在于所述自动控制装置包括通风机、制冷机和灭火器；自动控制器的控制端分别与通风机、制冷机和灭火器连接。

4.根据权利要求1所述的化学品仓库危险监控系统，其特征在于所述监测终端节点包括传感器组和ZigBee通信模块；传感器组通过ZigBee通信模块将采集的仓库监测区域内的环境监测数据发送给协调器。

5.根据权利要求4所述的化学品仓库危险监控系统，其特征在于所述传感器组包括温湿度一体式传感器，烟雾传感器，危险气体传感器；温湿度一体式传感器通过ZigBee通信模块将采集的仓库监测区域内的温度与湿度数据发送给协调器；烟雾传感器、危险气体传感器通过ZigBee通信模块分别将采集的仓库监测区域内的烟雾浓度、危险气体浓度数据发送给协调器。