物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在危險(xiǎn)化工產(chǎn)品倉(cāng)儲(chǔ)中的應(yīng)用研究——以云天化硫磺倉(cāng)儲(chǔ)為例

潘書娥，解 琨，艾 丹，許湘津，于 洋 （云南財(cái)經(jīng)大學(xué) 商學(xué)院，云南 昆明650221）

我國(guó)石油和化工等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了越來(lái)越多的危險(xiǎn)品品種和數(shù)量。有關(guān)部門的統(tǒng)計(jì),我國(guó)石油和化工產(chǎn)品品種達(dá)42000多個(gè)，其中80%以上是危險(xiǎn)化工產(chǎn)品。這些巨量的危險(xiǎn)化工產(chǎn)品無(wú)論是從工廠生產(chǎn)還是到用戶消費(fèi)，在這個(gè)鏈條中，都必須靠物流環(huán)節(jié)完成。尤其是危險(xiǎn)化工產(chǎn)品的倉(cāng)儲(chǔ)。

硫磺是化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的重要原材料，云天化集團(tuán)每年外購(gòu)與自產(chǎn)的硫磺數(shù)百萬(wàn)噸，且都以散裝硫磺形式儲(chǔ)運(yùn)，而散裝硫磺易燃易爆的特性又使其儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程極難控制。傳統(tǒng)的控制方式一般為硫磺粉塵濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與硫磺溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但這些控制方式存在一定的缺陷，一方面?zhèn)鹘y(tǒng)控制存在大滯后性，一旦化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)使溫度快速升高，或者粉塵在裝卸過(guò)程中的濃度變化過(guò)快，當(dāng)超過(guò)警戒線而迅速變化時(shí)，不能及時(shí)做出反應(yīng)；另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)方式采用手工操作，不能及時(shí)針對(duì)突發(fā)情況做出反應(yīng)，也會(huì)使控制的及時(shí)性與有效性降低，而且有很大的安全隱患。針對(duì)傳統(tǒng)控制方式的弊端，我們引入了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并應(yīng)用到云天化硫磺倉(cāng)儲(chǔ)中，從而能夠有效保證危險(xiǎn)化工產(chǎn)品的倉(cāng)儲(chǔ)安全，具有重要的理論與實(shí)際意義。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)就是利用條形碼、射頻識(shí)別、傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，從而進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的龐大網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由信息采集系統(tǒng)、PML信息服務(wù)器、產(chǎn)品命名服務(wù)器和應(yīng)用管理系統(tǒng)四部分組成。它通過(guò)Internet信息世界的互聯(lián)實(shí)現(xiàn)物理世界任何產(chǎn)品的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)在任何地方、任何時(shí)間可識(shí)別任何產(chǎn)品，使產(chǎn)品成為附有動(dòng)態(tài)信息的 “智能產(chǎn)品”，并使產(chǎn)品信息流和物流完全同步，進(jìn)而為產(chǎn)品信息共享提供了一個(gè)高效、快捷的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

2 硫磺倉(cāng)儲(chǔ)現(xiàn)狀

2.1 硫磺的爆炸特性

硫磺是一種易燃易爆的化學(xué)品，在受熱、沖擊、摩擦等情況下易引起燃燒，進(jìn)而引起火災(zāi)與爆炸。硫磺的爆炸參數(shù)如下表：

爆炸指數(shù) 戰(zhàn)火感度 爆炸激烈性 最大爆炸壓力 最大壓升度 （MPa·s-1）＞10 20.4 1.2 0.538 32.4點(diǎn)燃溫度 （粉塵云）/℃ 點(diǎn)燃溫度 （層狀）/℃ 最小點(diǎn)火/J能 最小爆炸濃度 （g·m-3）190 220 0.015 35

由上表可知造成硫磺爆炸的主要原因有：明火點(diǎn)燃、溫度升高、粉塵濃度超過(guò)爆炸極限： （1）硫磺的物理形態(tài)分為粉狀、粒狀或塊狀、片狀，燃燒點(diǎn)較低，不同的條件或者狀態(tài)下具有不同的燃燒性能。硫磺粉塵爆炸的主要原因是硫磺粉塵懸浮于空中，其濃度達(dá)到爆炸極限，在一定能量的點(diǎn)火源下粉塵燃燒進(jìn)而發(fā)生爆炸。硫磺粉塵基本上在裝卸過(guò)程中產(chǎn)生，一旦粉塵富集，在遇點(diǎn)火源的情況下，極易發(fā)生燃燒爆炸。 （2）硫磺粉塵富集且溫度過(guò)高時(shí)，硫磺會(huì)與周圍氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，進(jìn)一步提高周圍溫度，最終會(huì)導(dǎo)致硫磺的自燃。 （3）明火是硫磺粉塵爆炸的必要條件。

2.2 現(xiàn)狀

危險(xiǎn)化工產(chǎn)品倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施供不應(yīng)求，倉(cāng)庫(kù)嚴(yán)重短缺是近幾年來(lái)我國(guó)危險(xiǎn)化工產(chǎn)品倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)的一個(gè)突出問題。目前我國(guó)危險(xiǎn)工業(yè)產(chǎn)品倉(cāng)儲(chǔ)的現(xiàn)狀主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

首先，作為硫磺倉(cāng)儲(chǔ)與應(yīng)用的銜接點(diǎn)，倉(cāng)庫(kù)不僅作為存儲(chǔ)單元，更是不同環(huán)節(jié)形式轉(zhuǎn)換的重要場(chǎng)所。當(dāng)前大部分企業(yè)硫磺的入庫(kù)與出庫(kù)多用人工操作，因人工疏忽造成事故不在少數(shù)。采用傳送帶傳輸?shù)钠髽I(yè)，由于傳送帶與硫磺顆粒摩擦造成火災(zāi)的情況也時(shí)有發(fā)生。

其次，對(duì)于遇突發(fā)情況的處理，大部分企業(yè)仍然是手工操作，不僅效率低下，而且操作準(zhǔn)確性低，存在嚴(yán)重的滯后性。

最后，當(dāng)火災(zāi)或者爆炸發(fā)生時(shí)，不能及時(shí)采取有效措施減少人員傷亡并控制災(zāi)情蔓延。大多數(shù)情況下是只能等待消防隊(duì)員控制災(zāi)情，這種因不能及時(shí)處理造成的損失往往更為巨大。

3 硫磺倉(cāng)儲(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)體系

物聯(lián)網(wǎng)從技術(shù)架構(gòu)上來(lái)看，可分為4層：編碼層、信息采集層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。編碼層主要是指EPC系統(tǒng)，它是物品識(shí)別的基礎(chǔ)。信息采集層由各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，包括傳感器、二維碼標(biāo)簽、RFID標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭、GPS等感知終端，作用相當(dāng)于人的眼耳鼻喉和皮膚等神經(jīng)末梢，它是物聯(lián)網(wǎng)獲取識(shí)別物體，采集信息的來(lái)源，其主要功能是識(shí)別物體，采集信息。 網(wǎng)絡(luò)層由互聯(lián)網(wǎng)、有線和無(wú)線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計(jì)算平臺(tái)等組成，相當(dāng)于人的神經(jīng)中樞和大腦，負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶 （包括人、組織和其他系統(tǒng)）的接口，它與行業(yè)需求結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)構(gòu)架如圖1所示：

3.1 RFID硫磺倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)架構(gòu)

3.1.1 RFID技術(shù)。射頻識(shí)別是感知層中的關(guān)鍵技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的重要技術(shù)。它是通過(guò)射頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。RFID技術(shù)可識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便，也無(wú)須人工干預(yù)，可以在各種惡劣環(huán)境中工作。

針對(duì)傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)的弊端，一種基于RFID的倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，該系統(tǒng)能滿足以下幾方面需求：具有信息管理系統(tǒng)的權(quán)限管理包括數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等；能夠準(zhǔn)確、快速地查詢到硫磺的各種信息；能夠使PC機(jī)和讀寫器之間完成良好的數(shù)據(jù)通信功能。

3.1.2 系統(tǒng)硬件框架。系統(tǒng)由RFID讀寫器、電子標(biāo)簽、PC機(jī)組成，而讀寫器主要是由微控制芯片S3C2440和NRF24L01射頻芯片以及天線組成，兩者之間主要是通過(guò)SPI接口函數(shù)連接。通過(guò)讀寫器讀取的RFID標(biāo)簽信息可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、紅外等與其他設(shè)備進(jìn)行通訊。

該系統(tǒng)的硬件框架如圖2所示：

3.2 遠(yuǎn)程數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)

3.2.1 ADSL技術(shù)。隨著科技的發(fā)展與進(jìn)步， “數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化”對(duì)視頻監(jiān)控技術(shù)傳輸方案的設(shè)計(jì)提出了新的要求，再加上硫磺倉(cāng)儲(chǔ)的環(huán)境危險(xiǎn)性較大，而且儲(chǔ)存硫磺的地理位置有時(shí)選擇不當(dāng)，所以采用的是基于ADSL（非對(duì)稱數(shù)字用戶環(huán)路）技術(shù)的輻射方便、經(jīng)濟(jì)適用、易于維護(hù)的遠(yuǎn)程數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)監(jiān)控區(qū)域較大，監(jiān)控點(diǎn)多而且分散，主要是可以遠(yuǎn)距離操控，對(duì)于儲(chǔ)存硫磺的溫度、濕度等進(jìn)行精確地測(cè)量，大大降低了硫磺帶來(lái)的危險(xiǎn)性。

3.2.2 系統(tǒng)原理。ADSL是以現(xiàn)有的銅制電話線為介質(zhì)的一種傳輸技術(shù)，采用非對(duì)稱的傳輸方式 （即上行和下行的傳輸速率不等），能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)和原有傳統(tǒng)電話信號(hào)的同時(shí)傳輸。基于ADSL技術(shù)的硫磺遠(yuǎn)程數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)即是采用此種方式進(jìn)行遠(yuǎn)程圖像的實(shí)時(shí)傳輸，并且具有操作簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、易于維護(hù)的特點(diǎn)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖3。

前端攝像頭采集到的視頻信號(hào)DVR（數(shù)字控制主機(jī)）進(jìn)行壓縮處理后輸出到雙絞線上進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。DVR為用戶提供強(qiáng)大的管理功能，可以實(shí)現(xiàn)本地圖像的多畫面處理、硬盤錄像、報(bào)警控制、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ堋?shù)字視頻服務(wù)器可以對(duì)任何一臺(tái)DVR的實(shí)時(shí)監(jiān)控圖像和歷史資料進(jìn)行查看，除了具有數(shù)字控制主機(jī)可以實(shí)現(xiàn)的功能外，為了進(jìn)一步確保整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的安全性，還具體規(guī)定了各個(gè)等級(jí)用戶的使用權(quán)限。客戶端根據(jù)授予的用戶名和密碼，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)控圖像瀏覽，并且根據(jù)授予的權(quán)限進(jìn)行部分管理和操作。

上面提到的兩種硫磺倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)不僅能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)硫磺倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境，而且遇突發(fā)問題時(shí)控制系統(tǒng)也可以及時(shí)處理，消除了傳統(tǒng)方式的大滯后性，操作的準(zhǔn)確性與及時(shí)性大大提高，并且可以在無(wú)人值守的情況下智能處理，避免員工疏忽造成災(zāi)難性后果。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于傳統(tǒng)控制方式的多種缺陷，危險(xiǎn)工業(yè)產(chǎn)品的倉(cāng)儲(chǔ)安全問題一直是企業(yè)面臨的重大問題。這不僅是企業(yè)的安全、經(jīng)濟(jì)問題，更是企業(yè)社會(huì)責(zé)任的體現(xiàn)。長(zhǎng)期以來(lái)，技術(shù)的限制使得傳統(tǒng)控制的諸多缺陷無(wú)法改進(jìn)，倉(cāng)儲(chǔ)安全問題一直沒有得到較好解決。本文物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)解決了人工操作的不準(zhǔn)確性以及傳統(tǒng)控制方式的大滯后性，能夠很好的解決危險(xiǎn)品倉(cāng)儲(chǔ)問題，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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