物聯網技術在化工企業的應用研究

Research on Application of IOT Technology in Chemical Enterprises

薛凌燕　李樹榜

(聊城大學計算機學院，山東 聊城　252000)

物聯網技術在化工企業的應用研究

Research on Application of IOT Technology in Chemical Enterprises

薛凌燕李樹榜

(聊城大學計算機學院，山東 聊城252000)

摘要：針對化工產品的特殊性，采用射頻識別技術建立控制系統，用于對危化品運輸車輛和產品倉儲實現實時監控。考慮化工生產中安全的重要性，針對各項生產參數的監測不及時、不能實時報警的問題，建立基于物聯網的監測系統進行實時監測預警。利用物聯網技術提升企業的自動化管理水平，從而使整個化工企業成為集安全、生產、監測、預警于一體的綜合網絡管理系統。物聯網技術的應用使企業生產安全性更高，企業管理更加省時省力，更加智能。

關鍵詞：物聯網射頻識別化工傳感器監測預警

Abstract：In view of the particularity of chemical products, the control system is established by adopting radio frequency identification (RFID) technology, to implement real time monitoring for transportation vehicles and warehousing of the hazardous chemicals. Considering the importance of safety in chemical production, and aiming at the problems of various productive parameters have not been monitored timely, and on time alarm cannot be provided, the monitoring system based on IOT is built to achieve real time monitoring and warning. The level of automated management for the enterprise is enhanced by adopting IOT technology; thus the entire chemical enterprise becomes a comprehensive network management system which integrates safety production, monitoring and warning. Applications of the IOT technology make the safety of enterprise production higher; and the management of enterprise more intelligent and time saving.

Keywords：Internet of thingsRFIDChemical industrySensorMonitoring and warning

0引言

化工企業的生產過程具有易燃、易爆、有毒、腐蝕性強、高溫高壓操作等特點，一旦發生火災、爆炸等事故，將會造成巨大的經濟損失和人員傷亡。此外，化工企業的生產原料和產品的運輸、儲存對環境要求較高。如果發生泄漏，將會造成嚴重的環境污染[1]。

通過調研發現，目前在化工企業中，常規的對危險源進行檢測的方法是通過攜帶便攜式的危險氣體或廢水探測儀進行實地采樣和檢測[2]。這種方法需要通過人工來進行數據采集和分析，實時性也不能保證。同時，一些生產環節及管理模式還需要依靠操作人員和管理人員的經驗和知識來進行。這種依靠經驗的操作管理方式受到工作人員的能力、素質和專業知識等的影響，其優化控制性能也因人而異，并且差別很大[3]。此外，許多化工企業的安全預警機制薄弱，如何及時發現和消除安全隱患，關系到企業、國家的經濟利益，乃至工人的人身安全，成為亟待解決的問題。

1物聯網技術

物聯網是通過射頻識別(radio frequency identification，RFID)裝置、紅外傳感器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的網絡[4-5]。

物聯網系統一般分為感知層、網絡層和應用層三個層面。圍繞這三個層面，物聯網有三大技術體系：感知技術、通信組網技術和應用服務技術。感知層通過RFID標簽、傳感器和攝像頭等數據采集設備獲取數據，然后通過網絡層實現信息的共享和存儲等功能。其中云計算技術作為物聯網的重要組成部分，完成海量數據的存儲和分析功能。最后結合生產生活的實際需要，構建智能化的行業應用。

2物聯網在化工企業的應用研究

2.1　化工產品智能倉儲和運輸

化工企業的原材料和成品由于其特殊性，因此對其運輸和倉儲的要求都很高。在運輸過程中一旦發生泄漏，就有可能對公共環境造成很大危害，甚至爆炸、造成人員傷亡。化工產品對存儲倉庫的要求也很高，溫度、濕度、周圍環境等因素都有可能引發危險，因此對危化品的運輸車輛和倉儲環境實行實時智能監控是十分必要的。

射頻識別技術主要是利用無線射頻方式進行非接觸雙向通信，自動識別并交換數據，可實現多目標識別、運動目標識別，非常適合危化品運輸車輛和產品倉儲的監控。

運用物聯網技術給每輛運輸危化品的車輛貼上RFID標簽。標簽中存儲有車號、產品名、產品數量、批次、生產部門及車輛的始發地、終點等內容，依托GPS技術對車輛進行實時定位與跟蹤，同時，進一步地可在應用層設立邏輯關系，實現預警、自動分析的智能化應用。對于完成運輸任務的交通工具，系統自動判斷下列狀態：是否具備入網條件，是否能夠接收GPS信息，是否按時到達目的地，是否安全卸貨。通過監測到的信息，實時判定和分析運輸過程是否安全順利，并將信息及時發送到相關人員的手持終端設備[6]。一旦發生問題或事故，指揮中心會及時展開補救。

另外，化工產品的倉儲安全與管理也可利用基于RFID技術的系統，實現倉庫的快速盤點和產品的實時監控。該系統由RFID讀寫器、電子標簽和PC機組成[7]，其結構如圖1所示。其中，讀寫器由微控制器芯片、射頻芯片及天線組成，讀取RFID標簽中的信息，并將其接入網絡，與其他設備通信。而倉庫的溫度和濕度等指標的監測則需要傳感器的介入，同時配合視頻監視系統，即可使倉儲安全問題得以很好的解決。

圖1　系統結構框圖

2.2　生產過程實時監測

化工企業的生產過程中，各種原料、成品的熱穩定性、化學穩定性、爆炸點等都對生產環境提出了不同的要求。有些具有毒性和腐蝕性的原料，溫度、濕度、各種氣體濃度等參數都需要嚴格控制，否則會影響到生產和工作人員的安全。

在化工企業中，雖然也安裝有測量溫濕度、氣體濃度、粉塵等環境參數的傳感器，但是大多需要人工巡檢、記錄，并定期通過紙質文檔或電子文檔形式匯總上報。這樣不僅耗費大量的人力，而且一旦發生危險情況，無法及時上報，會對相關工作人員造成人身傷害。

針對危險源、典型工藝的關鍵裝置和生產運行狀態等運用無線傳感器或射頻識別等技術進行實時監控檢測，結合視頻顯示技術，對異常情況進行實時報警，并對溫度、液位及泄漏氣體濃度設置多級閾值，實現參數超限報警和分級報警功能，以及不同級別的裝置安全報警[8]。當監測值達到報警閾值時，設備就會自動發出聲、光或短信報警，同時自動觸發該報警點區域內的對應視頻，對報警點區域內的視頻進行自動錄制和報警提示，實現參數報警和視頻報警聯動，以便監控中心人員及時了解現場情況，對后果進行評估，從而迅速作出應急預案，將損失降到最低。

2.3　智能管理與決策

為提升化工企業生產的自動化控制水平和信息化管理水平，需要建立一個基于物聯網技術的、智能的、高效的、一體化的集安全生產監測預警功能于一體的綜合網絡管理平臺。利用RFID標簽、傳感器、攝像頭等信息傳感設備，實現對各個車間的設備運行狀況、原材料消耗量、溫濕度、粉塵、氣體濃度等環境參數等數據的采集，以及倉儲車間、化工園區內的各項環境參數、視頻數據的實時采集，并將數據通過網絡實時地傳送到該管理平臺，在顯示屏上進行顯示。有些數據還需利用云計算技術、數據挖掘技術等進行進一步分析，以便及時作出決策或預警。比如：通過對原材料的日消耗量的統計，及時作出分析報表，對補給量、能耗等數據進行預估；進一步地，可對生產設備的運行狀況以及是否需要維修等情況進行預測。重要的數據和報表還可及時地發送到管理人員的手持終端設備上，從而真正實現企業管理的智能化。

3問題與對策

3.1　信息傳輸的組網問題

由于化工企業生產環境的特殊性，如何將各種傳感設備采集的數據進行組網，既能保證安全性，又能確保可靠性，是一個復雜的問題。

首先，在傳感器分布較為密集的區域，可選用短距離無線接入技術實現，如WiFi、ZigBee等[9]；其次，對于存放有可燃易爆氣體的區域，無線傳感器就會存在安全隱患，因此需改用有線傳感器傳輸，如以太網；再次，在傳感器分布較為稀疏的區域，考慮到通信效果和組網成本，這時選用無線移動公網較為合適，如GSM/GPRS等。

另外，由于化工企業中存在大型的用電裝置以及像焊接等的高電壓工藝，都會輻射出較強的高頻電磁波，因此這種區域需選用抗干擾能力強的無線傳輸設備組網，或者用有線傳感器代替無線傳感器。

3.2　技術保密性問題

對于化工園區內有多個化工企業的情況，其先進的生產技術、工藝流程等企業機密的保密性也是一個不容忽視的問題。既要保證企業機密不泄露，同時保證物聯網的監控效果，這就需要企業內部對生產機密環節另外設立內部管理系統，對關鍵數據進行篩選和過濾，然后再接入園區管理平臺。

3.3　射頻識別技術問題

射頻識別是一個復雜的系統工程，涉及到流程重組、軟件、系統實施等問題。針對化工企業的識別對象以金屬和液體居多，射頻識別的識別率會下降，而且在標簽和讀寫器性能上需進一步完善[10]。

4結束語

物聯網技術在化工企業的應用，使得企業生產安全性更高，企業管理更加省時省力，更加智能。此外，該技術可被借鑒為安保、環境監測、氣象監測等許多領域所用，具有廣闊的市場空間和發展前景，必將成為IT產業發展的趨勢。

參考文獻

[1] 柳召輝,王平,楊韶華.物聯網技術在化工企業中的應用[J].電腦知識與技術，2013,33(9)：7635-7638.

[2] 張定義.基于物聯網和Zigbee的化工園區危險源監控系統設計[J].科技通報，2012,28(8)：201-204.

[3] Stenerson J.工業自動化及過程控制[M].王樅,張彬,郭燕慧,譯.北京：科學出版社，2006.

[4] 劉秀菊.基于嵌入式系統物聯網的智能檢測系統設計[J].計算機測量與控制，2012,20(9)：2375-2377.

[5] 張峰,張曉鵬,吳高成.基于物聯網的機場集成行李處理系統及其應用研究[J].計算機應用研究，2010(10)：3771-3774.

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[8] 王三明.基于物聯網的企業安全生產監測預警一體化研發[J].石油化工安全環保技術，2012,28(3)：30-34.

[9] 張弢，鮑寧海,楊理想.基于物聯網的化工園區安監防災系統架構及組網技術研究[J].現代電信科技，2011(6)：55-59.

[10]黎妮,程方,鮑寧海.基于化工園區安監系統的物聯網示范平臺設計[J].學術研究，2011(10)：53-59.

中圖分類號：TP273+.5

文獻標志碼：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201503016

山東省高等學校科技計劃基金資助項目(編號：J12LN39)。

修改稿收到日期：2014-08-21。

第一作者薛凌燕(1982-)，女，2007年畢業于山東大學控制理論與控制工程專業，獲碩士學位，講師；主要從事嵌入式系統、工業以太網和物聯網的研究。