智慧天然氣報警裝置

喬玉燈 彭軍

摘 要 自從石化行業倡導向智能化轉型以來，在智能油田、智能煉廠、智能管網都取得了顯著的成效。石油行業的智能化取得了巨大的進步，所以各個站廠的相應設備也必須跟上智能化的腳步，具中國石化信息化管理部新聞報道，目前已經在部分站廠實現了智能物聯信息技術應用，比如無人值守的采氣站廠，都是通過信息技術進行在線監控，代替了傳統的人員值守[1]。基于此背景本文研究一種智慧型報警器，可應用于油氣站廠的報警，代替傳統的單一化的報警器。此報警器將物聯網技術應用于身，可以實現智能化、等級化、多向化、精確化的報警，可以將報警數據傳輸到遠程平臺，讓工作人員第一時間明白報警原因，無需通過調查各個監控視頻進行人眼的分辨，降低人為判斷誤差。

【關鍵詞】天然氣 報警裝置 智能

1 研究目的

信息化已經是目前社會發展的主流，我們必須緊跟信息技術發展的步伐。而物聯網技術是信息化技術發展的一種現實體現，它將各個實體的物品相互連接，共享信息，讓各個工作系統的運作更加高效和便捷。物聯網技術映射到本文的所研究的智慧天然氣報警裝置就是讓這個報警器具備了“智能”，賦予了報警器“生命”。傳統的報警器對于現在的社會來說已經擁有諸多不便：

（1）報警形式單一；

（2）不能區分危險程度的報警；

（3）沒有報警數據的記錄；

（4）報警后沒有一定的應急處理措施。

本文研究的智慧型報警器區別于傳統的報警器的單獨聲光提示作用，本文研究的智慧報警器可以進行等級區分報警，根據檢測泄漏氣體濃度的高低分別采取不同的報警方式并采取一定的應對措施，達到精確報警和簡單施救的目的。能夠將報警數據傳輸至中控平臺進行數據顯示，具有黑匣子功能，能夠在事故發生后留下寶貴的事故數據，為事故原因提供有力證據。

2 功能分析

2.1 數據傳輸

實時監控數據的網絡化和信息的發送，采用中移的GSM-M6311為網絡核心器件，進行GPRS網絡聯通，此模塊支持網絡數據的傳輸和短信的發送，并且還提供免費的平臺進行數據的承載，非常適合本文所設計的數據傳輸。此款模塊支持多種行業標準協議的解析和轉換，如MQTT、Modbus、EDP，本文研究的報警器數據傳輸采用EDP協議。協議應用如圖1，總線設備將信息傳輸中DTU透視再經過SIM卡發送至OneNET，進行后端接收處理，然后再原路反饋回總線設備，完成一個完整的數據交換。

2.2 智能報警

本文所研發的智慧型天然氣報警設備可以根據氣體傳感器檢測的濃度判斷危險等級，并通過GPRS或Wi-Fi實現數據上傳至OneNET進行數據的查看，當泄漏濃度達到1級（輕微泄漏30ppm-50ppm）危險值時進行網絡通信警告，并發出“輕微泄漏語音”，并將泄漏信息發送至網路端和存儲于黑匣子內。同時也將開啟排風扇進行空氣的流通處理。當泄漏值持續增加當達到2級（中度泄漏50ppm-150ppm）時，在1級的基礎上立即發送短信和拉響中控室的相關警報并進行語音+光報警，通知工作人員進行檢查和采取應對措施，同時加大排風扇的排風力度，使其加大空氣流通速度。若持續2分鐘濃度沒有降下來，則進行主要負責人的電話通知，如果不能接通則進行下一個號碼，直到接通播放語音消息。當達到3級（重度泄漏150ppm以上）危險值時，如果在2級措施的基礎上沒有得到緩解的情況下，濃度沒有降低到中度及以下則進行自動119報警求救，并將泄漏的相應情況以短信和電話語音的形式發送給領導負責人。作為事故來源和責任評估證據。當然，在所有等級當中，其中的泄漏信息都會以網絡的形式傳輸至系統平臺。為了以防萬一事故擴大，而導致現場數據的部分丟失，本研究的報警器將具備黑匣子功能，確保數據的完整性。

2.3 應急措施及顯示功能

本文研究的報警器除開報警功能以外，還具有一定的緊急應對措施，當報警器檢測到出現泄漏時，會根據泄漏等級打開排風扇的檔位，利于設備和人員的安全。若達到3級泄漏等級，系統將會自動切斷各個儀器設備電源以免造成因為電火花和靜電等引起爆炸事故。為了利于現場工作人員的檢查，本文研究的報警器提供數據、時間、狀態等與泄漏安全相關的信息，采用歐姆龍的高清顯示屏幕進行顯示，可以非常清楚和直觀的顯示檢測情況和相應監測點的狀態。

3 結構分析

3.1 硬件結構

本文設計的硬件電路主要由傳感器檢測模塊、單片機控制模塊、顯示和報警模塊、電話模塊、排放設備控制模塊、OneNET網絡信息傳輸模塊幾大部分組成。具有智能判斷、智能選擇性、遠程數據傳輸、智能報警的綜合性報警器。因為，STM32F103具有高速的數據處能力和多個可用的外接接口，可以滿足本設計的各種外接接口需求，其價格也是在32系列當中比較適中的，其數據存儲功能也滿足本文說設計才產品。而MQ-4氣體傳感器以其對天然氣有很高的靈敏度，對乙醇、煙霧有很低的靈敏度，有快速的響應恢復特性，具有長期的使用壽命、可靠的穩定性和簡單的驅動電路，所以是理想的檢測器。GSM-6311支持多種協議的使用，可和STM32單片機進行對接，能夠通過GPRS快速的將數據傳輸至網路平臺上，實現數據的遠程傳輸，并具備短信功能，所以非常適合作為本文所研究裝置的遠程信息傳輸體。如圖2所示，整個結構以STM32F103為信息處理中心，將氣體檢測器檢測到的泄漏濃度信號進行等級判斷然后根據判斷的結果進行控制信號的輸出，以驅動電話模塊，報警及顯示模塊，排放設備等，各個模塊得到對應的控制信號以后進行工作并反饋回芯片，以利于芯片自檢各個模塊是否正常工作。

3.2 軟件結構

主程序的主要功能是實現智能判斷危險等級并實現分等級精確報警和采用一定的安全措施，同時將數據采集發送到網絡服務平臺。程序采用循環結構，順序檢查各個濃度等級，有選擇性的控制相應設備和報警裝置，當檢測出現某一等級泄漏后，系統將直接開啟相應等級的控制和發出相應的報警以及做出對應等級的報警，然后再持續檢測信息，實時在線分析當前情況并對新情況做出新的控制操作。充分發揮計算智能的優勢，盡可能的減少事故的發生率。本文在程序算法方面使用了神經網絡的自學習算法，使其具有不斷自學習的功能，讓判斷控制更加的具有智慧。如圖3所示。

4 結束語

信息化、智慧化、無人化是當今的發展的主題，我們石油領域也必將向著該方向發展，所以本文從小小的報警器的改進，為石油領域的信息化改革添磚加瓦。本文所采用的物聯技術可以將各個使用本報警器的數據進行統一存儲、監控、管理，可以利于大數據的分析和挖掘。而且本文所研究的報警器是24小時在線監控，可以時時將監測數據進行遠程傳輸和存儲，實現了在線技術的現場應用。

參考文獻

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作者簡介

喬玉燈，男，重慶市人。碩士學歷。主要研究方向為在線分析與控制工程。

工作單位

重慶科技學院 重慶市 401331