物联网技术在危险化工产品仓储中的应用研究——以云天化硫磺仓储为例

潘书娥，解 琨，艾 丹，许湘津，于 洋 （云南财经大学 商学院，云南 昆明650221）

我国石油和化工等产业的快速发展，出现了越来越多的危险品品种和数量。有关部门的统计,我国石油和化工产品品种达42000多个，其中80%以上是危险化工产品。这些巨量的危险化工产品无论是从工厂生产还是到用户消费，在这个链条中，都必须靠物流环节完成。尤其是危险化工产品的仓储。

硫磺是化学工业生产的重要原材料，云天化集团每年外购与自产的硫磺数百万吨，且都以散装硫磺形式储运，而散装硫磺易燃易爆的特性又使其储运过程极难控制。传统的控制方式一般为硫磺粉尘浓度监测系统与硫磺温度监测系统，但这些控制方式存在一定的缺陷，一方面传统控制存在大滞后性，一旦化学物质反应使温度快速升高，或者粉尘在装卸过程中的浓度变化过快，当超过警戒线而迅速变化时，不能及时做出反应；另一方面传统方式采用手工操作，不能及时针对突发情况做出反应，也会使控制的及时性与有效性降低，而且有很大的安全隐患。针对传统控制方式的弊端，我们引入了物联网技术并应用到云天化硫磺仓储中，从而能够有效保证危险化工产品的仓储安全，具有重要的理论与实际意义。

1 物联网技术

物联网就是利用条形码、射频识别、传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议把任何物品与互联网相结合，从而进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的庞大网络系统。

物联网的系统结构由信息采集系统、PML信息服务器、产品命名服务器和应用管理系统四部分组成。它通过Internet信息世界的互联实现物理世界任何产品的互联，实现在任何地方、任何时间可识别任何产品，使产品成为附有动态信息的 “智能产品”，并使产品信息流和物流完全同步，进而为产品信息共享提供了一个高效、快捷的网络平台。

2 硫磺仓储现状

2.1 硫磺的爆炸特性

硫磺是一种易燃易爆的化学品，在受热、冲击、摩擦等情况下易引起燃烧，进而引起火灾与爆炸。硫磺的爆炸参数如下表：

爆炸指数 战火感度 爆炸激烈性 最大爆炸压力 最大压升度 （MPa·s-1）＞10 20.4 1.2 0.538 32.4点燃温度 （粉尘云）/℃ 点燃温度 （层状）/℃ 最小点火/J能 最小爆炸浓度 （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：明火点燃、温度升高、粉尘浓度超过爆炸极限： （1）硫磺的物理形态分为粉状、粒状或块状、片状，燃烧点较低，不同的条件或者状态下具有不同的燃烧性能。硫磺粉尘爆炸的主要原因是硫磺粉尘悬浮于空中，其浓度达到爆炸极限，在一定能量的点火源下粉尘燃烧进而发生爆炸。硫磺粉尘基本上在装卸过程中产生，一旦粉尘富集，在遇点火源的情况下，极易发生燃烧爆炸。 （2）硫磺粉尘富集且温度过高时，硫磺会与周围氧气发生氧化反应，进一步提高周围温度，最终会导致硫磺的自燃。 （3）明火是硫磺粉尘爆炸的必要条件。

2.2 现状

危险化工产品仓储设施供不应求，仓库严重短缺是近几年来我国危险化工产品仓储业的一个突出问题。目前我国危险工业产品仓储的现状主要表现在以下几个方面：

首先，作为硫磺仓储与应用的衔接点，仓库不仅作为存储单元，更是不同环节形式转换的重要场所。当前大部分企业硫磺的入库与出库多用人工操作，因人工疏忽造成事故不在少数。采用传送带传输的企业，由于传送带与硫磺颗粒摩擦造成火灾的情况也时有发生。

其次，对于遇突发情况的处理，大部分企业仍然是手工操作，不仅效率低下，而且操作准确性低，存在严重的滞后性。

最后，当火灾或者爆炸发生时，不能及时采取有效措施减少人员伤亡并控制灾情蔓延。大多数情况下是只能等待消防队员控制灾情，这种因不能及时处理造成的损失往往更为巨大。

3 硫磺仓储的物联网体系

物联网从技术架构上来看，可分为4层：编码层、信息采集层、网络层和应用层。编码层主要是指EPC系统，它是物品识别的基础。信息采集层由各种传感器以及传感器网关构成，包括传感器、二维码标签、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端，作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网获取识别物体，采集信息的来源，其主要功能是识别物体，采集信息。 网络层由互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。应用层是物联网和用户 （包括人、组织和其他系统）的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。物联网的技术构架如图1所示：

3.1 RFID硫磺仓储管理系统架构

3.1.1 RFID技术。射频识别是感知层中的关键技术，也是实现物联网的重要技术。它是通过射频信号实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。RFID技术可识别多个标签，操作快捷方便，也无须人工干预，可以在各种恶劣环境中工作。

针对传统仓储控制系统的弊端，一种基于RFID的仓库管理系统应运而生，该系统能满足以下几方面需求：具有信息管理系统的权限管理包括数据查询、数据录入、数据统计等；能够准确、快速地查询到硫磺的各种信息；能够使PC机和读写器之间完成良好的数据通信功能。

3.1.2 系统硬件框架。系统由RFID读写器、电子标签、PC机组成，而读写器主要是由微控制芯片S3C2440和NRF24L01射频芯片以及天线组成，两者之间主要是通过SPI接口函数连接。通过读写器读取的RFID标签信息可以通过网络、红外等与其他设备进行通讯。

该系统的硬件框架如图2所示：

3.2 远程数字视频监控系统

3.2.1 ADSL技术。随着科技的发展与进步， “数字化、智能化、网络化”对视频监控技术传输方案的设计提出了新的要求，再加上硫磺仓储的环境危险性较大，而且储存硫磺的地理位置有时选择不当，所以采用的是基于ADSL（非对称数字用户环路）技术的辐射方便、经济适用、易于维护的远程数字视频监控系统。该系统监控区域较大，监控点多而且分散，主要是可以远距离操控，对于储存硫磺的温度、湿度等进行精确地测量，大大降低了硫磺带来的危险性。

3.2.2 系统原理。ADSL是以现有的铜制电话线为介质的一种传输技术，采用非对称的传输方式 （即上行和下行的传输速率不等），能够实现数据和原有传统电话信号的同时传输。基于ADSL技术的硫磺远程数字视频监控系统即是采用此种方式进行远程图像的实时传输，并且具有操作简单、价格便宜、易于维护的特点，该系统结构图见图3。

前端摄像头采集到的视频信号DVR（数字控制主机）进行压缩处理后输出到双绞线上进行远距离传输。DVR为用户提供强大的管理功能，可以实现本地图像的多画面处理、硬盘录像、报警控制、网络传输等功能。数字视频服务器可以对任何一台DVR的实时监控图像和历史资料进行查看，除了具有数字控制主机可以实现的功能外，为了进一步确保整个视频监控系统的安全性，还具体规定了各个等级用户的使用权限。客户端根据授予的用户名和密码，可以实现远程的监控图像浏览，并且根据授予的权限进行部分管理和操作。

上面提到的两种硫磺仓储系统不仅能实时监测硫磺仓储环境，而且遇突发问题时控制系统也可以及时处理，消除了传统方式的大滞后性，操作的准确性与及时性大大提高，并且可以在无人值守的情况下智能处理，避免员工疏忽造成灾难性后果。

4 结束语

由于传统控制方式的多种缺陷，危险工业产品的仓储安全问题一直是企业面临的重大问题。这不仅是企业的安全、经济问题，更是企业社会责任的体现。长期以来，技术的限制使得传统控制的诸多缺陷无法改进，仓储安全问题一直没有得到较好解决。本文物联网技术的仓储控制系统解决了人工操作的不准确性以及传统控制方式的大滞后性，能够很好的解决危险品仓储问题，具有重要的现实意义。

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