智慧天然气报警装置

乔玉灯 彭军

摘 要 自从石化行业倡导向智能化转型以来，在智能油田、智能炼厂、智能管网都取得了显著的成效。石油行业的智能化取得了巨大的进步，所以各个站厂的相应设备也必须跟上智能化的脚步，具中国石化信息化管理部新闻报道，目前已经在部分站厂实现了智能物联信息技术应用，比如无人值守的采气站厂，都是通过信息技术进行在线监控，代替了传统的人员值守[1]。基于此背景本文研究一种智慧型报警器，可应用于油气站厂的报警，代替传统的单一化的报警器。此报警器将物联网技术应用于身，可以实现智能化、等级化、多向化、精确化的报警，可以将报警数据传输到远程平台，让工作人员第一时间明白报警原因，无需通过调查各个监控视频进行人眼的分辨，降低人为判断误差。

【关键词】天然气 报警装置 智能

1 研究目的

信息化已经是目前社会发展的主流，我们必须紧跟信息技术发展的步伐。而物联網技术是信息化技术发展的一种现实体现，它将各个实体的物品相互连接，共享信息，让各个工作系统的运作更加高效和便捷。物联网技术映射到本文的所研究的智慧天然气报警装置就是让这个报警器具备了“智能”，赋予了报警器“生命”。传统的报警器对于现在的社会来说已经拥有诸多不便：

（1）报警形式单一；

（2）不能区分危险程度的报警；

（3）没有报警数据的记录；

（4）报警后没有一定的应急处理措施。

本文研究的智慧型报警器区别于传统的报警器的单独声光提示作用，本文研究的智慧报警器可以进行等级区分报警，根据检测泄漏气体浓度的高低分别采取不同的报警方式并采取一定的应对措施，达到精确报警和简单施救的目的。能够将报警数据传输至中控平台进行数据显示，具有黑匣子功能，能够在事故发生后留下宝贵的事故数据，为事故原因提供有力证据。

2 功能分析

2.1 数据传输

实时监控数据的网络化和信息的发送，采用中移的GSM-M6311为网络核心器件，进行GPRS网络联通，此模块支持网络数据的传输和短信的发送，并且还提供免费的平台进行数据的承载，非常适合本文所设计的数据传输。此款模块支持多种行业标准协议的解析和转换，如MQTT、Modbus、EDP，本文研究的报警器数据传输采用EDP协议。协议应用如图1，总线设备将信息传输中DTU透视再经过SIM卡发送至OneNET，进行后端接收处理，然后再原路反馈回总线设备，完成一个完整的数据交换。

2.2 智能报警

本文所研发的智慧型天然气报警设备可以根据气体传感器检测的浓度判断危险等级，并通过GPRS或Wi-Fi实现数据上传至OneNET进行数据的查看，当泄漏浓度达到1级（轻微泄漏30ppm-50ppm）危险值时进行网络通信警告，并发出“轻微泄漏语音”，并将泄漏信息发送至网路端和存储于黑匣子内。同时也将开启排风扇进行空气的流通处理。当泄漏值持续增加当达到2级（中度泄漏50ppm-150ppm）时，在1级的基础上立即发送短信和拉响中控室的相关警报并进行语音+光报警，通知工作人员进行检查和采取应对措施，同时加大排风扇的排风力度，使其加大空气流通速度。若持续2分钟浓度没有降下来，则进行主要负责人的电话通知，如果不能接通则进行下一个号码，直到接通播放语音消息。当达到3级（重度泄漏150ppm以上）危险值时，如果在2级措施的基础上没有得到缓解的情况下，浓度没有降低到中度及以下则进行自动119报警求救，并将泄漏的相应情况以短信和电话语音的形式发送给领导负责人。作为事故来源和责任评估证据。当然，在所有等级当中，其中的泄漏信息都会以网络的形式传输至系统平台。为了以防万一事故扩大，而导致现场数据的部分丢失，本研究的报警器将具备黑匣子功能，确保数据的完整性。

2.3 应急措施及显示功能

本文研究的报警器除开报警功能以外，还具有一定的紧急应对措施，当报警器检测到出现泄漏时，会根据泄漏等级打开排风扇的档位，利于设备和人员的安全。若达到3级泄漏等级，系统将会自动切断各个仪器设备电源以免造成因为电火花和静电等引起爆炸事故。为了利于现场工作人员的检查，本文研究的报警器提供数据、时间、状态等与泄漏安全相关的信息，采用欧姆龙的高清显示屏幕进行显示，可以非常清楚和直观的显示检测情况和相应监测点的状态。

3 结构分析

3.1 硬件结构

本文设计的硬件电路主要由传感器检测模块、单片机控制模块、显示和报警模块、电话模块、排放设备控制模块、OneNET网络信息传输模块几大部分组成。具有智能判断、智能选择性、远程数据传输、智能报警的综合性报警器。因为，STM32F103具有高速的数据处能力和多个可用的外接接口，可以满足本设计的各种外接接口需求，其价格也是在32系列当中比较适中的，其数据存储功能也满足本文说设计才产品。而MQ-4气体传感器以其对天然气有很高的灵敏度，对乙醇、烟雾有很低的灵敏度，有快速的响应恢复特性，具有长期的使用寿命、可靠的稳定性和简单的驱动电路，所以是理想的检测器。GSM-6311支持多种协议的使用，可和STM32单片机进行对接，能够通过GPRS快速的将数据传输至网路平台上，实现数据的远程传输，并具备短信功能，所以非常适合作为本文所研究装置的远程信息传输体。如图2所示，整个结构以STM32F103为信息处理中心，将气体检测器检测到的泄漏浓度信号进行等级判断然后根据判断的结果进行控制信号的输出，以驱动电话模块，报警及显示模块，排放设备等，各个模块得到对应的控制信号以后进行工作并反馈回芯片，以利于芯片自检各个模块是否正常工作。

3.2 软件结构

主程序的主要功能是实现智能判断危险等级并实现分等级精确报警和采用一定的安全措施，同时将数据采集发送到网络服务平台。程序采用循环结构，顺序检查各个浓度等级，有选择性的控制相应设备和报警装置，当检测出现某一等级泄漏后，系统将直接开启相应等级的控制和发出相应的报警以及做出对应等级的报警，然后再持续检测信息，实时在线分析当前情况并对新情况做出新的控制操作。充分发挥计算智能的优势，尽可能的减少事故的发生率。本文在程序算法方面使用了神经网络的自学习算法，使其具有不断自学习的功能，让判断控制更加的具有智慧。如图3所示。

4 结束语

信息化、智慧化、无人化是当今的发展的主题，我们石油领域也必将向着该方向发展，所以本文从小小的报警器的改进，为石油领域的信息化改革添砖加瓦。本文所采用的物联技术可以将各个使用本报警器的数据进行统一存储、监控、管理，可以利于大数据的分析和挖掘。而且本文所研究的报警器是24小时在线监控，可以时时将监测数据进行远程传输和存储，实现了在线技术的现场应用。

参考文献

[1]赵欢.中国石油集团云计算信息化服务平台模式研究[D].西安石油大学，2014.

[2]胡俊，罗磊.物联网关键技术和标准化探讨[J].信息通信，2015，10（154）163-164.

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[5]谭浩强.C程序设计（第四版）[J].北京清华大学出版社，2010.

[6]张瑶，候远韶.ARM处理器和Beige的智能家居解决方案[J].长春大学学报，2015，25（08）：8-12

[7]陈晓颖.家电远程控制器的设计[J].电子技术与软件工程，2014，13（09）：129-130.

作者简介

乔玉灯，男，重庆市人。硕士学历。主要研究方向为在线分析与控制工程。

工作单位

重庆科技学院 重庆市 401331