烟花爆竹企业安全生产实时监控联网系统设计

罗文浩，李冬梅，徐明院

（江西省煤炭工业科学研究所，江西 南昌 330029）

截至2019年10月，全国有合法的烟花爆竹生产企业3153家，全年烟花爆竹出口额达8.5亿美元。江西省是中国烟花爆竹的第二大产业基地，全省花炮产业总产值达14.8亿元，从业人员近20万。上栗县更是全国著名的花炮之乡，来自花炮产业的收入占全县财政总收入的80%，农民人均收入的52%来自花炮产业,并且花炮产业对当地其他产业存在明显的拉动效应，但与此同时烟花鞭炮行业的危险性又时刻影响行业自身的发展。因此，国家和地方各级政府纷纷出台各种规定规范该行业的安全生产。烟花爆竹生产企业“三超一改”(超定员、超药量、超范围和改变工房用途生产)和“三违”现象(违章指挥、违章作业、违反劳动纪律)是引发烟花爆竹事故的主要原因。近年来,合法烟花爆竹生产经营企业发生生产安全事故直接原因全部与“三超一改”和“三违”现象有关［1］。

为此，国家和地方各级政府出台各项法规和制度来规范该行业的生产、储存和运输等各环节的安全工作。可事实证明，这不是一道行政命令就能解决的问题。烟花爆竹生产经营的诸多环节存在很多不安全因素、安全隐患和潜在的危险，却又缺乏有效的科技监管手段，而有针对性地引入科学的计算机监控管理系统，从原料、生产等基础环节开始进行严格控制，安全才可以得到保障。因此研发一套烟花爆竹行业的监控与人员管理系统具有十分重要的意义。我单位响应国家文件精神，向江西省应急管理厅申报了安全生产技术改造项目“烟花爆竹企业安全生产实时联网监控系统”项目，本文所阐述的设计方案也源自于此项目。

1 国内外技术现状

烟花爆竹企业安全生产实时监控联网系统是集环境监测、人员定位管理监测、视频监控、入侵监测、计算机网络、计算机软件、防爆电器设计、系统集成等多项技术领域的系统，国内目前没有一家企业能够自主研发生产全部覆盖这些领域的产品。目前国内研究烟花爆竹企业监控系统的企业有几家，但研究的内容主要是视频监控和入侵监测，入侵监测也只是采用功能单一的门禁系统。国外烟花爆竹生产企业非常少，生产条件和情况和国内企业区别很大，可成功引进的科研成果几乎没有。本文研究的系统拟采用入侵监测与人员管理监测相结合的双重入侵监测方法，能够高效准确地监测到非法入侵、一卡多人、人员冒充、人员跨岗脱岗等现象，并及时报警，为企业实现无障碍、无死角的全面人员跟踪管理，尤其对防范企业员工出现超定员、超范围、未经许可进入危险特殊场所等违规现象，提供有效的科技管理手段，系统的实时数据远程联网功能为上级管理部门加强监督和管理提供了有效的科学方法和依据，系统设备的防爆设计能够保证系统的安全运行。

2 总体设计

2.1 系统总体架构

烟花爆竹企业安全生产实时监控联网系统（以下简称系统）是针对烟花爆竹生产企业在安全生产管理过程中的监管薄弱环节而设计。该系统将先进的计算机软硬件技术进行集成设计，建设了集传感器硬件、多媒体联动、数据库、网络服务、安全分析算法等多种先进技术于一体的完整监控体系。对生产企业的“三超一改”和“三违”现象，现场温度湿度监测、入侵监测、人员监控、药量监控等多个基础环节以及将监控信息通过专用网络，上传到省级平台，最后按照标准协议规范接入国家应急部的信息化综合平台中去，既为生产企业自身加强管理，也为上级监管部门的监督提供了科学的手段和依据［2］。

系统是按照《烟花爆竹企业安全监控系统通用技术条件AQ 4101-2008》及相关法律法规的要求，为强化安全监管,科学有效地保障烟花爆竹的生产安全,预防和减少重大事故的发生而设计的［3］。该系统功能模块主要包括：

（1）危险、重要场所的人员数量监控（含特殊工种所属人员的数量及位置监控）；

（2）危险场所的入侵监测；

（3）危险化学品原料的精确仓储控制；

（4）危险场所视频监控；生产区、成品区等环境的温度、湿度监测；

图1 系统结构框图

（5）监测数据的远程联网功能等。

在烟花爆竹企业的生产车间和仓库等危险、重要场所设置综合网络分站，接收人员监控、入侵监测、仓储控制、视频监控和温度湿度监测五个模块的数据，各综合网络分站将这些数据通过光纤交换机进入企业内部局域网传递给监控中心的监控服务器进行处理。当有异常情况出现时，综合网络分站及时对车间、仓库做出预警、报警处理。如人员超员或温度、湿度超限可控制声光报警器在现场和中控室进行声光报警，必要时启动通风设备；有非法人员意图进入重要场所时，在现场和中控室控制声光报警器进行声光报警［4］。

来自综合网络分站的数据经监控服务器的系统软件处理，以图表、动画等多种形式将实时数据显示在监控大屏上。在监控系统软件上同时实现危险、重要场所人员超员超时、非法人员进入、非法时间生产、仓储超药量以及生产/仓库环境温度、湿度超限等声光报警，还可根据需求按级别将报警信息发送至各级管理人员手机上。

数据库服务器保存所有数据作为历史数据，供操作人员随时调阅查询。为保证信息处理的效率，兼顾人机交互的友善性，此部分采用C/S架构，为企业操作人员定制监控平台的软件。同时设置网络服务器，为企业监控中心以外的人员提供基于WEB浏览的数据界面，无需安装软件，通过浏览器可直接查看，增强数据发布的便捷性和通用性，此部分采用B/S架构。

各个烟花爆竹企业的监控中心均可通过防火墙、互联网与上级监管中心相连，由后台运行的专用远程联网数据传输、解析软件将企业数据实时传输并存储到上级监管中心的数据库中。监管中心的网络服务器可按类别、危险级别、地域等不同性质将所属烟花爆竹企业的实时数据同时显示在大屏幕中，并提供实时预警、报警数据的声光报警和历史数据的查询，为上级监管部门的管理和执法提供科学准确的依据。

2.2 人员定位管理

在各重点危险场所安装UWB人员定位读卡器，内置热释电传感器，配合摄像头人数识别功能就能够精确判断携卡工作人员数量和身份以及人员行动轨迹，并对所有进出重点区域的人员进行视频抓拍分析人数后上传，实现超员报警等功能，在识别卡上加装MBE语音模块，可实现在工作区内，进行语音通话，帮助工厂在爆炸区实现通讯功能［5］。

2.3 药量监控方案

烟花爆竹行业的企业所采用的生产原料往往都是易燃易爆的危险品，因此在原料仓储上有严格的要求，特别是在仓储量控制上，任何超量存储的行为都会带来安全隐患。

本方案采用读取无源标签监控方案来实现烟花爆竹企业仓储的药量监控。在每个装药的防静电桶上贴一个无源电子标签，在仓储入口安装阅读器，通过读取装药桶的进出库桶数，经过计算得出较精确仓储总量和剩余量等，当危险品原料总量超出设定的允许仓储量时，系统将第一时间自动报警。此外，系统允许企业定制报警功能，可将危险品原料的仓储状况以短信等形式通知不在现场的仓储管理人、责任承担人等，有效应对“三超一改”中超药量的违规行为。

2.4 视频监控方案

采用视频采集设备，按照《烟花爆竹企业安全监控系统通用技术条件AQ 4101-2008》中3.1.1节的要求监控作业人员的作业行为、工房用途等，有效应对“三超一改”中改变工房用途生产的违规行为。

固定视频采集设备较多的企业，宜配置移动视频采集设备，作为固定视频采集设备的补充和备份，用于发生事故后采集事故现场和处置过程图像信息。移动视频采集设备可按固定视频采集设备1%～3%的比例配置，宜采用无线网络接入方式。

在视频端加入算法，可以有效判别视频中的人数，如果在设定的时间内，工作区域工作人员超过规定的人数，则发生声光报警，通知中控机房和现场已超员，还可实现入侵监控，通过视频抓拍对员工不携带人员卡进入重点工作区域和非工作时段有人进入的现象进行报警。

2.5 温度湿度监测方案

按照《烟花爆竹企业安全监控系统通用技术条件AQ 4101-2008》中4.1.3节的要求，采用本质安全型多参数智能检测仪可实现在一个设备上同时在线检测环境中温度、湿度，各传感元件可自由组合安装，以满足不同监测区域的要求，所有检测的实时数据通过一对数据通讯线传送给综合采集站，减少了各传感器与综合采集站的连接线，传感器自身也自带液晶显示和声光报警功能。实时监测生产车间、仓库等危险、重要场所的温度、湿度数据，当有数据超限时控制声光报警器进行声光报警，必要时启动通风设备，提醒企业管理人员及时处置。

2.6 远程数据联网方案

通过远程数据联网软件模块，可以建立以灾害预防、事故救助、多级远程综合管理、电子信息化管理为主要目标的烟花爆竹行业信息化和智能化监管，利用系统的企业端数据生成软件实时采集准确的监控数据，再利用企业端数据传输软件将采集的实时数据同步传输至上级监管中心的数据库服务器，实现生产企业—上级监管部门的实时远程数据连接，监管部门存在多级监管关系（县级-市级-省级），可利用数据传输软件将各个下级部门的数据分类标志并同步传输至上级部门的数据库服务器，实现下级部门至上级部门的实时远程数据连接，在各级数据中心利用数据解析软件分析下级传输来的实时监控数据，再利用web程序通过用户交互界面准确显示出各个生产企业的人员数据、原料数据、报警数据等信息，并为用户提供方便快捷的查询功能。

2.7 主要技术指标

（1）人数识别准确率：95%；

（2）无源卡漏卡率：1%；

（3）温湿度测量误差：＜±10%；

（4）监控分站工作电压：交流220 V；工作电流：≤300 mA；

（5）使用环境：温度：-5 ℃～40 ℃；相对湿度：≤95%；大气压：86～110 kPa。

2.8 系统应用情况

本系统能够有效防止各生产、储存环节超范围、超定员、超药量、改变工房用途、违章作业、未经许可进入等情况发生，测量、监控危险性工作场所的温度、湿度情况，保障安全生产，烟花爆竹企业可对以下各方面进行有效的本地或远程监控、管理。系统样机已经研制成功，主要硬件设备见表2，主要软件模块功能见表3，在上栗县红宝山烟花爆竹生产企业进行了三个月工业性试验，试运行期间其公司反映系统功能正常，稳定运行，特别是语音对讲系统给工作和管理带来了非常大的便利，系统整体取得了良好的试验结果，计划未来对系统硬件部分体积改良后推向市场，计划命名为YBJK32烟花爆竹企业安全生产监控与人员定位管理系统。

表1 系统主要硬件设备

表2 系统软件模块组成

系统已经通过了科技成果验收，专家验收意见如下：

（1）该项目采用独有人员监测方案，能够高效准确地监测到非法入侵、一卡多人、人员冒充、人员跨岗脱岗等现象，并及时报警，性价比高、实用性强。

（2）本项目的关键硬件设备综合网络分站，内含光纤环网交换机、监控主机、读卡器、温湿度传感器、广播对讲模块等，可在不影响企业现有视频监控功能的情况下接入企业现有的网络摄像机进行视频显示、抓拍并上传，减少了设备之间的连接线，集成性好、性价比极高，具有一定的创新性。

（3）该产品的应用将对烟花爆竹行业防范“三超一改”和“三违”现象，提供有效的科技管理手段，对安全生产有积极作用，具有良好的社会效益。

3 结语

本系统能够高效准确地监测到非法入侵、一卡多人、人员冒充、人员跨岗脱岗等现象，并及时报警，为企业实现无障碍、无死角的全面人员跟踪管理，尤其对防范“三超一改”和“三违”中企业员工出现超定员、超范围、未经许可进入危险特殊场所等违规现象，提供有效的科技管理手段，实时数据远程联网功能为上级管理部门加强监督和管理提供了有效的科学方法和依据，可以建立以灾害预防、事故救助、多级远程综合管理、电子信息化管理为主要目标的烟花爆竹行业信息化和智能化监管，有效增强安全监管力度。