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摘要：针对现场作业人员安全监护问题，提出了一种便携式气体无线监测系统，介绍了系统主要组成和特点，详细分析了石化现场人员安全监护应用结果。通过该系统，实现了气体浓度等检测数据自动存储、无线联网，将现场每个独立的个体有效的组织联系起来，并且实现了人员位置、安全状态、联网预警等信息共享，为现场作业人员安全提供了全新的解决思路。
关键词：气体无线监测系统；现场安全监护；应用
引言
安全监护作为保障现场作业人员安全的最后一道防线。目前，企业现场作业人员安全监护人一般只能对某一个或几个作业人员开展小范围的监护，不仅监护效率极低，而且难以获取整个装置区其他安全风险信息，遇到突发情况不能及时做出科学合理的应对决策。本文介绍了一种便携式气体无线监测系统，基于传统的便携式气体报警器，集成了安全状态传感、精确定位和无线传输等技术，实现了石化现场有毒有害气体浓度监测、人员安全状态监测、事故应急预警等功能，可为企业提供安全监护管理解决方案。
1气体无线监测系统
气体无线监测系统由多台便携式气体无线检测仪、无线网络、安全监护管理平台和手机APP应用4部分组成，系统结构见图1。
图1系统结构
便携式气体无线检测仪以工业级微处理器STM32F103为核心，外接多路气体传感器、状态传感器、GPS定位模块，具备本机按键操作，液晶显示功能，检测数据本机存储，并且通过无线模块上传到无线网络，实现本机检测数据共享。一旦出现气体浓度超过接触限值将会发出声光震动报警，给现场携带人员提供警示，同时，相关报警信息立即通过无线网络上传。检测仪功能多，集成度高，应用条件苛刻，采用了性能优良的μC/OS－II嵌入式操作系统，将所有功能实现分为四个独立任务，包括系统初始化、人机操作、检测传感、无线传输，极大简化了应用程序设计，提高了软件处理效率，实现了检测仪响应快、稳定性好、操作简单。无线网络根据企业现场情况，可选择基于公共的无线网络，检测仪将数据通过公网直接上传到监护管理平台数据服务器，或者自组网无线网络，实现系统中的所有检测仪互联，最后通过路由网关上传到公网，实现数据的存储交互。
安全监护管理平台负责保存系统中所有气体无线检测仪上传的数据，同时给监护人员提供监护界面，基于数字地图实时展示检测结果，包括每台仪器的位置、检测气体浓度、电量、信号强度等信息。系统采用方便、快捷、高效B/S（Browser/Server）架构完成设计，方便不同的人员，从不同的地点，以不同的接入方式访问和操作共同的数据库，有效地保护数据平台和用户管理访问权限。根据企业现场安全监护管理相关规定，结合实时检测气体浓度数据、人员安全状态等信息，系统可做出预警决策，给现场相关人员提供报警指令，同时将报警信息推送到各级安全管理人员。手机APP提供给后台监护人员和各级安全管理人员使用，满足随时随地查看现场作业人员安全状态的需要，重要的是，随时接收安全监护管理平台推送的各类信息，及时掌握现场动态，以便快速准确的做出科学决策，避免人员中毒事故发生。
2现场应用情况
某应用现场装置包括渣油加氢、硫黄回收装置和多个石脑油储罐。生产作业活动有现场设备操作、巡检、取样等，中心控制室监控操作和实验室分析，根据设备运行状况会临时出现承包商人员在现场开展设备维护等作业。
2.1现场人员监护方案
该装置区块现场主要的气体泄漏风险为硫化氢泄漏人员中毒、可燃气泄漏燃爆。因此，现场人员携带的气体检测仪需要检测硫化氢、甲烷两种气体浓度，报警值分别设置为6×10－6mol/mol、10%LEL。
该装置区块长约270m，宽约220m，考虑到区块内GPS定位信号易受装置框架结构和周边设备影响，同时为了满足区分各层平台定位需求，采取了GPS与射频卡相结合的定位方式，在厂区装置区块之间采样GPS定位，在GPS信号丢失和装置各平台之间利用射频卡定位。进入现场操作设备、巡检、采样和维护设备的所有人员，每人佩戴一台便携式气体无线检测仪，每间分析实验室放置一台气体无线检测仪，检测数据每隔1min上传一次，遇到超过报警值或人员状态异常时数据及时上传。安全监护平台部署在中心控制室，将每个人员携带的检测仪根据现场作业类型不同分成多个小组，并且保存每台检测仪对应的人员姓名、电话等信息，一旦某台检测仪发出报警，平台自动向该小组中的所有成员发送预警信息，同时向相关安全管理人员自动推送报警信息。
2.2数据结果分析
经过一个班组作业周期的监测，累计有10人次进入现场，开展了设备巡检、现场操作作业，其中有一个小组人员开展了现场取样送样作业。在该监测周期内，监测平台累计接收了5760条监测数据，准确记录了每个人员进入现场的时间、活动位置和安全状态，在监护地图界面中，显示了每个人员的姓名、电话、气体浓度，点击定位点时，会列出该点人员详细信息。
图2记录了采样分析人员携带便携式气体无线检测仪在现场的活动轨迹，其中，星形所示为现场关键通道安装的辅助精确定位射频卡，圆点位置分别是硫黄回收装置和渣油加氢装置的取样点。安全监护平台记录了取样人员从中心控制室出发，沿罐区南侧道路转弯后先后进入硫黄回收装置和渣油加氢装置取样点取样的过程，如图中虚线所示，在装置之间和关键路口借助于远距离视频自动读卡技术，携带有气体无线检测仪的取样人员经过这些路口后，辅助定位信息自动读取上传到平台。与此同时，安全监测平台详细记录了取样人员在现场停留时间，开展安全监护的同时，记录了取样时间，为取样分析作业的数据准确性提供了科学依据。
图2现场采样人员活动轨迹
结束语
为了最大限度地避免石化现场作业人员气体中毒事故发生，设计了一种便携式气体无线监测系统，该系统结合多传感器融合、精确定位和无线传输技术，可实现石化现场有毒有害气体浓度监测、人员安全状态监测、事故应急预警等多种功能。应用结果表明：气体无线监测系统组网灵活、携带操作方便、无线传输数据完整、定位精确，有利于提升企业安全生产管理水平。
参考文献：
[1]孙凯.危险气体无线监测系统的设计及气体源定位算法的研究[D].西南交通大学，2016.
[2]石斯斯.室内有害气体无线监测系统设计[D].宁夏大学，2017.
[3]高铁山，吴卿.基于氧化锌气敏传感器的矿井气体无线监测系统[J].中国测试，2015，41（11）：68-72.
[4]李博.一种新型瓦斯气体无线监测系统的设计[J].计算机测量与控制，2014，22（04）：1062-1064.
论文作者:顾夏煜
论文发表刊物:《基层建设》2018年第13期
论文发表时间:2018/7/10
标签：气体论文; 人员论文; 现场论文; 作业论文; 检测仪论文; 装置论文; 数据论文; 《基层建设》2018年第13期论文;