物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在化工領(lǐng)域的應(yīng)用

朱奇

（杭州蕭山國際機(jī)場有限公司，杭州 311207）

化工生產(chǎn)過程往往具有易燃、易爆、有毒、高溫和高壓等特點(diǎn)，所以安全風(fēng)險(xiǎn)大?；どa(chǎn)原料和成品的倉儲(chǔ)和運(yùn)輸可能對(duì)環(huán)境造成較大影響，所以環(huán)保要求高。當(dāng)前“人工+自動(dòng)化”的管理模式，已無法滿足越來越高的安全和環(huán)保要求，需要進(jìn)一步引進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，加強(qiáng)和擴(kuò)大在化工行業(yè)及其他領(lǐng)域的應(yīng)用，盡快實(shí)現(xiàn)管理“智慧化”，切實(shí)提升安全生產(chǎn)管理能力和運(yùn)行效率。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，本質(zhì)是數(shù)字化物理世界，是將無處不在的業(yè)務(wù)設(shè)備通過有線無線和長短距網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，借助物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯聚與應(yīng)用集成，在專網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，達(dá)到對(duì)實(shí)物進(jìn)行定位、跟蹤、識(shí)別、控制和智能管理的目的?？偨Y(jié)來說，連接是基礎(chǔ)，平臺(tái)是關(guān)鍵，應(yīng)用是核心。

1 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)由感知層、傳輸層、平臺(tái)層及應(yīng)用層組成。

感知層：在被管理的設(shè)備上安裝對(duì)應(yīng)傳感器，傳感器負(fù)責(zé)將需要的數(shù)據(jù)上傳；

傳輸層：提供物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的有線傳輸、無線傳輸通道，并轉(zhuǎn)發(fā)到對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)平臺(tái)；

平臺(tái)層：各業(yè)務(wù)平臺(tái)負(fù)責(zé)分析處理傳感器上傳的數(shù)據(jù)；

應(yīng)用層：提供客戶人機(jī)界面，將分析處理結(jié)果進(jìn)行展示。

2 化工領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 化學(xué)品儲(chǔ)罐監(jiān)測

化學(xué)品儲(chǔ)罐是化工行業(yè)的重大危險(xiǎn)源，需要進(jìn)行全面、全時(shí)段的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測。要實(shí)現(xiàn)這一目的，可以應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建設(shè)儲(chǔ)罐無線監(jiān)測系統(tǒng)。

監(jiān)測系統(tǒng)主要由3部分組成，分別為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是儲(chǔ)罐內(nèi)安裝的無線溫濕度傳感器、無線氣體傳感器，無線測控裝置等設(shè)備，可采集儲(chǔ)罐內(nèi)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)分為2 塊：1 塊是下層采集數(shù)據(jù)傳輸模塊，功能是獲取采集到的最初數(shù)據(jù)；另1塊是用于上層處理系統(tǒng)之間的通信。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)由2部分組成，即服務(wù)器進(jìn)程和客戶端進(jìn)程。服務(wù)器進(jìn)程主要功能是接收數(shù)據(jù)，客戶端進(jìn)程用于與服務(wù)器進(jìn)程進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交互，從而獲得儲(chǔ)罐內(nèi)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)[1]。

監(jiān)測系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能包括：1）儲(chǔ)罐狀態(tài)監(jiān)測，可實(shí)時(shí)監(jiān)測儲(chǔ)罐內(nèi)液位、壓力、溫度數(shù)據(jù)，氣化管路和調(diào)壓管路的溫度、壓力及流量數(shù)據(jù)等；2）監(jiān)測點(diǎn)定位，通過電子地圖顯示所有儲(chǔ)罐的地理位置分布；3）異常報(bào)警，當(dāng)儲(chǔ)罐監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，立即報(bào)警通知相關(guān)人員；4）分析查詢，可查詢指定時(shí)間段內(nèi)儲(chǔ)罐監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況，可進(jìn)行數(shù)據(jù)、曲線圖分析。

2.2 有毒有害氣體預(yù)警監(jiān)測

在化工行業(yè)，針對(duì)有毒有害氣體的防控是安全管理的重中之重。漏氣、跑氣無法依靠肉眼及時(shí)排查，隱蔽工程的隱患檢查也存在困難。要做到“防患于未然”，實(shí)現(xiàn)對(duì)有毒有害氣體的實(shí)時(shí)監(jiān)測，可以應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建設(shè)有毒有害氣體報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)。

報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)主要由3部分組成，分別為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是在各管道節(jié)點(diǎn)安裝的氣體探測器，可采集環(huán)境中的有毒有害氣體實(shí)時(shí)含量數(shù)據(jù)，并利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行傳輸[2]。

報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能包括：1）氣體監(jiān)測，可實(shí)時(shí)監(jiān)測有毒有害氣體（烴類、醇類、鹵代烴和乙酸甲酯等）含量數(shù)據(jù)；2）氣體異常預(yù)警，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到現(xiàn)場有毒有害氣體含量異常時(shí)，同時(shí)進(jìn)行多種方式報(bào)警，包括現(xiàn)場聲光報(bào)警、監(jiān)控中心聲光語音報(bào)警、通過手機(jī)移動(dòng)端推送給管理員等；3）報(bào)警聯(lián)動(dòng)，當(dāng)系統(tǒng)報(bào)警時(shí)，可聯(lián)動(dòng)打開現(xiàn)場排風(fēng)機(jī)等應(yīng)急處置設(shè)備；4）監(jiān)測點(diǎn)定位，通過電子地圖顯示所有氣體監(jiān)測點(diǎn)的地理位置[3]。

2.3 化工廢水監(jiān)測

化工行業(yè)會(huì)產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，如處理不當(dāng)會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大影響。因此，對(duì)周邊水質(zhì)的監(jiān)測是環(huán)保管理的重要一環(huán)。要實(shí)現(xiàn)監(jiān)測的快速、便捷，可以應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建設(shè)工業(yè)廢水監(jiān)測系統(tǒng)。

監(jiān)測系統(tǒng)主要由3部分組成，分別為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是在排放側(cè)安裝電磁流量計(jì)、COD在線分析儀、氨氮/總磷/各類重金屬在線分析儀和電動(dòng)閥門等設(shè)備，可采集水質(zhì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行傳輸[4]。

監(jiān)測系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能包括：1）水質(zhì)監(jiān)測，可實(shí)時(shí)監(jiān)測水質(zhì)數(shù)據(jù)，包含COD、各類重金屬、流速、流量等；2）水質(zhì)異常報(bào)警，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到水質(zhì)數(shù)據(jù)超過安全值域時(shí)，將發(fā)送報(bào)警信息[5]；3）監(jiān)測點(diǎn)定位，通過電子地圖顯示所有水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)的地理位置分布；4）水質(zhì)分析，可查詢指定時(shí)間段內(nèi)水質(zhì)數(shù)據(jù)變化情況，可進(jìn)行曲線圖分析。

2.4 能源管控

化工行業(yè)對(duì)能源的消耗大，如果沒有持續(xù)有效的優(yōu)化手段，就會(huì)造成大量的能源浪費(fèi)。因此，需要在能源管控上實(shí)現(xiàn)“信息化”和“可視化”，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中能源消耗過程和結(jié)構(gòu)中存在的問題，通過優(yōu)化實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效、高效生產(chǎn)。要達(dá)到這一目的，可以應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建設(shè)能源管控系統(tǒng)。

管控系統(tǒng)主要由3部分組成，分別為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是在各生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)安裝智能水、電及燃?xì)獗?，可采集各類能源?shí)時(shí)用量數(shù)據(jù)，并利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行傳輸[6]。

管控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能包括：1）能耗監(jiān)測，可實(shí)時(shí)監(jiān)測各生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)的能源（水、電及燃?xì)猓┯昧繑?shù)據(jù)；2）能耗報(bào)警，當(dāng)某生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備的能耗超過設(shè)定值域時(shí)，將發(fā)送報(bào)警信息；3）能耗分析，包含各類能耗總量查詢、走勢分析、重點(diǎn)耗能設(shè)備分析、能耗結(jié)構(gòu)分析等。

2.5 用電管理

化工行業(yè)用電環(huán)境復(fù)雜，僅靠人力進(jìn)行電力設(shè)施的巡檢，存在效率較低、安全管控能力不足的問題。要解決這些問題，可以應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建設(shè)安全用電管理系統(tǒng)。

管理系統(tǒng)主要由3部分組成，分別為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是在各重要用電節(jié)點(diǎn)安裝剩余電流火災(zāi)探測器、剩余電流互感器、電流互感器及溫度傳感器，可采集電氣實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行傳輸[7]。

管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能包括：1）電氣監(jiān)測，可實(shí)時(shí)監(jiān)測各用電節(jié)點(diǎn)的電氣數(shù)據(jù)，包括電流、電壓、有功功率、無功功率、漏電電流及配電箱溫度等；2）電氣異常報(bào)警，當(dāng)某用電節(jié)點(diǎn)的電氣參數(shù)異常時(shí)，將發(fā)送報(bào)警信息，同時(shí)通過手機(jī)移動(dòng)端推送給相關(guān)管理人員；3）安全分析，以曲線和表格形式顯示各個(gè)月份的報(bào)警和故障記錄。

2.6 閥門遠(yuǎn)程控制

化工行業(yè)有大量管道閥門，其中放置在遠(yuǎn)端（如野外、地下管網(wǎng)等）的管道閥門，主要依靠人力往返進(jìn)行開關(guān)和狀態(tài)檢查，存在及時(shí)性差、運(yùn)行管控能力不足的問題。要解決這些問題，可以應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建設(shè)閥門遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。

遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主要由3部分組成，分別為現(xiàn)場控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。其中現(xiàn)場控制系統(tǒng)主要是在各節(jié)點(diǎn)安裝的電動(dòng)閥門、電磁流量計(jì)及壓力送變器等設(shè)備，可接收和響應(yīng)閥門開關(guān)指令，采集閥門狀態(tài)數(shù)據(jù)，并利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行傳輸[8]。

遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能包括：1）閥門遠(yuǎn)程開關(guān)，通過系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制閥門的開啟和關(guān)閉，還可以進(jìn)一步控制閥門開度；2）閥門狀態(tài)監(jiān)測，可實(shí)時(shí)監(jiān)測閥門狀態(tài)和開度；3）操作記錄查詢，可查詢指定時(shí)間的閥門操作記錄。

2.7 化學(xué)品運(yùn)輸管控

化工生產(chǎn)所需的原材料及成品由于其特殊性，往往需要專門的運(yùn)輸設(shè)備。在運(yùn)輸?shù)倪^程中一旦發(fā)生泄露，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的危害。為加強(qiáng)運(yùn)輸過程管控，可以應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建設(shè)化學(xué)品運(yùn)輸管控系統(tǒng)。

運(yùn)輸管控系統(tǒng)主要由3部分組成，分別為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是在各運(yùn)輸車上安裝GPS 和貼RFID 標(biāo)簽，把化學(xué)品的名稱、品種、數(shù)量、批次、生產(chǎn)者信息及其他必要的內(nèi)容存儲(chǔ)在RFID標(biāo)簽中[9-10]。

運(yùn)輸管控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能包括：1）車輛及運(yùn)輸品跟蹤，可以通過系統(tǒng)查看車輛裝載的化學(xué)品詳細(xì)信息，何時(shí)從何處出發(fā)、何時(shí)到達(dá)何處，并可發(fā)送到相關(guān)人員的手持終端。一旦車輛發(fā)生事故，指揮中心可以迅速定位，并根據(jù)裝載化學(xué)品特性開展專業(yè)救援。2）進(jìn)出庫快速盤點(diǎn)，運(yùn)輸車輛上的RFID標(biāo)簽可以幫助倉庫管理人掌握化學(xué)品信息，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出庫快速盤點(diǎn)。

3 應(yīng)用實(shí)例

湖州長興石灰礦環(huán)保監(jiān)測項(xiàng)目正在建設(shè)中，該項(xiàng)目利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測方面進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)，擬在礦山安裝大量無線傳感設(shè)備，如粉塵監(jiān)測傳感器、水質(zhì)監(jiān)測傳感器等，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測，對(duì)預(yù)警事件進(jìn)行采集、分析、處置、反饋，建立環(huán)境監(jiān)測態(tài)勢分析圖，從而加強(qiáng)礦山的環(huán)境保護(hù)，實(shí)現(xiàn)“綠色礦山”。

4 結(jié)束語

以物聯(lián)網(wǎng)為關(guān)鍵技術(shù)，在化工領(lǐng)域積極開展智慧運(yùn)行場景的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域、高風(fēng)險(xiǎn)要素的運(yùn)行態(tài)勢感知，從而達(dá)到對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行的精準(zhǔn)監(jiān)控與準(zhǔn)確預(yù)測的效果，切實(shí)提高不安全事件敏捷響應(yīng)能力。同時(shí)，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還有助于推進(jìn)化工生產(chǎn)的少人化、無人化，減少人身安全風(fēng)險(xiǎn)，提升生產(chǎn)管控的智能化水平。以此為鑒，可將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)拓展到其他行業(yè)中，如民航業(yè)的“智慧機(jī)場”、“智慧空管”及“智慧物流”建設(shè)。