雷竞技网页版研究与评论-国际期刊雷竞技苹果下载

国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志

菜单

在线刊号(2278-8875)印刷版(2320-3765)

所有提交的EM系统将被重定向到网上投稿系统．作者被要求将文章直接提交给网上投稿系统各自的日志。

基于Zigbee协议的石化工业火灾燃气泄漏综合监控系统

C.Vinothkumar1, K。库马尔1, R。Elavarasan2
  1. 印度泰米尔纳德邦金奈Sathyabama大学EIE系助理教授
  2. 圣约瑟夫EIE系副教授印度泰米尔纳德邦金奈市工程学院
有关文章载于Pubmed，谷歌学者

更多相关文章请访问国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志

国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志

摘要

采用Zigbee技术的综合工业工厂壁炉和气体监测系统旨在监测石油炼油厂危险位置的火灾和气体泄漏以及人口密度。现有的系统可以探测到地理分布区域内的任何火灾或气体泄漏。过程工业复杂性的增加导致火灾和泄漏检测仪器数量的增加。这增加了从工业传感器到控制站的电缆数量。这增加了通道的体积。故障排除减少绝缘或任何电线开放是困难的，因为这是一个混乱的布线和识别个别电缆是非常困难的沿着管道。这也增加了电缆成本方面的系统成本。为了适应现代技术的要求，提出了在现场设备与控制室之间建立无线通信的方案。随着无线技术的出现，许多参数可以通过单一的通信媒介发送。这减少了混乱的布线，使解决问题变得容易。 The field device can be a portable or a fixed device which communicates the various parameters that are being monitored, to the control room through Zigbee protocol.

关键字
Zigbee，火灾和气体泄漏，故障排除，Labview, GPS，射频收发器，传感器，LEL, UEL。

介绍
采用Zigbee技术的炼油厂燃气综合监控系统是一种基于无线通信的石化行业人机安全监控系统。在当今世界，石化工业虽然是最大的过程控制工业，但也极易发生重大火灾和气体灾害。石化工业在一个有限的区域内储存了过多的原油。因此，任何可能引起高温或火灾的外部来源都会导致重大灾难。即使是存在于炼油厂中的气体也是危险的。
博帕尔毒气悲剧夺去了3787人的生命，这是天然气泄漏造成的重大事故之一。另一个例子，Vishakhapatnam, HPCL炼油厂灾难夺去了30人的生命。尽管存在一个气体和火灾探测系统，该系统使用从控制室到各个工厂区域的大量电线连接到传感器?但是在火灾中，电线本身损坏了，所以信息没有到达控制室。因此，为了避免石油化工行业因火灾和气体泄漏造成的任何危险，我们设计了一个集成系统，利用无线通信设备ZigBee对工厂周围任何区域的气体泄漏进行及时监测。我们还提出了一个新的系统来监测厂区内的人口密度。因此，基于ZigBee集成的工厂安全监控系统可以实现工人考勤登记、实时精确定位、动态气体浓度监测、实时数据传输和危险报警。该系统主要针对马纳利CPCL公司新设计的集成系统的实施。

文献调查
g.a.a arun Kumar等[1]提出了用于任何危险行业安全生产的气体泄漏检测和精确定位识别系统的系统硬件。基于无线传感器网络(WSN)实现了检测和定位。然而，以前的系统是使用虚拟仪器开发的。该系统基于Zigbee和ARM7协议，易于部署，克服了现有系统的不足。该系统利用危险区域不同位置的节点数量，可以检测到气体泄漏，并立即将该位置的详细信息发送给观察者。用于提高救援质量，缩短救援时间。因此，它可以弥补现有系统的弱点。
shaik Meeravali博士和Anusha[3]为石化行业的安全生产开发了一套气体泄漏检测和定位系统。该系统基于无线传感器网络(WSN)。它可以无线收集监测点的数据，并将其发送到计算机，以更新定位软件中的值。因此，它可以实时探测潜在的危险区域，收集泄漏事故数据并定位泄漏点。然而，现有的系统不能及时反应，甚至不能从事故中获取数据并进行准确定位。本文分为三个部分，首先给出了系统的总体设计，然后从硬件和软件两方面给出了实现方法。

现有的系统
现有系统仅能探测某些重要区域的火灾和煤气泄漏。在现有的系统中，火灾和气体泄漏被测量，并通过电线与控制站通信。如果出现电缆不连续等故障，会导致与工厂安全有关的重要信息丢失。过程工业的复杂性增加，导致火灾和泄漏检测仪器的数量增加。这增加了从工业传感器到控制站的电缆数量，导致布线混乱。这也增加了管道的尺寸。故障排除减少绝缘或任何电线开放是困难的，因为这是一个混乱的布线和识别个别电缆是非常困难的沿着管道。这也增加了电缆成本。

现有系统的局限性
火气系统一般要求独立于控制系统。这与火气系统通常比控制系统有更高的完整性要求是一致的。一些消防和燃气系统包含集成的紧急关闭系统。这仍然是一个有争议的观点。如前所述，没有一家公司能够为本文中描述的所有项目提供所有“最佳展示”产品。不同供应商之间通常有接口。通过从一个来源采购所有产品，以减少初始设备的选择和可能增加初始采购成本为代价，可以实现最大限度地减少接口、文件集和检查。
烟雾探测器、热探测器和手动调用点的现场接口通常是两根导线，在控制系统或编组柜中修改组件，以允许使用4-20ma接口。循环中的任何故障都会导致系统故障。目前，在现场工作的人员的位置尚不确定。万一发生危险事件，管制站人员必须亲自检查工人在特定地点的位置。这需要更多的努力和时间。

可行的解决方案
为了克服这些困难，我们实现了一种便携式设备。这个装置可以固定在他们的头盔或夹克上。该装置由传感器组成，用于测量各种参数。它们是气体传感器，温度传感器，心跳传感器，压力传感器。便携式设备中的这些传感器连续地检测各种参数(气体、温度、压力)。如果该值超过参考值，它立即激活继电器驱动器并产生报警声音。因此，了解危险情况对人们是有用的。心跳传感器，连续感应工人的心跳。如果这个人失去了意识，那么传感器就会感知到这个信息，并将它传递到控制室。
所有的通信都是通过无线Zigbee协议完成的，因此信息的传输将没有任何障碍。Zigbee的主要优点是它是一种多模通信，因此数据是一个节点一个节点地传输。我们的系统使用全球定位系统，在危险情况下跟踪人的位置，以便他可以立即获救。最后，利用Labview软件对所有参数进行监测。它包含一组全面的工具，用于获取、分析、显示和存储数据，以及帮助您排除所编写代码故障的工具。消防燃气系统的主要目标是保护人员、环境和工厂(包括设备和结构)。消防和燃气系统应通过以下方式实现这些目标:
•提前检测可燃气体的存在，
•在早期检测液体泄漏(液化石油气和液化天然气)
•发现早期火灾和火灾的存在
•消防系统自动启动，设备自动停机;
•改变环境，使液体低于闪点，
•根据需要启动可听可看的无线信号，对检测到的危险发出警告。

提出了系统
在该系统中，我们将对气体泄漏、火灾等工业参数进行监测和传输。这些参数由气体传感器和火灾探测器监测。模拟输出通过模数转换器转换成数字形式，然后交给单片机。这些数据通过UART通过Zigbee无线发送到控制室，并显示在工人的LCD显示屏上。与传感器输出相对应的继电器被微控制器激活，以操作预防装置。有了这个蜂鸣器警报也给出。在接收端，一台PC机用于查看所有参数条件。继电器也可以通过Zigbee无线通信从远程区域激活。此外，该系统将人员定位和气体浓度检测系统有效地结合起来，实现了人员考勤、距离测量定位、气体浓度检测和数据通信等功能。该系统是一个开放的系统，允许在其上开发不同的应用程序。 It provides a lot of spatial gas concentration knowledge with the timestamp for follow-up gas prediction research.
现场设备可以是固定设备，也可以是便携式设备。每当工人进入厂区时，他都要携带便携式设备。它主要是检测是否有气体泄漏，无论工人走到哪里，它还会发送有关人员位置和人员心跳的信息。固定装置固定在厂区内。它还可以检测气体泄漏并将信息传输到控制室。该系统将在Lab视图软件中开发。硬件将与实验室视图接口，以收集传输的数据和对接收到的信息的解释。该集成系统已被CPCL接受，并将在其现场进行开发和测试。我们相信该系统一定会帮助CPCL提高其安全运行。

拟议系统的一般架构
所提出系统的总体框图如图1所示。它指的是传感器感知到来自工厂区域的气体泄漏、温度水平、压力水平和工人心跳等模拟参数。这些模拟信号被发送到模拟数字转换器和数字信号被进一步发送到PIC微控制器。
微控制器的编程目的是将这些信号传输到各种输出设备。继电器驱动设置蜂鸣器的继电器。当出现危险情况时，LCD提供直接信息。便携式部分通过Zigbee发射机将该信息传输到控制室，由Zigbee接收机将该信息显示在PC上

便携式机组的信号流结构
便携式设备是工人在进入厂区时随身携带的设备。便携式单元的元件如图2所示。它可以根据方便附加到头盔或徽章上。
该可移动单元由模拟探测器组成，特别是气体传感器、温度探测器、压力探测器和心跳探测器，其输出被输入微控制器。微控制器发送信息，并通过电压转换单元发送到射频收发器，射频收发器将信号无线传输到控制室的接收射频收发器。
微控制器可编程通过报警器或LED发出警报。报警不能直接由微控制器驱动，因此用继电器来实现。微控制器连接到一个继电器驱动器，该驱动器驱动继电器，继电器反过来激活警报。便携式单元电路由温度传感器(LM35)、压力传感器(MPX5050)、气体传感器(MQ-5)、心跳传感器(HRM 2115)、单片机(PIC18F45K22)、射频发射机、电路串行编程器(ICSP)、按钮、电源和接地4个传感器组成，如图3所示。
温度传感器、压力传感器、气体传感器为模拟传感器，分别连接在A、RA0、RA1、RA2接口的模拟引脚上。心跳传感器为数字传感器，连接端口a的RA4引脚为数字引脚。每个传感器有三个引脚，每个Vcc(电源直流)，Vout(模拟/数字)和GND(电源接地)。所使用的微控制器是PIC18F45K22，这是一个40针IC，内置ADC，因此模拟输出可以直接输入微控制器，而不需要通过单独的ADC单元。射频发射机用于通信目的。它使用了一个UART，该UART有两个部分——发射部分和接收部分。该电路中的射频是发射部分。RF的引脚1是电源，引脚2连接到微控制器的引脚30，这是发射线，引脚3连接到微控制器的引脚29，这是接收线，引脚4是接地引脚。

接收部分和输出设备
系统接收端如图4所示，由射频收发器、电压转换单元、USB接口和PC机组成。射频收发器的作用是接收由便携式设备或固定设备通过Zigbee网络发送到控制室接收端的信号。电压转换单元用于将输入信号转换为与PC机兼容的电压。USB接口用于将该信号输入PC。
输出设备是任何一台计算机硬件设备，用于将信息处理系统(计算机)进行的数据处理结果进行通信，该系统将电子生成的信息转换为人类可读的形式。它们是报警器，液晶显示器和计算机。一种报警装置或报警装置系统提供了一种声音、可视或不同类型的报警信号，并存在一些缺陷或条件。方形的报警装置，通常配有警报器。

提出的监控系统的性能分析

各种无线设备的分析
表1给出了各种无线通信设备之间的比较。Zigbee电池寿命长，功耗低，网络容量比其他设备高。
通信距离较小;这是因为在网络拓扑中采用了网状网络，通信距离在节点之间，因此可以在较长的范围内使用。速度相对较低，这一缺点是可以承受的，因为所提出的系统参数仅在指定的时间间隔内监测，因为任何气体泄漏仅逐渐达到其UEL水平，而不是在一瞬间。

各种气体水平和uel的分析
表2讨论了各种气体的低排放水平(LEL)和高排放水平(UEL)。最低限度(LEL)是指气体不具有危险或不着火的气体等级(按百分比计算);UEL是气体泄漏的最高水平，在此以上是不易燃的。

结果和讨论
因此，为在危险环境中工作的工人设计和建造了工业安全系统，包括两个部分。为工人提供了一个便携式设备，它能够感知危险条件，如气体，过高的温度和湿度等，以及一个监测系统，它与便携式设备使用Zigbee无线通信链路进行交互。
在Labview中开发的监测系统框图如图5所示。该系统可以检测整个工厂的火灾和气体泄漏，而不是重要区域。图6展示了所开发系统在Lab VIEW中的前面板。数字指示器指示系统中实现的各种传感器的输出。如果传感器的输出超过设定值，LED闪烁。该图描述了输出随时间的变化。
因此，在Labview中开发的系统可以通过增加一个控制元件来加强，该控制元件可以控制厂区内各种气体超过规定的爆炸上限时的泄漏。这可以通过工厂任何部分的任何气体泄漏指示通知控制室，然后关闭控制阀来实现。因此，防止因气体泄漏而引起的任何危险。

在Labview中开发的系统的优点
•通信通道可用性最大化。
•已知任何区域在任何给定时间的工人分布。
•开放系统，允许开发其他应用程序。
•长时间存档有助于分析。
•安全系统的完整性得到改善。

结论
为提高某炼油厂的人机安全，开发了基于Zigbee协议的火灾和气体泄漏监测系统。该系统的主要目标是早期检测厂区周围的气体泄漏。检测到气体泄漏后，厂区内的传感器和厂区工人一起向控制室人员发出警报。因此，该系统甚至可以确定厂区内的人口密度。我们还分析了各种无线技术以及各种可以实现的硬件和软件方法。该系统在石油化工行业实施后，比现有系统效率更高。Zigbee的引入降低了整个工程的成本，提高了人员安全水平。

表格一览
表的图标 表的图标
表1 表2

数字一览


数字 数字 数字
数字 数字 数字
图4 图5 图6

参考文献








全球科技峰会