物联网技术在化工企业的应用研究

Research on Application of IOT Technology in Chemical Enterprises

薛凌燕　李树榜

(聊城大学计算机学院，山东 聊城　252000)

物联网技术在化工企业的应用研究

Research on Application of IOT Technology in Chemical Enterprises

薛凌燕李树榜

(聊城大学计算机学院，山东 聊城252000)

摘要：针对化工产品的特殊性，采用射频识别技术建立控制系统，用于对危化品运输车辆和产品仓储实现实时监控。考虑化工生产中安全的重要性，针对各项生产参数的监测不及时、不能实时报警的问题，建立基于物联网的监测系统进行实时监测预警。利用物联网技术提升企业的自动化管理水平，从而使整个化工企业成为集安全、生产、监测、预警于一体的综合网络管理系统。物联网技术的应用使企业生产安全性更高，企业管理更加省时省力，更加智能。

关键词：物联网射频识别化工传感器监测预警

Abstract：In view of the particularity of chemical products, the control system is established by adopting radio frequency identification (RFID) technology, to implement real time monitoring for transportation vehicles and warehousing of the hazardous chemicals. Considering the importance of safety in chemical production, and aiming at the problems of various productive parameters have not been monitored timely, and on time alarm cannot be provided, the monitoring system based on IOT is built to achieve real time monitoring and warning. The level of automated management for the enterprise is enhanced by adopting IOT technology; thus the entire chemical enterprise becomes a comprehensive network management system which integrates safety production, monitoring and warning. Applications of the IOT technology make the safety of enterprise production higher; and the management of enterprise more intelligent and time saving.

Keywords：Internet of thingsRFIDChemical industrySensorMonitoring and warning

0引言

化工企业的生产过程具有易燃、易爆、有毒、腐蚀性强、高温高压操作等特点，一旦发生火灾、爆炸等事故，将会造成巨大的经济损失和人员伤亡。此外，化工企业的生产原料和产品的运输、储存对环境要求较高。如果发生泄漏，将会造成严重的环境污染[1]。

通过调研发现，目前在化工企业中，常规的对危险源进行检测的方法是通过携带便携式的危险气体或废水探测仪进行实地采样和检测[2]。这种方法需要通过人工来进行数据采集和分析，实时性也不能保证。同时，一些生产环节及管理模式还需要依靠操作人员和管理人员的经验和知识来进行。这种依靠经验的操作管理方式受到工作人员的能力、素质和专业知识等的影响，其优化控制性能也因人而异，并且差别很大[3]。此外，许多化工企业的安全预警机制薄弱，如何及时发现和消除安全隐患，关系到企业、国家的经济利益，乃至工人的人身安全，成为亟待解决的问题。

1物联网技术

物联网是通过射频识别(radio frequency identification，RFID)装置、红外传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络[4-5]。

物联网系统一般分为感知层、网络层和应用层三个层面。围绕这三个层面，物联网有三大技术体系：感知技术、通信组网技术和应用服务技术。感知层通过RFID标签、传感器和摄像头等数据采集设备获取数据，然后通过网络层实现信息的共享和存储等功能。其中云计算技术作为物联网的重要组成部分，完成海量数据的存储和分析功能。最后结合生产生活的实际需要，构建智能化的行业应用。

2物联网在化工企业的应用研究

2.1　化工产品智能仓储和运输

化工企业的原材料和成品由于其特殊性，因此对其运输和仓储的要求都很高。在运输过程中一旦发生泄漏，就有可能对公共环境造成很大危害，甚至爆炸、造成人员伤亡。化工产品对存储仓库的要求也很高，温度、湿度、周围环境等因素都有可能引发危险，因此对危化品的运输车辆和仓储环境实行实时智能监控是十分必要的。

射频识别技术主要是利用无线射频方式进行非接触双向通信，自动识别并交换数据，可实现多目标识别、运动目标识别，非常适合危化品运输车辆和产品仓储的监控。

运用物联网技术给每辆运输危化品的车辆贴上RFID标签。标签中存储有车号、产品名、产品数量、批次、生产部门及车辆的始发地、终点等内容，依托GPS技术对车辆进行实时定位与跟踪，同时，进一步地可在应用层设立逻辑关系，实现预警、自动分析的智能化应用。对于完成运输任务的交通工具，系统自动判断下列状态：是否具备入网条件，是否能够接收GPS信息，是否按时到达目的地，是否安全卸货。通过监测到的信息，实时判定和分析运输过程是否安全顺利，并将信息及时发送到相关人员的手持终端设备[6]。一旦发生问题或事故，指挥中心会及时展开补救。

另外，化工产品的仓储安全与管理也可利用基于RFID技术的系统，实现仓库的快速盘点和产品的实时监控。该系统由RFID读写器、电子标签和PC机组成[7]，其结构如图1所示。其中，读写器由微控制器芯片、射频芯片及天线组成，读取RFID标签中的信息，并将其接入网络，与其他设备通信。而仓库的温度和湿度等指标的监测则需要传感器的介入，同时配合视频监视系统，即可使仓储安全问题得以很好的解决。

图1　系统结构框图

2.2　生产过程实时监测

化工企业的生产过程中，各种原料、成品的热稳定性、化学稳定性、爆炸点等都对生产环境提出了不同的要求。有些具有毒性和腐蚀性的原料，温度、湿度、各种气体浓度等参数都需要严格控制，否则会影响到生产和工作人员的安全。

在化工企业中，虽然也安装有测量温湿度、气体浓度、粉尘等环境参数的传感器，但是大多需要人工巡检、记录，并定期通过纸质文档或电子文档形式汇总上报。这样不仅耗费大量的人力，而且一旦发生危险情况，无法及时上报，会对相关工作人员造成人身伤害。

针对危险源、典型工艺的关键装置和生产运行状态等运用无线传感器或射频识别等技术进行实时监控检测，结合视频显示技术，对异常情况进行实时报警，并对温度、液位及泄漏气体浓度设置多级阈值，实现参数超限报警和分级报警功能，以及不同级别的装置安全报警[8]。当监测值达到报警阈值时，设备就会自动发出声、光或短信报警，同时自动触发该报警点区域内的对应视频，对报警点区域内的视频进行自动录制和报警提示，实现参数报警和视频报警联动，以便监控中心人员及时了解现场情况，对后果进行评估，从而迅速作出应急预案，将损失降到最低。

2.3　智能管理与决策

为提升化工企业生产的自动化控制水平和信息化管理水平，需要建立一个基于物联网技术的、智能的、高效的、一体化的集安全生产监测预警功能于一体的综合网络管理平台。利用RFID标签、传感器、摄像头等信息传感设备，实现对各个车间的设备运行状况、原材料消耗量、温湿度、粉尘、气体浓度等环境参数等数据的采集，以及仓储车间、化工园区内的各项环境参数、视频数据的实时采集，并将数据通过网络实时地传送到该管理平台，在显示屏上进行显示。有些数据还需利用云计算技术、数据挖掘技术等进行进一步分析，以便及时作出决策或预警。比如：通过对原材料的日消耗量的统计，及时作出分析报表，对补给量、能耗等数据进行预估；进一步地，可对生产设备的运行状况以及是否需要维修等情况进行预测。重要的数据和报表还可及时地发送到管理人员的手持终端设备上，从而真正实现企业管理的智能化。

3问题与对策

3.1　信息传输的组网问题

由于化工企业生产环境的特殊性，如何将各种传感设备采集的数据进行组网，既能保证安全性，又能确保可靠性，是一个复杂的问题。

首先，在传感器分布较为密集的区域，可选用短距离无线接入技术实现，如WiFi、ZigBee等[9]；其次，对于存放有可燃易爆气体的区域，无线传感器就会存在安全隐患，因此需改用有线传感器传输，如以太网；再次，在传感器分布较为稀疏的区域，考虑到通信效果和组网成本，这时选用无线移动公网较为合适，如GSM/GPRS等。

另外，由于化工企业中存在大型的用电装置以及像焊接等的高电压工艺，都会辐射出较强的高频电磁波，因此这种区域需选用抗干扰能力强的无线传输设备组网，或者用有线传感器代替无线传感器。

3.2　技术保密性问题

对于化工园区内有多个化工企业的情况，其先进的生产技术、工艺流程等企业机密的保密性也是一个不容忽视的问题。既要保证企业机密不泄露，同时保证物联网的监控效果，这就需要企业内部对生产机密环节另外设立内部管理系统，对关键数据进行筛选和过滤，然后再接入园区管理平台。

3.3　射频识别技术问题

射频识别是一个复杂的系统工程，涉及到流程重组、软件、系统实施等问题。针对化工企业的识别对象以金属和液体居多，射频识别的识别率会下降，而且在标签和读写器性能上需进一步完善[10]。

4结束语

物联网技术在化工企业的应用，使得企业生产安全性更高，企业管理更加省时省力，更加智能。此外，该技术可被借鉴为安保、环境监测、气象监测等许多领域所用，具有广阔的市场空间和发展前景，必将成为IT产业发展的趋势。

参考文献

[1] 柳召辉,王平,杨韶华.物联网技术在化工企业中的应用[J].电脑知识与技术，2013,33(9)：7635-7638.

[2] 张定义.基于物联网和Zigbee的化工园区危险源监控系统设计[J].科技通报，2012,28(8)：201-204.

[3] Stenerson J.工业自动化及过程控制[M].王枞,张彬,郭燕慧,译.北京：科学出版社，2006.

[4] 刘秀菊.基于嵌入式系统物联网的智能检测系统设计[J].计算机测量与控制，2012,20(9)：2375-2377.

[5] 张峰,张晓鹏,吴高成.基于物联网的机场集成行李处理系统及其应用研究[J].计算机应用研究，2010(10)：3771-3774.

[6] 李富芳.物联网技术在化工物流的应用分析及展望[J].当代石油石化，2011(10)：26-29.

[7] 潘书娥,解琨,艾丹,等.物联网技术在危险化工产品仓储中的应用研究[J].物流科技，2013(1)：67-69.

[8] 王三明.基于物联网的企业安全生产监测预警一体化研发[J].石油化工安全环保技术，2012,28(3)：30-34.

[9] 张弢，鲍宁海,杨理想.基于物联网的化工园区安监防灾系统架构及组网技术研究[J].现代电信科技，2011(6)：55-59.

[10]黎妮,程方,鲍宁海.基于化工园区安监系统的物联网示范平台设计[J].学术研究，2011(10)：53-59.

中图分类号：TP273+.5

文献标志码：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201503016

山东省高等学校科技计划基金资助项目(编号：J12LN39)。

修改稿收到日期：2014-08-21。

第一作者薛凌燕(1982-)，女，2007年毕业于山东大学控制理论与控制工程专业，获硕士学位，讲师；主要从事嵌入式系统、工业以太网和物联网的研究。