炼化企业中人员安全系统的设计和应用

王璐

炼化企业乌石化公司的长足发展以安全管控为核心，坚决遏制安全事故的发生，但安全生产风险防控的现实“需求”与现行相关措施的有效“供给”之间仍存在较大差距，过去乌石化公司生产现场管理都是通过语音对讲方式跟踪现场人员信息，人员生命安全的时效性无法保证；其次生产厂区周界缺乏对入侵监测的有效技术手段，无法在黄金时间内采取有效措施进行定位和防范。针对以上问题，为了解决乌石化公司生产装置巡检人员安全问题，完善公司生产区域周界防范系统，本文提出了基于物联网技术的人员安全定位系统和振动光缆周界防范系统的组网方案及框架搭建。

如上图1所示，通过北斗卫星导航系统、GPS卫星人员安全定位及4G技术应用系统建设，实时精确掌握厂区内巡检人员及外来人员的位置与状态信息，及时发现安全问题与潜在风险，并快速做出处理。如图2所示，通过在乌石化公司生产区周界围墙11公里左右距离长度搭建振动光缆，覆盖生产区域近8公里范围的周界安保进行高效和实时的监控，以及对周界安防的异常情况、报警信息进行及时排查和处理，加强厂区安全管控能力。

一、系统总体架构

乌石化公司物联网系统按照采集层、传输层和应用层三层功能架构搭建，其中采集层及传输层是整个物联网系统的基础建设内容，为上层应用提供基础设施和数据感知技术保障，应用层则面向乌石化公司生产安全管理各环节提供应用服务。其中在应用层的建设内容为周界防范系统和人员安全管理两个子模块。通过在公司部署数据采集感知设备、建设覆盖无线网络传输通、运用智能化的定位终端设备和技术，规范现场操作，加强内外操沟通协作，实现人员安全管理和厂区周界防范联动报警。

二、系统组网规划

乌石化公司物联网系统采用有线网络与无线网络相结合的组网方案（见图3）：在生产区域内建立覆盖现场的无线4G网络，作为有线局域网在生产现场的补充和延伸，实时传输采集层获取的物联感知数据；无线4G网络最终接入炼化企业乌石化公司局域网内，实现数据经由有线局域网络的传输和汇聚。因此，本系统的网络由两部分构成：第一部分是作为企业网络核心的有线局域网，第二部分是作为有线网络的补充和延伸、实现生产现场的企业无线网络覆盖。

三、系统硬件部署

（一）物联网采集层的建设方案

采集层通过在乌石化公司生产现场及周界围墙部署传感器、摄像机、移动终端等设备，实现对人员位置、周界现场监控视频、周界现场人员入侵报警等数据的采集。

1.人员安全数据采集方案

人员安全数据采集（如图4）以卫星定位技术（兼容GPS和北斗定位系统）作为主要技术手段，在重点区域部署4G无线网，对区域较弱的卫星信号进行补充，进一步提高现场巡检人员的定位精度，同时在现场巡检点、重点区域部署RFID标签，辅助人员位置定位精度，从而以最低的投资建立高效的、完整的人员安全管理系统。

2.周界防范系統数据采集方案

周界防范管理系统主要是通过在乌石化公司生产厂约11公里的周界围墙部署振动光纤实现对人员非法入侵事件的探测感知，通过信号分析设备、报警主机实现振动光纤波形信号的汇总分析，并形成相应的报警信息，通过后台监控软件实现报警的处理、展示、存储、查询，以及对摄像机、声光警示设备的联动控制。本设计方案在乌石化公司厂区周界安装70台网络高清摄像机及声光报警器。振动信号和视频信号通过传输光缆分别接入到安装在4个二级单位汇聚网络设备机房的4台报警主机和4台光网络交换机，并进行相关策略的配置。网络硬盘录像机及IPSAN设备安装在中心机房，监控计算机安装在武保部的监控中心。网络硬盘录像机通过视频监控网络接入乌石化公司现有的视频监控系统。

（二）传输层建设方案

传输层包括有线、无线网络和网络管理功能，即以乌石化公司现有的有线网络为基础，建设覆盖生产现场的企业4G无线网络（如图5），并通过网络管理功能实现网络配置、网络设备和网络安全的管理。

1.无线网络：建立覆盖企业的4G无线网络，通过与卫星定位技术的结合，传输生产区人员位置数据、巡检业务数据、无线仪表和无线传感器数据等。

2.有线网络：以企业现有的有线网络作为本次项目的网络基础，现场所有数据最终经由有线网络传输到后台应用系统中。无线网络要与有线网络对接实现数据的上传。

3.网络管理：能够对无线网的终端接入、认证和数据加密、数据传输等进行统一管理，并提供统一的管理界面；提供无线网与有线网的隔离和安全防护功能；管理网络安全和网络设备。

（三）应用层建设方案

应用层包括周界防范系统和人员安全管理系统两个业务管理功能以及标准规范管理、系统基础管理兩个基础功能。

1.周界防范系统

周界防范系统涵盖6个功能应用子模块，包括前端数据采集、监控管理、报警管理、参数配置管理、报警联动动作管理、报警查询与分析等，详情见图6。

（1）前端数据采集

报警数据采集：实现对周界入侵报警数据的采集与接入功能，主要包括周界系统入侵报警、故障报警、断线报警等数据信息的采集与接入。

视频数据采集：实现对周界区域内摄像头视频数据的采集与接入功能。

（2）监控报警管理

电子地图显示：周界防范系统以电子地图显示的方式，将周界防范系统产生的人员入侵、断线报警、设备故障报警等类型的异常报警信息展示出来。

实时视频监视：如图7所示，周界防范系统软件平台可以通过周界区域现场安装的摄像机同时对多个周界防区实现实时监视功能。

报警人工处理：当周界系统产生报警信息后，由乌石化公司武保部监控人员对报警信息进行确认、误报消警等处理。

（3）联动动作管理

声光警示联动：当周界报警系统报警产生后，根据报警等级和类型接通周界区域联动的声光警示设备，以声光报警方式对生产周界区域入侵人员实现提醒以及警示功能。

摄像机联动：当周界报警系统报警产生后，周界防范系统对可调动报警防区相对应的摄像机实现视频监视。

视频显示：当周界报警系统报警产生后，根据报警点的防区位置，监控软件自动弹出摄像头监视界面，对周界区域产生的入侵报警进行视频确认。

2. 人员安全管理系统

根据乌石化公司厂区巡检人员携带的定位终端实时回传的定位信息，对生产区内人员位置进行在线显示，并通过异常报警、人员位置搜索、轨迹回放等功能，及时了解人员的安全状态，以及在进行救援时提供指导和帮助，实现厂区人员的安全管理。

（1）人员定位显示

人员位置定位：设置显示人员的范围，如按人员身份或者按区域显示人员位置。同时提供显示条件的设置，显示条件包括始终显示、报警时显示等。

人员轨迹回放：按照人员信息和时间范围进行人员轨迹的回放，回放过程具备加速、减速和跳跃等模式。

（2）人员异常报警

人员异常系统自动报警：当出现人员异常情况时，在终端上和后台监控系统进行报警提醒。当人员长期静止不动时，在后台以设定方式报警，并在地图上以高亮形式显示人员图标并闪烁。

主动触发报警：当现场终端求救按钮（SOS键）被按下时，在后台监控系统以最高报警级别进行求援报警提示，点击求援报警提示后可快速锁定求援位置。

四、系统应用效果

通过在炼化企业乌石化公司范围内实施物联网技术的推广，以现场安全隐患和生产业务需求为技术攻关的目标方向，实现了多个生产业务领域的安全防护机制。自2017年至今乌石化公司物联网周界防范系统和人员安全管理系统运行正常，达到了物联网技术应用于炼化企业信息化及生产现场的预期目标。通过对乌石化公司基于物联网技术的周界安全防范和厂区人员巡检的部署，加强公司生产HSE安全管控能力，促进公司精细化、自动化、数字化和智能化的管理提升，在提高炼化企业乌石化公司社会效益和安全效益上起到了重要作用。

五、结论

本文基于物联网感知技术实现了人员巡检定位及生产厂周界防范的系统建设，达到了各生产厂现场巡检人员在巡检过程中轨迹、时间的动态监控和人员紧急情况下的一键报警功能，实现生产厂周界防范及摄像机可视联动报警功能。有效地对公司的人员巡检、周界防范等各环节进行动态监测、分析和报警。在出现异常情况时，各系统间发挥联动效应，为下一步应急处理提供有效技术支撑，有效提升了乌石化公司现场生产安全管控能力和水平。