王沖,張春迎

（天津渤海職業(yè)技術學院信息工程學院，天津 300402）

物聯(lián)網(wǎng)通常分為三層，感知層、網(wǎng)絡層和應用層。其中感知層相當于人的皮膚和五官，各種各樣的傳感技術像人的五官一樣可以感受周圍環(huán)境的變化，因此傳感器又被人們稱為電五官。感知層進行信息的采集，可以應用的技術包括條碼和掃描器、智能卡、RFID 電子標簽和讀寫器、攝像頭、GPS、傳感器，其中條碼和RFID 標簽顯示身份，傳感器捕捉信息狀態(tài)，攝像頭記錄圖像，GPS 進行跟蹤定位，最終實現(xiàn)識別物體、采集信息的目標，實現(xiàn)對事物的識別與辨別、定位及狀態(tài)和環(huán)境變化的動態(tài)信息。本文提出將物聯(lián)網(wǎng)感知層技術應用于智慧化工廠建設中，提高安全生產和安全管理并加強智慧工廠的建設[1]。

1 智能傳感器檢測系統(tǒng)

智能傳感器（Smart Sensor）是一種具有一定信息處理能力的傳感器，以傳統(tǒng)的傳感器與微處理器結合起來的方式進行制造生產，微處理器可以對采集的信號進行分析處理[2～7]，然后把處理結果發(fā)送給主機或者反饋給管理人員。智能傳感器可以顯著減小傳感器與主機之間的通信量，并簡化不同傳感器集合的系統(tǒng)。已經(jīng)實用化的智能傳感器有：智能壓力傳感器、智能溫濕度傳感器、智能流量傳感器、智能加速度傳感器、智能檢測傳感器、智能位置傳感器等。智能傳感器系統(tǒng)架構圖如圖1 所示。

圖1 智能傳感器系統(tǒng)架構圖

通過在環(huán)境中部署傳感器節(jié)點可以實時采集數(shù)據(jù)，如可燃氣體濃度，溫濕度、光照度等信息，終端也可部署攝像頭等采集圖片視頻信息，通過有線和無線技術連接到網(wǎng)關上，將感知層的數(shù)據(jù)實時上傳到應用層，感知層也可部署各類執(zhí)行器，一旦發(fā)生安全事件，可以一鍵操作，快速執(zhí)行，如報警器、一鍵斷電、一鍵報警等設施，可從源頭監(jiān)測數(shù)據(jù)。由于底層部署傳感器數(shù)量多，傳感器采集數(shù)據(jù)量大，因此智能傳感器網(wǎng)中采用工業(yè)級的高性能交換機，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鲿承?、實時性、不卡頓，骨干環(huán)網(wǎng)采用千兆級別網(wǎng)絡，保障網(wǎng)絡暢通、數(shù)據(jù)暢通。網(wǎng)絡可采用的有線技術有485 總線，232 總線，可采用的無線技術有ZigBee，BasicRF，NB-IOT,Lora 等多種有線無線通訊技術[8～11]。

2 智慧化工廠建設

化工是國民經(jīng)濟生活的重要組成部分，化工業(yè)占比接近國民生產總值的1/5，隨著生產量的增加，化工廠的安全事故頻發(fā)，因此加強化工廠的安全生產刻不容緩。通過將物聯(lián)網(wǎng)技術應用于化工廠，可以提高化工廠的智能化水平，方便并提高化工廠的安全生產。

智慧化工廠通過感知技術可以獲取生產設施的各種信息，如狀態(tài)信息、溫度信息、氣體濃度信息?；S的智能建設主要由監(jiān)測部分、自動報警部分和聯(lián)動控制部分組成[12]。

監(jiān)測部分負責監(jiān)測容易發(fā)生生產安全事件的重點部位，如存放易燃易爆的存儲罐、?；穾旆俊㈦娖髟O備車間等。甚至危險級別不高的部位也需監(jiān)測，因為化工材料的特殊性可以會產生連鎖反應，危險級別不高的材料如果存儲不安全也可帶來巨大的安全隱患。在易燃易爆的存儲罐中部署壓力傳感器，監(jiān)測存儲罐中的壓力，將數(shù)據(jù)實時反饋給管理者，如果壓力過大，超過設定的預警值，會產生警報并通過聯(lián)合控制打開泄氣閥門，降低存儲罐中的壓力。在易燃易爆的危險品庫房安裝攝像頭和溫濕度傳感器、煙霧傳感器，可以檢測庫房的?；窢顟B(tài)，由于危化品對溫度濕度信息比較敏感，如果環(huán)境值超過預警值，會觸發(fā)報警開關，將危險信息發(fā)送給管理平臺或管理者的手機，通知管理者迅速處理，還可以通過人工或者聯(lián)動控制模塊自動處理，將危險因素盡快消除。在管理端有對應的管理者平臺軟件，不僅可以看到傳感器傳上來的實時數(shù)據(jù)，還對應云平臺和數(shù)據(jù)庫，云平臺不僅可以通過網(wǎng)頁實時顯示傳感器的數(shù)據(jù)，還可以設定網(wǎng)頁自動刷新時間，數(shù)據(jù)庫可以存儲數(shù)據(jù)，一旦發(fā)生安全事件可以做到數(shù)據(jù)追蹤溯源，方便查改。

3 實驗仿真

模擬仿真實驗采用Lora 長距離低功耗通信技術進行溫濕度和光照度的采集，三個Lora 模塊搭建起LoraWAN 網(wǎng)絡，圖2 中左一lora 模塊為溫濕度采集模塊，左二模塊為lora 光照度采集模塊，右一模塊為lora 網(wǎng)關，網(wǎng)關模塊通過232 線連接到云平臺網(wǎng)關，搭建云平臺lora 平臺，并且通過新大陸實驗平臺給網(wǎng)關和各模塊供電，實驗效果如圖2 所示。

圖2 lora 模塊實驗仿真

圖3 云平臺數(shù)據(jù)

云平臺數(shù)據(jù)上傳圖如圖3 所示：網(wǎng)頁數(shù)據(jù)設定每5S 刷新一次。

4 結論

無論是企業(yè)的安全生產還是學校的學習生活對于人們來說都是十分重要的，安全始終都是底線，不可觸碰，本文提出將物聯(lián)網(wǎng)感知層技術應用到智慧化工廠系統(tǒng)建設中，給出了智慧化工廠建設模型，通過在重點領域部署各種傳感器，利用多種網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫等技術加強安全生產區(qū)域的管理和監(jiān)督，提高了安全管理人員對化工廠安全工作的效率和質量，而仿真實驗也驗證了方案的有效性。