一种用于安全生产的可燃有毒气体预警系统的制作方法

1.本发明属于预警系统技术领域，具体涉及一种用于安全生产的可燃有毒气体预警系统。


背景技术：

2.随着智能化系统的普及，在安全生产方面得到了广泛的应用，在一些生产空间内，难免会存在一些可燃且有毒的气体管道，在其输送过程中，难免会存在逸散情况，这些气体对人体的危害较大，故而对其进行实时的监测和预警是必须要配备的。
3.现有的可燃有毒气体的预警系统，是在可燃有毒气体的浓度达到额定值之后对其进行预警，只能够监测固有浓度，应变能力较差，虽然其能够起到预警效果，在达到预警值之后，也会安排工作人员进行排查，但是无法应对突发状况，气体泄露往往都存在一个持续的趋势，此过程中可能出现可燃有毒气体大量泄露的情况，从而便会极大程度上威胁工作人员的生命安全，基于此，本方案提出了一种根据可燃有毒气体变化趋势的速率来确定报警级别的预警系统，能够有效的应对突发状况，保障工作人员的生命安全。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种用于安全生产的可燃有毒气体预警系统，能够根据可燃有毒气体逸散的变化速率来确定其是否有超出标准浓度的趋势，进而便可预防生产空间内突然大面积泄露可燃有毒气体的情况发生。
5.本发明采取的技术方案具体如下：
6.一种用于安全生产的可燃有毒气体预警系统，包括气体监测模块、布控模块、数据解析模块、预警模块、校对模块、主控单元和报警器，所述主控单元用于将所述气体监测模块、布控模块、数据解析模块和预警模块通过无线通信单元连接在一起，其特征在于：
7.所述气体监测模块用于监测可燃有毒气体的浓度；
8.所述布控模块用于获取生产空间内可燃有毒气体管道分布信息，并根据所述管道分布信息确定所述气体监测模块的安装节点；
9.所述数据解析模块用于解析可燃有毒气体的浓度以及其变化趋势，并根据可燃有毒气体的变化趋势计算得到其变化速率值；
10.所述预警模块用于获取预设标准阈值和标准变化率，并将所述标准阈值与可燃有毒气体的速率值进行比较，判断是否发出预警信号；
11.其中，若所述生产空间内出现可燃有毒气体的浓度超出标准阈值或者变化速率大于标准变化率的情况，则表示生产空间为风险区域，此时报警器发出预警信号，反之，报警器则不动作；
12.所述校对模块用于在预警信号发出之后，再次采集生产空间内的可燃有毒气体的浓度，并以对应报警信号的可燃有毒气体的浓度为初始值进行计算，得到校对速率值，并将所述校对速率值和变化速率值进行比对，判断气体监测模块是否传输错误信号。
13.在一种优选方案中，所述气体监测模块包括气体传感器、温度传感器和风速传感器，所述气体传感器用于对所述生产空间内的可燃有毒气体进行监测，所述温度传感器和风速传感器用于对生产空间内的温度和风速进行监测。
14.在一种优选方案中，所述气体传感器、温度传感器和风速传感器上均配置有无线通信模块，所述无线通信模块通过无线数据与主控单元相连接。
15.在一种优选方案中，所述布控模块获取生产空间内可燃有毒气体管道分布图，根据所述管道分布图和气体监测模块的监测范围建立多个安装节点，且每个安装节点对应一个气体传感器、一个温度传感器和一个风速传感器；
16.生产空间内的安装节点总数记为i，其中，i＝1，2，3
……
，k，k为正整数；
17.相邻安装节点中的气体传感器、温度传感器和风速传感器的监测范围相互交叉。
18.在一种优选方案中，所述气体监测模块在获取生产空间内的可燃有毒气体的浓度之后，会通过无线通信单元将浓度值发送至数据解析模块中，所述数据解析模块的工作过程如下：
19.接收所有气体监测模块发送的可燃有毒气体的浓度值；
20.以初始接收信号为起始节点，建立第一个检测周期，后续以第一个检测周期结束时间点建立第二个检测周期，以此类推，实时完成对所有可燃有毒气体的数据分析；
21.在检测周期内建立多个连续的时间节点，并且获取这些时间节点对应的可燃有毒气体的浓度值；
22.将所述多个连续时间节点对应的可燃有毒气体的浓度值代入至变化速率求值函数中，其中，函数表达式为：式中，v表示单个检测周期内可燃有毒气体的变化速率值，t表示检测周期的时间段长度，δyn表示相邻时间节点之间可燃有毒气体的变化量。
23.在一种优选方案中，所述预警装置获取可燃有毒气体的变化速率值之后，将其与标准变化率进行比对；
24.其中，若所述变化速率值大于或等于标准变化率，则表明可燃有毒气体具有大面积泄露风险，生产空间内的可燃有毒气体浓度在趋向超出标准浓度的方向快速变化，此时预警模块向主控单元发送预警信息，主控单元接收到预警信息之后下发至报警器，报警器发出警报进行示警；
25.若所述变化速率值小于标准变化率，则表明可燃有毒气体的逸散在可控范围内，报警器不动作。
26.在一种优选方案中，所述气体监测模块获取的可燃有毒气体的浓度值会直接发送至预警模块，所述预警模块获取可燃有毒气体的浓度之后，直接与其预设标准阈值进行比对，且其比对优先级高于变化速率比对的优先级；
27.其中，若可燃有毒气体的浓度大于或等于预设标准阈值，则直接通过主控单元向报警器下发预警指令，报警器发出警报；
28.若可燃有毒气体的浓度低于预设标准阈值，则继续执行可燃有毒气体变化速率的比对。
29.在一种优选方案中，所述主控单元在接收到可燃有毒气体变化速率异常而发出的
预警信号之后，会立即向校对模块下发校对指令，所述校对模块根据校对指令执行校对程序，其具体过程如下：
30.所述校对模块根据预警信号向数据分析模块下发二次解析指令；
31.所述数据分析模块根据二次解析指令建立校对周期；
32.对所述校对周期内的可燃有毒气体的变化速率进行计算，其中，所述校对周期内的初始值为检测周期结束时间节点的浓度值；
33.判断校对后可燃有毒气体的变化速率是否超出标准变化率；
34.若超出，则报警器持续工作；
35.若未超出，则报警器不动作，并且校对模块再次执行校对程序，若计算结果仍未超出标准变化率，则说明对应异常信号的区域存在瞬时异常。
36.在一种优选方案中，所述主控单元接收到可燃有毒气体浓度超标对应的预警信号之后，执行校对程序，核实对应气体监测模块的监测区域是否浓度是否超标；
37.若是，则报警器持续工作；
38.若否，则报警器继续工作，并再次执行校对程序，若校对结果仍然未超标，则报警器停止工作。
39.本发明还提供了一种用于安全生产的控制终端，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上中任一项所述的可燃有毒气体预警系统。
40.本发明取得的技术效果为：
41.本发明可以对可燃有毒气体逸散的辩变化速率进行监测，从而来判断其是否有超出标准浓度的趋势，相较于传统的在可燃有毒气体的逸散超出标准浓度值之后再预警而言，能够更早的发现其异常情况，使得生产空间内的工作人员的生命安全不会受到损害，同时还设计了校对模块来对异常数据进行校对核验，以此来规避因可燃有毒气体的瞬时浓度变化而导致报警器发出警报的现象发生，使得整个监测过程更为智能，同时也避免预警系统频繁的启动，保证预警信息发出的准确性。
附图说明
42.图1是本发明的实施例所提供的预警系统流程示意图；
43.图2是本发明的实施例所提供的可燃有毒气体浓度变化速率计算流程示意图。
具体实施方式
44.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
45.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
46.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个较佳的实施方式中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
47.再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
48.请参阅附图1和附图2，本发明提供了一种用于安全生产的可燃有毒气体预警系统，包括气体监测模块、布控模块、数据解析模块、预警模块、校对模块、主控单元和报警器，主控单元用于将气体监测模块、布控模块、数据解析模块和预警模块通过无线通信单元连接在一起，
49.气体监测模块用于监测可燃有毒气体的浓度；
50.布控模块用于获取生产空间内可燃有毒气体管道分布信息，并根据管道分布信息确定气体监测模块的安装节点；
51.数据解析模块用于解析可燃有毒气体的浓度以及其变化趋势，并根据可燃有毒气体的变化趋势计算得到其变化速率值；
52.预警模块用于获取预设标准阈值和标准变化率，并将标准阈值与可燃有毒气体的速率值进行比较，判断是否发出预警信号；
53.其中，若生产空间内出现可燃有毒气体的浓度超出标准阈值或者变化速率大于标准变化率的情况，则表示生产空间为风险区域，此时报警器发出预警信号，反之，报警器则不动作；
54.校对模块用于在预警信号发出之后，再次采集生产空间内的可燃有毒气体的浓度，并以对应报警信号的可燃有毒气体的浓度为初始值进行计算，得到校对速率值，并将校对速率值和变化速率值进行比对，判断气体监测模块是否传输错误信号。
55.具体的，在生产空间内设置可燃有毒气体的预警系统时，首先要确定的便是可燃有毒气体的管道分布路径，此数据可直接获得，然后再确定气体监测模块的监测半径，再结合管道分布路径便可得到所需设置的安装节点，为保证工作人员的生命安全和预警系统的有效性，在设置气体监测模块时，采用交叉式的设计，使得相邻两个气体监测模块之间存在相交区域，此相交区域等不小于气体监测模块监测范围的三分之一，进而在执行监测任务时，能够得到较为准确的数据支持，在气体监测模块监测可燃有毒气体时，会使得监测浓度通过无线通信模块传输至数据解析模块，经由数据解析模块进行计算，在可燃有毒气体浓度未超标的情况下计算得出其浓度变化速率值，以此结合预警模块来判断可燃有毒气体是否有逸散超标的趋势，如果存在逸散超标的趋势，校对模块还会立即执行校对程序进行校对，以此来判断其计算结果是否准确，预防瞬时浓度变化造成报警器误报警的现象发生，而在可燃有毒气体的浓度超标的状态下，预警模块会立即发出预警信息，预警信息经由主控单元转换成报警指令，并下发至报警器，报警器持续工作进行报警，同时也会下发校对指令到校对模块，校对模块执行校对程序，判断报警信号是否由瞬时浓度异常造成的，此过程中，报警器持续工作，即使出现误判现象，也需要工作人员进行实地检查，以此来规避可燃有毒气体泄露的现象发生。
56.在一个较佳的实施方式中，气体监测模块包括气体传感器、温度传感器和风速传感器，气体传感器用于对生产空间内的可燃有毒气体进行监测，温度传感器和风速传感器用于对生产空间内的温度和风速进行监测。
57.在该实施方式中，温度和风速都是影响可燃有毒气体逸散的直接因素，在浓度过
高或者风速过大的情况下，可燃有毒气体就会快速的进行逸散，那么该区域内的可燃有毒气体的浓度也就会相应的降低，基于此，在监测可燃有毒气体的浓度及其变化速率时，需要将此因素考虑进去，在不同温度和风速下的可燃有毒气体的标准浓度也不一致，生产空间一般是一个密闭的空间，风速的影响可以忽略不计，但是温度是主要影响因素，其具体可通过公式n＝pv/rt求得，其中，n表示可燃有毒气体的浓度，p表示压强，v表示体积，t表示温度，由此可得，在温度升高的情况下，可燃有毒气体的浓度值在降低，在此环境下从而气体监测模块的标准浓度也在降低，这样就能够使得监测过程具有灵活性，且预警系统能够得到较为准确的数据支持。
58.在一个较佳的实施方式中，气体传感器、温度传感器和风速传感器上均配置有无线通信模块，无线通信模块通过无线数据与主控单元相连接，通过无线通信模块的设计，能够减少线缆的使用，也就省去了排线的步骤，这样生产空间内就不会出现繁杂的布线，也方便了工作人员进行维保工作。
59.在一个较佳的实施方式中，布控模块获取生产空间内可燃有毒气体管道分布图，根据管道分布图和气体监测模块的监测范围建立多个安装节点，且每个安装节点对应一个气体传感器、一个温度传感器和一个风速传感器；
60.生产空间内的安装节点总数记为i，其中，i＝1，2，3
……
，k，k为正整数；
61.相邻安装节点中的气体传感器、温度传感器和风速传感器的监测范围相互交叉。
62.该实施例中，在确定安装节点，并将气体监测模块安装完成之后，对每个气体监测模块进行编号处理，并且上传至存储器，后续在某个气体监测模块对应的监测区域出现异常时，工作人员能够根据响应编号准确的找到异常区域，此为本领域人员常用的技术手段，文中对此不再加以详细的赘述。
63.此外，需要说明的是，在生产空间内安全区域也按需设置气体监测模块，防止高温或者高风速的情况下，可燃有毒性气体向安全区域逸散，如安全区域的可燃有毒气体浓度升高，则报警器立即发出报警信号，并且需要安排紧急撤离。
64.在一个较佳的实施方式中，气体监测模块在获取生产空间内的可燃有毒气体的浓度之后，会通过无线通信单元将浓度值发送至数据解析模块中，数据解析模块的工作过程如下：
65.接收所有气体监测模块发送的可燃有毒气体的浓度值；
66.以初始接收信号为起始节点，建立第一个检测周期，后续以第一个检测周期结束时间点建立第二个检测周期，以此类推，实时完成对所有可燃有毒气体的数据分析；
67.在检测周期内建立多个连续的时间节点，并且获取这些时间节点对应的可燃有毒气体的浓度值；
68.将多个连续时间节点对应的可燃有毒气体的浓度值代入至变化速率求值函数中，其中，函数表达式为：式中，v表示单个检测周期内可燃有毒气体的变化速率值，t表示检测周期的时间段长度，δyn表示相邻时间节点之间可燃有毒气体的变化量。
69.在该实施方式中，在对生产空间内可燃有毒气体的浓度进行分析时，采用了多周期分析的方法，从而便可得到多个检测周期内前后的浓度变化值，并以此为基础建立多个
时间节点，根据检测周期内可燃有毒气体浓度的变化情况进行其变化速率值的计算，从而便可得到可燃有毒气体短期内的浓度变化速率，此过程选用了多个可燃有毒气体的浓度值，再取平均值进行计算，使得最终求得的变化速率值的可信度增强，相较于对每个时间节点之间的变化速率进行计算而言，能够在一定程度上规避瞬时浓度异常造成的影响，也能够相应的减少计算量，并且如果某个检测周期内部的数据存在异常，也能够记录下其异常时间段，后续通过大量数据的支持，来判断在这一时间段内是否存在其它因素导致异常信号的发生，例如，在生产空间内，设备运行之初，各项指标均处于正常状态，而在设备长时间工作之后，会产生过热现象，从而便可能导致生产空间内部的温度升高，而靠近该设备的可燃有毒气体管道逸散出的气体就会受到影响，进而此时间段内所采集的可燃有毒气体的浓度值数据波动教导，从而就会导致对应检测周期内的变化速率值存在异常，在实际应用中，工作人员可对此检验周期内的数据进行收集，计算出该检测周期内多组可燃有毒气体变化速率是否在合理的波动范围内，再以此为基础，确定该检测周期内的标准阈值，防止后续每次到达该时间段，报警器均会发生报警的现象发生。
70.在一个较佳的实施方式中，预警装置获取可燃有毒气体的变化速率值之后，将其与标准变化率进行比对；
71.其中，若变化速率值大于或等于标准变化率，则表明可燃有毒气体具有大面积泄露风险，生产空间内的可燃有毒气体浓度在趋向超出标准浓度的方向快速变化，此时预警模块向主控单元发送预警信息，主控单元接收到预警信息之后下发至报警器，报警器发出警报进行示警；
72.若变化速率值小于标准变化率，则表明可燃有毒气体的逸散在可控范围内，报警器不动作。
73.上述中，在数据分析模块确定了可燃有毒气体的浓度变化速率值之后，会将此数据上传至预警模块中，预警调取标准变化率与其进行比对，并且根据比对结果发出不同的指令，比对结果存在两种情况，在可燃有毒气体的浓度变化塑速率值高于标准变化率时，说明其逸散的气体浓度在逐渐增加，有趋于超出标准浓度指标的趋势，也就说明可燃有毒气体管道存在泄露的风险，此时报警器发出报警信号，工作人员能够在管道未泄漏之前进行排查，以此来保证生产空间内工作人员的生命安全，反之，表示可燃有毒气体的逸散在可控范围之内，报警器不动作。
74.在一个较佳的实施方式中，气体监测模块获取的可燃有毒气体的浓度值会直接发送至预警模块，预警模块获取可燃有毒气体的浓度之后，直接与其预设标准阈值进行比对，且其比对优先级高于变化速率比对的优先级；
75.其中，若可燃有毒气体的浓度大于或等于预设标准阈值，则直接通过主控单元向报警器下发预警指令，报警器发出警报；
76.若可燃有毒气体的浓度低于预设标准阈值，则继续执行可燃有毒气体变化速率的比对。
77.该实施例中，需要说明的是，预警模块在比对可燃有毒气体浓度的变化速率之前，需要先行确定可燃有毒气体的浓度是否存在超出标准浓度值的情况，若存在，则说明可燃有毒气体的逸散已经威胁到生产空间内工作人员的生命安全，此时无需执行可燃有毒气体变化速率的计算，报警器会立即发出示警信号，反之，则继续执行可燃有毒气体的变化速率
的计算，以此来确定可燃有毒性气体的逸散是否有超出标准的趋势。
78.在一个较佳的实施方式中，主控单元在接收到可燃有毒气体变化速率异常而发出的预警信号之后，会立即向校对模块下发校对指令，校对模块根据校对指令执行校对程序，其具体过程如下：
79.校对模块根据预警信号向数据分析模块下发二次解析指令；
80.数据分析模块根据二次解析指令建立校对周期；
81.对校对周期内的可燃有毒气体的变化速率进行计算，其中，校对周期内的初始值为检测周期结束时间节点的浓度值；
82.判断校对后可燃有毒气体的变化速率是否超出标准变化率；
83.若超出，则报警器持续工作；
84.若未超出，则报警器不动作，并且校对模块再次执行校对程序，若计算结果仍未超出标准变化率，则说明对应异常信号的区域存在瞬时异常。
85.在该实施方式中，生产空间内的可燃有毒气体的逸散不可避免的会发生瞬时浓度异常情况，此种现象并不会影响到工作人员的安全生产，但是会触发报警器进行报警，基于此设置的校对模块能够很好的规避这一现象，两次校对程序的执行，能够准确的判断出是否因为可燃有毒气体的瞬时浓度异常而导致报警器误报警的现象发生，若是其中有一次校对过程显示浓度变化速率超标，则需要安排工作人员撤离，并且对可燃有毒气体的管道进行排查。
86.在一个较佳的实施方式中，主控单元接收到可燃有毒气体浓度超标对应的预警信号之后，执行校对程序，核实对应气体监测模块的监测区域是否浓度是否超标；
87.若是，则报警器持续工作；
88.若否，则报警器继续工作，并再次执行校对程序，若校对结果仍然未超标，则报警器停止工作。
89.上述中，在报警器第一次发出警报之后，校对模块会立即执行两次校对程序，以此来判定是否因瞬时浓度异常而导致的报警器发出警报，两次校对程序中如果存在一次超出标准浓度的，就说明确实存在可燃有毒气体大量逸散的现象出现，此时需安排工作人员紧急撤离，后续再对超出浓度值的量进行核算，以此来制定不同的抢修方案，保护工作人员的生命安全的同时，也避免了可燃有毒气体的逸散进一步扩大。
90.本发明还提供了一种用于安全生产的控制终端，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述中任一项的可燃有毒气体预警系统。
91.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。
92.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。