一种分布式有害气体监控报警系统的制作方法

本发明涉及一种有害气体监控报警系统。

背景技术：

在工业生产以及实验室的特殊实验中常常会使用有害气体，这些气体是生产或实验所必须的，但由于有毒或易燃易爆，使用过程中必须对气体泄漏情况进行监控，以期在发生泄漏初期尚未造成危害时即被发现并处置。

对于不同的生产环境以及实验环境，所要部署的监控网络规模可能存在很大差异，并且不同的应用环境可能存在不同的网络部署限制，另外对于不同的应用场景也往往会存在不同的应急处置设备以及应急处置方案。为每种应用场景针对性的开发一套监控报警方案固然可行，但一套灵活易扩展的、可以适应多种应用场景的泄漏监控报警方案显得更为经济。

专利cn202421166u公开了一种应用于电缆隧道的有害气体监测系统，专利cn201417277y公开了一种石油化工气体安全检测监控系统，这些现有的有害气体监控系统针对于特定领域，通用性差。现有的有害气体监控系统方案仅仅对大空间中的有害气体浓度进行检测，对于有些应用场景——如对管道运输的有害气体的泄漏检测时，现有的监控方案监控效果很差。另外现有的监控系统的监控范围具有较大的局限性，无法适用于广域的大规模监控网络。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的通用性差、难以针对泄漏进行监控以及难以构建广域的大规模监控网络的缺点，提出一种有害气体泄漏监控报警系统。

本发明有害气体泄漏监控报警系统包括现场主控制器、监测报警单元、监控主机及应急联动装置。监控主机和应急联动装置是可选部件，可根据实际使用需求决定是否采用。现场主控制器分别与监测报警单元、监控主机及应急联动装置相连接。监测报警单元将检测信息及自身运行状态信息传输给现场主控制器，现场主控制器将控制信息和配置信息传输给监测报警单元，现场主控制器将其所管理的监控网络的检测信息及网络运行状态信息传输给监控主机，监控主机将控制信息及用户设定数据传输给现场主控制器，现场主控制器将联动信息传输给应急联动装置。

所述的现场主控制器包括处理器模块、存储器模块、网络通信模块、子网络通信模块、应急联动接口模块和电源模块。处理器模块分别与存储器模块、网络通信模块、子网络通信模块以及应急联动接口模块相连，电源模块分别与现场主控制器中的其他模块相连并为他们供电。处理器模块能够处理数据，并能够与其他模块进行通信；存储模块可用于存储监控数据、配置数据；网络通信模块可采用有线或无线形式，通过网络通信模块所述现场主控制器可以接入本地局域网或广域互联网，进而实现与控制主机通信；子网络通信模块可采用有线或无线形式，通过子网络通信模块所述现场主控制器可以与监测报警单元进行通信；应急联动接口模块与应急联动装置相连，通过应急联动接口模块所述现场主控制器可以控制应急联动装置处理紧急事件。现场主控制器中可以设定应急联动规则，当条件满足设定规则时现场主控制器会自动按照规则控制应急联动装置工作。

所述的监测报警单元包括微控制器、通信模块、声光报警模块、信号处理接口、两个传感器、辅助控制模块和电源模块。微控制器分别与通信模块、声光报警模块、信号处理接口和辅助控制模块相连，传感器与信号处理接口相连，电源模块分别与监测报警单元中的其它部分相连并为它们供电。微控制器作为所述监测报警单元的核心，能够处理数据并做出判断；通过通信模块，所述监测报警单元能够与现场主控制器进行通信，发送监测数据、报警信息、运行状态信息并接收现场主控制器的控制；当监测数据满足设定条件时，所述监测报警单元通过声光报警模块发出相应的报警信号；信号处理接口负责将传感器输出的信号转换为微控制器可以接受的形式；传感器负责将待检测气体的浓度转换为可测量电信号，所述监测报警单元可安装两个传感器，两个传感器相互作为备份构成冗余设计，提高监测可靠性；辅助控制模块在采用半封闭安装形式时提供排气控制功能。

所述监测报警单元是一个智能化的可独立运行的单元。智能化体现在所述监测报警单元除能够监测有害气体外还能够监控传感器的使用时间，并对传感器的寿命进行预测，在传感器将要达到寿命期限时，向系统发出警告来提示更换传感器，这大大降低了系统的维护难度，提高了系统的可靠性。可独立运行性体现在当对监测报警单元设定了运行规则后，即使与现场主控制器间的通信发生故障，监测报警单元的声光报警功能仍然可以正常工作。

所述半封闭安装形式是监测报警单元的一种安装形式。这种安装形式非常适用于对易漏部位的监测，如管道的连接法兰。当采用此种安装形式时通过半封闭安装壳将监测报警单元与管道的易漏部位包裹在一起，并在安装壳的靠近传感器部位开通气孔，在传感器对侧安装风扇，风扇与监测报警单元的辅助控制模块相连，监测报警单元可以控制风扇加强安装壳包裹的空间的换气。所述的半封闭安装形式能过针对易漏部位进行泄漏监测，当易漏部位发生轻微泄漏时在安装壳包裹的半封闭空间中有害气体的浓度会迅速上升从而被有效检测到，这种安装方式可以大大提高对易漏部位的泄漏的检测能力。

一个所述的现场主控制器与一个或多个所述的监测报警单元构成一个监控子网络。在所述监控子网络中监测报警单元的数量是可以改变的，在运行过程中即可添加、移除和更换监测报警单元，这使得所述监控子网络具有很高的部署灵活性、可维护性和易扩展性。所述监控子网络中现场主控制器与监测报警单元通过有线或无线方式进行双向通信，监测报警单元实时将监测数据以及报警信息发送给现场主控制器，现场主控制器将来自监测报警单元的数据做进一步处理；在须要时现场主控制器可以向监测报警单元发送配置数据，设定监测报警单元的运行规则。在所述监控子网络中可以根据实际需求接入相应的应急联动装置，应急联动装置通过现场主控制器的应急联动接口模块与现场主控制器相连，现场主控制器能够按照设定规则控制应急联动装置工作。

所述的监控主机是所述系统的可选组成部分，当需要同时管理多个监控子网络或需要进行远程监控时，需要使用监控主机。利用监控主机和多个监控子网络可以构成大规模监控网络，监控子网络间不存在地域上的限制，仅需要监控子网络能够与监控主机建立网络通信。所述监控主机可以是一台普通pc或运行在互联网上的服务器，监控主机上运行监控程序。当与监控主机建立链接后现场主控制器会将所收集的监控数据上传到监控主机，监控主机将数据存入数据库。另外监控主机提供历史数据查询和数据报表功能。

本发明是一个灵活可扩展的分布式有害气体监控报警解决方案，可以根据需求灵活布置监控网络。系统的灵活可扩展性体现在可以根据实际需求部署一个或多个监控子网络，每个监控子网络可以独立运行并设定独立的联动规则，每个监控子网络可以处于同一地域或不同地域；每个监控子网络中监测报警单元的数量可以依据需求增加或减少，每个监测报警单元可以设定独立的报警阈值；可以通过改变监测报警单元中传感器类型实现多种有害气体的监测，如有毒气体，可燃气体。本发明针对易漏部位采用半封闭式安装形式，采用此种安装形式可以在发生轻微泄漏时即被检测到，使得泄漏造成危害前即被发现并处置。本发明可以通过监控主机和多个监控子网络构成大规模监控网络，通过大规模监控网络可以极大扩展监控网络可覆盖范围。

附图说明

图1为本发明现场主控制器的组成结构框图；

图2为本发明监测报警单元的组成结构框图；

图3为本发明监控子网络的组成结构示意图；

图4为本发明通过监控主机和多个监控子网络组建大规模监控网络的示意图；

图5a为本发明半封闭安装形式的易漏接头示意图；

图5b为本发明半封闭安装形式的半封闭安装壳和监测报警单元组装示意图；

图5c为本发明半封闭安装形式的总体安装示意图；

图5d为本发明半封闭安装形式的风扇安装位置示意图；

图5e为图5d方框部位放大图，表示了传感器以及通气孔的位置；

图6为具体实施例1的组成结构示意图；

图7为具体实施例2的组成结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

本发明有害气体泄漏监控报警系统包括现场主控制器、监测报警单元、监控主机以及应急联动装置。现场主控制器分别与监测报警单元、监控主机以及应急联动装置相连。监测报警单元将检测信息以及自身运行状态信息传输给现场主控制器，现场主控制器将控制信息和配置信息传输给监测报警单元，现场主控制器将其所管理的监控网络的检测信息以及网络运行状态信息传输给监控主机，监控主机将控制信息以及用户设定数据传输给现场主控制器，现场主控制器将联动信息传输给应急联动装置。监控主机和应急联动装置是可选部件，可根据实际使用需求决定是否采用。

如图1所示，所述的现场主控制器包括处理器模块、存储模块、网络通信模块、子网络通信模块、应急联动接口模块和电源模块。处理器模块分别与存储器模块、网络通信模块、子网络通信模块以及应急联动接口模块相连并进行通信，电源模块分别与现场主控制器中的其他模块相连并为他们供电。

如图2所示，所述的监测报警单元包括微控制器、通信模块、声光报警模块、信号处理接口、两个传感器、辅助控制模块和电源模块。微控制器分别与通信模块、声光报警模块、信号处理接口和辅助控制模块相连并与他们通信；传感器与信号处理接口相连，信号处理接口将传感器输出的电信号进行调理并采样得到数字信号；电源模块分别与监测报警单元中的气体部分相连并为它们供电。

如图3所示，一个所述的现场主控制器与一个或多个所述的监测报警单元构成一个监控子网络。一个监控子网络中可以根据需要连接应急联动装置。监测报警单元与现场主控制器间通过有线或无线方式进行连接并通信。应急联动装置通过现场主控制器中的应急联动接口模块与之相连，通过修改应急联动接口模块可以在子网络中接入不同类型的应急联动装置。

如图4所示，一个所述的监控主机与多个所述的监控子网络构成大规模监控网络，大规模监控网络中的每一个监控子网络是独立的，他们可以被安置在空间相距非常远的地方。

如图5所示，当采用半封闭安装形式对易漏部位的泄漏进行重点监测时，利用半封闭安装壳将监测报警单元与管道的易漏部位包裹在一起，并在安装壳的靠近传感器部位开通气孔，在传感器对侧安装风扇，风扇与监测报警单元的辅助控制模块相连，监测报警单元可以控制风扇加强安装壳包裹的空间的换气。图5a示了一个待重点监测的易漏接头；图5b展示了监测报警单元和半封闭安装壳组装在一起的情形；图5c展示了完整的半封闭安装形式的示意图；图5d展示了半封闭安装形式的风扇安装位置；图5d展示了半封闭安装形式中传感器及通气孔在安装壳上的位置。

具体实施例1。本实施例发生的场景为一个以液化天然气为冷却介质的超导实验室。实验环境中存在液化天然气传输管道，制冷装置以及实验罐等。为了保证实验安全需要实时监控天然气的泄漏。如图6所示，在本实施例中系统使用了现场主控制器、多个监测报警单元以及应急联动装置，没有使用监控主机。监测报警单元采用了常规安装形式和半封闭安装形式。应急联动装置包括排气系统和电话报警模块。排气系统和电话报警模块通过有线通信方式与现场主控制器相连，各个监测报警单元通过无线通信方式与现场主控制器相连。部署监控系统时设定各个监测报警单元的报警阈值以及报警恢复阈值，并对现场主控制器设定两条应急联动规则，第一条为当4号和5号监测报警单元中任何一个检测浓度值超过某一设定值时将启动排气系统进行排气；第二条为在特定的敏感时间段，如果任何一个监测报警单元发生报警将通过电话报警模块呼叫设定号码。

在使用中，假设3号监测报警单元检测浓度超过了报警阈值并且处于敏感时间段。那么3号监测报警单元将通过自身的声光报警装置发出报警信息，并通过无线通信方式将报警信息发送给现场主控制器，现场主控制器处理信息后发现满足第二条应急联动规则，所以通过电话报警模块呼叫设定号码实现电话报警。

具体实施例2。本实施例为发生在室外的液氢输送实验环境。实验环境中包括一个液氢生产站a，一个液氢中继站b和一个液氢利用站c。每个站点中都有相应的液氢处理设备并且处于室外，生产站与中继站以及中继站与利用站间通过液氢输送管道连接，站点之间相距距离较远。为了保证实验安全，须要实验各个环节进行泄漏检测。如图7所示，在本实施例中，分别在三个站点部署了1号、2号和3号监控子网络。三个子网络中的现场主控制器均通过4g通信模块接入到互联网。在每个监控子网络的管道及设备的易漏接头处通过半封闭安装形式安装了监测报警单元，各个监测报警单元与对应的现场主控制器间通过有线通信方式相连。每个子网络中安装一个电话报警模块，电话报警模块通过有线通信方式与相应的现场主控制器相连。整个监测系统使用了监控主机，监控主机连接到互联网，监控主机与各个现场主控制器通过网络通信相连。

在使用过程中，可以通过监控主机同时对三个监控子网络进行监控。每个监控子网络都可以像实施例1中描述的那样独立地进行监控报警工作。