智慧城市之危險源遠程監控解決方案

北京三維力控科技有限公司 董黎芳

1 概述

隨著社會經濟和文化生活的不斷發展，公眾服務和公共安全已經成為政府部門和各行業部門的一個非常重要的工作。提高政府及各行業部門對緊急、突發事件的快速反應和抗風險的能力，建設救援指揮系統為公眾提供更快捷的緊急救助服務，已成為社會一個迫切的課題。對重大突發事件的現場高效指揮調度處理能力已經成為現代化管理程度的重要標志之一。

隨著城市建設的發展，一些有毒、有害、易燃、易爆等危險源有明顯向城市整體區域擴散的趨勢，由此產生的火災、爆炸和毒物泄漏等重大災害事故也屢屢發生，嚴重危及了城市安全。為了城市的安全，必須把城市重大危險源的控制與管理提到重要位置。

危險源對象是指工業生產過程中所需的以及各種生產場所擁有的設施或設備，如罐區、庫區、生產場所等對象。這些對象有各種易燃、易爆、毒性等危險物質，對安全生產和人身安全構成了極大的威脅。它們的特性參數是重大危險源監控預警系統所要關注的主要參數，將這些參數進行數據采集，轉換成計算機所能識別的信號，進行計算機對重大危險源的監視、檢測、預警和控制，預防重大事故的發生，實現安全生產的目的。

2 系統架構設計

在可燃氣體、危險化學品、固體廢棄物、危險設備等行業，實時監測重大危險源和其他高風險場所、裝置的運行和管理狀況，提高安全監管部門和相關單位的安全生產日常監管、風險管理、預測預警和應急處置能力，有效降低安全生產事故率，并為市領導掌控本市安全生產總體情況提供服務。

從政府角度分析：

·通過本系統能夠為各級安監部門全面、準確、快捷掌握生產企業的實時生產狀況。

·通過本系統能夠幫助各級安監部門全面掌握所監管的各個生產企業的安全生產情況，如各企業的基本情況、各企業重大危險源的情況、應急預案、生產過程中的規范要求及安全人員的監督狀況等，實現企業的安全監管。

·通過此系統能夠幫助各級安監部門監管各類重大危險源詳細的生產狀況及位置分布。

從企業角度分析：

·可對各類涉及安全生產重要崗位的人員和操作過程進行監控錄像。

·對各類涉及安全生產車間、倉庫等場所的重要數據（如有毒氣體濃度、溫度、壓力）進行監測，超限時進行報警。

·可對安全生產內部管理文件、信息進行網絡發放、申報。

·可對危險化學品儲罐區、倉庫等進行監控錄像。

·通過網絡，如計算機、手機，企業管理人員不管身在何處，可以實現對本企業重點部門的實時現場監控，并可發出相關指令。系統總體框架如圖1所示。

圖1 系統總體框架

2.1 危險源數據中心管理平臺設計

危險源管理系統從邏輯上被分為數據采集層、數據管理層和功能實現層。其中數據采集層為軟件系統的基礎層，主要負責各種數據信息的采集，包括危險源各監測點的實時信息、危險源的地理系統GIS信息、海量的報警信息等，因此對軟件平臺有很高的要求。

·各種管理信息平臺集成

項目中要求危險源管理系統具有與ERP系統、設備診斷系統、GIS系統、視頻監控系統、應急指揮系統等系統進行整體融合和集成。

·企業信息安全

該項目中保證生產管理網絡與辦公網絡數據在共享的情況下充分保證綜合自動化控制系統安全不被侵擾。

·系統擴展性

系統具備良好的擴展性，為以后系統的擴展留下充足的擴展空間。

由于危險源監控管理系統需要一個高性能、高吞吐能力、可靠性強、跨平臺的實時/歷史數據庫系統。該系統具備強大的功能性和靈活性，與實時系統的高時效性和高壓縮比完美的結合在一起，實現危險源管理與工廠現場的無縫結合。

企業級實時歷史數據庫以對多個平臺的完美支持、完全的分布式架構、豐富的企業級應用為城市應急指揮系統提供基礎實時數據信息，可提供全系列的工業通訊接口及信息化業務接口，提高智能城市的管理水平。

2.2 危險源數據采集網絡設計

為了保障底層數據的集成以及快速通訊，需要建立一套靈活的網絡架構。

（1）采集不同廠家的儀器儀表數據，并且進行數據匯總。

（2）支持多種網絡架構，包括GPRS網絡、VPN、以太網、總線等。

（3）對上級調度監控系統能夠以統一的協議進行數據轉發。

（4）現場環境惡劣，通訊系統支持無人值守。

（5）危險源分布范圍廣，維護人員能夠做遠程組態、遠程監視和遠程診斷。

（6）設備多，系統支持海量通訊。

3 系統平臺選型

3.1 危險源數據中心管理平臺選型

基于方案設計以及需求分析，城市危險源監控軟件平臺推薦使用力控企業級實時歷史數據庫pSpace，這是一款高性能、高吞吐能力、可靠性強、跨平臺的實時/歷史數據庫系統，同時具備以下特點：

（1）海量的數據存儲，單節點支持百萬級測點，適用城市危險源測點多的環境，以及針對危險源分布廣的特點做集中管理。

（2）豐富的設備采集接口，支持主流DCS、PLC、DDC、現場總線、智能儀表等設備，并提供驅動定制，適合現場危險源監測的儀器儀表種類多的情況。

（3）與GIS系統無縫集成，從而通過危險源的監控，快速定位到危險源點，以便響應處理。

（4）支持變量在線組態，滿足現場隨時增加危險源測點的需求。

（5）支持設備自動添加，儀表廠家通過約定的協議，新增的設備接入到網絡中，即可實現設備以及對應的變量自動添加，無需手動操作。

（6）支持海量無線通訊平臺，實現多臺設備的無線數據遠傳功能。

（7）具有豐富的數據接口Phi，它是一種用來在pSpace實時數據庫以及關系數據之間進行數據轉儲的工具，它能夠方便地將pSpace中的數據進行統計并轉存到關系數據庫中，從而減少了歷史查詢給pSpace性能帶來的壓力，并為上層分析功能應用提供了一個新的查詢歷史數據入口，經過統計后的數據能更方便地被上層應用所用。

3.2 危險源監控網絡設備選型

基于網絡通訊設計，設備推薦使用力控的采集網關 pField Comm。

本裝置可以從通訊協議級實現串口（包括RS232、RS485、RS422等）、以太網、各種現場總線（包括CAN、LonWorks、Profibus等）通訊網絡的相互轉換。以便與其它設備或調度間進行實時的數據交換。pFieldComm采集網關采用高性能嵌入式計算平臺，內嵌通信采集規約庫和轉發規約，可以實現采集多個不同子系統的數據，進行數據集中匯總、分類和預處理，并對多個上級調度等平臺系統進行數據轉發。

對于城市危險源監控，它具有以下特點：

（1）硬件采用低功耗，無風扇設計，適合現場惡劣的環境，支持無人值守。

（2）硬件具備遠程維護與部署的功能。

（3）具備多種工業通信協議驅動接口選擇。

（4）支持斷線緩存和冗余功能。

4 系統功能展示

4.1 設備實時監控

系統可以實時監控設備狀態，以及對工藝參數進行查詢。河東站工藝流程圖如圖2所示。

圖2 河東站工藝流程圖

4.2 報警管理

系統可實時顯示并記錄現場危險源參數的各種報警信息，同時可將報警內容通過郵件、短信等方式發送給對應的人員。

4.3 趨勢曲線和報表

提供查詢任意變量的實時歷史曲線，以及任意時間段的歷史數據報表如表1所示。

表1 井場373-15井場信息

4.4 日志查詢

將各種組件的狀態信息和相關通信信息統一管理起來，用戶可以通過日志來了解軟件的運行情況以及操作記錄。

4.5 系統自診斷功能

通訊過程中有故障自動診斷和自動恢復的功能，如圖3所示。

圖3 通訊過程中SCADA系統資源自診斷

4.6 與G IS的集成

基于城市危險源與地理位置緊密關聯的特點，我們將采集軟件系列與GIS系統無縫集成，如圖4所示。

（1）建立了公司核心管網的地理信息數據庫。

（2）建造危險源分布點系統模型。

（3）把危險源分布點信息、企業信息等綜合到數據庫中。

（4）提供高質量的數據庫管理、規劃、管道工程輔助設計、事故處理、數據查詢分析、輸入、編輯及維護。

圖4 與GIS系統的集成

4.7 與視頻的集成

通過監測點的實時數據采集與監控點的結合，能快速定位到危險源，如圖5所示。

圖5 與視頻的集成

4.8 與關系數據庫的交互

監控中心與關系數據之間交互，即將監控中心的數據進行統計并轉存到關系數據庫中，并為上層分析功能應用提供了一個新的查詢歷史數據入口，經過統計后的數據能更方便的被上層應用所用。

5 結語

通過力控科技提供的產品，監控管理平臺可以監管轄區內全部危化企業的生產、儲存等狀況，也可以查詢各企業所有的歷史數據，同時領導可以通過網絡對企業重大危險源發生的事故進行重大危險源應急處理預案的實施和指揮。