一种化工安全生产预警系统及其安全预警方法与流程

1.本发明涉及化工安全生产管理技术领域，尤其涉及一种化工安全生产预警系统及其安全预警方法。


背景技术：

2.对石油化工企业而言，安全是重中之重，企业责任人需要及时了解工厂设备运行状态，及时发现存在隐患，预防和遏制火灾事故发生。
3.目前，对对集团范围内的多工厂、多分布点的风险源监控点缺少高效的整合连接，风险监控点数据主要靠人工巡检收集。另一方面，不同厂家的dcs控制器难以集成，对接开发量大，全局性实时数据采集困难，无法形成工业大数据积累，此外，无法按风险监控点维度对监控点历史数据进行深度数据挖掘，不能自动对风险监控点进行提前预警。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种化工安全生产预警系统及其安全预警方法，以解决多化工厂区危险源较多，安全管理难以及时监管的问题。
5.根据本发明的一方面，提供了一种化工安全生产预警系统，该化工安全生产预警系统包括：
6.至少一个工厂现场数据采集模块、现场数据汇聚模块、生产数据处理模块、安全生产管理模块以及视频监控模块；至少一个所述工厂现场数据采集模块分别与所述现场数据汇聚模块电连接，所述现场数据汇聚模块与所述生产数据处理模块电连接，所述生产数据处理模块与所述安全生产管理模块电连接，所述安全生产管理模块与所述视频监控模块电连接；
7.所述工厂现场数据采集模块用于采集工厂现场的重大危险源场所以及监控点设备的现场实时信息，并将所述现场实时信息汇集至所述现场数据汇聚模块；
8.所述生产数据处理模块用于根据所述现场数据汇聚模块提供的所述现场实时信息确定安全预警信息；
9.所述安全生产管理模块用于根据所述生产数据处理模块提供的所述现场实时信息和所述安全预警信息，确定化工安全生产的安全状态，并生成对应的安全预警信息，以通过所述视频监控模块显示所述安全预警信息。
10.可选的，所述工厂现场数据采集模块包括：dcs控制器、dcs工程师站、plc控制器以及工厂1级接入交换机；所述dcs控制器通过所述工厂1级接入交换机与所述现场数据汇聚模块电连接，所述dcs控制器通过所述工厂1级接入交换机与所述dcs工程师站光纤连接，所述dcs控制器分别与所述plc控制器以及各个监控点设备电连接，所述plc控制器与所述重大危险源场所电连接。
11.可选的，所述现场数据汇聚模块包括：至少一个pi接口机、2级汇聚交换机以及pi服务器；至少一个所述pi接口机分别与所述工厂现场数据采集模块电连接，所述pi服务器
通过所述2级汇聚交换机分别与至少一个所述pi接口机电连接。
12.可选的，所述pi接口机的数量与所述工厂现场数据采集模块的数量相同。
13.可选的，所述现场数据汇聚模块还包括：至少一个单向安全网闸；所述pi接口机通过所述单向安全网闸接入所述2级汇聚交换机，所述单向安全网闸与所述pi接口机一一对应设置。
14.可选的，所述现场数据汇聚模块通过3级核心交换机与所述生产数据处理模块电连接。
15.可选的，所述视频监控模块包括：网络硬盘录像机和网络视频存储服务器；所述网络视频存储服务器分别与所述网络硬盘录像机和所述安全生产管理模块电连接。
16.根据本发明的另一方面，提供了一种基于化工安全生产预警系统的安全预警方法，该基于化工安全生产预警系统的安全预警方法包括：
17.通过工厂现场数据采集模块采集工厂现场的重大危险源场所以及监控点设备的现场实时信息，并将所述现场实时信息汇集至现场数据汇聚模块；
18.生产数据处理模块根据所述现场数据汇聚模块提供的所述现场实时信息确定安全预警信息；
19.安全生产管理模块根据所述生产数据处理模块提供的所述现场实时信息和所述安全预警信息，确定化工安全生产的安全状态，并生成对应的安全预警信息，以通过视频监控模块显示所述安全预警信息。
20.可选的，生产数据处理模块根据所述现场数据汇聚模块提供的所述现场实时信息确定安全预警信息，包括：
21.生产数据处理模块将所述现场数据汇聚模块提供的所述现场实时信息输入至预先训练好的安全预警模型中，输出安全预警信息。
22.可选的，通过视频监控模块显示所述安全预警信息，包括：
23.通过视频监控模块以弹窗形式显示所述安全预警信息。
24.本发明实施例的技术方案，通过工厂现场数据采集模块对集团范围内的多家化工厂的工业气体检测器中可燃气体传感器、有毒气体传感器、重大危险源传感器的现场实时信息进行实施采集，通过现场数据汇聚模块对现场实时信息进行高效率、高质量的数据传输和大量历史现场实时信息分布式存放，再抽取、转换、加工成化工安全生产中生产数据处理模块、安全生产管理模块的综合数据源，最后通过视频监控模块对多个工厂现场多区域的重大危险源、燃气体传感器和有毒气体传感器的状态进行实时呈现，并和监控点的预警阀值进行智能比对，自动对筛选出的危险点进行预警，解决多化工厂区危险源较多，安全管理难以及时监管的问题，实现对工厂现场存在风险点的在线实时监测和自动预警，做到隐患风险早发现、早报告、早控制。
25.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于
本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是根据本发明实施例一提供的一种化工安全生产预警系统的结构示意图；
28.图2是根据本发明实施例一提供的另一种化工安全生产预警系统的结构示意图；
29.图3是根据本发明实施例二提供的一种基于化工安全生产预警系统的安全预警方法的流程示意图。
具体实施方式
30.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
31.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“a”、“b”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
32.实施例一
33.图1为本发明实施例一提供了一种化工安全生产预警系统的结构示意图，图2为本发明实施例一提供了另一种化工安全生产预警系统的结构示意图，本发明实施例适用于对集团范围内的多工厂、多分布点的风险源点进行在线实时监测和自动预警的情况。结合图1和图2，该化工安全生产预警系统的具体结构，包括：
34.至少一个工厂现场数据采集模块110、现场数据汇聚模块120、生产数据处理模块130、安全生产管理模块140以及视频监控模块150；至少一个所述工厂现场数据采集模块110分别与所述现场数据汇聚模块120电连接，所述现场数据汇聚模块120与所述生产数据处理模块130电连接，所述生产数据处理模块130与所述安全生产管理模块140电连接，所述安全生产管理模块140与所述视频监控模块150电连接；
35.所述工厂现场数据采集模块110用于采集工厂现场的重大危险源场所以及监控点设备的现场实时信息，并将所述现场实时信息汇集至所述现场数据汇聚模块120；
36.所述生产数据处理模块130用于根据所述现场数据汇聚模块提供的所述现场实时信息确定安全预警信息；
37.所述安全生产管理模块140用于根据所述生产数据处理模块130提供的所述现场实时信息和所述安全预警信息，确定化工安全生产的安全状态，并生成对应的安全预警信息，以通过所述视频监控模块150显示所述安全预警信息。
38.其中，工厂现场数据采集模块110为每一个工厂现场均配置一个，则化工安全生产预警系统包括至少一个工厂现场数据采集模块110，即每个工厂现场对应一个工厂现场数
据采集模块110，工厂现场数据采集模块110的数量由当前化工厂现场的数量决定，本实施例对此不作任何限制。
39.重大危险源场所为多个工厂现场中多个区域分散位置的重大危险源，通过工厂现场数据采集模块110对需求重大危险源场所的重大危险源传感器进行采集，对应于采集到的现场实时信息可以包括：温湿度信号、气体报警器信号、仪表故障信号、载气压力信号、烟感信号及明火信号中一种或多种。
40.监控点设备可以包括工业气体检测器中可燃气体传感器和有毒气体传感器，工厂现场数据采集模块110对可燃气体传感器和有毒气体传感器的工作电流值等多种原始信号进行采集，对应于采集到的现场实时信息可以包括：可燃气体实时信号和有毒气体实时信号中一种或多种。
41.现场数据汇聚模块120用于将各个工厂现场中工厂现场数据采集模块110采集的现场实时信息进行汇聚，同时，随时间可以汇聚存储在化工安全生产预警系统监测时间内的大量历史现场实时信息，现场数据汇聚模块120作为各个工厂现场的数据仓库。
42.生产数据处理模块130用于从现场数据汇聚模块抽取现场实时信息输入至预先训练好的安全预警模型中，输出安全预警信息，以将现场实时信息和安全预警信息提供给安全生产管理模块140。
43.安全预警信息为各个工厂现场的重大危险源场所以及监控点设备的动态报警阈值范围，作为自动判断危险范围的参照标准。
44.安全生产管理模块140可以为化工安全生产智能预警客户端系统，其中，化工安全生产智能预警客户端系统运行有应用服务端，应用服务端通过调用生产数据处理模块130中的安全预警信息，自动确定化工安全生产的安全状态，并生成对应的安全预警信息，并将安全预警信息在化工安全生产智能预警客户端系统中展示。
45.安全生产管理模块140可以实现的功能范围包括监控各个工厂现场的重大危险源场所以及监控点设备档案管理、重大危险源安全监控预警管理、可燃有毒气体安全监控预警管理、各个工厂现场的安全风险分区管理、视频监控管理以及用户管理和权限管理。
46.视频监控模块150显示安全预警信息，即当安全预警信息为某个工厂现场的重大危险源场所以及监控点设备中至少一点可能出现或已经出现危险，则视频监控模块150显示预警提示，以帮助安全管理人员通过视频监控模块150可以及时了解危险并准确解决。
47.本实施例的化工安全生产预警系统，通过工厂现场数据采集模块110对集团范围内的多家化工厂的工业气体检测器中可燃气体传感器、有毒气体传感器、重大危险源传感器的现场实时信息进行实施采集，通过现场数据汇聚模块120对现场实时信息进行高效率、高质量的数据传输和大量历史现场实时信息分布式存放，再抽取、转换、加工成化工安全生产中生产数据处理模块130、安全生产管理模块140的综合数据源，最后通过视频监控模块150对多个工厂现场多区域的重大危险源、燃气体传感器和有毒气体传感器的状态进行实时呈现，并和监控点的预警阀值进行智能比对，自动对筛选出的危险点进行预警，解决多化工厂区危险源较多，安全管理难以及时监管的问题，实现对工厂现场存在风险点的在线实时监测和自动预警，做到隐患风险早发现、早报告、早控制。
48.继续参见图1和图2，在上述实施例的基础上，所述工厂现场数据采集模块110包括：dcs控制器111、dcs工程师站112、plc控制器113以及工厂1级接入交换机114；所述dcs控
制器111通过所述工厂1级接入交换机114与所述现场数据汇聚模块120电连接，所述dcs控制器111通过所述工厂1级接入交换机114与所述dcs工程师站112光纤连接，所述dcs控制器111分别与所述plc控制器113以及各个监控点设备电连接，所述plc控制器113与所述重大危险源场所电连接。
49.其中，dcs英文全称为distributed contorl system，即集散控制系统，又称分布式控制系统，dcs控制器111用于实现数据共享。
50.plc控制器113通过光纤与dcs控制器111通讯连接，plc控制器113对需求重大危险源场所的重大危险源传感器进行采集，具体的，plc控制器113的输入端连接有用于接收温湿度信号的温湿度接头、用于接收正压通风压力信号的通风压力接头、用于接收载气压力信号的载气压力接头、用于接收仪表故障信号的仪表故障接头、用于接收空调故障信号的空调故障接头和用于接收火灾报警的气体报警器信号、明火信号和烟感信号的火灾报警接头等各种接头中的一种或多种。
51.dcs控制器111对可燃气体传感器和有毒气体传感器的工作电流值等多种原始信号进行采集，dcs控制器111与监控点设备连接，即连接有工业气体检测器中可燃气体传感器和有毒气体传感器。
52.工厂1级接入交换机114作为工厂现场数据采集模块110与现场数据汇聚模块120的核心设备，具有低成本、即插即用的特性。
53.继续参见图1和图2，在上述实施例的基础上，所述现场数据汇聚模块120包括：至少一个pi接口机121、2级汇聚交换机122以及pi服务器123；至少一个所述pi接口机121分别与所述工厂现场数据采集模块110电连接，所述pi服务器123通过所述2级汇聚交换机122分别与至少一个所述pi接口机121电连接。
54.其中，2级汇聚交换机122是多台工厂1级接入交换机114的汇聚点，它能够处理来自工厂现场数据采集模块110的所有通信量，并提供到生产数据处理模块130的上行链路，因此生产数据处理模块130与工厂1级接入交换机114比较，具有更高的性能，更少的接口和更高的交换速率。
55.在上述基础上，dcs工程师站112通过企业局域网与pi接口机121连接，dcs工程师站112接收pi接口机121的读数请求，发送现场数据到pi接口机121。
56.pi接口机121具有多块网卡，pi接口机121通过应用opc通讯技术，使对dcs工程师站112的数据采集的频率和通讯质量都得到了提高，开发实现容易，开发周期短，通讯稳定。
57.opc全称是ole for process control，即用于过程控制的ole，是针对现场控制系统的一个工业标准接口，是工业控制和生产自动化领域中使用的硬件和软件的接口标准。
58.示例性的，pi接口机121安装opc clent程序，从dcs工程师站112的opc server获取数据，并将其发送至pi服务器123的软件应用程序，快速实现dcs控制器111的监控点设备数据汇集。
59.opc clent程序的工具包是通过严格的设计，实施和测试过程开发的软件模块库，可为自定义应用程序/软件开发人员提供简化的界面。
60.pi服务器123中对dcs控制器111的各监控点设备参数对应的监控点，实现工厂现场数据采集模块110和现场数据汇聚模块120的数据点一一对应。
61.示例性的，继续参见图2，图2中以a工厂和b工厂两个工厂为例，本实施例的化工安
全生产预警系统包括a工厂现场数据采集模块110和b工厂现场数据采集模块110，a工厂现场数据采集模块110和b工厂现场数据采集模块110具体结构完全相同，所采用的部件类型完全相同，a工厂现场数据采集模块110包括a工厂1级接入交换机114，b工厂现场数据采集模块110包括b工厂1级接入交换机114。
62.在上述基础上，可以理解的是，所述pi接口机121的数量与所述工厂现场数据采集模块110的数量相同。继续参见图2，现场数据汇聚模块120包括两个pi接口机121，一个pi接口机121通过a工厂1级接入交换机114与a工厂现场数据采集模块110内的dcs控制器111电连接，一个pi接口机121通过b工厂1级接入交换机114与b工厂现场数据采集模块110内的dcs控制器111电连接。
63.上述设置的好处在于，通过现场数据汇聚模块120，不仅可以实现不同品牌的dcs控制的控制信号的高效稳定的数据汇集，实时展示集团范围内多个工厂现场中多个区域分散位置的风险状态，同时构建多个工厂现场中多个区域分散位置的历史时间序列数据源，且多个工厂现场中多个区域分散位置可以横向无限制扩充。
64.继续参见图1和图2，在上述实施例的基础上，所述现场数据汇聚模块120还包括：至少一个单向安全网闸124；所述pi接口机121通过所述单向安全网闸124接入所述2级汇聚交换机122，所述单向安全网闸124与所述pi接口机121一一对应设置。
65.其中，单向网闸为保证高密级别网络中的数据不能流向低密级网络，但低密级网络中的数据可以流向高密级网络(数据机密性要求)，彻底解决高密级网络信息泄露的问题，采用的无反馈的单向传输技术，从物理链路层、传输层保证数据的绝对单向流动，同时保证系统的高可靠性、高容错性、高安全性和高稳定性。
66.在本实施例中，pi接口机121的现场实时信息经过单向安全网闸124验证后通过2级汇聚交换机122在pi服务器123汇集，pi接口机121与pi服务器123之间安装单向隔离网闸，有效隔离信息管理网络和生产控制网络，以保证生产控制网的网络安全和生产系统的稳定运行。
67.继续参见图1和图2，在上述实施例的基础上，所述现场数据汇聚模块120通过3级核心交换机160与所述生产数据处理模块130电连接。
68.其中，3级核心交换机160作为现场数据汇聚模块120和生产数据处理模块130核心层的核心设备，具有更高的可靠性、冗余性、吞吐量等和相对较低的延时性。
69.在上述基础上，生产数据处理模块130通过3级核心交换机160与pi服务器123连接，获取现场实时信息和工厂现场被检测设备的辅助查看视频。
70.生产数据处理模块130通过odbc技术抽取现场数据汇聚模块120的现场实时信息，形成关系型数据库源，通过机器学习算法，加工形成监测点的预警阀值算法服务，并通过接口形式提供给安全生产管理模块140调用。
71.odbc(open database connectivity，开放数据库互连)是开放服务结构(wosa，windows open services architecture)中有关数据库的一个组成部分，它建立了一组规范，并提供了一组对数据库访问的标准api(应用程序编程接口)。odbc本身也提供了对sql语言的支持，用户可以直接将sql语句送给odbc，一组数据的位置可以使用odbc驱动程序访问该位置。
72.继续参见图1和图2，在上述实施例的基础上，所述视频监控模块150包括：网络硬
盘录像机151和网络视频存储服务器152；所述网络视频存储服务器152分别与所述网络硬盘录像机151和所述安全生产管理模块140电连接。
73.具体的，网络硬盘录像机151和配套sdk调用函数包，实现从化工安全生产预警系统调用安全生产管理模块140对多个工厂现场中多个区域分散位置的的监控点的音视频监控画面，对化工安全生产预警系统的检测出的预警点进行可视化监控和定点观察。
74.网络视频存储服务器152即为存储型网络视频服务器，是一种对视音频数据进行压缩、存储及处理的专用嵌入式设备，在本实施例中，网络视频存储服务器152用于存储多个工厂现场中多个区域分散位置的的监控点的音视频监控画面。
75.实施例二
76.图3为本发明实施例二提供了一种基于化工安全生产预警系统的安全预警方法的流程示意图，本实施例可适用于对集团范围内的多工厂、多分布点的风险源点进行在线实时监测和自动预警的情况，该基于化工安全生产预警系统的安全预警方法可以由化工安全生产预警系统来执行，该化工安全生产预警系统可配置于石化产业园或相关产业基地中。如图3所示，该基于化工安全生产预警系统的安全预警方法包括：
77.s310、通过工厂现场数据采集模块采集工厂现场的重大危险源场所以及监控点设备的现场实时信息，并将所述现场实时信息汇集至现场数据汇聚模块。
78.s320、生产数据处理模块根据所述现场数据汇聚模块提供的所述现场实时信息确定安全预警信息。
79.具体的，生产数据处理模块将所述现场数据汇聚模块提供的所述现场实时信息输入至预先训练好的安全预警模型中，输出安全预警信息。
80.安全预警模型可以采用机器学习进行训练，机器学习选用模糊支持向量机算法对现场实时信息的预警阀值确定计算模型，确定动态预警阀值范围，即得到安全预警信息。
81.进一步的，为得到训练好的安全预警模型，通过sdk或odbc技术获取大量历史现场实时信息，示例性的，获取现场数据汇聚模块中近3年的历史现场实时信息作为支持向量机算法的数据源，先对历史现场实时信息进行预处理，剔除异常数据，选取前2.5年的历史现场实时信息作为训练样本，选取后0.5年的历史现场实时信息作为测试样本，通过训练样本对支持向量机算法预测模型训练及参数优化，通过测试样本数据对模型进行仿真试验。验证基于模糊支持向量机算法的机器学习对多个工厂现场中多个区域分散位置的的监控点的预警阀值预测效果明显，具有一定实用价值。
82.在本实施例中，将预先训练好的安全预警模型应用于化工安全生产预警系统，为前端提供机器学习算法服务，为对应的多个工厂现场中多个区域分散位置的监控点提供动态安全阀值范围，进而为危险预警提供比对贴合实际情况的参照范围。
83.s330、安全生产管理模块根据所述生产数据处理模块提供的所述现场实时信息和所述安全预警信息，确定化工安全生产的安全状态，并生成对应的安全预警信息，以通过视频监控模块显示所述安全预警信息。
84.可选的，通过视频监控模块以弹窗形式显示所述安全预警信息。
85.安全生产管理模块可以通过三维图的方式展示多个工厂现场中多个区域分散位置的各监控点的预警管理，对判断监控点位置即将出现风险或已经出现风险，通过黄色与红色指示灯闪烁、蜂鸣提示音、信息弹窗或图标闪烁的方式进行预警或报警。
86.安全管理人员根据化工安全生产预警系统对风险对象的监测和预警，指导现场人员预检、巡检、维修，大大节省人力，提高监管效率，解决危险点分散、危险、实时性低等问题，使危险提前发现并得到及时处理。同时，汇聚集团内多个工厂现场中多个区域分散位置的重大风险源原数据，可以快速、简单方式定向传输至政府相关监管部门。
87.本发明实施例提供的基于化工安全生产预警系统的安全预警方法，对集团范围内的多工厂、多分布点的风险源监控点的现场信号进行自动采集、自动预警和全局监控。基于化工安全生产预警系统，将集团内的多家工厂的不同原始信号和视频信号进行实时采集和汇聚，通过一张三维地图实时展示多工厂、多区域的重大危险源、可燃有毒气体监控点的实时状态，同时，通过对历史现场实时信息的自动分析和判断，实现对现场监控点的在线实时监测和自动预警，减少了人工现场巡检的工作量和危险性，通过科技手段做到有针对性的巡检。
88.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。