專利名稱：一種基于物聯網的罐區(qū)油罐智能監(jiān)控系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于計算、控制及登記表測試技術領域，涉及一種基于物聯網的罐區(qū)油罐智能監(jiān)控系統，尤其是針對儲油罐區(qū)中多個地上儲油罐的一種智能監(jiān)控系統。
背景技術：
罐區(qū)油罐是儲存油品的重要設備，是油品的蓄水池和調節(jié)器，對油品的再生產和流通過程起重要作用。儲油罐監(jiān)測的主要經濟目標是能夠精確計量油品的存量，但儲油罐區(qū)具有高風險性、事故危害性大等特點，尤其是對于地上油罐，所以罐區(qū)油罐的監(jiān)測對象不僅包括油罐液位，更要包括溫度、壓力等影響油罐安全的參數。而目前國內許多儲油罐的液位計量仍采用人工方式，也沒有對其他參數進行實時監(jiān)測；即使部分油罐采取了計算機監(jiān)測系統，尚未形成一套安全可靠的儲油罐監(jiān)測系統。專利號為200410074336. 9的“儲油罐液位及油品密度在線檢測系統”能夠實現在線監(jiān)測儲油罐中油品的液位和密度，并保持相當小的誤差范圍，但該發(fā)明未能充分考慮儲油罐內部的無電回路特性要求，存在引發(fā)安全事故的隱患；專利號為200720018376.0 的“儲油罐防盜報警裝置”提出一種由無線遙控器、無線監(jiān)控器和無線報警顯示器三部分通過無線方式連接組成的儲油罐防盜報警技術方案，能夠實現遠程無線報警；專利號為 200810140240. 6的“儲油罐智能綜合測控裝置”提出一種由電源模塊、數據采集處理模塊、 步進電機驅動器、執(zhí)行機構、傳感器裝置和工控機構成的儲油罐監(jiān)測系統，能夠同時監(jiān)測儲油罐的液位、油層、油水層、水層、溫度等參數?，F有關于儲油罐監(jiān)控方面的相關專利主要存在以下不足和缺陷(1)多數忽視了儲油罐內部監(jiān)測的無電回路特性要求，采用有源傳感器，存在安全隱患，尚未形成一套安全可靠的儲油罐內部液位、溫度和壓力在線監(jiān)測系統；(2)忽視了儲油罐外部安全因素的監(jiān)測，不能對儲油罐外部溫度、風速、有無煙霧、 有無特殊氣體以及有無外部闖入情況進行實時監(jiān)測；(3)多數屬于監(jiān)控中心模式，監(jiān)測數據不能實時傳輸到遠程服務器上，存在數據安全方面的隱患，并且不能實現遠程監(jiān)測和移動監(jiān)測；(4)缺乏對緊急情況的自動控制及遠程控制操作的考慮，需要人工現場進行緊急情況控制操作，時效性低，并且存在操作人員人身安全風險。物聯網(The Internet of Things)是將無線傳感網、移動通信網、因特網、信息處理、智能計算與控制等集成的智能網絡系統，能夠實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動物體或過程的各種信息。本發(fā)明基于物聯網技術提出一種全新的罐區(qū)油罐智能監(jiān)控系統。
發(fā)明內容
為了克服現有儲油罐監(jiān)測系統監(jiān)測對象單一和忽視無電回路特性要求的缺陷以及彌補其在儲油罐外部環(huán)境監(jiān)測和緊急情況控制操作上的不足，本發(fā)明提供一種基于物聯網的罐區(qū)油罐智能監(jiān)控系統，能夠實現無電回路監(jiān)測儲油罐內部的液位、溫度、壓力參數，無線監(jiān)測儲油罐外部容易引發(fā)安全事故的環(huán)境參數，具有基本的緊急情況自動控制和遠程控制功能。本發(fā)明基于物聯網技術解決以上存在問題，所采用的技術方案如下所述。該罐區(qū)油罐智能監(jiān)控系統的整體體系結構如附圖1所示，包括數據采集模塊、分布式監(jiān)控模塊、實時預警與控制模塊和通信網絡模塊四個部分。數據采集模塊主要由儲油罐內外部各種傳感器、無線攝像頭、二次儀表、無線路由器和傳輸介質構成；儲油罐內部傳感器包括液位傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器，這些屬于光纖傳感器，采用光纖傳輸，與二次儀表相連，實現測量無電回路，避免電信號引起的危險；儲油罐外部傳感器包括溫度傳感器、風速傳感器、 煙霧傳感器、氣敏傳感器和紅外傳感器，這些屬于無線傳感器，采用無線網絡傳輸，與無線路由器相連，對罐區(qū)油罐周圍的溫度、風向、風量、有無煙霧、有無特殊氣體以及有無外部闖入情況進行實時監(jiān)測；無線攝像頭實現對罐區(qū)周圍環(huán)境的可視化監(jiān)測。分布式監(jiān)控模塊區(qū)別于傳統的監(jiān)控中心模式，通過無線傳感網、儀器測控網、移動通信網和因特網實現分布式監(jiān)控模式，包括三類監(jiān)控節(jié)點現場監(jiān)控站、便攜式監(jiān)控終端和移動監(jiān)控終端，實現隨時隨地對罐區(qū)油罐狀態(tài)進行監(jiān)測。實時預警與控制模塊根據數據采集模塊傳輸到數據處理服務器的儲油罐內外部狀態(tài)參數數值和預先設定的觸發(fā)規(guī)則發(fā)布預警信號和進行自動控制及遠程控制操作，其中預警與控制節(jié)點包括儲油罐狀態(tài)顯示器、緊急情況預警預報器、管道閥門控制器、消防設施啟動器。通信網絡模塊包括無線傳感網、儀器測控網、移動通信網和因特網，通過各種通信協議將數據采集節(jié)點、預警與控制節(jié)點、監(jiān)控終端和遠程服務器連接。本發(fā)明的效果和益處是，能夠實現無電回路監(jiān)測油罐內部的液位、溫度和壓力，對儲油罐外部溫度、風向、風量、有無煙霧、有無特殊氣體以及有無外部闖入情況進行監(jiān)測，對罐區(qū)周圍環(huán)境進行可視化監(jiān)測，具備基本的緊急情況自動控制和遠程控制功能。
圖1是基于物聯網的罐區(qū)油罐智能監(jiān)控系統的整體體系結構圖。圖2是儲油罐內部狀態(tài)監(jiān)測示意圖。圖3是儲油罐外部環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測示意圖。圖4是監(jiān)測預警信號和控制指令流圖。圖5是基于物聯網的罐區(qū)油罐智能監(jiān)控系統采用的協議與標準框圖。
具體實施例方式以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施方式
。(1)為了滿足儲油罐內部監(jiān)測的無電回路特性要求，本發(fā)明使用光纖傳感器測量儲油罐內部的液位、壓力和溫度。光纖傳感器工作原理是由光源發(fā)出光線經過光纖送入調制器，使待測參數與進入調制區(qū)的光相互作用后，導致光的光學性質發(fā)生變化，包括光的強度、波長、頻率、相位、偏正態(tài)等變化，再經過光纖送入光探測器，經解調后，獲得被測參數。本發(fā)明采用光纖傳感器監(jiān)測儲油罐內部狀態(tài)的具體結構示意圖如附圖2所示，光纖傳感器由光發(fā)送器、光纖、敏感元件、光接收器和信號處理器組成，其中光發(fā)送器在儲油罐外部，光的敏感元件包括壓敏元件和熱敏元件，在儲油罐內部，光接收器和信號處理器在儲油罐外部。光發(fā)送器通過光纖與敏感元件連接，敏感元件通過光纖與光接收器連接，光接收器通過光纖與信號處理器連接。光發(fā)送器發(fā)出的光線經過光纖介質傳到油罐內部的壓敏元件和熱敏元件，受到儲油罐內部壓力和溫度變化時，引起光纖傳輸的光波量改變，改變光學性質的光線傳到信號處理器，由信號處理器將光信號變化轉換為電信號變化，再由二次儀表測量電信號的變化，進而測量出儲油罐內部的壓力和溫度。儲油罐中油品的液位由二次儀表根據光纖壓力傳感器測量出的壓力差計算而得。該實施方案不僅能夠滿足儲油罐內部監(jiān)測的無電回路要求，而且可以發(fā)揮光纖傳感器的靈敏度高、可靠性好、絕緣性好、抗腐蝕、可繞曲和抗壓防爆等優(yōu)勢。(2)為了彌補現有系統缺乏對儲油罐外部安全因素監(jiān)測的缺陷和克服有線監(jiān)測布線工作的復雜性，本發(fā)明設計了基于無線傳感網的儲油罐外部環(huán)境監(jiān)測方案，其結構示意圖如附圖3所示。監(jiān)測儲油罐外部安全因素的傳感器都是無線傳感器，包括1)無線溫度傳感器，用于采集儲油罐外部的溫度數據；2)無線風速傳感器，用于采集儲油罐外部的風向和風量數據；3)無線紅外傳感器，形成電子柵欄，用于監(jiān)測有無外部闖入罐區(qū)情況；4)無線煙霧傳感器，用于監(jiān)測儲油罐周圍有無煙霧及煙霧濃度；5)無線氣敏傳感器，用于監(jiān)測儲油罐有無氣體泄漏情況；6)無線攝像頭，實現罐區(qū)可視化監(jiān)測。以上各種無線傳感器與無線路由器連接，形成無線傳感局域網，通過無線網關分別與現場監(jiān)控站和GSM/GPRS移動通信網連接，進而與因特網相連，實現儲油罐外部環(huán)境安全狀態(tài)的實時監(jiān)測。(3)本發(fā)明具備基本的緊急情況自動控制和遠程控制功能，附圖4給出了基于物聯網的罐區(qū)油罐預警信號和控制指令流圖，其中預警信號、自動控制指令和遠程控制指令具有不同的發(fā)出者和傳輸過程。預警信號和自動控制指令由數據處理服務器根據⑴和(2)監(jiān)測的罐區(qū)油罐內外部參數值和事先設定的預警與自動控制規(guī)則，實時生成預警信號和自動控制指令；遠程控制指令是在遠程監(jiān)控終端接收到預警信號之后，由決策者人為發(fā)出的遠程控制指令。預警信號由數據處理服務器發(fā)出后，通過因特網、移動通信網和無線傳感網傳輸到現場監(jiān)控站、 便攜式監(jiān)控終端、移動監(jiān)控終端和儲油罐狀態(tài)顯示器；自動控制指令由數據處理服務器發(fā)出后，通過因特網、移動通信網、無線傳感網、儀器測控網傳輸到緊急情況預警預報器、消防設施啟動器、管道閥門控制器，進行自動控制操作；遠程控制指令由決策者發(fā)出后，通過因特網、移動通信網、無線傳感網、儀器測控網傳輸到緊急情況預警預報器、消防設施啟動器、 管道閥門控制器，進行人為遠程控制操作。附圖4中實線表示有線通信，虛線表示無線通信，兩者都有表示兩種通信方式皆可；單向箭頭表示預警信號或者控制指令，雙向箭頭表示兩者共存。(4)基于物聯網的罐區(qū)油罐智能監(jiān)控系統涉及無線傳感網、儀器測控網、移動通信網和因特網，它們各自遵守相應的協議和標準，并通過因特網作為中介連接在一起，本發(fā)明采用的協議和標準如附圖5所示。因特網是連接整個監(jiān)控系統的中介網絡，其TCP/IP參考模型包括接入層、網絡層、傳輸層和應用層的各種協議；無線傳感網采用WiFi技術，包括 IEEE802. 11系列協議、S-MAC協議、CSMA協議，通過無線網關在網絡層與因特網連接；移動通信網協議包括Li、L2、L3、GPRS和WAP協議，其中GPRS支持IP協議標準，在網絡層與因特網連接；儀器測控網采用Modbus協議，包括RS-232、RS-485、ASCII、RTU和TCP協議，提供與TCP/IP協議通信標準。
權利要求
1.一種基于物聯網的罐區(qū)油罐智能監(jiān)控系統，包括數據采集模塊、分布式監(jiān)控模塊、實時預警與控制模塊和通信網絡模塊四個部分，其特征在于所述數據采集模塊包括儲油罐內部傳感器、儲油罐外部傳感器、無線攝像頭、二次儀表、無線路由器及傳輸介質；所述分布式監(jiān)控模塊包括三類監(jiān)控節(jié)點現場監(jiān)控站、便攜式監(jiān)控終端和移動監(jiān)控終端；所述實時預警與控制模塊包括四類預警與控制節(jié)點儲油罐狀態(tài)顯示器、緊急情況預警預報器、管道閥門控制器、消防設施啟動器；所述通信網絡模塊包括無線傳感網、儀器測控網、移動通信網和因特網，通過各種通信協議將數據采集節(jié)點、監(jiān)控節(jié)點、預警與控制節(jié)點和遠程服務器連接。
2.根據權利要求1所述的一種基于物聯網的罐區(qū)油罐智能監(jiān)控系統，其特征在于所述儲油罐內部傳感器包括液位傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器，屬于光纖傳感器，采用光纖傳輸，與二次儀表相連。
3.根據權利要求1所述的一種基于物聯網的罐區(qū)油罐智能監(jiān)控系統，其特征在于所述儲油罐外部傳感器包括溫度傳感器、風速傳感器、紅外傳感器、煙霧傳感器和氣敏傳感器，屬于無線傳感器，采用無線網絡傳輸，與無線路由器相連。
4.根據權利要求1所述的一種基于物聯網的罐區(qū)油罐智能監(jiān)控系統，其特征在于所述實時預警與控制模塊根據數據采集模塊傳輸到數據處理服務器的儲油罐參數數值和預先設定的觸發(fā)規(guī)則發(fā)布預警信號和進行自動控制及遠程控制。
全文摘要
一種基于物聯網的罐區(qū)油罐智能監(jiān)控系統，屬于計算、控制及登記表測試技術領域。其特征是由數據采集模塊、分布式監(jiān)控模塊、實時預警與控制模塊和通信網絡模塊四個部分構成。數據采集模塊包括儲油罐內外部各種傳感器、無線攝像頭、二次儀表、無線路由器；分布式監(jiān)控模塊包括現場監(jiān)控站、便攜式監(jiān)控終端和移動監(jiān)控終端；實時預警與控制模塊包括儲油罐狀態(tài)顯示器、預警預報器、管道閥門控制器、消防設施啟動器；通信網絡模塊包括數據采集局域網、移動通信網和因特網。本發(fā)明的效果和益處是能夠無電回路監(jiān)測油罐內部的液位、溫度和壓力，無線監(jiān)測油罐外部容易引發(fā)安全事故的環(huán)境參數，具有緊急情況自動和遠程控制功能，可用于罐區(qū)油罐智能監(jiān)控中。
文檔編號G05B19/048GK102323782SQ201110258920
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月27日 優(yōu)先權日2011年8月27日
發(fā)明者于秀麗, 孫自來, 張珺, 王旭坪, 王辰威, 阮俊虎, 陳明天, 馬超 申請人:大連理工大學