在冶金企業(yè)生產(chǎn)過程中，針對冶金吊設備的監(jiān)控可以通過射頻識別技術、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，利用現(xiàn)代通信技術，把待識別物體與互聯(lián)網(wǎng)進行連接，從而實現(xiàn)對物體的識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理http://xtxb.com.cn。

  

基于物聯(lián)網(wǎng)的冶金生產(chǎn)安全監(jiān)測模型包括傳感器節(jié)點、簇頭節(jié)點和調(diào)控基站。物聯(lián)網(wǎng)分簇區(qū)間的自組織多傳感器網(wǎng)絡中的傳感器節(jié)點包括光學、煙霧等傳感器件，主要用來收集相應的冶金現(xiàn)場數(shù)據(jù)。全部的傳感器中都包含無線短距離通信數(shù)據(jù)傳遞模塊。分簇區(qū)域內(nèi)的多傳感器將收集到的具有不同屬性的環(huán)境檢測數(shù)據(jù)傳遞到簇頭節(jié)點，再由簇頭節(jié)點將數(shù)據(jù)傳遞給冶金調(diào)控基站。傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)采集模塊將收集到的冶金現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳遞給簇頭節(jié)點。簇頭節(jié)點分布于冶金環(huán)境的相關區(qū)域中，其中包括特級危險信號實時檢測模塊，能夠檢測簇節(jié)點周圍環(huán)境中是否有冶金鋼水泄露等特級危險情況，若存在，則優(yōu)先發(fā)出危險信號，最終完成對冶金現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)的實時有效收集http://xtxb.com.cn。         

冶金生產(chǎn)安全監(jiān)測傳感器節(jié)點模型依據(jù)嵌入式技術發(fā)展起來，主要包含數(shù)據(jù)收集屬性模塊、數(shù)據(jù)無線發(fā)射模塊、高效電源模塊和環(huán)境信息實時監(jiān)控模塊等。冶金生產(chǎn)安全環(huán)境監(jiān)測傳感器節(jié)點模型依據(jù)不同的檢測目標，自主運行合理的數(shù)據(jù)檢測模型，對數(shù)據(jù)進行集中收集，具體的運行過程如下:一是依據(jù)調(diào)控基站中的檢測目標，采用數(shù)據(jù)屬性模塊對相應的數(shù)據(jù)進行屬性檢測。其中，檢測的數(shù)據(jù)屬性通常為煙霧、溫度和壓力等。二是按照一定的規(guī)律使用危機搜索模塊，并將相應的危機信號傳遞給核心節(jié)點。三是按照一定的規(guī)律使用數(shù)據(jù)無線傳遞模塊，將獲取的數(shù)據(jù)傳遞給簇頭節(jié)點。四是依據(jù)調(diào)控基站內(nèi)的調(diào)控信息，按照一定的規(guī)律使用特級危險信號的實時檢測模塊，若檢測到危險信號轉(zhuǎn)向。五是如果當前節(jié)點簇中的簇頭節(jié)點存在問題則轉(zhuǎn)向。分析基于物聯(lián)網(wǎng)的冶金現(xiàn)場檢測網(wǎng)絡結構可以得出，檢測物聯(lián)網(wǎng)結構將待檢測區(qū)間劃分成多個分簇區(qū)間，相應的局部分簇區(qū)間包含各自的簇頭節(jié)點。并且檢測物聯(lián)網(wǎng)中含有多個核心節(jié)點，能夠及時獲取所有簇頭節(jié)點傳遞的數(shù)據(jù)，還可以在某個簇節(jié)點失效的情況下，保證網(wǎng)絡正常運行http://xtxb.com.cn。         

物聯(lián)網(wǎng)技術冶金生產(chǎn)安全監(jiān)測系統(tǒng)設計      

系統(tǒng)總體結構。冶金工業(yè)可分為鋼鐵冶金和有色冶金，有色冶金涉及到的有色金屬種類較多，冶煉方法多種多樣，較多采用的是火法冶煉和濕法冶煉。冶煉過程中會產(chǎn)生有毒有害氣體，比如在銻冶煉行業(yè)中，產(chǎn)生粉塵、鉛、砷、鎘、銻等重金屬廢氣，作業(yè)人員長期接觸上述廢氣，對人體生命健康造成較大損害，甚至危害生命。因此，采取監(jiān)測控制措施，可以實現(xiàn)生產(chǎn)安全事故、職業(yè)病危害風險降低的目標。首先，它的監(jiān)測范圍更加廣泛，冶金工廠往往具有較大的廠區(qū)面積，一個年產(chǎn) 300 萬噸鋼的聯(lián)合鋼鐵廠占地就要 4km2～8km2。監(jiān)測區(qū)域要覆蓋整個廠區(qū)。由于風和氣流會影響廢氣的流動，因此廠區(qū)周圍也應在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)。其次，監(jiān)測的傳感器類型較多，冶金工業(yè)的廢氣中還存在 CO，CO2，NO，NO2，SO2，H2S 等多種有毒有害氣體，不同的有毒有害氣體需要用不同的傳感器來檢測。與其他環(huán)境要素中的污染物質(zhì)相比，作業(yè)場所中的污染物質(zhì)具有隨時間、空間變化大的特點。因此，除了監(jiān)測有毒有害氣體外，還要監(jiān)測廠區(qū)內(nèi)外的風向風速和空氣溫濕度等信息，以便判斷有毒有害氣體在作業(yè)場所中的擴散狀況。其次，有毒有害氣體允許限值監(jiān)測對傳感器的精度和準確性要求較高。一般的大氣監(jiān)測基站使用紅外式氣體傳感器，具有很高的精度，但是往往成本較高，體積較大，不適合規(guī)模化的布置。因此，需要綜合考慮使用環(huán)境和成本等因素選取最為合適的傳感器。最后，監(jiān)測應該長期進行。冶金企業(yè)排放的有毒有害氣體的種類和濃度往往會隨時間而變化，氣象條件的改變可能造成同一有毒有害氣體在同一地點的濃度相差數(shù) 10 倍，因此，必須進行長時間連續(xù)監(jiān)測，記錄變化情況。綜合這幾點，冶金企業(yè)有毒有害氣體的監(jiān)測要根據(jù)其種類、時間和空間分布特點進行合理的規(guī)劃。根據(jù)這些要求，無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)由具有遠距離無線傳輸功能的監(jiān)測節(jié)點和遠程數(shù)據(jù)中心組成，總因為監(jiān)測要覆蓋較大的區(qū)域，監(jiān)測節(jié)點不僅部署于廠區(qū)內(nèi)，還要根據(jù)空間特點在廠區(qū)周圍的近廠區(qū)和遠離廠區(qū)的遠廠區(qū)部署適當節(jié)點。監(jiān)測節(jié)點負責采集、處理和發(fā)送采集到的各種傳感信息，無線傳輸?shù)竭h程數(shù)據(jù)中心，遠程監(jiān)測人員通過上層監(jiān)測軟件可以實時了解被監(jiān)測區(qū)域的情況。在某些情況下，監(jiān)測人員不在監(jiān)測中心，比如處于廠外監(jiān)測點附近現(xiàn)場了解空氣環(huán)境和有毒有害氣體排放狀況，監(jiān)測人員還可以通過手機給監(jiān)測點發(fā)送指令，了解監(jiān)測點的傳感信息，實現(xiàn)監(jiān)測的靈活性http://xtxb.com.cn。  

底層驅(qū)動函數(shù)，上層功能函數(shù)和應用層函數(shù)。只有底層驅(qū)動函數(shù)與硬件直接相關，底層函數(shù)包括對寄存器的操作和一些硬件初始化功能，上層功能函數(shù)完成對微型中央處理器主要功能的實現(xiàn)，應用層函數(shù)通過程序接口實現(xiàn)對功能函數(shù)的控制，最終實現(xiàn)對節(jié)點的控制。這種設計體現(xiàn)了軟硬件分離的思想，一旦監(jiān)測節(jié)點的硬件需要升級，只需要修改或替換相應的底層驅(qū)動函數(shù)就可以了，便于將軟件系統(tǒng)移植到其他平臺。在功能上軟件主要實現(xiàn)以固定周期采集和發(fā)送傳感信息。上電初始化后，監(jiān)測節(jié)點開始GSM和 GPＲS通信的初始化工作，申請加入移動網(wǎng)絡，與數(shù)據(jù)中心相連。與數(shù)據(jù)中心建立連接后，開始傳感信息的采集和發(fā)送工作，采取周期性工作模式，不工作時處于休眠模式，以便降低功耗。二是數(shù)據(jù)傳遞中的壓縮和融合。單個分簇中的傳感器節(jié)點和簇頭節(jié)點經(jīng)過網(wǎng)絡可直接傳遞相關數(shù)據(jù)。簇頭節(jié)點在不斷收集數(shù)據(jù)的過程中使用了大量的能量，一旦簇頭節(jié)點無法正常運行時，就會導致其他的傳感器節(jié)點不能與調(diào)控基站進行數(shù)據(jù)交換，使網(wǎng)絡傳輸處于停滯狀態(tài)。為了避免上述情況的出現(xiàn)，運用雙正交小波壓縮的系統(tǒng)通信方法壓縮傳輸中的數(shù)據(jù)，降低了節(jié)點能量的消耗，保證了網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼＿\行http://xtxb.com.cn。        

為企業(yè)實時監(jiān)控作業(yè)現(xiàn)場有毒有害物質(zhì)，預防發(fā)生生產(chǎn)安全事故和職業(yè)病提供動態(tài)管控技術支持。同時也可以為各級安全監(jiān)督管理部門正確掌握企業(yè)實際生產(chǎn)安全狀況，對監(jiān)察、指導企業(yè)生產(chǎn)安全事故提供科學依據(jù)。并針對當?shù)匾苯鹌髽I(yè)安全生產(chǎn)突出突出問題，編制危險性較大的冶金設備(包括高溫爐窯、超大容量煤氣柜、儲氣罐等)的設計、制造、安裝、使用和維護的安全技術條件和安全管理要求，著力提升設備本質(zhì)安全化水平。強化過程控制、實現(xiàn)閉環(huán)管理。         

危險作業(yè)分級。結合冶金企業(yè)管理架構和安全生產(chǎn)責任體系，根據(jù)危險作業(yè)風險大小將危險作業(yè)分為公司級、廠級、車間( 作業(yè)區(qū)) 級三個級別，并按照危險作業(yè)級別實施分級管控。公司級危險作業(yè)主要包括以下幾類危險作業(yè):         進入有限空間作業(yè); 非礦山單位爆破作業(yè); 特殊動火作業(yè)和在煤氣柜區(qū)、氧氣球罐區(qū)、化產(chǎn)品儲存區(qū)等危險區(qū)域動火作業(yè); 非常規(guī)一級吊裝作業(yè);主管網(wǎng)盲板抽堵作業(yè);主干道斷路作業(yè);重大建設項目動土作業(yè); 涉及兩個或以上產(chǎn)權單位的交叉作業(yè)。廠級危險作業(yè)主要包括以下幾類危險作業(yè): 公司級以外的危險區(qū)域動火作業(yè); 一級動火作業(yè); 非常規(guī)二級吊裝作業(yè); 盲板抽堵作業(yè); 廠區(qū)主干道斷路作業(yè); 斷路作業(yè); 危險區(qū)域臨時用電作業(yè); 15m 以上的高處作業(yè); 涉及兩個或以上車間( 科室) 的交叉作業(yè)。車間( 作業(yè)區(qū)) 級危險作業(yè)是指公司級、廠級以外的危險作業(yè)http://xtxb.com.cn。         

系統(tǒng)上位數(shù)據(jù)庫對收到的數(shù)據(jù)進行存儲，可視化上位機軟件負責對數(shù)據(jù)信息進行進一步的處理和智能化分析。通過該軟件，管理人員可以查看氣體濃度變化實時曲線，從而掌握冶金有毒有害氣體排放情況的變化。管理人員還可以根據(jù)具體的作業(yè)場所允許限值設定相應的預警值，當有毒有害氣體濃度超過預警值時監(jiān)測軟件做出預警，提醒管理人員環(huán)境發(fā)生變化?？傮w來說，上位機軟件可以做到實時監(jiān)測、智能分析、及時預警http://xtxb.com.cn。         

冶金行業(yè)是我國國民經(jīng)濟的重要基礎產(chǎn)業(yè),安全生產(chǎn)標準是保障生產(chǎn)經(jīng)營單位安全生產(chǎn)的重要技術規(guī)范,也是安全生產(chǎn)監(jiān)管監(jiān)察部門依法行政的重要依據(jù)。推進關鍵設備、設施和重大危險源的監(jiān)測和檢測檢驗標準。針對冶金企業(yè)排放的主要有毒有害氣體類型和所需監(jiān)測的環(huán)境變量，使用拓撲模型分析本文提出的冶金生產(chǎn)安全監(jiān)測系統(tǒng)相對于全局網(wǎng)絡的耗能量、分簇區(qū)域的耗能量以及壓縮小波的傳輸耗能和運行時間等。將監(jiān)測節(jié)點部署于實際作業(yè)場所中進行測試，監(jiān)測節(jié)點工作狀態(tài)圖如圖1所示。太陽能電池的充電補充保證了節(jié)點的連續(xù)工作，實現(xiàn)對主要傳感量采集的正常采集工作。通過 GPＲS 傳輸采集到的傳感信息原始數(shù)據(jù)。可視化監(jiān)測軟件對原始數(shù)據(jù)進行了進一步處理，實時顯示主要監(jiān)測量的變化曲線，軟件左部是控制界面，監(jiān)測人員可以選擇想要顯示趨勢圖的傳感器種類。通過 GPS 模塊實現(xiàn)對監(jiān)測節(jié)點的定位，監(jiān)測人員可查看不同監(jiān)測節(jié)點的位置和監(jiān)測值。監(jiān)測人員可以通過手機發(fā)送短信的方式向監(jiān)測節(jié)點發(fā)送指令并接收相關返回信息，當收到監(jiān)測人員讀取監(jiān)測變量的指令后，監(jiān)測節(jié)點會向手機發(fā)送當前監(jiān)測變量的具體數(shù)值http://xtxb.com.cn。 

作為感知環(huán)境的觸手，傳感器越來越多地應用到生活的各個領域。隨著小型化、數(shù)字化、智能化、多功能化和系統(tǒng)化的發(fā)展趨勢，它們不僅提升了傳統(tǒng)行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級速度，也成為生產(chǎn)安全領域事故預防和控制技術手段，而且創(chuàng)造了一個新的工業(yè)增長點。

下一步將開發(fā)手機APP客戶端監(jiān)測軟件和手持式便攜監(jiān)測設備，完善無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)，進一步提高對冶金工業(yè)監(jiān)測效果.