摘要：作为国民经济的基础产业之一，中国钢铁工业在近年来处于高速增长阶段，钢产量在总体上保持持续增长的态势。然而钢铁冶金企业也是资源消耗的大户，近十年来钢铁冶金能源消费量占全国总能源消费量的比重一直在12%～15%之间，钢铁工业单位增加值能耗是全部工业能耗平均值的3倍以上。在大量能源消耗的同时，钢铁冶金企业在生产过程中同时大量形成废气、废水、废渣等对作业人员职业健康、环境有害的排放物。我国快速发展的工业以及环境保护措施的相对滞后使得自然生态和人类健康都受到了危害。本文分析了物联网技术冶金生产安全监测系统设计相关内容。
关键词：物联网技术；冶金生产安全监测系统；设计；
物联网是通过射频识别技术、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，利用现代通信技术，把待识别物体与互联网进行连接，从而实现对物体的识别、定位、跟踪、监控和管理。这种技术被认为是全球信息化产业的新一次科技革命，备受各界人士、学者、企业和政府重视。很多发达国家甚至将其纳入信息化战略目标。
一、基于物联网技术的冶金生产安全监测方案
1.基于物联网的冶金生产安全监测模型包括传感器节点、簇头节点和调控基站。物联网分簇区间的自组织多传感器网络中的传感器节点包括光学、烟雾等传感器件，主要用来收集相应的冶金现场数据。全部的传感器中都包含无线短距离通信数据传递模块。分簇区域内的多传感器将收集到的具有不同属性的环境检测数据传递到簇头节点，再由簇头节点将数据传递给冶金调控基站。传感器节点数据采集模块将收集到的冶金现场数据传递给簇头节点。簇头节点分布于冶金环境的相关区域中，其中包括特级危险信号实时检测模块，能够检测簇节点周围环境中是否有冶金钢水泄露等特级危险情况，若存在，则优先发出危险信号，最终完成对冶金现场检测数据的实时有效收集。
2.冶金生产安全监测传感器节点模型依据嵌入式技术发展起来，主要包含数据收集属性模块、数据无线发射模块、高效电源模块和环境信息实时监控模块等。冶金生产安全环境监测传感器节点模型依据不同的检测目标，自主运行合理的数据检测模型，对数据进行集中收集，具体的运行过程如下:一是依据调控基站中的检测目标，采用数据属性模块对相应的数据进行属性检测。其中，检测的数据属性通常为烟雾、温度和压力等。二是按照一定的规律使用危机搜索模块，并将相应的危机信号传递给核心节点。三是按照一定的规律使用数据无线传递模块，将获取的数据传递给簇头节点。四是依据调控基站内的调控信息，按照一定的规律使用特级危险信号的实时检测模块，若检测到危险信号转向。五是如果当前节点簇中的簇头节点存在问题则转向。分析基于物联网的冶金现场检测网络结构可以得出，检测物联网结构将待检测区间划分成多个分簇区间，相应的局部分簇区间包含各自的簇头节点。并且检测物联网中含有多个核心节点，能够及时获取所有簇头节点传递的数据，还可以在某个簇节点失效的情况下，保证网络正常运行。
二、物联网技术冶金生产安全监测系统设计
1.系统总体结构。冶金工业可分为钢铁冶金和有色冶金，有色冶金涉及到的有色金属种类较多，冶炼方法多种多样，较多采用的是火法冶炼和湿法冶炼。冶炼过程中会产生有毒有害气体，比如在锑冶炼行业中，产生粉尘、铅、砷、镉、锑等重金属废气，作业人员长期接触上述废气，对人体生命健康造成较大损害，甚至危害生命。因此，采取监测控制措施，可以实现生产安全事故、职业病危害风险降低的目标。首先，它的监测范围更加广泛，冶金工厂往往具有较大的厂区面积，一个年产 300 万吨钢的联合钢铁厂占地就要 4km2～8km2。监测区域要覆盖整个厂区。由于风和气流会影响废气的流动，因此厂区周围也应在监测区域内。其次，监测的传感器类型较多，冶金工业的废气中还存在 CO，CO2，NO，NO2，SO2，H2S 等多种有毒有害气体，不同的有毒有害气体需要用不同的传感器来检测。与其他环境要素中的污染物质相比，作业场所中的污染物质具有随时间、空间变化大的特点。因此，除了监测有毒有害气体外，还要监测厂区内外的风向风速和空气温湿度等信息，以便判断有毒有害气体在作业场所中的扩散状况。其次，有毒有害气体允许限值监测对传感器的精度和准确性要求较高。一般的大气监测基站使用红外式气体传感器，具有很高的精度，但是往往成本较高，体积较大，不适合规模化的布置。因此，需要综合考虑使用环境和成本等因素选取最为合适的传感器。最后，监测应该长期进行。冶金企业排放的有毒有害气体的种类和浓度往往会随时间而变化，气象条件的改变可能造成同一有毒有害气体在同一地点的浓度相差数 10 倍，因此，必须进行长时间连续监测，记录变化情况。综合这几点，冶金企业有毒有害气体的监测要根据其种类、时间和空间分布特点进行合理的规划。根据这些要求，无线传感器网络系统由具有远距离无线传输功能的监测节点和远程数据中心组成，总因为监测要覆盖较大的区域，监测节点不仅部署于厂区内，还要根据空间特点在厂区周围的近厂区和远离厂区的远厂区部署适当节点。监测节点负责采集、处理和发送采集到的各种传感信息，无线传输到远程数据中心，远程监测人员通过上层监测软件可以实时了解被监测区域的情况。在某些情况下，监测人员不在监测中心，比如处于厂外监测点附近现场了解空气环境和有毒有害气体排放状况，监测人员还可以通过手机给监测点发送指令，了解监测点的传感信息，实现监测的灵活性。
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软件设计。一是节点下位机软件设计监测节点下位机软件在设计上分为 3 层: 底层驱动函数，上层功能函数和应用层函数。只有底层驱动函数与硬件直接相关，底层函数包括对寄存器的操作和一些硬件初始化功能，上层功能函数完成对微型中央处理器主要功能的实现，应用层函数通过程序接口实现对功能函数的控制，最终实现对节点的控制。这种设计体现了软硬件分离的思想，一旦监测节点的硬件需要升级，只需要修改或替换相应的底层驱动函数就可以了，便于将软件系统移植到其他平台。在功能上软件主要实现以固定周期采集和发送传感信息。上电初始化后，监测节点开始GSM和 GPＲS通信的初始化工作，申请加入移动网络，与数据中心相连。与数据中心建立连接后，开始传感信息的采集和发送工作，采取周期性工作模式，不工作时处于休眠模式，以便降低功耗。二是数据传递中的压缩和融合。单个分簇中的传感器节点和簇头节点经过网络可直接传递相关数据。簇头节点在不断收集数据的过程中使用了大量的能量，一旦簇头节点无法正常运行时，就会导致其他的传感器节点不能与调控基站进行数据交换，使网络传输处于停滞状态。为了避免上述情况的出现，运用双正交小波压缩的系统通信方法压缩传输中的数据，降低了节点能量的消耗，保证了网络数据传输的正常运行。
3.系统设计目标。为企业实时监控作业现场有毒有害物质，预防发生生产安全事故和职业病提供动态管控技术支持。同时也可以为各级安全监督管理部门正确掌握企业实际生产安全状况，对监察、指导企业生产安全事故提供科学依据。并针对当地冶金企业安全生产突出突出问题，编制危险性较大的冶金设备(包括高温炉窑、超大容量煤气柜、储气罐等)的设计、制造、安装、使用和维护的安全技术条件和安全管理要求，着力提升设备本质安全化水平。强化过程控制、实现闭环管理。
（1）危险作业分级。结合冶金企业管理架构和安全生产责任体系，根据危险作业风险大小将危险作业分为公司级、厂级、车间( 作业区) 级三个级别，并按照危险作业级别实施分级管控。公司级危险作业主要包括以下几类危险作业:
进入有限空间作业; 非矿山单位爆破作业; 特殊动火作业和在煤气柜区、氧气球罐区、化产品储存区等危险区域动火作业; 非常规一级吊装作业;主管网盲板抽堵作业;主干道断路作业;重大建设项目动土作业; 涉及两个或以上产权单位的交叉作业。厂级危险作业主要包括以下几类危险作业: 公司级以外的危险区域动火作业; 一级动火作业; 非常规二级吊装作业; 盲板抽堵作业; 厂区主干道断路作业; 断路作业; 危险区域临时用电作业; 15m 以上的高处作业; 涉及两个或以上车间( 科室) 的交叉作业。车间( 作业区) 级危险作业是指公司级、厂级以外的危险作业。
（2）系统上位数据库对收到的数据进行存储，可视化上位机软件负责对数据信息进行进一步的处理和智能化分析。通过该软件，管理人员可以查看气体浓度变化实时曲线，从而掌握冶金有毒有害气体排放情况的变化。管理人员还可以根据具体的作业场所允许限值设定相应的预警值，当有毒有害气体浓度超过预警值时监测软件做出预警，提醒管理人员环境发生变化。总体来说，上位机软件可以做到实时监测、智能分析、及时预警。
三、系统实现
冶金行业是我国国民经济的重要基础产业,安全生产标准是保障生产经营单位安全生产的重要技术规范,也是安全生产监管监察部门依法行政的重要依据。推进关键设备、设施和重大危险源的监测和检测检验标准。针对冶金企业排放的主要有毒有害气体类型和所需监测的环境变量，使用拓扑模型分析本文提出的冶金生产安全监测系统相对于全局网络的耗能量、分簇区域的耗能量以及压缩小波的传输耗能和运行时间等。将监测节
点部署于实际作业场所中进行测试，监测节点工作状态图如图1所示。太阳能电池的充电补充保证了节点的连续工作，实现对主要传感量采集的正常采集工作。通过 GPＲS 传输采集到的传感信息原始数据。可视化监测软件对原始数据进行了进一步处理，实时显示主要监测量的变化曲线，软件左部是控制界面，监测人员可以选择想要显示趋势图的传感器种类。通过 GPS 模块实现对监测节点的定位，监测人员可查看不同监测节点的位置和监测值。监测人员可以通过手机发送短信的方式向监测节点发送指令并接收相关返回信息，当收到监测人员读取监测变量的指令后，监测节点会向手机发送当前监测变量的具体数值。
随着工业的发展，生产安全问题成为了生产和生活中的重要问题。作为感知环境的触手，传感器越来越多地应用到生活的各个领域。随着小型化、数字化、智能化、多功能化和系统化的发展趋势，它们不仅提升了传统行业的转型升级速度，也成为生产安全领域事故预防和控制技术手段，而且创造了一个新的工业增长点。本文所述的系统建立作业场所与动态监控技术之间的连接。下一步将开发 Android 手机客户端监测软件和手持式便携监测设备，完善无线传感器网络系统，进一步提高对冶金工业监测效果。
参考文献
[1]朱达欣，蔡丹琳. 信息管理与信息系统专业建设刍议[J]. 计算机教育, 2015, (4).
[2]陈如明. 信息化及应急通信与无线城市融合发展策略思考[Z]. 甘肃兰州，2015.
[3]全国人民代表大会常务委员会．中华人民共和国职业病防治法［Z］．2011．
[4]路磊. 冶金企业质量事故调查[J].预防医学，2015（07）．
论文作者:妥彦智
论文发表刊物:《基层建设》2016年16期
论文发表时间:2016/11/11
标签：作业论文; 节点论文; 传感器论文; 危险论文; 数据论文; 气体论文; 厂区论文; 《基层建设》2016年16期论文;