基于DSP和無線傳輸技術(shù)的危化品實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)

　　隨著工業(yè)的發(fā)展，易燃、易爆、有毒氣體及液體的種類和應(yīng)用范圍都得到了增加。在化工、石油、染料以及其他行業(yè)中就有許多有害物質(zhì)，如液化石油氣、氨、氯、硫化氫、二氧化硫及酒精等，如果在生產(chǎn)或運(yùn)輸過程中由于操作失誤或其他原因，致使這些危險(xiǎn)性物質(zhì)泄漏出來，由于氣體本身存在的擴(kuò)散性，發(fā)生泄漏后，在外部風(fēng)力和內(nèi)部濃度梯度的作用下，氣體會(huì)沿地表擴(kuò)散，在事故現(xiàn)場形成燃燒爆炸或毒害危險(xiǎn)區(qū)。為了增強(qiáng)運(yùn)輸安全性，同內(nèi)外對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸車輛實(shí)行監(jiān)管，主要針對(duì)車輛行駛狀態(tài)的監(jiān)測。在圈外也有針對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸?shù)幕贕IS平臺(tái)的危險(xiǎn)性評(píng)估研究，以此作為運(yùn)輸路徑的選擇依據(jù)。目前，國內(nèi)中集集團(tuán)應(yīng)用的基于MEMS傳感器的集裝箱監(jiān)測系統(tǒng)很好地監(jiān)測了運(yùn)輸過程中氣體濃度和溫濕度、罐內(nèi)危險(xiǎn)化學(xué)品的壓力和液位、罐體的空間姿態(tài)和加速度以及閥件腔腔體的開合狀態(tài)等信息。為了進(jìn)一步提高氣體濃度監(jiān)測的可靠性，設(shè)計(jì)采用雙傳感器相互監(jiān)測，以防因單傳感器失靈造成的誤報(bào)警，并且設(shè)計(jì)注重?cái)?shù)據(jù)處理融合精度，從而加強(qiáng)報(bào)警準(zhǔn)確性。因此設(shè)計(jì)首先確定了安裝位置，然后結(jié)合DSP和無線傳輸技術(shù)，增強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力以及傳輸?shù)募皶r(shí)性，對(duì)泄漏情況全面及時(shí)監(jiān)測。

　　2 實(shí)驗(yàn)測點(diǎn)分布概況

　　根據(jù)危險(xiǎn)化學(xué)品常壓鐵路罐車罐體常見缺陷調(diào)查、常見泄漏事故調(diào)查以及有害氣體運(yùn)輸過程中泄漏擴(kuò)散的分析可得知：危化品泄漏多發(fā)原因主要有罐體焊縫撕裂、罐內(nèi)內(nèi)加強(qiáng)圈老化、罐體酸堿腐蝕造成的罐體漏洞等，并且在泄漏監(jiān)測范圍內(nèi)，泄漏擴(kuò)散多以大于環(huán)境空氣密度的重氣擴(kuò)散為主。由此可見，對(duì)于安裝點(diǎn)的位置的確定要既實(shí)現(xiàn)全方位監(jiān)測目的，又能對(duì)易發(fā)生泄漏點(diǎn)如罐體焊縫、閥門進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測，并且需要考慮到氣體密度、風(fēng)向等因素。在列車行進(jìn)過程中，由于風(fēng)力作用，泄露氣體會(huì)隨風(fēng)向方向擴(kuò)散。又由于多數(shù)危險(xiǎn)氣體密度大于空氣，即所謂的重氣，擴(kuò)散時(shí)，會(huì)有向。

　　地表擴(kuò)散的趨勢，因此可見圖1安裝點(diǎn)位置都位于罐尾下風(fēng)處，并且在易泄漏點(diǎn)（罐體兩側(cè)焊縫和罐頂安全閥）下方，3個(gè)安裝點(diǎn)可以全面監(jiān)測整個(gè)罐體的泄漏情況。

圖1 實(shí)驗(yàn)測點(diǎn)分布示意圖

　　3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　基于DSP的危險(xiǎn)氣體泄漏監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)由從機(jī)與主機(jī)構(gòu)成，如圖2所示。從機(jī)以TI公司的DSP芯片TMS320F2812為核心，可完成對(duì)1個(gè)監(jiān)測報(bào)警點(diǎn)的兩路氣體濃度采集、一路環(huán)境溫度數(shù)據(jù)采集、采集后的數(shù)據(jù)處理、控制執(zhí)行結(jié)構(gòu)、與主機(jī)通信等功能，自身構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)測控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所在安裝點(diǎn)區(qū)域的監(jiān)測。主機(jī)由PIC微處理芯片、液晶顯示、聲光報(bào)警、通信模塊組成的二次儀表機(jī)實(shí)現(xiàn)，主要負(fù)責(zé)與從機(jī)的數(shù)據(jù)通信、聲光報(bào)警、濃度顯示功能，以便操作人員對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果采取有效措施，以防止可燃?xì)怏w的泄漏，杜絕事故隱患。

圖2 監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

　　4 硬件結(jié)構(gòu)框圖

　　為快速準(zhǔn)確地檢測出周圍氣體中酒精氣體的含量，并且在達(dá)到危險(xiǎn)濃度時(shí)發(fā)m聲光報(bào)警，系統(tǒng)由6個(gè)方面組成：

　　（1）可燃?xì)怏w傳感器，可以通過可燃?xì)怏w傳感器感知周圍空氣中可燃?xì)怏w的濃度值，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)使電路能夠識(shí)別；

　　（2）溫度傳感器，可燃?xì)怏w傳感器受其工作環(huán)境中的溫度的影響比較大，故需要測得周圍環(huán)境中的溫度，進(jìn)而對(duì)氣體傳感器測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償；

　?。?）供電電源保障系統(tǒng)；

　?。?）計(jì)算顯示單元；

　?。?）聲光報(bào)警單元；

　?。?）友好的人機(jī)交互界面及通信接口。

　　泄漏監(jiān)測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 泄漏監(jiān)測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖