王冲,张春迎

（天津渤海职业技术学院信息工程学院，天津 300402）

物联网通常分为三层，感知层、网络层和应用层。其中感知层相当于人的皮肤和五官，各种各样的传感技术像人的五官一样可以感受周围环境的变化，因此传感器又被人们称为电五官。感知层进行信息的采集，可以应用的技术包括条码和扫描器、智能卡、RFID 电子标签和读写器、摄像头、GPS、传感器，其中条码和RFID 标签显示身份，传感器捕捉信息状态，摄像头记录图像，GPS 进行跟踪定位，最终实现识别物体、采集信息的目标，实现对事物的识别与辨别、定位及状态和环境变化的动态信息。本文提出将物联网感知层技术应用于智慧化工厂建设中，提高安全生产和安全管理并加强智慧工厂的建设[1]。

1 智能传感器检测系统

智能传感器（Smart Sensor）是一种具有一定信息处理能力的传感器，以传统的传感器与微处理器结合起来的方式进行制造生产，微处理器可以对采集的信号进行分析处理[2～7]，然后把处理结果发送给主机或者反馈给管理人员。智能传感器可以显著减小传感器与主机之间的通信量，并简化不同传感器集合的系统。已经实用化的智能传感器有：智能压力传感器、智能温湿度传感器、智能流量传感器、智能加速度传感器、智能检测传感器、智能位置传感器等。智能传感器系统架构图如图1 所示。

图1 智能传感器系统架构图

通过在环境中部署传感器节点可以实时采集数据，如可燃气体浓度，温湿度、光照度等信息，终端也可部署摄像头等采集图片视频信息，通过有线和无线技术连接到网关上，将感知层的数据实时上传到应用层，感知层也可部署各类执行器，一旦发生安全事件，可以一键操作，快速执行，如报警器、一键断电、一键报警等设施，可从源头监测数据。由于底层部署传感器数量多，传感器采集数据量大，因此智能传感器网中采用工业级的高性能交换机，保障数据传输的流畅性、实时性、不卡顿，骨干环网采用千兆级别网络，保障网络畅通、数据畅通。网络可采用的有线技术有485 总线，232 总线，可采用的无线技术有ZigBee，BasicRF，NB-IOT,Lora 等多种有线无线通讯技术[8～11]。

2 智慧化工厂建设

化工是国民经济生活的重要组成部分，化工业占比接近国民生产总值的1/5，随着生产量的增加，化工厂的安全事故频发，因此加强化工厂的安全生产刻不容缓。通过将物联网技术应用于化工厂，可以提高化工厂的智能化水平，方便并提高化工厂的安全生产。

智慧化工厂通过感知技术可以获取生产设施的各种信息，如状态信息、温度信息、气体浓度信息。化工厂的智能建设主要由监测部分、自动报警部分和联动控制部分组成[12]。

监测部分负责监测容易发生生产安全事件的重点部位，如存放易燃易爆的存储罐、危化品库房、电器设备车间等。甚至危险级别不高的部位也需监测，因为化工材料的特殊性可以会产生连锁反应，危险级别不高的材料如果存储不安全也可带来巨大的安全隐患。在易燃易爆的存储罐中部署压力传感器，监测存储罐中的压力，将数据实时反馈给管理者，如果压力过大，超过设定的预警值，会产生警报并通过联合控制打开泄气阀门，降低存储罐中的压力。在易燃易爆的危险品库房安装摄像头和温湿度传感器、烟雾传感器，可以检测库房的危化品状态，由于危化品对温度湿度信息比较敏感，如果环境值超过预警值，会触发报警开关，将危险信息发送给管理平台或管理者的手机，通知管理者迅速处理，还可以通过人工或者联动控制模块自动处理，将危险因素尽快消除。在管理端有对应的管理者平台软件，不仅可以看到传感器传上来的实时数据，还对应云平台和数据库，云平台不仅可以通过网页实时显示传感器的数据，还可以设定网页自动刷新时间，数据库可以存储数据，一旦发生安全事件可以做到数据追踪溯源，方便查改。

3 实验仿真

模拟仿真实验采用Lora 长距离低功耗通信技术进行温湿度和光照度的采集，三个Lora 模块搭建起LoraWAN 网络，图2 中左一lora 模块为温湿度采集模块，左二模块为lora 光照度采集模块，右一模块为lora 网关，网关模块通过232 线连接到云平台网关，搭建云平台lora 平台，并且通过新大陆实验平台给网关和各模块供电，实验效果如图2 所示。

图2 lora 模块实验仿真

图3 云平台数据

云平台数据上传图如图3 所示：网页数据设定每5S 刷新一次。

4 结论

无论是企业的安全生产还是学校的学习生活对于人们来说都是十分重要的，安全始终都是底线，不可触碰，本文提出将物联网感知层技术应用到智慧化工厂系统建设中，给出了智慧化工厂建设模型，通过在重点领域部署各种传感器，利用多种网络和数据库等技术加强安全生产区域的管理和监督，提高了安全管理人员对化工厂安全工作的效率和质量，而仿真实验也验证了方案的有效性。