人算不如云算——化工园区

我们的课题是针对化工园区危险源监控和预警系统的设计，旨在提高工厂的安全性。为此，我们设计了一款基于STM32的危险源实时预警系统，用于化工园区安全状况的监测。系统类型主要包括基于CAN总线的危险源监测系统，能够对温度、液位、压力和气体浓度进行监测；基于GIS的煤矿重大危险源监测系统平台，可对水、火、煤矿井下顶板等重大危险源进行早期预警；重大危险源综合监测及预警平台的实现架构；采用浏览器/服务器架构和物联网技术构建危险源安全管理系统。 为了将多个系统的功能得到有效组合，我们利用气体传感器阵列进行多点数据采集，通过ZigBee无线通讯技术将数据上传到云端服务器数据库。在远程监测端，我们利用LabVIEW软件设计了一套虚拟监控平台，能够从云端获取数据，并嵌入主成分分析等智能算法，实现危险源的分类判别。系统测试结果表明，ZigBee终端节点布置灵活、通讯可靠，4G传输高效稳定，LabVIEW云端的智能预警平台能够识别危险源类型，保障化工园区安全运行。下面是我们对于系统不同模块的具体介绍： 1.为了协调器节点电路设计（包括主控芯片STM32模块、ZigBee无线通讯模块、4G无线通讯模块等），我们通过4G无线通讯模块将协调器节点获取到的数据传输到云平台。本课题选用成都亿佰特推出的E840-DTU模块，其通过串行通信形式与STM32交换数据，具体电路如图3所示。E840-DTU的T1IN和ROUTT1分别与STM32的PA9(UASRT1_TX)和PA10(UASRT1_RX)引脚连接，用于数据传输。 2.为了通过设计终端节点从而控制各传感器采集数据，我们通过ZigBee网络传输给协调器节点。因此终端节点程序流程如下：首先，系统进行初始化操作，包括时钟、定时器、射频等；其次，终端节点扫描周围网络，并申请加入协调器建立的网络；最后，终端节点读取传感器数据，并将其发送给协调器节点。 3.为了建立ZigBee网络和4G网络，并利用ZigBee网络收集终端节点采集的数据，我们采用4G网络以TCP Modbus协议将数据传输到云端服务器。因此，协调器节点程序流程如下：首先，系统进行初始化操作，包括时钟、定时器、射频、协议栈等；其次，协调器节点建立以其为核心的ZigBee网络，在终端节点入网后接收其数据；然后，协调器节点进行4G初始化，选定参数连接4G网络；最后，协调器节点将收集的数据通过4G网络打包发送到阿里云服务器。 4.为了便于现场工程师及时掌握化工园区的安全状况，我们还利用LabVIEW设计了虚拟监测平台，便于运管人员在远程客户端实时监测现场数据。虚拟监测平台主要具备数据获取、数据存储、数据分析、危险源识别、智能预警等功能。该模块主要是从云服务器数据库中提取各节点传感器数据。其主要操作流程如下：首先，在云端服务器中安装ODBC驱动，创建数据库的数据源，保证数据源与数据库连接成功；其次，在LabVIEW菜单栏工具菜单中依次选择create Data Link和Microsoft OLE DB Provider for ODBC Driver进行配置，生成后缀名.udl的文件，以实现LabVIEW与ODBC数据源的连接；再次，在程序框图中选择“DB Tools Open”、“DB Tools Execute Query”和“DB Tools Fetch Recordset Data”三个数据库函数，并以保存的.udl文件为路径，从而实现数据库的打开、查询和数据提取等功能；最后，在程序框图中用数组函数对数据进行索引和处理，在前面板搭建波形显示控件，从而实现园区危险源现场数据的实时显示或历史数据查询。