CN202306238U - 一种基于物联网的罐区油罐智能监控装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于物联网的罐区油罐智能监控装置，属于计算、控制及登记表测试技术领域。其特征是由数据采集模块、分布式监控模块、实时预警与控制模块和通信网络模块四个部分构成。数据采集模块包括储油罐内外部各种传感器、无线摄像头、二次仪表、无线路由器；分布式监控模块包括现场监控站、便携式监控终端和移动监控终端；实时预警与控制模块包括储油罐状态显示器、预警预报器、管道阀门控制器、消防设施启动器；通信网络模块包括数据采集局域网、移动通信网和因特网。本实用新型的效果和益处是能够无电回路监测油罐内部的液位、温度和压力，无线监测油罐外部容易引发安全事故的环境参数，具有紧急情况自动和远程控制功能，可用于罐区油罐智能监控中。
Description
技术领域
本实用新型属于计算、控制及登记表测试技术领域，涉及一种基于物联网的罐区油罐智能监控装置，尤其是针对储油罐区中多个地上储油罐的一种智能监控装置。
背景技术
罐区油罐是储存油品的重要设备，是油品的蓄水池和调节器，对油品的再生产和流通过程起重要作用。储油罐监测的主要经济目标是能够精确计量油品的存量，但储油罐区具有高风险性、事故危害性大等特点，尤其是对于地上油罐，所以罐区油罐的监测对象不仅包括油罐液位，更要包括温度、压力等影响油罐安全的参数。而目前国内许多储油罐的液位计量仍采用人工方式，也没有对其他参数进行实时监测；即使部分油罐采取了计算机监测***，尚未形成一套安全可靠的储油罐监测***。
专利号为200410074336.9的“储油罐液位及油品密度在线检测***”能够实现在线监测储油罐中油品的液位和密度，并保持相当小的误差范围，但该发明未能充分考虑储油罐内部的无电回路特性要求，存在引发安全事故的隐患；
专利号为200720018376.0的“储油罐防盗报警装置”提出一种由无线遥控器、无线监控器和无线报警显示器三部分通过无线方式连接组成的储油罐防盗报警技术方案，能够实现远程无线报警；专利号为200810140240.6的“储油罐智能综合测控装置”提出一种由电源模块、数据采集处理模块、步进电机驱动器、执行机构、传感器装置和工控机构成的储油罐监测***，能够同时监测储油罐的液位、油层、油水层、水层、温度等参数。
现有关于储油罐监控方面的相关专利主要存在以下不足和缺陷：
(1)多数忽视了储油罐内部监测的无电回路特性要求，采用有源传感器，存在安全隐患，尚未形成一套安全可靠的储油罐内部液位、温度和压力在线监测装置；
(2)忽视了储油罐外部安全因素的监测，不能对储油罐外部温度、风速、有无烟雾、有无特殊气体以及有无外部闯入情况进行实时监测；
(3)多数属于监控中心模式，监测数据不能实时传输到远程服务器上，存在数据安全方面的隐患，并且不能实现远程监测和移动监测；
(4)缺乏对紧急情况的自动控制及远程控制操作的考虑，需要人工现场进行紧急情况控制操作，时效性低，并且存在操作人员人身安全风险。
物联网(The Internet of Things)是将无线传感网、移动通信网、因特网、信息处理、智能计算与控制等集成的智能网络***，能够实时采集任何需要监控、连接、互动物体或过程的各种信息。本实用新型基于物联网技术提出一种全新的罐区油罐智能监控装置。
发明内容
为了克服现有储油罐监测装置监测对象单一和忽视无电回路特性要求的缺陷以及弥补其在储油罐外部环境监测和紧急情况控制操作上的不足，本实用新型提供一种基于物联网的罐区油罐智能监控装置，能够实现无电回路监测储油罐内部的液位、温度、压力参数，无线监测储油罐外部容易引发安全事故的环境参数，具有基本的紧急情况自动控制和远程控制功能。
本实用新型基于物联网技术解决以上存在问题，所采用的技术方案如下所述。该罐区油罐智能监控装置的整体体系结构如附图1所示，包括数据采集模块、分布式监控模块、实时预警与控制模块和通信网络模块四个部分。数据采集模块主要由储油罐内外部各种传感器、无线摄像头、二次仪表、无线路由器和传输介质构成；储油罐内部传感器包括液位传感器、温度传感器和压力传感器，这些属于光纤传感器，采用光纤传输，与二次仪表相连，实现测量无电回路，避免电信号引起的危险；储油罐外部传感器包括温度传感器、风速传感器、烟雾传感器、气敏传感器和红外传感器，这些属于无线传感器，采用无线网络传输，与无线路由器相连，对罐区油罐周围的温度、风向、风量、有无烟雾、有无特殊气体以及有无外部闯入情况进行实时监测；无线摄像头实现对罐区周围环境的可视化监测。分布式监控模块区别于传统的监控中心模式，通过无线传感网、仪器测控网、移动通信网和因特网实现分布式监控模式，包括三类监控节点：现场监控站、便携式监控终端和移动监控终端，实现随时随地对罐区油罐状态进行监测。实时预警与控制模块根据数据采集模块传输到数据处理服务器的储油罐内外部状态参数数值和预先设定的触发规则发布预警信号和进行自动控制及远程控制操作，其中预警与控制节点包括储油罐状态显示器、紧急情况预警预报器、管道阀门控制器、消防设施启动器。通信网络模块包括无线传感网、仪器测控网、移动通信网和因特网，通过各种通信协议将数据采集节点、预警与控制节点、监控终端和远程服务器连接。
本实用新型的效果和益处是，能够实现无电回路监测油罐内部的液位、温度和压力，对储油罐外部温度、风向、风量、有无烟雾、有无特殊气体以及有无外部闯入情况进行监测，对罐区周围环境进行可视化监测，具备基本的紧急情况自动控制和远程控制功能。
附图说明
图1是基于物联网的罐区油罐智能监控装置的整体体系结构图。
图2是储油罐内部状态监测示意图。
图3是储油罐外部环境状态监测示意图。
图4是监测预警信号和控制指令流图。
图5是基于物联网的罐区油罐智能监控装置采用的协议与标准框图。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本实用新型的具体实施方式。
(1)为了满足储油罐内部监测的无电回路特性要求，本实用新型使用光纤传感器测量储油罐内部的液位、压力和温度。光纤传感器工作原理是由光源发出光线经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质发生变化，包括光的强度、波长、频率、相位、偏正态等变化，再经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。
本实用新型采用光纤传感器监测储油罐内部状态的具体结构示意图如附图2所示，光纤传感器由光发送器、光纤、敏感元件、光接收器和信号处理器组成，其中光发送器在储油罐外部，光的敏感元件包括压敏元件和热敏元件，在储油罐内部，光接收器和信号处理器在储油罐外部。光发送器通过光纤与敏感元件连接，敏感元件通过光纤与光接收器连接，光接收器通过光纤与信号处理器连接。光发送器发出的光线经过光纤介质传到油罐内部的压敏元件和热敏元件，受到储油罐内部压力和温度变化时，引起光纤传输的光波量改变，改变光学性质的光线传到信号处理器，由信号处理器将光信号变化转换为电信号变化，再由二次仪表测量电信号的变化，进而测量出储油罐内部的压力和温度。储油罐中油品的液位由二次仪表根据光纤压力传感器测量出的压力差计算而得。该实施方案不仅能够满足储油罐内部监测的无电回路要求，而且可以发挥光纤传感器的灵敏度高、可靠性好、绝缘性好、抗腐蚀、可绕曲和抗压防爆等优势。
(2)为了弥补现有装置缺乏对储油罐外部安全因素监测的缺陷和克服有线监测布线工作的复杂性，本实用新型设计了基于无线传感网的储油罐外部环境监测方案，其结构示意图如附图3所示。监测储油罐外部安全因素的传感器都是无线传感器，包括：1)无线温度传感器，用于采集储油罐外部的温度数据；2)无线风速传感器，用于采集储油罐外部的风向和风量数据；3)无线红外传感器，形成电子栅栏，用于监测有无外部闯入罐区情况；4)无线烟雾传感器，用于监测储油罐周围有无烟雾及烟雾浓度；5)无线气敏传感器，用于监测储油罐有无气体泄漏情况；6)无线摄像头，实现罐区可视化监测。以上各种无线传感器与无线路由器连接，形成无线传感局域网，通过无线网关分别与现场监控站和GSM/GPRS移动通信网连接，进而与因特网相连，实现储油罐外部环境安全状态的实时监测。
(3)本实用新型具备基本的紧急情况自动控制和远程控制功能，附图4给出了基于物联网的罐区油罐预警信号和控制指令流图，其中预警信号、自动控制指令和远程控制指令具有不同的发出者和传输过程。
预警信号和自动控制指令由数据处理服务器根据(1)和(2)监测的罐区油罐内外部参数值和事先设定的预警与自动控制规则，实时生成预警信号和自动控制指令；远程控制指令是在远程监控终端接收到预警信号之后，由决策者人为发出的远程控制指令。预警信号由数据处理服务器发出后，通过因特网、移动通信网和无线传感网传输到现场监控站、便携式监控终端、移动监控终端和储油罐状态显示器；自动控制指令由数据处理服务器发出后，通过因特网、移动通信网、无线传感网、仪器测控网传输到紧急情况预警预报器、消防设施启动器、管道阀门控制器，进行自动控制操作；远程控制指令由决策者发出后，通过因特网、移动通信网、无线传感网、仪器测控网传输到紧急情况预警预报器、消防设施启动器、管道阀门控制器，进行人为远程控制操作。附图4中实线表示有线通信，虚线表示无线通信，两者都有表示两种通信方式皆可；单向箭头表示预警信号或者控制指令，双向箭头表示两者共存。
(4)基于物联网的罐区油罐智能监控装置涉及无线传感网、仪器测控网、移动通信网和因特网，它们各自遵守相应的协议和标准，并通过因特网作为中介连接在一起，本实用新型采用的协议和标准如附图5所示。因特网是连接整个监控装置的中介网络，其TCP/IP参考模型包括接入层、网络层、传输层和应用层的各种协议；无线传感网采用WiFi技术，包括IEEE802.11系列协议、S-MAC协议、CSMA协议，通过无线网关在网络层与因特网连接；移动通信网协议包括L1、L2、L3、GPRS和WAP协议，其中GPRS支持IP协议标准，在网络层与因特网连接；仪器测控网采用Modbus协议，包括RS-232、RS-485、ASCII、RTU和TCP协议，提供与TCP/IP协议通信标准。
Claims (4)
1.一种基于物联网的罐区油罐智能监控装置，包括数据采集模块、分布式监控模块、实时预警与控制模块和通信网络模块四个部分，其特征在于：所述数据采集模块包括储油罐内部传感器、储油罐外部传感器、无线摄像头、二次仪表、无线路由器及传输介质；所述分布式监控模块包括三类监控节点：现场监控站、便携式监控终端和移动监控终端；所述实时预警与控制模块包括四类预警与控制节点：储油罐状态显示器、紧急情况预警预报器、管道阀门控制器、消防设施启动器；所述通信网络模块包括无线传感网、仪器测控网、移动通信网和因特网，通过各种通信协议将数据采集节点、监控节点、预警与控制节点和远程服务器连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的罐区油罐智能监控装置，其特征在于：所述储油罐内部传感器包括液位传感器、温度传感器和压力传感器，属于光纤传感器，采用光纤传输，与二次仪表相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的罐区油罐智能监控装置，其特征在于：所述储油罐外部传感器包括温度传感器、风速传感器、红外传感器、烟雾传感器和气敏传感器，属于无线传感器，采用无线网络传输，与无线路由器相连。
4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的罐区油罐智能监控装置，其特征在于：所述实时预警与控制模块根据数据采集模块传输到数据处理服务器的储油罐参数数值和预先设定的触发规则发布预警信号和进行自动控制及远程控制。
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