基于物联网工业控制系统的风险智能识别与安全应急技术与系统

课题基于物联网工业控制系统的风险智能识别与安全应急技术与系统年度执行情况报告目录一课题总体进展情况311集成化安全应急模型库的建模理论和方法研究313基于物联网技术的生产过程安全动态监控技术应用研究414动态风险评估与预警技术应用研究515应急指挥决策与调度技术研究616开发智能的可视化安全应急指挥平台与应用示范7二课题任务书中规定的本年度课题执行计划8三本年度计划执行情况931集成化安全应急模型库的建模理论和方法研究9311研究目的与意义9312文献评述9313课题采用的方法10314当前研究进展1132石化装置危险源数字化表征及信息采集技术研究14321研究目的与意义14322文献评述14323课题采用的方法15324研究进展1633基于物联网技术的生产过程安全动态监控技术应用研究26331研究目的与意义26332文献评述26333课题采用的方法27334研究进展2834动态风险评估与预警技术应用研究29341研究目的与意义29342文献评述29343课题采用的方法30344当前研究进展3135应急指挥决策与调度技术研究34351图标化应急预案快速构建方法34352应急指挥调度方法3736开发智能的可视化安全应急指挥平台与应用示范54361研究目的与意义54362文献评述54363课题采用的方法55364研究进展56四本年度取得的主要进展62五课题目前与用户或有关企业的联系、信息交流和合作情况63六课题组织实施及其管理工作的经验63七目前存在的问题及建议63八签章（课题负责人签字，课题承担单位盖章）63九项目首席专家对课题执行情况评述、意见和建议63基于物联网工业控制系统的风险智能识别与安全应急技术与系统一课题总体进展情况本项目总体目标是面向冶金、石化等复杂流程工业多环节协同优化、节能减排和安全生产的重大需求，针对复杂生产系统难以细粒度监控和整体优化、能源管控水平薄弱、重大生产事故频出等问题，突破多态无线监控网络的共性关键技术，解决多态物联测控网络共存、互联互通、数据融合的技术瓶颈；攻克冶金、石化等典型流程工业能效在线监测与评估技术、能效诊断与优化控制技术和能源介质调度策略等关键技术，搭建具有行业通用特征的能效在线运行管控平台，开发完成具有自主知识产权的能效监测、评估及优化控制软件与系统；攻克石化危险源智能识别、风险评估、安全应急资源管理及大规模组网等关键技术，实现生产过程风险及重大危险源全面、准确的监控预警。为实现总体目标，课题组需攻克工业危险源智能识别、风险评估、安全应急资源管理及大规模组网等关键技术；研发基于物联网的工业系统风险智能识别与安全应急软硬件系统，建立一套适用于复杂流程行业的安全应急系统；在石化行业选择典型企业开展风险智能识别与安全应急系统的示范应用。基于以上总体目标和任务，课题组对研究内容加以分解，从以下六个方面开展研究集成化安全应急模型库的建模理论和方法研究；石化装置危险源数字化表征及信息采集技术研究；基于物联网技术的生产过程安全动态监控技术应用研究；动态风险评估与预警技术应用研究；应急指挥决策与调度技术研究；开发智能的可视化安全应急指挥平台与应用示范。现按研究内容简要汇报当前课题进展。11集成化安全应急模型库的建模理论和方法研究根据危险源和事故演变机理，配置应急资源和方法；基于模型库，通过分析、仿真、优化计算，优化配置应急资源；正确预测、评估、识别事故势态预测评估，实时调度应急资源，闭环执行应急预案。应急指挥系统维护1）应急资源（含应急指挥信息系统本身）的合理维护和更新；2）应急模型库和知识库的合理维护和更新。安全应急模型是在安全应急预案的基础上进行简化、归纳、总结得到的应急响应的模型。安全响应预案是突发事故应急救援活动的行动指南，一旦发生突发事故，由这些原规定的流程和处置措施便是第一处置行动的主要依据。但在应急预案的制定过程中，过多的强调操作人员操作失误的重要性，忽略了预案本身逻辑结构过于复杂、可读性差导致因理解不当而造成的操作失误。课题组将工作流模型与图标结合，提出基于图标的应急预案的工作流表示方法。其中，应急预案的结构化分解是预案工作流流表示的基础，目前已经查阅大量国内外文献，采用框架理论和CBR理论相结合的方法，并提取应急预案中的关键字，初步完成应急预案的结构化分解。在结构化分解的基础上，以应急工作流形式重新组织预案分解元素，形成整个应急流程的结构化、规范化表示。12石化装置危险源数字化表征及信息采集技术研究针对拟选定进行工程示范应用的企业中装置的实际情况，装置中危险源的分布情况及其特点，开展危险源的特征及数字化表征技术研究。针对表征危险源对象特征的数据，需解决数据同步采集、采集速率等问题。研究开发包括融合已有系统数据采集，开发具有危险介质探测、火灾感知、温度检测、人员定位、设备运行参数及工艺介质状态采集的海量数据信息监测平台，最终实现监测信号的实时采集。上述采集的数据将通过不同的途径传输到数据库中，为后续的智能分析处理提供基础。目前项目组已完成示范企业装置分布资料的收集整理，初步筛选出拟进行数据采集的设备分类、相关设备的数据采集接口情况、网络通讯情况，并结合实际调研状况，研究对比了国内外各类相关技术，在此基础上提出了本项目针对石化装置的信息采集路线。同时对海量实时数据采集软件进行了框架设计和技术选型工作。下一步将在示范单位开展具体软件开发和实施部署工作。13基于物联网技术的生产过程安全动态监控技术应用研究通过将射频识别技术应用在安全生产领域中，将设备实施以及人员的动态信息一起及时的通过无线网络发送到处理中心，有效的监控生产状况，重点监控风险较高的设备实施，及时预测设备设施的安全状态，预警人员的不安全行为，提高安全生产中的“预防”水平。研究基于物联网技术的设备设施安全管理技术，通过各种类型的传感器对物质属性、环境状态、行为态势等静态、动态信息进行大规模、分布式的信息获取与状态辨识，针对具体感知任务，采用协同处理的方式对多种类、多角度、多尺度的信息进行在线计算与控制，并通过接入设备将获取的信息与网络中的其它单元进行资源共享与交互。研究基于物联网技术的人员安全管理技术，通过对厂区内人员的动态管理，能及时发现各个工作岗位上工人的工作情况，对在特殊时间段内不应该有人存在的危险区域没有人员暴露。同时通过附近RFID之间的信息交互，及时发现作业人员的状况，避免因救援不及时导致的伤亡事故。研究基于物联网技术的危险源监管技术，对加上了RIFD身份标识的企业的重大危险源，安全监管部门能通过现有的移动通信网络、无线接入网、无线局域网、卫星网等及时了解从感知层传送过来的信息，了解重大危险源的情况，对其安全监管做出指导。研究基于物联网技术的应急资源调度管理技术，在事故应急过程中，通过物联网，可以迅速查找、调用周边资源开展应急工作，减少或避免应急过程中人员在危险场所的暴露，从而减少应急中的二次伤害。目前，项目组针对生产过程中涉及到的重要设备设施、人员、危险源、应急资源信息梳理，初步确定需要进行动态监控的范围、对象、属性，并初步应用物联网技术、危险源数字化表征和采集技术，研究监控对象的安全状态信息获取、传输、存储及发布方案，为后续风险识别、事故预警、应急响应提供信息支撑。14动态风险评估与预警技术应用研究研究通过物联网技术，采集复杂网络环境下基于异构协议的多耦合设备的风险因素实时信息集成及可视化监控技术,基于企业生产模型及海量的企业生产实时信息，研究一种具有实时性、动态性、支持多风险变量耦合的风险评估模型库，结合历史经验数据，实现全面、准确、动态地风险评估，运用物联网技术、云计算技术、信息集成技术，实现风险及时预警。课题组按以下研究内容进行了研究动态信息采集阶段，主要是发现隐患及征兆；统计预测阶段，主要是进行基本事件概率的预测和评估；FTA计算阶段，主要是进行事故发生概率的预测和评估。当前已经确定几类重要安全风险的研究模型和方法，如石化装置风险识别、旋转类设备风险识别、管道管线风险识别、阀门风险识别等。15应急指挥决策与调度技术研究安全应急是指企业在突发事件的事前预防、事发应对、事中处置和善后恢复过程中，通过建立必要的应对机制，采取一系列必要措施，应用科学、技术、规划与管理等手段，保障公众生命、健康和财产安全的有关活动。其涉及的范围很广，主要包括重大危险源管理、应急资源管理、数据采集管理、应急预案管理、信息交互管理、应急演练管理等内容。随着石化行业企业综合自动化能力的不断提升，为了进一步提升应急管理的效率和效用，石化行业的应急管理机制逐渐进入数字化、自动化、智能化阶段，一些大型石化企业纷纷建立自己的应急管理平台。按照核心功能划分，应急平台可以看作由三个部分组成，分别是信息获取系统、应急智能系统和决策指挥系统。信息获取系统主要依靠设备数据采集和人员通信上报等方式尽可能全面的收集到所有信息，包括设备运转情况，物料仓储，应急资源分布，人员部署等方面的信息；应急智能系统是通过模型的设置，针对一些确定的预案，通过对采集信息的处理，智能自动化的执行应急措施或发布应急指令；应急指挥系统是决策者可以根据突发事件的影响范围和信息来源，对参与应急任务的组织单位进行指派，迅速明确各单位的分工和信息处理功能，通过系统进行简短的信息定制后，给各业务单位进行分工协作，进行事件信息的采集、处理和传递。针对该研究部分，课题组提出了两个研究点结合安全应急模型库的图标化设计方法，提出应急预案的快速构建方法；结合厂区模型，探索研究智能调度算法，指挥厂区内人员行动和设备移动路径。其中，厂区内人员与设备智能调度算法研究内容已经大致研究完毕。16开发智能的可视化安全应急指挥平台与应用示范按照应急指挥的标准化流程，将这些信息运用汇聚服务进行融合、清洗、推送，实现应急信息的智能化呈现，信息由被动查询变为主动推送；通过图形化建模技术、GIS技术等，将传统应急指挥过程以一种图形化的方式进行呈现，自动形成调度指令，自动下发给执行着，体现出极高的效率。建立高度集成、快速响应、分级管理、符合实战要求的应急平台，为不同级别事故/事件的应急响应和恢复提供决策支持，提升应对突发事件的响应与处置能力，提高工作效率，维护社会和谐。项目组下一步将根据课题指标要求、示范企业实际需求、安全应急指挥平台开展框架性功能设计，按照软件开发规范流程，逐步开展需求分析、详细设计、编码、测试、集成部署、系统试运行等后续工作，并与示范企业代表进行充分沟通，以保证示范应用的最终效果符合预期设计目标。二课题任务书中规定的本年度课题执行计划课题年度计划（包括每年任务指标和进度安排）2014年年度计划1、研究集成化安全应急模型库的建模理论和方法；2、研究生产工艺过程安全动态健康管理与风险评估技术。年度任务考核指标1、完成安全应急模型库的建模方法；2、攻克工艺过程动态管理及风险评估技术；3、发表论文1篇。2015年年度计划1、研究风险智能识别与安全监控技术；2、研究安全应急资源建模/管理与调度技术；3、研发安全应急指挥系统。年度任务考核指标1、完成风险智能识别技术研究；2、完成应急资源调度模型研究；3、累计发表论文3篇、申请发明专利1项。2016年年度计划1、研发安全应急指挥系统；2、示范应用。年度任务考核指标1、完成安全应急指挥系统的开发；2、实现示范应用，可覆盖危险源对象大于1500个，风险预警速度总体小于1分钟；3、累计发表论文10篇、申请发明专利3项、软件著作权登记5项。三本年度计划执行情况本章将详细介绍研究内容的研究目的与意义，现有研究方法引述，本课题研究进展和部分研究结论。31集成化安全应急模型库的建模理论和方法研究311研究目的与意义安全应急模型是在安全应急预案的基础上进行简化、归纳、总结得到的应急响应的模型。安全响应预案是突发事故应急救援活动的行动指南，一旦发生突发事故，由这些原规定的流程和处置措施便是第一处置行动的主要依据。但在应急预案的制定过程中，过多的强调操作人员操作失误的重要性，忽略了预案本身逻辑结构过于复杂、可读性差导致因理解不当而造成的操作失误。安全应急预案图标化是在应急预案数字化、结构化的基础上，用便于理解和接受的图标描述应急预案的方法。相对于传统的本文预案，图标化具有逻辑结构清晰、可读性强的特点。简单清晰的逻辑结构，便于操作者准确的理解应急流程和应急操作，及时采取措施，减少因理解有误而造成的操作失误。应急预案图标化可以充分发挥应急预案在应急响应过程中的作用，提高企业的应急响应效率，减少应急事故造成的人员、财产损失。312文献评述智能化预案是将应急预案通过结构化方式转化为预案任务集，同时为预案任务配置相应的预案资源，形成可用于救援活动的数字化模型。通过应急启动，将预案模型转化为应急救援方案，采用多种方式自动与相关机构、部门的工作人员进行沟通，自动落实模型中的资源配置，形成应急救援可执行方案，将预案更加直观形象地表述出来，便于应急救援指挥。一）预案模型是一系列预案任务的集合，是传统应急预案的抽象和结构化体现，是一种形式化的、计算机可处理的方式来表示。预案模型具有描述自身属性的功能。二）预案任务是应急预案流程中的关键处理单元，是由一系列应急资源组成。系统建立标准的预案任务数据字典，主要包括预防、预备、响应和恢复四个阶段。例如，应急响应阶段的任务包括应急指挥部任务、应急救援小组任务、专业救援队任务等。三）资源配置预案资源是对应相应过程中所使用各种类型应急资源的描述。这些资源构成了应急指挥的基础数据库。例如，应急机构/队伍，应急人员，应急专家，应急物资，应急救助避难场所，应急救援车辆等。不同的应急资源重组后可以构成不同的预案任务。配置的资源为指挥调度提供可操作的执行数据，如调度指令发布给响应的执行者（主要是应急队伍、应急人员）。通过对预案任务的预案资源配置，可以进一步完善应急预案模型。四）执行方案是通过为具体的应急事件选定相应事故类型和响应级别的预案模型后，系统自动生成该应急事故的执行方案。执行方案具有预案模型中已配置的预案任务和预案资源，同时可以临时动手调整预案任务和预案资源，从而快速形成可执行的方案。313课题采用的方法通过对应急预案结构化相关文献的查阅，结合安全应急响应的需求，在应急预案结构化的基础上完成图标化，便于简化对操作过程的理解，提高应急响应效率。应急预案图标化的过程首先要对预案进行分解，将预案分解是应急预案结构化的基础。框架是知识表示的一种方法，利用框架表示法将预案进行结构化，为结构化提供了理论依据。应急预案的构成要素由3部分组成1）应急组织机构；2）应急响应过程；3）应急资源信息。应急组织机构包括应急指挥机构、应急救援队伍、应急协调机构及外部应急救援机构等。应急响应过程分解将应急流程分为应急响应人员、操作和对象，每个应急操作只包含一个动作，不可以再次分解。应急资源是应急预案中的重要组成部分，涵盖了包括物资装备和信息资源等大量应急过程中需要的资源。表31应急预案结构要素分解现场应急指挥机构应急队伍配备情况现场应急救援队伍应急职责应急协调机构组织机构外部应急救援机构响应等级应急响应人员应急响应操作应急响应响应流程应急响应对象应急设备设施应急救援设施个人防护设备物资装备医疗救护保障交通信息危险源数据信息生产设备信息应急资源信息资源外部救援机构通信信息通过应急预案分解，将预案按组成分解，应急操作过程按单一活动分解，实现预案的结构化分解。通过查阅图标的相关国家标准，确定预案分解不同部分的图标表达。314当前研究进展目前通过对应急预案的研究和分析，对应急预案进行结构化分解。将预案按任务分解为不同的任务块，每个任务又包含资源、角色等信息。同一角色包含不同的人员，每个人员确定执行某一特定动作，应急预案结构化分解框图如图32所示。根据查询的图标国家标准，对分解的应急预案各部分进行图标化。图标化的信息包括角色信息，应急操作信息，应急资源等。信息进行逐层划分，可以用单一的图标进行表示。角色信息表（表32），包括该应急预案中员工信息对应的预案元素和预案图标。在发生应急事故时，应急救援小组的配置，各应急小组的负责人以及各应急小组的成员，将应急响应所需救援角色与企业日常员工联系起来，以方便各员工快速明确并执行应急响应操作。应急操作和应急资源信息依赖于发生的应急事故类型，现以火灾应急事故为例，简述应急操作信息和应急资源信息。应急操作信息表（表33），包括该应急预案中应急响应信息对应的预案元素和预案图标。在发生此火灾应急事故案例时，应急人员及其对应的应急角色，应急的执行操作。应急物资表（表34），包括该应急预案中应急物资对应的预案元素和预案图标。发生此火灾应急事故案例时，在事故发生区域可以调用的应急物资，除消防设备设施外，还有用于应急救援的防护用品和医疗用品。应急物资描述表的内容包括物资编号，物资名称，物资类型，物资存储地和物资数量。预案任务1资源1角色1动作1人员1人员M资源K角色N动作P任务2任务Q资源1角色1动作1人员1人员M资源K角色N动作P图32应急预案结构化分解框图表32图标化角色信息表各应急小组名称组长成员应急领导小组总经理副总经理、被授权人员现场抢险组作业部负责人油班、气班、维修班医疗救护组行政部负责人医生、司机、后勤班物资保障组财务部负责人财务部管理人员安全保卫组安全监督门卫班通讯连络组经营部负责人经营部管理人员图标示例应急领导组现场抢险组医疗救护组物资保障组安全保卫组通讯联络组表33图标化应急操作信息表应急角色应急人员执行操作第一发现者值班人员关闭相关阀门；开启消防器材；发出报警信号现场抢险组观察员查看火情；报告应急指挥现场抢险组油班气班关闭着火罐阀门；开启固定泡沫灭火器；关闭下水道阀门；冷却下风向罐；冷却着火罐阀门医疗救护组医生、司机急救伤员；伤员送医物资保障组财务人员保障调用应急物资安全保卫组门卫班设置安全警戒图标示例关闭开启调用AB救援物资危险信号消防器械表34图标化应急资源表物资编号物资名称物资类型物资存储地物资数量1消防泵消防设施生产区42固定水炮消防设施生产区123油罐喷淋管消防设施油罐区84干粉灭火器灭火设备油罐区205全身防护服防护用品仓库106急救药箱医疗用品医务室2图标示例消防泵固定水泡油罐喷淋管干粉灭火器全身防护服急救药箱32石化装置危险源数字化表征及信息采集技术研究321研究目的与意义针对表征危险源对象特征的数据，需解决数据同步采集、采集速率等问题。研究开发包括融合已有系统数据采集，开发具有危险介质探测、火灾感知、温度检测、人员定位、设备运行参数及工艺介质状态采集的海量数据信息监测平台，最终实现监测信号的实时采集。上述采集的数据将通过不同的途径传输到数据库中，为后续的智能分析处理提供基础。322文献评述危险源是指一个系统中具有潜在能量和物质释放危险的、可造成人员伤害、在一定的触发因素作用下可转化为事故的部位、区域、场所、空间、岗位、设备及其位置。它的实质是具有潜在危险的源点或部位，是爆发事故的源头，是能量、危险物质集中的核心，是能量从那里传出来或爆发的地方。危险源存在于确定的系统中，不同的系统范围，危险源的区域也不同。例如，从全国范围来说，对于危险行业（如石油、化工等）具体的一个企业（如炼油厂）就是一个危险源。而从一个企业系统来说，可能是某个车间、仓库就是危险源，一个车间系统可能是某台设备是危险源；因此，分析危险源应按系统的不同层次来进行。一般来说，危险源可能存在事故隐患，也可能不存在事故隐患，对于存在事故隐患的危险源一定要及时加以整改，否则随时都可能导致事故。实际中，对事故隐患的控制管理总是与一定的危险源联系在一起，因为没有危险的隐患也就谈不上要去控制它；而对危险源的控制，实际就是消除其存在的事故隐患或防止其出现事故隐患。所以，在实际中有时不加区别也使用这两个概念。工业生产作业过程的危险源一般分为七类一）化学品类毒害性、易燃易爆性、腐蚀性等危险物品；二）辐射类放射源、射线装置、及电磁辐射装置等；三）生物类动物、植物、微生物（传染病病原体类等）等危害个体或群体生存的生物因子；四）特种设备类电梯、起重机械、锅炉、压力容器（含气瓶）、压力管道、客运索道、大型游乐设施、场（厂）内专用机动车；五）电气类高电压或高电流、高速运动、高温作业、高空作业等非常态、静态、稳态装置或作业；六）土木工程类建筑工程、水利工程、矿山工程、铁路工程、公路工程等；七）交通运输类汽车、火车、飞机、轮船等。323课题采用的方法如图33所示，本课题将以示范单位生产装置为研究对象，对其生产过程中的工艺、设备、能源、物料、环境等状态信息进行分类，梳理各类信息的数据传输特点，归纳出不同的数据采集方式，结合国内外相关的技术基础，从而研究出几种典型的数据采集方式。最后运用海量实时数据处理技术搭建实时数据库平台，对所有采集的数据进行集中存储及发布，开放出标准的接口，为后续的风险监测、预警评估提供实时数据支撑。图33数据采集网络逻辑示意图324研究进展该任务的研究过程分为示范单位生产装置危险源分类、信息采集技术研究、实时数据存储技术研究三个阶段3241示范单位生产装置危险源分类项目组与示范企业充分沟通，组织了系统化的调研工作，目前已经完成示范企业危险源基本情况的调研工作，根据调研信息，基本确定示范企业需要进行数据采集的生产装置，主要工作成果如下一）示范单位基本情况调研示范单位主要是以生产芳烃系列、轻烃系列、空气分离、石脑油、溶剂油、IGCC、精细胶粉等产品为主，包括石化一厂、石化二厂、葫芦岛精细化工厂、海南中国海油气公司、煅后焦项目、加氢尾油项目、丙烯酸及脂项目。生产过程具有易燃易爆、有毒、强腐蚀性、生产连续等特点。生产装置越来越自动化、连续化、大型化和复杂化，生产过程处理和储存的易燃、易爆、有毒的危险物规模也越来越大，一旦这些物质的正常运行状态遭到破坏，就有可能导致重大事故，造成人员伤亡、财产损失和环境破坏。二）示范单位危险源信息分类调研项目组已经在充分调研的基础上，梳理出了示范单位生产业务流程的网络模型以及大量样本信息，覆盖范围包括A生产实时数据工艺控制过程数据，如物料的温度、容器压力、管道流量、储罐液位等常规控制信息以及工艺超标报警信息；能耗物耗即时数据，如水、电、气、风等即时消耗，原材料、催化剂等的即时消耗；产品质量信息，如物料各项成分含量、杂质含量、水含量等信息；B环境监测信息污水排放，如PH、COD等；气象参数，如风力、风向、温度、湿度、气压等；C人员活动信息区域分布，如生产厂区、采油平台、陆地终端等封闭区域的人员及作业分布数据；人员信息，如基本信息、资质信息、健康信息、当前承担作业信息等；D设备运行信息如工艺设备、消防设备、应急救援设备、电器设备、通讯设备、监控报警设备等；E业务流程监控信息如生产监控及调度流程、作业审批流程、安全检查流程等；F音视频信息流卫星通讯；调度电话；分区广播；现场视频监控；视频会商；短信及语音；G地理信息数据基础地理信息地、市等基本行政区划图、道路网络图、重要机关单位分布图、山脉湖泊分布图、社会服务资源分布图等；分布图厂区分布图、消防组织图、紧急疏散图；各项专题图人员动态分布、重大危险源分布、应急资源分布、现场视频监控分布等。三）示范单位安全防范重点调研表35重点防控区域表单位名称重点防控区域应急防控重点总部各危险化学品生产厂装置区、储罐区及装车站火灾、爆炸、人身伤害、环保事故石化一厂芳烃分离装置、轻烃分离装置、储罐区、装车站火灾、爆炸、人身伤害、环保事故石化二厂空分装置区（含液态气体储罐）火灾、爆炸、人身伤害、环保事故葫芦岛精细化工主生产装置区、原料油罐区、成品油罐区、液化气罐区、装卸车区火灾、爆炸、人身伤害、环保事故海南油气装置区、储罐区、装车站火灾、爆炸、人身伤害、环保事故四）示范企业重大危险源信息调研表36重大危险源信息调研表序号区域/位置危险源点危险介质压力（MPA）温度（）体积规模数量备注脱甲苯塔T0101裂解汽油、甲苯常压108170320060000MM1台脱甲苯塔顶回流罐甲苯常压455534M31个脱重芳烃塔T0102C8、C9及重芳烃常压145191320060000MM1台脱重芳烃塔回流罐C8常压556534M31个1芳烃分离装置区事故排放罐（D0104）汽油、甲苯、C8、C9及常压常温64M31个整个芳烃分离装置区作为一个重大危险源重芳烃地下废液罐（D0105）汽油、甲苯、C8、C9及重芳烃常压常温21M31个调和轻油储罐调和轻油常压常温10000M3/个2个产品汽油储罐产品汽油常压常温10000M3/个2个2罐区甲苯储罐甲苯常压常温10000M3/个2个储罐面积18880M2，罐间最小距离42M，加氢裂解汽油储罐裂解汽油常压常温5000M3/个2个C8芳烃储罐C8常压常温5000M3/个2个3罐区C9、重芳烃储罐C9、重芳烃常压常温5000/个2个储罐面积11564M2，罐间最小距离42M，MTBE储罐MTBE常压常温2000M3/个2个燃料油储罐燃料油常压常温1000M3/个2个4罐区产品汽油切换罐产品汽油常压常温1000M3/个2个储罐面积8960M2，罐间最小距离42M，5装车站油罐车汽油、甲苯、C8、常压常温依车型而定，最多时装60吨共8个装装车时构成重大危险源根据调研信息，基本确定示范单位数据采集范围，后续将针对这些生产装置设计针对性的数据采集方案，具体采集范围涵盖如下装置表37装置数据采集方案表装置名称生产厂家采集接口采集点数凝析油和利时OPC352区C9及重芳烃车位6物流分公司木托盘厂生产车间、原料库房木材常温库房2500M31个库房、1个车间作为公司重点关注风险重型半挂牵引车压缩天然气槽罐压缩天然气1516MPA常温盛装46004800M310辆7LPG槽罐挂车LPG槽罐环氧丙烷04MPA氮封常温58M3/辆7辆作为公司重点关注风险裂解汽油霍尼韦尔无424轻烃1、2期横河无382空分罗克韦尔无579丙烯酸及脂埃默森OPC2600煅后焦埃默森OPC2100加氢尾油埃默森OPC16003242信息采集技术研究针对前面危险源调研过程中已经确定的数据采集范围，项目组经过汇总分析得出，示范单位的危险源数据存在DCSPLC、散点仪表、人工录入、关系数据库等多种类型，针对不同的类型，项目组研究大量国内外相关技术后，对数据采集进行了总体方案设计，设计内容涵盖数据采集网络、数据采集接口软件框架、信息安全、采集站软硬件配置要求等。至此基本完成前期数据采集准备工作，下一步将根据采集方案在示范企业开展数据采集的软硬件安装部署工作。一）数采系统总体结构设计本项目的数据采集涉及到惠州、海南、葫芦岛三个片区，三个片区各自设立独立的数据采集分系统，然后通过公网将三个片区的数据采集系统进行联网，实现所有数据在惠州海洋石油大厦的集中存储及显示。数据采集系统将采用分布式体系结构，总体上将分为两个层次进行设计片区采集层和集中采集层。A在片区采集层面上，将在各片区信息机房设立独立的实时数据库系统和数据采集系统，负责采集和存储各片区DCS、PLC、LIMS、安全系统、散点仪表及手抄的数据，其逻辑结构如图34所示片区实时数据库DCSPLCLIMS安全系统人工录入数采网络图34片区逻辑结构图B在集中采集层面上，将在惠州海洋石油大厦信息机房设立全局实时数据库系统服务器，他不但采集惠州片区的实时数据，而且同时也采集海南和葫芦岛片区的实时数据，实现三地数据的集中采集、存储、显示及应用。其逻辑图如下惠州实时数据库海南实时数据库葫芦岛实时数据库惠州MES服务器INTERNET局域网连接公网链路公网链路公网链路图35惠州MES逻辑结构图二）DCS、PLC系统生产实时数据主要是DCS、PLC控制系统的数据，这部分数据采用标准OPC接口的方式采集到实时数据库服务器。通过生产网即可实现数据上传至实时数据库服务器，数据采集拓扑示意图如图36所示数据采集交换机实时数据库（双网卡）操作站工程师站接口机（双网卡）DCS控制站生产网控制网OPCSERVER（加网卡）图36数据采集的典型网络连接图三）仪表数据采集对于那些不具备数字信号输出、只具备模拟信号（如标准电压、标准电流、热电阻、热电偶、频率、开关等）输出的仪表，一般采用的采集方式是首先采用分布式的数据采集模块通过模数转换将模拟输出的信号转换为数字信号，然后再采用通讯模块将原来不适合远距离传输的信号（如RS485、RS422、RS232等）转换为能够远距离传输的通讯协议（如以太网的TCP/IP），再通过相应的通讯线路传送到数据采集服务器上。只具备模拟信号的仪表数据采集方式如图37所示图37只具备模拟信号的仪表数据采集方式示意图而对于那些具备数字信号输出的仪表，又根据所输出信号的类型采用不同的采集方式。如果所要采集的仪表所输出的信号直接是能够进行远距离传输的通讯协议（如以太网的TCP/IP），则直接通过相应的通讯线路传送到数据采集服务器上，由数据采集服务器实现数据采集。四）人工录入数据对于无法进行自动采集的数据，系统提供人工录入的界面，与自动采集的数据一同存储在数据集成平台中，同样可在监控界面中进行实时显示、数据的查询及趋势分析。五）关系数据库数据采集对于关系数据库中的数据，研发关系数据库转换OPC工具实现关系数据库中的数据转换为OPC格式，实时数据库系统通过OPC接口实现数据的采集及存储。3243实时数据存储技术研究在企业生产过程中，有大量的过程信息产生，具有频率高、类型复杂、实时性等特点，所以，对这些数据信息的采集、存储及分发等应用提出很高的技术要求，本项目中对海量数据存储软件的设计开发工作显得尤为关键。项目组基于前期调研、数据采集接口设计等基础性工作，基本明确数据采集和存储的总体要求。项目组通过研究国内外相关产品与自主研究开发相结合的方式，最终完成了海量数据存储软件的总体设计工作，为先一步开发实施奠定了良好的基础。项目组对国内外相关技术及产品进行了研究和对比分析，发现目前对此类海量实时数据的管理手段或技术有以下几种方式一）利用成熟的关系数据库系统，如SQLSERVER、ORACLE等，通过数据采集程序，写入到数据库中。这种方式虽然可以依赖关系数据库的海量数据管理能力，但是在即时性方面无法满足生产管理要求。二）利用自定义数据管理文件，对及时数据进行存储，适合于小规模企业的生产过程数据管理，稳定性和即时性得不到保障。三）采用自定义数据库和关系数据库相结合的方式，部分静态数据存储在关系数据库总，动态数据存储在自定义数据库中，解决了动态与即时性的问题，但带来的问题是系统架构异常复杂，难于维护和问题诊断。经过比较，项目组选择了由国内专业自动化公司自主研发的ESPISYS实时数据库软件，该软件具备高效数据检索、基于优先级的事务调度模式、支持热备以及分布式集群模式、基于COM技术构建内核框架等特点，功能及性能明显优于国内外其他类型的实时数据库软件。该软件具有如下功能特点ESPISYS实时数据库系统软件在实现企业信息化中起到关键性的作用，它具备的功能特点主要包括以下一）集成所有集散控制系统、可编程控制器、智能化仪表、过程控制软件、工业控制计算机等过程控制系统。二）强大的实时性，实时数据的滞后时间小于1秒。三）数据的存储精度可以由用户自由设定。四）系统支持多种数据类型整型、实型、字符型和布尔型等数据。五）系统运行文件和数据文件分开存储，可非常方便的实现系统的移植。六）实时数据库要求具有相当强的对数据的处理、加工、整合、查询等功能；系统应对每一个数据进行出错检查，剔除跳变值和坏值，并给出相应的可信度，确保数据的可靠性；当实际操作的工程单位和生产管理的工程单位不同时，系统可实现工程单位的自动转换。七）实时数据库系统能够提供装置的数据校正及预处理计算等功能八）整合企业过程控制系统，支持ERP、SCS、OA等企业信息系统的开发应用。九）按照B/S、C/S模式设计，在企业内部网络或INTERNET上均可运行。系统对客户端访问数据的数量没有限制。十）彻底解决企业中多种、多套过程控制系统的联网、集成、管理问题。十一）采用实时数据库技术，满足企业数据多种集成需要。十二）从全厂生产过程中的各个方面收集生产信息，并按照全厂信息模型组织这些数据，最终提供给企业管理人员和其它软件使用。十三）符合ODBC/SQL工业标准的数据库系统，统一过程控制系统和企业信息系统两大网络基础设施。将过程控制系统融合为企业信息管理系统的一部分。十四）全面标准、开放的数据存储和服务，使得管理信息系统软件、企业资源计划管理软件和供应链管理软件可以按自己的需要访问、组织、使用系统中的所有数据。十五）采用OPC、COM/DCOM、VBA等先进技术和开放结构，方便用户开发应用和嵌入第三方产品。十六）操作界面友好，易学易用，其数据管理和分析工具能满足企业生产管理的需要。33基于物联网技术的生产过程安全动态监控技术应用研究331研究目的与意义通过将射频识别技术应用在安全生产领域中，将设备实施以及人员的动态信息一起及时的通过无线网络发送到处理中心，有效的监控生产状况，重点监控风险较高的设备设施，及时预测设备设施的安全状态，预警人员的不安全行为，提高安全生产中的“预防”水平。332文献评述随着科学技术的发展，一些生产装置日益显现出大型化、连续化和复杂化等特点，一般的监控手段难以得到理想效果，由此导致工艺安全和设备安全的监管不落实、不到位而引发事故。因此，加强对设备运行状态的监控，并对工艺参数实时采集并分析，不断改进，把设备和工艺隐患排除在事故发生之前，是保障企业安全的重要工作。传统的安全生产监管方法已不适应经济社会快速发展的新要求，迫切需要建立一种高效、智能化的管理模式来解决安全监管领域中出现的新问题。物联网是一种虚拟网络与现实世界实时交互的新型系统，其核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网络，具有局域性和行业性特征。其特点是以计算机互联网为基础，以无处不在的数据感知和无线为主的信息传输、智能化信息处理为手段，通过射频识别、传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，用户端延伸和扩展由物到物、人到物品、人到人之间，按约定协议，将物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网技术构成是利用EPC编码即全球统一标识系统为世界上的每一单个物品赋予唯一的代码、RFID即射频识别系统，主要包括RFID标签、阅读器、无线数据通讯等技术，在广阔范围内从根本上提高对每个物品生产、销售、仓储、配送等环节的监控水平，是虚拟信息技术与实体经济、社会活动过程结合起来的一项新技术，极大地提升了处理复杂问题的能力。将物联网技术运用到安全生产领域，能够实现安全生产监管领域“物物互联、智能感知，物物互动、智慧处置”，切实提高安全监管水平。基于物联网监控范围广、不改变数据传输协议等特点，将具有环境感知能力的各类终端、泛在计算模式和移动通信等技术融入到生产的各环节，能实现对设备尤其是复杂设备各关键部位的智能化监控，以及对采集的数据进行分析并自动决策，提高自动化控制及安全监管水平。从当前技术发展和应用前景来看，利用RFID技术的物联网，能有效实现对现场检查、设备安全监控、产品供应链流向、职业危害预防等监管。333课题采用的方法针对示范应用企业的生产装置内的设备设施、人员、危险源、应急资源，分别研究其重点管理需求，梳理需要进行监管的信息范围、信息采集频率、传输方式、存储要求等。项目组拟在示范企业搭建几套基础的基于物联网技术的测试环境，分别是设备设施巡检系统、人员定位跟踪系统、危险源监控系统、应急资源跟踪监控系统，这些系统将为本课题的研究提供硬件环境、数据源及访问接口，以支撑智能风险识别、事故预警等内容的研究。图38物联网安全监控技术实现逻辑图334研究进展项目组在示范企业进行了初步调研，梳理出相关各类安全监控对象及分类，主要如下一）设备设施工艺设备、消防设备、应急救援设备、电器设备、通讯设备、监控报警设备等；工艺控制过程数据，如物料的温度、容器压力、管道流量、储罐液位等常规控制信息以及工艺超标报警信息；二）人员区域分布，如生产厂区、采油平台、陆地终端等封闭区域的人员及作业分布数据；人员信息，如基本信息、资质信息、健康信息、当前承担作业信息等；三）应急资源对象包括应急物资、应急设备设施、外部应急资源等；范围包括基本属性、特殊参数、位置信息、当前状态、检维修信息等；项目组下一步将着手在生产装置区建设设备设施、人员、危险源、应急资源的监控跟踪硬件测试环境。34动态风险评估与预警技术应用研究341研究目的与意义物联网环境下，企业可通过多种网络化设备实时收集生产信息，根据一定的数学模型，我们可以判定当前企业当前运营效率，更重要的是，大量的设备实时数据中同时包含了企业安全生产方面的信息，如何将这些信息转换为知识，对风险动态评估，安全预警具有十分重要的意义。风险是会影响企业效益的潜在危害，以一定的概率发生，当风险转为为事实发生时，就会对企业造成损失，危害会有多种，例如经济损失、成本提高、产品交货时间被延迟、企业信誉受损等。风险评估就是量化测评某一事件或事物带来的影响或损失的可能程度。通过量化数据，企业能够甄别当前可能发生的事故和后果，采取相应的措施防范和处置事故，从而提高企业抗风险能力和安全管控能力。动态风险评估能够及时的收集实时数据，通过已有风险评估模型，计算当前生产条件下的设备运行状况，判断设备是否处于危险状态，进行预警，能够帮助企业及时的处置潜在安全生产事故。同时，利用这些数据，更新和补充风险评估模型，完善和丰富安全生产知识，创造更大的生产效益。综上，动态风险评估和预警技术研究对于企业安全生产具有重要的意义。342文献评述风险评估作为风险管理的重要组成部分，国际标准ISO031000将风险评估过程定义为风险评估是风险识别、风险分析及风险评价的全过程。通过风险评估，企业能够回答以下问题一现状是什么可能发生什么（事件）为什么发生二产生的后果是什么对目标的影响有多大三这些后果发生的可能性有多大四是否存在可以减轻风险后果、降低风险可能性的因素五风险等级是否是可容忍或可接受的是否需要进一步应对通常，企业风险评估是作为资产管理的一部分来开展工作的，可按以下步骤进行实施一准备阶段，包括确定风险评估的目标、风险评估范围、风险数据收集方式等；二设备（资产）识别，对现有设备进行分类，价值评估、重要性等级划分；三风险项识别，对可能出现的软硬件故障，物理环境因素进行分类，确定风险来源，并对风险进行分类，危险性等级划分。四设备脆弱性识别，对设备可能存在的缺陷进行确认和评估。五应对措施确认，对已有安全措施有效性和投入进行确认。六风险分析，包括风险计算和整体风险判定。七风险评估报告和措施建议。以上关于风险评估的定义和企业资产管理的方法主要是从企业资产管理的角度，给出了风险评估的一般性方法。343课题采用的方法本课题目标是是采集复杂网络环境下基于异构协议的多耦合设备的风险因素实时信息集成及可视化监控技术,基于企业生产模型及海量的企业生产实时信息，对生产过程中的设备进行评估和预警。本课题借鉴以上风险评估和管理的思路，结合生产过程的动态特性和预警要求，提出了图39中的研究内容。图39动态风险评估和预警研究方法研究内容分以下几个部分一安全数据实时采集利用安全数据模型对设备传感器、RFID、GIS、视频监控采集的实时数据进行分类甄别，提取安全数据。二实时工况分析与预警利用相关模型和知识库对设备运行状况和整体工况进行分析，如果发现危险工况，立即报警处理三实时数据入库收集设备安全数据，更新数据库和知识库。344当前研究进展为完成以上研究内容，课题组对动态风险评估和预警内容进行划分，确定了该部分的研究思路。主要分为以下三步风险评估准备确定风险项确定风险数据确定计算方法设备范围确定设备分类防御措施选择措施投入风险处置风险数据采集风险计算应急处理应急评价风险管理应急效果评估措施效果评估应急行动优化防御措施优化图310风险评估与管理研究内容一风险评估准备由于厂区范围太广，风险评估工作不可能针对全厂所有设备进行，所以我们首先要划定评估的设备内容，在此我们为了和其他内容保持一致，我们初步确定以罐区作为安全评估范围，同时对罐区内设备进行分类，分类的方法主要是依据危险源进行划分，例如易起火设备，同类设备通常事故类型、防御措施、应急处置措施等类似。选择好评估设备后，需要确定风险项，能够对引起相应事故发生的直接原因，确定这些风险的相关数据，由于风险定量计算方法较多，所以还需确定统一的风险值计算方法。通过确定风险源，就可以选择不同风险源的防御措施，并确认措施投入。至此，我们能够形成一张如表38所示的风险FEMA表。表38风险调查FMEA表风险名称原因影响范围发生概率P危害程度L风险指数R改进措施措施投入对于每一种风险，风险评估要给出具体的分析，分析应该包括风险发生的原因、量化风险危害形式和严重程度（例如成本增加，流程完成时间被延迟等）。这些数据需要通过科学合理的数据挖掘方法，或者专家访问等方式获得量化数据，如普遍采用的风险评估模型R是指风险值大小，P为风险发生概率，L为风险一旦发生会造成的损失大小。上述评估模型和风险应对措施一起能够构成关于风险的FMEA表（失效模式和影响分析，FAULTMODE3如此进行下去，当第N步完成后，得到DISTN，DISTN即为我们所求结果，DISTIJ表示顶点I到顶点J的最短距离；4用矩阵PATHIJ存储两点之间最短路径J点的前一个点，每次插入点K后对PATHIJ更新，运算结束后即可通过PATHIJ得到最短路径序列。上述流程的代码如图318所示FORK0KSUMDATAIK1,DATAKJ1PATH_POINTIJPATH_POINTKJ/最后一个经过节点DATAIJ1SUMDATAIK1,DATAKJ1/更新最短距离图018FLOYD算法代码示例由此可见FLOYD算法是一种动态优化算法，三重循环结构紧凑，对于具有N个结点的一个图，时间复杂度为ON3。对于稠密图，在计算图中任意两点之间最短路径时非常方便，效率要高于执行N次DIJKSTRA算法。C基于移动终端的应急调度算法本节在FLOYD理论算法的基础上，提出了一种石化企业厂区基于移动终端的启发式应急调度算法，其基本流程如下，流程图如图319所示。1初始化，首先对厂区地图、车辆位置进行初始化，用邻接矩阵D0IJ来存储地图I，J为地图中的节点，分别存储通道的长度D0IJ1和宽度D0IJ2，然后对厂区车辆进行初始化，用数组CNN为车辆编号来存储车辆的信息，CN1储存初始位置，CN2存储车辆对道路的负载；2厂区生产过程监测，该部分不属于算法内容，用于明确事故的发生地点FP；3应急车辆调度规划，该部分用于石化企业对应急救援车辆和抢险车辆的调度，具体如下A运用FLOYD算法备份厂区任意两点间最短距离DISTIJ和路径PATHIJ，DISTIJ存储的是点I与点J之间最短距离的值，PATHIJ存储的是点I到点J的最短路线中经过的节点；B根据各个车辆的位置CN1与事故发生点的位置FP，得到车辆运动最短路径PATHCN1FP；C综合考虑移动终端上报的路况信息，对，计算通路,1IJPATHCNFP承受负载的能力D0IJ2与通路上各类障碍物对通路的负载MIJ之差，若在地图中断开IJ代表的边，返回A，若022MICIJNJ，