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    基于无线技术气体报警空气系统的设计方案

    1.前言
    现今社会无线技术蓬勃发展,如ZigBee技术,GPRS/3G/4G无线通讯技术,WiFi技术等遍布人们的生活和生产活动,工业气体报警探测器系统无线化已成为工业安全生产中的发展趋势;基于无线技术的单点式气体探测器的设计将极大地降低施工难度及材料成本;本文将介绍和分析ZigBee技术在单点气体探测器的产品设计及系统集成组网传输设计的具体应用及实施方案;
    本方案是根据需求材料说明和相关的国家标准和相关的行业标准而制定的,由于本公司不具备该项目部分领域的相关设计资质,故本方案部分内容仅限于为有关的设计单位提供参考,而不具备实施的权威性。
    2.方案设计
    本方案设计主要包括3个部分的设计内容,即基于ZigBee无线技术的单点式气体探测器产品设计方案,沙巴体育危化品气体现场监控系统(软件系统)设计及修改方案,系统组网实现与集成(系统设备集成)方案设计;
    3.1系统构成及拓扑图


    如上图,整个系统无线传输组网通讯使用ZigBee星型拓扑网络结构方式实现,星型拓扑网络结构由一个叫做PAN主协调器的中央控制器和多个从设备组成,主协调器为全功能设备(FFD),从设备既可为全功能设备(FFD)也可为缩简功能设备(RFD),每个气体探测器均为基于ZigBee无线的单点式气体探测器;
    远程上位机端运行由沙巴体育自行设计的沙巴体育危化品气体现场监控系统V2.0,用来对现场无线探测器进行数据采集及图形及列表显示;
    3.2产品设计方案
    产品设计即单点式无线气体探测器产品设计;
    3.2.1产品设计实施
    单点式ZigBee气体探测器产品设计采用沙巴体育已投产的HBS03型气体探测器为基础,在该型气体探测器基础上添加2个主要模块,即ZigBee无线上网模块和电源模块;产品的功能及性能设计将严格按照GB12358-2006《作业场所环境气体检测报警仪通用技术要求》实施,产品的外壳及防护将严格按照GB3836.1-2010《爆炸性环境 第1部分:设备通用要求》GB3836.2-2010《爆炸性环境 第2部分:由隔爆外壳“d”保护的设备》及GB4208-2008《外壳防护等级(IP代码)》等国标要求实施;
    产品设计的原理框图如下:


    ZigBee模块使用深圳中鼎泰克提供的DRF2659C型ZigBee模块,并采用该公司该型模块配套使用的天线;
    备电模块电源方面提供主备选两种方案,主选方案使用福建闽华电源股份有限公司提供的BT-12M1.3AT型铅酸阀控蓄电池,备选方案则使用福建闽华电源股份有限公司提供的MS-7.5-12B型铅酸阀控蓄电池;沙巴体育生产的HBS03型气体探测器平均功耗为1~2mA,故主选方案电池壳提供2个月的连续工作时间,备选方案可提供12个月的连续工作时间;电源模块外壳采用沙巴体育设计的防爆电源外壳;
    3.3 软件设计方案实施
    软件设计方案主要是从沙巴体育设计的沙巴体育危化品气体现场监控系统的基础之上进行通讯接口部分程序修改而实现;
    软件主要功能设计如下:
    在线监测:实现平面图形显示,在线列表显示及实时曲线图显示等多种在线监测显示模式;
    设备搜索:通过以太网接口实现对所有区域内单点式无线GPRS气体探测器进行搜索;
    设备管理:可管理多达100个现场气体探测器设备,可实现设备的添加,修改,删除等管理功能;
    数据分析:实现可记录百万条报警记录和数据记录的处理和分析,并可生成历史趋势图标供相关人员查看和分析,亦可将系统内所有记录数据进行Excel表格数据导出;
    软件平台主界面设计画面:



    3.4系统集成设计方案
    系统集成设备可分3类设备,第一为现场检测设备即基于GPRS无线技术的单点气体探测器;第二为联网设备,即GPRS基站(由运营商提供租赁服务实现)以及主GPSR模块及串口设备;第三类设备为监控主机,即上位机软件系统及监控平台工控机;
    3.总结
    以上即为基于ZigBee技术的单点式气体探测器及上传组网传输设计方案概要的内容,该方案的主要难点主要有以下两点:
    第一,采用铅酸蓄电池供电,需要定期更换蓄电池,这就为维护人员增加了额外的工作量,且更换下的蓄电池需要进行统一快速的充电以备后续使用,需要设计一套快速批量充电的工具(该工具的设计未在本次方案规划中);
    第二,采用ZigBee无线信号也需要考虑探测器组网与距离所产生的信号质量问题;
    该方案的主要优势:
    第一, 施工简单方便,无需进行复杂的布线工作;
    第二, 工程安装费用大幅降低,节省成本;
    第三, 故障排查便利,尤其克服了有线总线通讯中相互影响以及总线结构带来的通讯问题,当出现通讯异常时能更好地排查及定位故障源。