第27卷 第1期2020年1月仪器仪表用户INSTRUMENTATION
Vol.272020 No.1
赵重阳1，丁永三1，黄 俊1，张 禹1，周黎辉2
（1.国家能源集团谏壁发电厂，江苏 镇江 212006；2.上海迅见自动化有限公司，上海 200125）
摘 要：
渣油四组分
采用超宽带技术，设计了一种锅炉炉内检修人员安全监控系统，实现炉内人员的实时精确定位。在线监测现场人员的生命体征，监测人员高空跌落情况；当发生人员伤害事故、高空坠落事故，或者人员走错工作位置时，系统自动发出报警；现场人员遇险或被困时，可以发出求救信号。现场应用表明，该系统可以实现对生产人员安全的实时、精准管理，从而预防和减少人员伤害事故的发生。关键词：炉膛检修；人员安全；超宽带；室内定位 中图分类号：TP271 文献标志码：A
A Safety Monitoring System for Maintenance
Personnel in Boiler Furnace
Zhao Chongyang 1，Ding Yongsan 1，Huang Jun 1，Zhang Yu 1，Zhou Lihui 2
（1.Jianbi Power Plant of CHN Energy, Jiangsu, Zhenjiang,212006, China；
背景音乐播放系统2. Shanghai ScenAuto Co., LTD.,Shanghai, 200125, China）
Abstract：A safety monitoring system for maintenance personnel in boiler furnace based on UWB technology is designed to realize the real-time and accurate location of personnel in boiler furnace. The system can monitor vital signs of personnel online at the scene and issue an alarm automatically when a person is injured, falls from a height, or in the wrong working position. When people at the scene are in distress or trapped, they can send out a distress signal. The field application shows that the system can realize the real-time and accurate management of the safety of personnel, so as to prevent and reduce the occurrence of personnel injury accidents.
Key words：furnace maintenance；personnel safety；ultra wideband；indoor positioning
0 引言
燃煤锅炉是火电厂最重要的大型设备之一，电厂锅炉内部的检修主要分为两类，一类是定期进行全面的检修，另一类是发生炉膛事故时的检修
[1-3]
。锅炉炉膛内检修的工
作环境非常复杂而且条件恶劣：首先，锅炉炉膛是一个大型、全金属、基本密闭的空间；其次，其上层区域密布大
量受热管排，检修人员要在狭窄的管排之间行走，有时甚至需要半蹲通过，而锅炉下部空间空旷，需要在受限空间搭设脚手架或吊装平台。此外，锅炉炉膛内空气不流通，煤灰粉尘浓度高，缺乏照明等情况，都增加了检修人员的安全风险。在这样的环境中工作，检修人员容易发生磕碰、跌落等人身伤亡事故。近年来，锅炉炉膛检修时人员伤亡时有发生，其中有多起坠落伤亡的事故，也有因为作业环
收稿日期：2019-11-12
作者简介：赵重阳（1972-），男，江苏镇江人，本科，高级工程师，副总工程师，从事火电厂生产和科技研发等。
DOI:10.3969/j.issn.1671-1041.2020.01.025
文章编号：1671-1041(2020)01-0097-04
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境恶劣引起的人员高血压突发情况，至于未上报的磕碰等轻微伤害事故应该更多。
本文开发和应用了一种锅炉炉内检修人员安全监控系统，可以实时监控炉内人员的精确位置和活动状态。通过该系统，安全生产管理人员可以实时掌握锅炉检修现场所有人员的精确位置，同时在线监测人员的生命体征，监测人员高空跌落情况。当发生人员伤害事故、高空坠落事故，或者人员走错工作位置时，系统自动发出报警。此外，现场人员遇险或被困时，可以发出求救信号。通过该系统的应用，可以实现对生产人员安全的实时、精准管理，从而预防和减少人员伤害事故的发生。
1 系统结构
锅炉炉内人员安全监控系统的基本构成由人员安全手环、定位、监控平台三层构成，监控平台上可以接入数据服务器、监控计算机、手机等移动设备，如图1所示。安全手环与定位之间采用超宽带（UWB）方式进行通信[4,5]，定位与监控平台之间采用标准的TCP/IP局域网进行通信。
2 安全手环
安全手环如图2所示，一般佩戴在现场工作人员的手腕上。安全手环中集成了多种传感器和控制、显示元件，主要元件和电路包括：超宽带（UWB）信号收发器、心率传感器、跌落传感器、微型震动马达、触控按钮、液晶显示屏、电池和电源回路、微控制单元（MCU）和控制回路。
UWB信号收发器的功能一方面是作为定位进行定位侦测的信号标签，另一方面是实现与定位之间的数据传输，并由定位进行协议转换，实现与监控平台之间的数据传输。UWB信号收发器内置全向天线，数据传输速率为6800 Kbit/s[6]。
心率传感器位于安全手环背面，佩戴时紧贴人体腕部皮肤，功能是监测心率，当发生心率异常时，发出心率报警信号，心率异常的条件包括心率过低、心率过高、心率突变。
跌落传感器的功能是监测位置移动变化，当发生位置以自由落体方式下落超过2m时，判定为意外跌落事故，发出跌落报警信号。
微型震动马达的功能是向佩戴者发出信息提醒。由于电厂噪音比较大，安全手环如果采用声音提示的话，很难听见。因此，采用微型震动马达的方式，佩戴者感觉到震动，可以从液晶屏看到具体信息。
触控按钮的功能主要是长按2s，即可发出紧急求救信号。另外，触控按钮也可用于工程调试或者强制关机。
液晶显示屏在一般情况下，显示时间、日期、心率值、电量、ID号等信息，或者显示监控平台发来的信息，佩戴者触发按钮求救报警时，显示“SOS”信息。
电池和电源回路具有智能电量管理功能，在打开心率监测的情况下，充电一次可以连续工作5天。
3 定位
定位布设于现场，其功能是侦测并精确定位附近的手环，并实现监控平台与安全手环之间的信息传递。
定位与安全手环之间采用UWB信号传输，基于到达时间方法（TOA）监测附近安全手环的精确距离。每3个基于3点定位法计算出安全手环在平面中的精确位置，如果要监测三维立体空间的精确位置，则至少需要4个定位，并采用四点定位法计算。
本系统的单个定位的监测半径可以达到50m，缺省监测采样时间1s，最小监测采样时间0.1s。在电厂多金属环境下，对安全手环的实际定位精度可以达到30cm。定位采用内置全向天线，无需对时同步机，一般机械振动不会产生明显误差。
图1 锅炉炉内人员安全监控系统结构示意图Fig.1 Diagram of personnel safety monitoring system in boiler furnace 图2 安全手环
Fig.2 Safety bracelet
赵重阳·一种锅炉炉内检修人员安全监控系统
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铑粉4 定位的布设
在机组正常运行的时候，炉膛内部不能安装布设定位
。因此，只能在机组停运检修期间，临时布设定位基
站。而且由于炉膛内部管道密布，每次临时布设电缆工作
量很大。因此，定位采用完全无线的布设方式，既没
有通信电缆也没有供电电缆。定位内置WIFI功能，与
喷淋吸收塔监控平台之间通过无线路由器等连接。同时，定位不
适用外接电源，依靠内置的可充电锂电池，可持续工作
10h以上。定位反水防尘等级达到IP67，可以在无防
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护的情况下，直接在机组停运冷却后的炉膛内部临时布置。
5 软件系统
本系统的服务器采用Linux操作系统，具有更小的开
销和更好的安全性。服务器数据库采用了基于Linux环境
自主开发的时序数据库；客户端采用WEB访问方式，不需
安装浏览器插件。系统服务器可以同时监控2000个安全手
环，可以同时调度1000个定位，可以同时支持500人
登录并同时在线查询使用。
系统主要有以下软件：定位解算软件、内存实时数据
库软件、历史数据库软件、后台管理和调度软件、人机交互界面软件、开放通信接口软件。
系统的典型人机交互界面如图4所示。
人机交互界面基本框架中，框架顶部包括系统登录信息、在线的人员（标签）和定位数量、滚动实时报警信息、实时报警分类统计。框架底部有实时报警、人员管理、标签管理、任务管理、历史记录、历史报警、系统管理等功能按钮。
中间是主显示区，缺省显示当前查询区域的人员位置实况，左上角有当前显示区域所在的层次关系。点击图中某个人员会打开对话框，查询该人员的详细信息。
6 应用案例
该系统已经成功应用于国家能源谏壁发电厂的2×1000MW和2×300MW机组的锅炉炉膛内部检修时的人员安全监控。
本系统全部采用无线通信方式，定位采用内置电池供电方式，克服了锅炉炉膛内部难以布线问题，并采用预设位置、炉降温后临时布设的方法解决了定位的布设问题，采用自供电的无线路由器解决了无线路由器的供电问题。
以300MW机组锅炉的第2层为例，该层是一个开阔的平台空间，采用标准的四边形布置方式，如图5所示。
由于检修时有大量脚手架，因此定位和无线路由器可以固定在脚手架的管架上，其现场布设如图6所示。
7 结束语
本文针对锅炉炉内检修过程中，锅炉空间全金属封闭，
图4 典型实时监控界面示例
Fig.4 Typical example of real-time monitoring interface
图5 定位和无线路由器布设位置示意图
Fig.5 Location of base stations and wireless routers
图3 定位
Fig.3 Positioning base station
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无线信号无法穿透，定位监测装置布设困难等问题，设计了一种用于炉内定位的超宽带定位系统，对整个系统的硬件、软件、定位算法等方面进行了详细的研究并给出了具体实现细节。通过该系统，电厂管理者可以实时在线地监控现场人员的生命体征、跌落事故、走错区域等风险，实时收到人员呼救信息。实际应用结果表明本系统具有很高的定位精度，同时系统稳定性良好，可以实现锅炉炉内检修人员在炉内空间的准确定位，实时监测检修人员的安全，为电厂完善管理手段、主动防范事故，提升安全管理水平创造有利条件。
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图6 平台空间实际布设图
Fig.6 Actual layout of platform space
手机像素与照片质量
简单来说，我们见到的每一张图像都是由“点”组成的，每一个点就称为像素。一张图片由50万个点组成，那么这张图片的像素就是50万。从成像原理来看，像素值的大小对生成的图像会产生一定的影响，当手机的图像传感器面积一定的时候，像素值越高，单位像素面积就越小，而单位像素面积直接影响到进光量。单位像素面积越小，图像传感器上进光量就越少，拍摄出的照片就会变得灰暗模糊；像素值越低，单位像素感光面积大，感光性能更好，因此在成像的高感光画质以及画面层次等方面都有更好的表现。
然而手机成像效果更与手机镜头模组、软件优化等有关。手机镜头模组包含镜头及传感器等主要硬件配置，硬件的参数优劣都会直接影响最终成像的整体效果。除此之外，系统的软件优化是影响手机拍照效果的又一重要因素，手机最终呈现在我们眼前的照片是已经过处理优化之后的相片，而手机系统的图像处理能力也决定着拍照效果。
来源：科普中国 作者：董威
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