以物联网技术为基础的有限空间气体检测及循环系统创新

以物联网技术为基础的有限空间气体检测及循环系统创新

曾通

深圳供电局有限公司  广东深圳  518000

摘要：随着物联网技术的飞速发展，其在有限空间气体检测及循环系统方面的应用也在逐渐被关注和应用。有限空间，如地下矿井、隧道、储罐等非常特殊，对于气体检测的要求较高，以确保人员的安全。而循环系统则是为了解决有限空间中气体的排放和处理问题，减少对环境的影响。本文将重点探讨以物联网技术为基础的有限空间气体检测及循环系统的创新。

关键词：物联网技术；有限空间；气体检测；循环系统；

一、有限空间气体检测及循环系统创新的背景与需求分析

本文主要针对当前有限空间施工作业存在的问题，探索有限空间气体检测及气体循环的新方法，主要运用了物联网技术、传感器技术、自动控制技术等，研制出了基于物联网技术的有限空间气体检测装置，此装置可有效检测有限空间内有害气体浓度、易燃易爆气体含量、氧气浓度等，并且在有限空间气体循环方面进行研究，改进并形成了一整套有限空间的气体检测及循环系统，可提升有限空间空气循环效率，此项成果不仅能提升有限空间整体工作效率，而且有效保障了施工作业人员的人身安全。

盐田辖区电缆化率已达到100%，电缆沟的日常巡视、维护工作均需要在电缆沟内开展，在工作人员进入电缆沟前均需要对电缆沟进行气体的排污，当电缆沟内气体质量达到可入沟标准后，方可入沟工作。但目前在作业中存在问题，具体如下：1、在对有限空间进行气体检测时，检测仪器为手持式，无法对有限空间内部气体（尤其是易燃易爆气体）进行检测，存在较大的安全隐患。2、由于有限空间内部空间较大，如电缆沟，并且缺乏有效的物理隔离措施，导致当前使用的通风效率不高。

二、有限空间气体检测的现状调查结果

结合目前盐田辖区配网设备运行情况，电缆化率已达到100%，电缆沟的日常巡视、抢修、技改项目实施等工作的实施，入沟工作也越来越频繁，然而，在各种项目实施前，都要对电缆沟进行气体的排污，当电缆沟内气体质量达到可入沟标准后，方可入沟工作，经观测，每次电缆沟排浊耗时43.9分钟。另外，调查发现：在对有限空间进行气体检测时，检测仪器为手持式，无法对有限空间内部气体（尤其是易燃易爆气体）进行检测，测量速度及测量准确度有待提升。

因此，为实现准确测量有限空间气体状态、迅速完成作业区域气体更新工作，计划研制一种研制基于物联网技术的有限空间气体检测及循环系统，该创新系统应具备有限空间气体检测功能，能在30秒内测量有限空间的有害气体、含氧量等，并且具备自动及手动控制风机功能，能在10分钟内循环有限空间气体。

三、以物联网技术为基础的有限空间气体检测及循环系统创新

（一）总体方案

主体部分：比较发现，可得由于本次研制设备存在不规则版面，需定制专用外壳，经综合分析后决定采用3D打印自制外壳。

风机部分：比较后，发现因电缆沟尺寸不一致，需单独自制风机以实现当前设备运行所需功能，经综合分析后决定采用自制风机模块。

硬件部分：比较后，发现STM32单片机功能强大，能实现当前设备运行所需功能，经综合分析后决定采用STM32单片机。

通信部分：采用4G模块将有限空间气体检测数据传输至云端及手机APP内，经综合分析后决定采用4G模块。

传感器部分：由于现场需测量的数据较多，因此传感器选型需采用多种传感器，以满足各种场景使用需要。

软件部分：经对比三种常用软件发现，VSCode编程软件开发相对简便，易于上手，经综合分析后决定采用。

经过综合分析，本次创新选取出最佳方案为：3D打印自制外壳、STM32主控制板、ML3024GCat1模块、SHT3x温湿度传感器、ME2-O2氧气传感器、MQ2有害气体检测传感器、VSCode编程软件。

（二）具体构建与分析

1.主体部分制作

主体部分采用soildworks进行建模，分别研制底座、面板、控制面板，使用Celiser制作3D切片，并用3D打印机分别制作底座、面板等。

2.设备硬件购置及安装

本次创新包含两个控制单元，分别对有限空间内气体进行检测及控制风机进行排浊工作。控制单元一：主要负责深入有限空间内进行气体检测，并且作为Mesh组网的server机与client机进行通信，最终将相关数据上传至云平台。电源部分采用10000mAh锂电池，可续航50小时以上。控制单元二：主要负责控制风机启停工作，并且作为Mesh组网的client机做好信号传递工作。电源部分采用发电机持续向风机及控制单元进行供电。

3.设备通信情况

本次创新采用MQTT通信协议+ThreadMesh组网通信进行内、外部数据传输工作。软件流程设计：软件部分采用Lua语言，使用VisualStudioCode编译器进行编写，主要流程如下：步骤一：检测是否手动打开风机；步骤二：判断氧气值是否在22%以下、判断有害气体是否报警；步骤三：判断风机开关“自动模式”已打开；步骤四：通知Client机启动风扇；步骤五：Client机启动风扇。

三、实施效果与效益

通过前后对比使用有限空间气体检测装置，可得有害气体检测准确度、氧气浓度测量准确度及有限空间气体循环效率均有较大程度提升。

（一）经济效益

盐田区2021年共有项目45项，每项工程平均需在有限空间（电缆沟）作业12次，全年共计需在有限空间（电缆沟）作业次数540次，每次施工作业前均需要检测气体及排浊，按照平均每次电缆沟气体检测及排浊时长为0.48小时（29分钟），此项工作共计耗时约260小时。

若使用基于物联网技术的有限空间气体检测及循环系统后，平均每次电缆沟气体排浊时长缩减为0.28小时（17分钟），每次作业共计节约时长：0.48小时-0.28小时=0.2小时。全年共计节约时长：0.2小时×540次=108小时深圳地区按照人均年产值30万元计算，即每人每天830元，按照每次平均施工作业6个人计算，全年可节约工资约：（108小时/24小时）×6人×830元=22410元。该设备样机共计投资1.5万元，按每年节约2.2万元计算，预计回收期为8个月。该产品投入生产及推广后，使用寿命为7年计算，因此，3年内总效益：2.2万元×3年=6.6万元。

（二）社会效益

第一，切实降低电网企业人工成本，提升电网企业效益。该设备运用了物联网技术、传感器技术、自动控制技术等技术，提升了有限空间气体检测及排浊的效率，帮助基建项目管理团队快速掌握有限空间状态，降低了工作人员人身风险，切实提升了工作效率，实现资源合理安排利用，降低企业人力资源及用工成本。

第二，提升配网基建项目精益化管理水平。当前，深圳供电局配网基建项目较多，超过1200个项目，盐田供电局2021年建设项目共计45个，总投资约8000万元，按照初步估算，全年共计需在有限空间（电缆沟）作业次数540次，使用此装置后，可将原有每次电缆沟气体检测及排浊时长0.48小时降低为每次0.28小时，效率提升了41%，极大的提升了电力工程建设的精益化管理水平。

四、结束语

综上所述，以物联网技术为基础的有限空间气体检测及循环系统创新，通过实时数据采集、远程监控和智能化决策，实现对有限空间气体的准确检测和循环处理。这种创新能够提高安全性、降低人工风险，并有效减少对环境的影响，实现有限空间的可持续管理。

参考文献：

[1]李志龙,林宝森,葛志强等.机器人技术在有限空间气体检测中的应用[J].设备管理与维修,2022,(8):109-110.

[2]李鹏,杨洪.固定式在线智能复合气体检测仪在有限空间作业中的应用[J].四川水利,2022,43(5):85-87.