一种防爆多传感器智能联动控制方法与流程

本发明涉及工业安全监测与控制，尤其涉及一种防爆多传感器智能联动控制方法。

背景技术：

1、在石油化工、矿井、油库等防爆场所，早期火灾或可燃气体泄漏的快速、可靠检测对保障人身与财产安全至关重要。现有监测方案通常采用固定阈值报警：各传感器独立判断是否超过阈值，再由中心控制器统一处理。然而，固定阈值难以兼顾快速响应与误触发控制：阈值过低会导致噪声和瞬时扰动频繁触发，造成虚警；阈值过高又会延迟真实危险的响应。

2、此外，传统方案多依赖中心控制器进行统一融合与决策。传感器数据需经普通通信通道周期性上传，在数据量大或网络拥塞时存在延迟，难以满足爆炸性危险早期快速发展的响应需求。同时，现有技术缺乏对单点误触发的有效抑制机制，也缺少根据工况变化动态调整融合策略的手段，导致在突变工况和平稳工况之间难以取得稳定平衡。

3、因此，需要一种防爆多传感器智能联动控制方法，使边缘节点能够在保证完整数据上传的同时，通过独立中断通道快速触发中心预联动，再由中心在收到完整数据后进行精细化确认或撤销，并借助空间交叉验证和动态融合策略降低误触发、提升响应可靠性。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种防爆多传感器智能联动控制方法。

2、一种防爆多传感器智能联动控制方法，应用于包括多个防爆无线数据收发器和一个可编程控制器的系统，每个所述防爆无线数据收发器配置有对应的相邻节点集合，包括：

3、所述防爆无线数据收发器采集温度数据、可燃气体浓度数据和烟雾浓度数据，并基于所述温度数据、所述可燃气体浓度数据和所述烟雾浓度数据计算快速预判值；

4、当所述温度数据、所述可燃气体浓度数据或所述烟雾浓度数据中的任一项超过对应的快速阈值，或所述快速预判值不低于预判阈值时，所述防爆无线数据收发器优先通过独立中断信道向所述可编程控制器发送带有事件标识的临时紧急联动指令，并通过普通数据通道周期性上传所述温度数据、所述可燃气体浓度数据和所述烟雾浓度数据；

5、所述可编程控制器接收所述临时紧急联动指令后，根据所述事件标识提取最近一个完整采样周期内从所述普通数据通道收到的所述温度数据、所述可燃气体浓度数据和所述烟雾浓度数据，计算精细化融合值；

6、所述可编程控制器将所述精细化融合值分别与预设的确认阈值和撤销阈值进行比较，以执行保持、升级或撤销所述临时紧急联动指令的动作。

7、进一步地，所述基于所述温度数据、所述可燃气体浓度数据和所述烟雾浓度数据计算快速预判值，包括：

8、将所述温度数据、所述可燃气体浓度数据和所述烟雾浓度数据分别进行最小-最大归一化处理；

9、采用分段线性隶属度函数分别计算归一化处理后的所述温度数据、所述可燃气体浓度数据和所述烟雾浓度数据的隶属度输出；

10、取三个所述隶属度输出的最大值作为所述快速预判值；所述快速预判值的计算公式如下：

11、

12、其中：

13、为第i个防爆无线数据收发器在t时刻的快速预判值，无量纲；

14、为温度数据，

15、为可燃气体浓度数据，

16、为烟雾浓度数据；

17、为温度隶属度函数，

18、为可燃气体浓度隶属度函数，

19、为烟雾浓度隶属度函数，

20、()、()、()分别为对应传感器数据经归一化后的分段线性隶属度函数输出。

21、进一步地，所述计算精细化融合值，包括采用加权求和方式计算所述精细化融合值；

22、所述可编程控制器将所述精细化融合值分别与预设的确认阈值和撤销阈值进行比较，以执行保持、升级或撤销所述临时紧急联动指令的动作，包括：

23、当所述精细化融合值不低于所述确认阈值时，确认危险，保持或升级所述临时紧急联动指令；

24、当所述精细化融合值低于所述撤销阈值时，未确认危险，向对应的防爆无线数据收发器和联动执行端发送撤销指令；

25、当所述精细化融合值介于所述撤销阈值与所述确认阈值之间时，系统维持上一时刻的联动状态，并触发下一周期的持续精细化融合任务。

26、进一步地，所述方法还包括工况突变检测与模式切换步骤，具体为：

27、所述可编程控制器基于相邻采样周期内的所述温度数据、所述可燃气体浓度数据和所述烟雾浓度数据，计算监测参数变化率；

28、将所述监测参数变化率与动态变化率阈值进行比较；

29、当所述监测参数变化率超过所述动态变化率阈值时，切换为简化数据融合模式并计算融合输出值作为当前监测参量，同时向对应的所述防爆无线数据收发器发送高采样频率状态指令；

30、当处于所述简化数据融合模式，且所述监测参数变化率连续低于预设的恢复阈值并保持预设恢复时长时，恢复采用完整卡尔曼滤波模式计算传感器融合估计值作为所述当前监测参量；所述恢复阈值低于所述动态变化率阈值。

31、进一步地，

32、其中：

33、为第i个节点在t时刻的监测参数变化率，

34、为t时刻温度数据，

35、为上一采样时刻温度数据，

36、为温度数据的预设量程基准值，

37、为t时刻可燃气体浓度数据，

38、为上一采样时刻可燃气体浓度数据，

39、为可燃气体浓度的预设量程基准值，

40、为t时刻烟雾浓度数据，

41、为上一采样时刻烟雾浓度数据，

42、为烟雾浓度的预设量程基准值，

43、为采样间隔，

44、所述动态变化率阈值的计算公式如下：

45、

46、其中：

47、为t时刻的动态变化率阈值；

48、为历史变化率窗口内变化率均值；

49、为历史变化率窗口内变化率标准差；

50、为比例系数。

51、进一步地，所述切换为简化数据融合模式并计算融合输出值作为当前监测参量，包括：

52、仅保留最近两个采样周期的各传感器数据，分别执行变化率自适应加权平均得到各传感器的所述融合输出值，计算公式如下：

53、

54、其中：

55、为第i个节点在t时刻的融合输出值，

56、为当前采样值，为上一采样值，

57、为t时刻的自适应权重，在[0,1]范围内；

58、作为简化数据融合模式的输出，供超限判定和联动确认使用；

59、所述自适应权重的计算公式如下：

60、

61、其中：

62、为t时刻的自适应权重，

63、为预设最小权重，

64、为预设最大权重，

65、为变化率；

66、为动态变化率阈值，大于零；

67、和在(0,1)区间内且小于。

68、进一步地，所述方法还包括基于实时噪声水平的自适应阈值生成步骤，具体为：

69、所述可编程控制器分别计算各传感器在第一时间窗口内的历史数据的短期标准差；

70、基于对应的基础阈值和所述短期标准差，分别生成各传感器的自适应报警阈值；所述自适应报警阈值的计算公式如下：

71、

72、其中：

73、为传感器j在t时刻的自适应报警阈值，

74、为传感器j的基础阈值，

75、为比例系数，

76、为传感器j在第一时间窗口内的短期标准差，

77、大于零；非负；大于零；

78、替代固定阈值进行超限判定，并用于空间交叉验证的支持标记；

79、所述可编程控制器将各传感器对应的所述短期标准差作为观测噪声协方差输入所述完整卡尔曼滤波模式中进行状态更新。

80、进一步地，所述方法还包括多级联动执行控制步骤，具体为：

81、所述可编程控制器将各传感器的所述当前监测参量分别与第一联动阈值和第二联动阈值进行比较，其中所述第一联动阈值等于对应的所述自适应报警阈值，所述第二联动阈值为所述自适应报警阈值乘以预设升级系数；

82、当任一传感器的所述当前监测参量超过所述第一联动阈值时，启动排风与预警操作；

83、当所述当前监测参量持续超限，且烟雾浓度数据对应的所述当前监测参量与温度数据对应的所述当前监测参量同时超过各自的第二联动阈值并保持预设时长时，触发灭火与声光报警操作。

84、进一步地，所述方法还包括针对临时紧急联动指令的空间交叉验证步骤，具体为：

85、所述可编程控制器获取所述相邻节点集合中各相邻节点在对应时刻的所述当前监测参量，当某一相邻节点的所述当前监测参量达到对应的所述自适应报警阈值时，该相邻节点的支持标记取1，否则取0；

86、结合所述防爆无线数据收发器与各相邻节点之间的空间权重、以及对应的所述支持标记，计算空间交叉验证结果；

87、所述空间交叉验证结果的计算公式如下：

88、

89、其中：

90、为第i个节点对应事件在t时刻的空间交叉验证结果，

91、为相邻节点索引，

92、为节点i的相邻节点集合；

93、为节点i与节点之间的空间权重，

94、为相邻节点在t时刻的支持标记，当节点的当前监测参量达到对应自适应报警阈值时取1，否则取0；

95、当所述空间交叉验证结果低于空间确认阈值，且所述精细化融合值未确认危险时，所述可编程控制器向对应的防爆无线数据收发器和联动执行端发送所述撤销指令。

96、进一步地，所述方法还包括控制链时间基准绑定步骤，具体为：

97、按节点型号、传感器类型、测量单位和监测区域工况建立带版本号的投运标定参数组；

98、在生成所述临时紧急联动指令并绑定所述事件标识时，锁定当前版本的所述投运标定参数组；在事件保持、撤销、升级或终止前，维持所述投运标定参数组的版本不切换。

99、本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

100、1.设计了普通与独立中断双通道机制。边缘节点利用轻量级模糊逻辑进行毫秒级预判，一旦超限立即利用高优先级的独立中断信道抢占发送，彻底解决了在海量数据上传或网络拥塞工况下，危险初始信号难以第一时间发出的致命延迟问题。

101、2.摒弃了传统一触发即动作的粗暴逻辑。通过中心端基于完整周期数据的“精细化融合”、设有迟滞比较区间的“撤销/升级”状态机，以及物理空间维度的“相邻节点交叉验证”，三重机制有效过滤了由于局部噪声、粉尘瞬时干扰或单一传感器硬件故障引发的虚假报警。

102、3.开发了基于动态变化率的滤波模式无缝切换技术。在环境平稳时，依靠完整卡尔曼滤波剔除高斯背景噪声；当火灾或泄漏突发引起数据剧变时，瞬间冻结历史长窗口，切换为仅保留两周期的简化加权融合，克服了传统滤波算法在危险突发时的数据严重滞后难题。

103、4.通过实时提取现场数据的短期标准差，反哺生成“自适应报警阈值”，使系统在嘈杂工况下不过度敏感，在安静工况下不迟钝。以此动态阈值驱动多级物理联动（如单点超限排风，多点多参量双超限灭火），实现了风险级别与物理动作的精准、安全匹配。

104、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。