火灾应急演练模拟系统及模拟方法.pdf

本发明公开了一种火灾应急演练模拟系统及模拟方法，它包括真火系统、上位机监控系统、井控设备和UWB定位系统，真火系统、井控设备和UWB定位系统分别与上位机监控系统连接；本发明提供了一种火灾应急演练模拟系统及模拟方法，该系统包括真火系统，能够真实的模拟出现场着火的场景，提高受训人员的危机意识，模拟的井场设备能够提供受训人员遇到火灾时进行处置的装置，UWB定位系统能够在险情得到控制或无法控制时定位受训人员的逃生位置，提供受训人员是否通过考核的依据。

1.  火灾应急演练模拟系统，其特征在于：它包括真火系统、上位机监控系统、井控设备和UWB定位系统，真火系统、井控设备和UWB定位系统分别与上位机监控系统连接；所述的真火系统包括真火燃烧器、安全报警系统和燃气供应控制系统，真火燃烧器分别与安全报警系统和燃气供应控制系统连接，所述的井控设备包括模拟现场的管道、阀门以及采集传感器，所述的上位机监控系统包括控制PLC和上位机，PLC与上位机连接，所述的UWB定位系统包括多个有源电子标签、多个传感器和网络交换机；
所述的真火燃烧器和燃气供应控制系统分别与上位机连接，安全报警系统与PLC连接，模拟现场的管道和阀门上的传感器分别通过PLC与上位机连接，有源电子标签设置在应急演练人员身上，传感器的信号覆盖整个监控区域，所述的上位机上导入多个传感器的位置数据、仰角数据和偏角数据，传感器的接收端接收来自有源电子标签发送的信号并对其进行解码，传感器的发送端将解码得到的数据通过网络交换机发送至上位机，上位机上还设置有用于无线遥控整个真火系统的点火和关闭的中央无线遥控系统。

2.  根据权利要求1所述的火灾应急演练模拟系统，其特征在于：所述的真火燃烧器采用液化石油气LPG为燃料，所述的中央无线遥控系统设置有紧急关停按钮，且使用全球通用的开放频率进行无线遥控，所述的安全报警系统包括报警控制箱，控制箱内设置有一键关停按钮、声光报警器和安全控制按钮，所述的燃气供应控制系统包括压力开关、高压管线和安全阀。

3.  根据权利要求1所述的火灾应急演练模拟系统，其特征在于：所述的多个传感器包括一个主传感器和三个从传感器，所述的从传感器的时间同步接口通过时间同步线与主传感器的时间同步接口连接，所述的从传感器的以太网数据传送接口和主传感器的以太网数据传送接口均通过网线连接至网络交换机；所述的传感器的发送端还将时间差数据通过网络交换机发送至上位机；所述的传感器靠近天花板，高度越高越好，并且处于绝对水平位置；所述的网络交换机为POE交换机。

4.  根据权利要求1所述的火灾应急演练模拟系统，其特征在于：所述的多个传感器的位置数据为包括以其中一台传感器为坐标原点、确定一个横向方向为X轴、面向横向方向的为Y轴、垂直于水平面方向为Z轴的所建立的坐标系，以及所有传感器在所述坐标系所处的坐标。

5.  如权利要求1-4中任意一项所述的火灾应急演练模拟系统的模拟方法，其特征在于：它包括如下子步骤：
S1：学员培训，教师向参加应急演练培训的人进行培训；
S2：应急演练开始，通过上位机的中央无线遥控系统控制着火点着火，此时火焰初始化高度为较低状态；
S3：学员根据培训内容对起火点的井控设备进行控制调节，PLC采集井控设备的调节方式，判断学员的调节方式是否正确；
A．若学员调节方式正确，则上位机的中央无线遥控系统控制着火势逐渐减小，同时学员按照预定的路线进行撤离；
B．若学员调节方式不正确，则上位机的中央无线遥控系统控制着火点火势逐渐增大；
C．若学员进行处置后火势无法控制，或者发现火情时火势已经无法控制，则学员按照预定的路线进行撤离；
S4：学员撤离，学员根据安全逃生路线进行撤离，撤离过程中学员身上的电子标签与传感器相互感应，传感器将学员的位置信息传输到上位机；
S5：上位机记录定位系统检测的学员的撤离路线，并记录撤离速度；
S6：应急演练结束，教师通过上位机的中央无线遥控系统关闭着火点，上位机上的系统根据学员处置情况、逃生撤离情况进行评分。

6.  根据权利要求5所述的火灾应急演练模拟方法，其特征在于：所述的对起火点的井控设备进行控制调节的方式包括：关闭管道阀门。

7.  根据权利要求5所述的火灾应急演练模拟方法，其特征在于：所述的学员位置信息包括传感器检测到的学员所在的位置信息和电子标签上所携带的学员的身份信息。

火灾应急演练模拟系统及模拟方法
技术领域
本发明涉及一种模拟系统，特别是一种火灾应急演练模拟系统及模拟方法。
背景技术
全世界各大产油国几乎都含有H2S气藏,含硫化氢气井的开采是具有高度危险性的作业,在含硫气井开采过程中,井喷事故的发生层出不穷。不管是国内还是国外公众利益也在油气开发生产过程中需要得到充分保护。因此在保证人员安全的前提条件下尽可能的模拟真实事故的产生、处置、及后续工作安排过程是至关重要的。
在钻井现场，除了硫化氢的泄漏外还伴有火灾的发生，而井场作为开采油气的地方，属于非常容易发生火灾的地方，一旦发生火灾处理不当则会对国家造成重大损失，同时也会危害井场工作人员的人身安全。因此进行火灾应急演练的培训是非常必要的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种火灾应急演练模拟系统及模拟方法，该系统包括真火系统，能够真实的模拟出现场着火的场景，提高受训人员的危机意识，模拟的井场设备能够提供受训人员遇到火灾时进行处置的装置，UWB定位系统能够在险情得到控制或无法控制时定位受训人员的逃生位置，提供受训人员是否通过考核的依据。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：火灾应急演练模拟系统，它包括真火系统、上位机监控系统、井控设备和UWB定位系统，真火系统、井控设备和UWB定位系统分别与上位机监控系统连接；所述的真火系统包括真火燃烧器、安全报警系统和燃气供应控制系统，真火燃烧器分别与安全报警系统和燃气供应控制系统连接，所述的井控设备包括模拟现场的管道、阀门以及采集传感器，所述的上位机监控系统包括控制PLC和上位机，PLC与上位机连接，所述的UWB定位系统包括多个有源电子标签、多个传感器和网络交换机；
所述的真火燃烧器和燃气供应控制系统分别与上位机连接，安全报警系统与PLC连接，模拟现场的管道和阀门上的传感器分别通过PLC与上位机连接，有源电子标签设置在应急演练人员身上，传感器的信号覆盖整个监控区域，所述的上位机上导入多个传感器的位置数据、仰角数据和偏角数据，传感器的接收端接收来自有源电子标签发送的信号并对其进行解码，传感器的发送端将解码得到的数据通过网络交换机发送至上位机，上位机上还设置有用于无线遥控整个真火系统的点火和关闭的中央无线遥控系统。
所述的真火燃烧器采用液化石油气LPG为燃料，所述的中央无线遥控系统设置有紧急关停按钮，且使用全球通用的开放频率进行无线遥控，所述的安全报警系统包括报警控制箱，控制箱内设置有一键关停按钮、声光报警器和安全控制按钮，所述的燃气供应控制系统包括压力开关、高压管线和安全阀。
所述的多个传感器包括一个主传感器和三个从传感器，所述的从传感器的时间同步接口通过时间同步线与主传感器的时间同步接口连接，所述的从传感器的以太网数据传送接口和主传感器的以太网数据传送接口均通过网线连接至网络交换机；所述的传感器的发送端还将时间差数据通过网络交换机发送至上位机；所述的传感器靠近天花板，高度越高越好，并且处于绝对水平位置；所述的网络交换机为POE交换机。
所述的多个传感器的位置数据为包括以其中一台传感器为坐标原点、确定一个横向方向为X轴、面向横向方向的为Y轴、垂直于水平面方向为Z轴的所建立的坐标系，以及所有传感器在所述坐标系所处的坐标。
火灾应急演练模拟系统的模拟方法，它包括如下子步骤：
S1：学员培训，教师向参加应急演练培训的人进行培训；
S2：应急演练开始，通过上位机的中央无线遥控系统控制着火点着火，此时火焰初始化高度为较低状态；
S3：学员根据培训内容对起火点的井控设备进行控制调节，PLC采集井控设备的调节方式，判断学员的调节方式是否正确；
A．若学员调节方式正确，则上位机的中央无线遥控系统控制着火势逐渐减小，同时学员按照预定的路线进行撤离；
B．若学员调节方式不正确，则上位机的中央无线遥控系统控制着火点火势逐渐增大；
C．若学员进行处置后火势无法控制，或者发现火情时火势已经无法控制，则学员按照预定的路线进行撤离；
S4：学员撤离，学员根据安全逃生路线进行撤离，撤离过程中学员身上的电子标签与传感器相互感应，传感器将学员的位置信息传输到上位机；
S5：上位机记录定位系统检测的学员的撤离路线，并记录撤离速度；
S6：应急演练结束，教师通过上位机的中央无线遥控系统关闭着火点，上位机上的系统根据学员处置情况、逃生撤离情况进行评分。
所述的对起火点的井控设备进行控制调节的方式包括：关闭管道阀门。
所述的学员位置信息包括传感器检测到的学员所在的位置信息和电子标签上所携带的学员的身份信息。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种火灾应急演练模拟系统及模拟方法，该系统包括真火系统，能够真实的模拟出现场着火的场景，提高受训人员的危机意识，模拟的井场设备能够提供受训人员遇到火灾时进行处置的装置，UWB定位系统能够在险情得到控制或无法控制时定位受训人员的逃生位置，提供了受训人员是否通过考核的依据。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明的模拟方法框图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，火灾应急演练模拟系统，它包括真火系统、上位机监控系统、井控设备和UWB定位系统，真火系统、井控设备和UWB定位系统分别与上位机监控系统连接；所述的真火系统包括真火燃烧器、安全报警系统和燃气供应控制系统，真火燃烧器分别与安全报警系统和燃气供应控制系统连接，所述的井控设备包括模拟现场的管道、阀门以及采集传感器，所述的上位机监控系统包括控制PLC和上位机，PLC与上位机连接，所述的UWB定位系统包括多个有源电子标签、多个传感器和网络交换机；
所述的真火燃烧器和燃气供应控制系统分别与上位机连接，安全报警系统与PLC连接，模拟现场的管道和阀门上的传感器分别通过PLC与上位机连接，有源电子标签设置在应急演练人员身上，传感器的信号覆盖整个监控区域，所述的上位机上导入多个传感器的位置数据、仰角数据和偏角数据，传感器的接收端接收来自有源电子标签发送的信号并对其进行解码，传感器的发送端将解码得到的数据通过网络交换机发送至上位机，上位机上还设置有用于无线遥控整个真火系统的点火和关闭的中央无线遥控系统。
本发明采用德国GFT通用真火技术公司的正货系统，其中真火燃烧器采用液化石油气LPG为燃料。在本发明中设置有两个室外真火燃烧器，其中一个燃烧器为钻井平台中心的带压井喷火，火焰从钻井平台顶面中心飞快地产生垂直向上的巨大火焰，火焰高度从平台顶部算起可达4-7米。第二个燃烧器为放空管道尾部引燃火，火焰可以设置为水平法兰或垂直管道尾部引燃，有一个带压喷射火点，火焰长度可达2-3米或更长。所述的中央无线遥控系统设置有紧急关停按钮，可以同时控制所有的相关火灾训练场景，具有自检功能，如果一旦检测到无线控制信号脱离控制区超过2秒，系统自动关停，使用全球通用的开放频率进行无线遥控，同时预留升级空间，可以根据需要加入新火点场景，包括室内电气火灾场景。所述的安全报警系统包括报警控制箱，是独立于中央无线遥控系统的安全保障系统，控制箱设置有一键关停按钮、声光报警器和安全控制按钮，具有报警消除和报警确认功能，提供超过20米的电缆线供电，其中声光报警器包括燃烧器锁定报警、自检报警、连接中断报警等。所述的燃气供应控制系统包括最大/最小压力开关，用于安全连接到安全报警系统，提供一整套与三个50公斤以上LPG气瓶连接的高压管线和安全阀。
所述的多个传感器包括一个主传感器和三个从传感器，所述的从传感器的时间同步接口通过时间同步线与主传感器的时间同步接口连接，所述的从传感器的以太网数据传送接口和主传感器的以太网数据传送接口均通过网线连接至网络交换机；所述的传感器的发送端还将时间差数据通过网络交换机发送至上位机；所述的传感器靠近天花板，高度越高越好，并且处于绝对水平位置；所述的传感器为高精度超宽带传感器，所述的传感器包括一组天线阵列和一个超宽带无线接收器；所述的传感器与网络交换机之间通过超5类网线连接；所述的网络交换机为POE交换机，UWB定位系统还包括一个DHCP服务器，所述的DHCP服务器用于给传感器动态分配IP地址，并且分配和上位机相同的子网和子网掩码，所述的DHCP服务器与网络交换机连接。
所述的多个传感器的位置数据为包括以其中一台传感器为坐标原点、确定一个横向方向为X轴、面向横向方向的为Y轴、垂直于水平面方向为Z轴的所建立的坐标系，以及所有传感器在所述坐标系所处的坐标，位置数据通过激光测距仪进行测算，所述的激光测距仪将测到的数据导入上位机；有源电子标签为发送超宽带无线电脉冲的有源电子标签，有源电子标签包括用于识别的LED灯、用于激活标签的震动传感器和用于触发事件的按钮。
如图2所示，火灾应急演练模拟系统的模拟方法，它包括如下子步骤：
S1：学员培训，教师向参加应急演练培训的人进行培训；
S2：应急演练开始，通过上位机的中央无线遥控系统控制着火点着火，此时火焰初始化高度为较低状态；
S3：学员根据培训内容对起火点的井控设备进行控制调节，PLC采集井控设备的调节方式，判断学员的调节方式是否正确；
A．若学员调节方式正确，则上位机的中央无线遥控系统控制着火势逐渐减小，同时学员按照预定的路线进行撤离；
B．若学员调节方式不正确，则上位机的中央无线遥控系统控制着火点火势逐渐增大；
C．若学员进行处置后火势无法控制，或者发现火情时火势已经无法控制，则学员按照预定的路线进行撤离；
S4：学员撤离，学员根据安全逃生路线进行撤离，撤离过程中学员身上的电子标签与传感器相互感应，传感器将学员的位置信息传输到上位机；
S5：上位机记录定位系统检测的学员的撤离路线，并记录撤离速度；
S6：应急演练结束，教师通过上位机的中央无线遥控系统关闭着火点，上位机上的系统根据学员处置情况、逃生撤离情况进行评分。
所述的对起火点的井控设备进行控制调节的方式包括：关闭管道阀门。
所述的学员位置信息包括传感器检测到的学员所在的位置信息和电子标签上所携带的学员的身份信息。