本文研究钢铁企业安全生产监测预警系统，该系统采用三层架构，通过传感器采集生产环境、设备及工艺参数，经有线或无线通信传输至数据处理中心。基于国家及行业标准、生产实践等构建预警规则体系，含单指标与多指标联锁预警模式，明确各级预警等级，结合时效约束机制确保预警精准性。系统通过五级组织架构实现预警分级推送与闭环处置，在煤气及工艺设备系统中的应用，有效提升了事故处置效率。实践表明，该系统能推动钢铁企业从“事后应急”向“事前预防”转变，为安全生产提供有力支撑。
1 引言 钢铁工业作为我国的重要支柱产业，在国民经济中占据着举足轻重的地位。近年来，尽管钢铁产能有所压减，但依然处于高位。然而，钢铁生产过程复杂，涉及高温、高压、高速运转设备以及多种有毒有害物质，致使安全生产事故频发。据统计2023年冶金行业共发生事故83起，死亡94人，造成了严重的人员伤亡和财产损失。尽管国家和企业已高度重视钢铁企业的安全生产问题，但安全生产形势依旧严峻。安全生产监测预警系统作为实现安全生产关口前移、防范遏制事故的有效“技防”手段，对于钢铁企业具有重要意义。构建该系统能够实时监测钢铁生产中的关键数据，对潜在生产风险进行动态预警，使企业从传统的“事后应急”模式向“事前预防”模式转变，进而有效降低事故发生率，保障员工生命安全与企业财产安全。
2 安全生产监测预警系统 安全生产监测预警系统通过在生产现场部署各类传感器，实时采集温度、压力、气体浓度、设备运行参数等数据，借助物联网技术将数据传输至数据处理中心。随后，运用大数据分析、人工智能等算法对数据进行深度挖掘与分析，建立安全风险评估模型。当监测到的数据超出安全阈值或出现异常变化时，系统能自动发出预警信号，以声光报警、短信通知、系统弹窗等多种方式及时告知企业安全管理人员，实现对潜在安全隐患的早期识别和预警。同时，系统还可对历史数据进行存储和分析，为企业制定安全管理策略、优化生产流程提供数据支持，从而构建起“监测-分析-预警-处置”的完整安全管理闭环。 2.1 监测预警系统架构 监测预警系统的架构具体可分为三个层级，第一层为数据采集层，在生产现场关键位置部署硬件设备，主要包括各类传感器（如温度传感器、压力传感器、气体传感器等），以实现对生产环境、设备运行状态及工艺参数的实时数据采集；第二层为数据传输层，通过有线（工业以太网）或无线（LoRa、5G等）通信技术搭建数据传输网络，将传感器采集的数据稳定传输至边缘计算节点或数据中心，同时配置数据采集网关保障数据传输的安全性与完整性，确保原始数据的实时性和准确性；第三层为数据处理层，作为整个监测预警系统的“核心大脑”，承担着数据深度分析、风险规则研判及预警决策支撑的关键职能。并基于国家及行业安全标准明确关键参数的安全阈值、生产工艺标准、安全操作规程等设定预警规则体系，下面以某钢铁企业安全生产监测预警系统中煤气预警与工艺设备预警为例，详细说明如何构建预警规则体系。 2.2 构建预警规则 2.2.1 预警组织架构 监测预警组织架构从上至下依次分为一级公司级、二级厂部级、三级作业区级、四级工段（班组）级、五级岗位级（如图1所示）。各级人员在权限范围内接收预警信息并对预警信息进行跟踪闭环。 2.2.2 预警等级分类 预警等级分为一级、二级2个等级，其中一级预警风险等级大于二级预警。各级预警包含的情况如表1所示： 阈值分为高高报、高报、低报、低低报、开关量预警5类，一级预警和二级预警2种级别。其中一级预警包括高高报、低低报，二级预警包括高报、低报、开关量报警。 1 高高报为超过正常值非常多的预警，如正常值为50，高高报阈值为100，当数据数值超过100时触发高高报。 2 高报为超过正常值较多的预警，如正常值为50，高报阈值为70，当数据数值超过70时触发高报。 3 低报为低于正常值较多的预警，如正常值为50，低报阈值为30，当数据数值低于30时触发低报。 4 低低报为低于正常值非常多的预警，如正常值为50，低低报阈值为20，当数据数值低于20时触发低低报。 2.2.3 预警模式分类 1）单指标预警：单指标预警为单一来源数据触发阈值发生的预警，这类预警运算规则包含“＞”“＞=”“＜”“＜=”“=”“≠”等。如获取A数据为80，判断A＞70时触发高报规则，发出预警信息；如获取B数据为1，判断B≠0触发开关量规则，发出预警信息。 2）多指标联锁预警：多指标预警为根据2个及以上源数据综合判断发生预警，这类预警运算规则包含“∪”并集、“∩”交集等。A数据为80，判断A＞70时触发高报规则，单获取B数据为0，判断B不触发开关量规则，综合判断不判断A不报警。 2.2.4 预警时效 因同一数据随着时间变化可能会出现触发多类、多级预警，或数据突然飞飘后恢复正常的情况，所以需要对触发预警的时效性进行约束，如A数据高报阈值70，高高报阈值100，当A数据触发70高报后，继续升高，在短时间内升高到110进而触发高高报。如B数据高报阈值为70，当B数据前一秒触发高报后，下一秒恢复正常。为此需对数据进行约束，约束方法分为以下三种： 1）规定时间按次数约束：根据数据采集频率按照规定时间内触发次数来判断是否属于预警。如A数据在60秒内触发6次，则判定为预警。 2）按规定时间内预警优先级约束：根据数据采集频率，按照规定时间内数据分别触发二级、一级报警来处理。如A数据在60秒内先后触发了二级和一级，虽然后台预警清单全部记录，但实际展示出来的预警消息只有一级报警一条。 3）按单位时间保护期进行约束：在指标已经发生预警并相应生成处理工单的基础上，设置一定单位时间的保护期，以确保该指标和该负责人不会收到第二条处理工单和预警。如A数据出发了预警，系统形成处理工单并推送给a员工，那么在2个小时内，A数据持续预警不在新生成处理工单，a员工完成生成的工单后解除单位时间保护期。 2.3 预警规则的应用 2.3.1 煤气系统预警 煤气报警器数据采用单指标预警模式，结合预警时效中规定时间次数约束、规定时间优先级约束、单位时间保护期约束综合进行预警。煤气报警器阈值分为高报和高高报2个级别，高报阈值分割线为24ppm（即24-160ppm为高报范畴内），高高报分割阈值为160ppm（即160ppm以上为高高报范畴内）。 煤气数据高高报级别分为两级预警档，一级预警档（800ppm以上）和二级预警档（160-800ppm）。煤气数据高报级别分为三级，分别是三级预警档（80-160ppm）、四级预警档（40-80ppm）和五级预警档（24-40ppm）。数据触发预警档后，2h内仅生成一个工单。若2h内，符合低预警档要求且生成工单后，后续数据额外符合高预警档，则单独生成高预警档工单。具体报警阈值见表2。 根据触发的预警等级不同，后续的预警推送与报送也有所不同，具体规则见图2。 2.3.2 工艺设备设施系统预警 工艺设备设施数据包括模拟量和开关量，拟采用多指标预警模式和单指标预警模式结合的形式，一级预警对应监测数据阈值中的高高报、低低报阈值以及多指标联锁预警模式触发阈值，二级预警对应监测数据阈值中的高报、低报和开关量报警。 各开关量和部分模拟量数据采用单指标预警模式，即数据发生变化时直接触发阈值。 针对转炉氧枪氧气压力、冷却水流量差等随着生产进行而发生变化易造成误报警的数据，采用多指标联锁预警模式，将模拟量数据与对应联锁投入状态数据进行绑定，只有联锁投入失效时才触发阈值产生预警信号。具体报警阈值见表3。 根据触发的预警等级不同，后续的预警推送与报送也有所不同，具体规则见图3。
3 安全生产监测预警系统的应用 当预警发生后，预警信息发送到五级预警机构，提醒其相关人员进行闭环处置；当15min内五级预警机构仍未进行处置时，四级预警机构收到提醒信息予以督促；当30min内五级预警机构仍未进行处置时，三级预警机构收到提醒信息予以督促；当60min内五级预警机构仍未进行处置时，二级预警机构收到提醒信息予以督促；当90min内五级预警机构仍未进行处置时，一级预警机构收到提醒信息予以督促。 工艺设备设施各级预警阈值，应组织安全管理人员、工艺工程师、设备专家等共同研讨确定，其理论依据可以是基于国家及行业安全标准明确关键参数的安全阈值，例如高炉炉缸温度上限设定为1500℃。也可以是生产实践积累的工艺参数，但不能超过设备制造商提供的技术参数标准，例如某型号转炉在正常冶炼阶段的氧枪工作压力通常稳定在0.8-1.2MPa，但由于使用年限较长且基于近年来的故障运行数据，可适当降低其压力预警阈值上限（如定为1.15MPa）。 为保障规则的适应性，需建立动态优化机制。定期组织安全管理团队结合生产工艺调整、设备更新及历史预警反馈对规则库进行评审修订。 最终通过该系统实时显示各个工艺设备的使用状态和在线状态，确保钢铁企业各级用户可以及时了解设备的运行情况，每个设备的具体功能和运行参数，迅速识别哪些设备正在使用中，哪些设备处于在线状态。对处于异常状态的工艺设备，通过手机APP推送到对应岗位人员进行及时处置，极大提高了事故处置效率。
4 结语 本文所述安全生产监测预警系统依据“数据采集层-数据传输层-数据处理层”的三层架构，实现了从数据采集、传输到处理分析的全流程智能化管理，通过科学的预警规则设定和时效约束机制，提升了预警的精准性与实用性。五级预警组织架构的闭环处置模式，确保了预警信息能够快速传递并得到及时响应，显著提高了事故处置效率。同时，动态优化机制的建立，使系统能够适应生产工艺调整、设备更新等变化，保持长期适用性。 未来，随着信息技术的不断发展，可进一步融合人工智能等先进技术，提升系统的自主学习与预测能力，拓展其在更多生产场景的应用，为钢铁行业的安全生产持续赋能，推动钢铁工业向更安全、高效、可持续的方向发展。
