کارخانههای شیمیایی به دلیل استفاده از مواد خطرناک، واکنشهای شیمیایی فعال و فرآیندهای پیچیده، از حساسترین محیطهای صنعتی از نظر ایمنی و سلامت محسوب میشوند. انتشار گازهای سمی، بخارات شیمیایی، ذرات معلق و نشت مواد فرار میتواند سلامت کارکنان، تجهیزات و محیطزیست را بهطور جدی تهدید کند. در این شرایط، پایش مستمر و دقیق کیفیت هوا اهمیت بالایی دارد. اینترنت اشیا (IoT) با فراهمکردن امکان پایش بلادرنگ و تحلیل دادهمحور، رویکردی نوین برای مدیریت کیفیت هوا در کارخانههای شیمیایی ارائه میدهد.
پارامترهای کلیدی کیفیت هوا
در پایش کیفیت هوا در محیطهای شیمیایی، اندازهگیری چند پارامتر اساسی اهمیت دارد. غلظت گازهای سمی و قابل اشتعال مانند آمونیاک، کلر، سولفید هیدروژن و ترکیبات آلی فرار (VOC) از مهمترین شاخصها هستند. علاوه بر آن، ذرات معلق (PM)، دما، رطوبت و فشار هوا نیز میتوانند بر رفتار مواد شیمیایی و شرایط ایمنی تأثیر بگذارند.
پایش همزمان این پارامترها امکان تشخیص سریع نشتها، شرایط غیرعادی فرآیندی و خطرات بالقوه را فراهم میکند. دادههای دقیق و پیوسته، پایه تصمیمگیریهای ایمنی و عملیاتی در کارخانههای شیمیایی هستند.
حسگرهای IoT و اجزای سختافزاری
هسته اصلی سامانههای پایش کیفیت هوا مبتنی بر IoT، حسگرهای شیمیایی و محیطی هوشمند هستند. این حسگرها بسته به نوع کاربرد میتوانند شامل حسگرهای گاز الکتروشیمیایی، نیمههادی، نوری یا مادونقرمز باشند. انتخاب نوع حسگر به عواملی مانند دقت، زمان پاسخ، پایداری بلندمدت و شرایط محیطی کارخانه وابسته است.
حسگرها به یک واحد پردازش محلی متصل میشوند که وظیفه نمونهبرداری، کالیبراسیون اولیه، فیلتر نویز و مدیریت مصرف انرژی را بر عهده دارد. طراحی این واحد باید با در نظر گرفتن شرایط سخت صنعتی، شامل خوردگی شیمیایی، رطوبت و دمای بالا انجام شود.
معماری ارتباطی و جمعآوری داده
در کارخانههای شیمیایی، معماری ارتباطی سامانه IoT باید قابل اطمینان و مقاوم در برابر اختلالات صنعتی باشد. حسگرها معمولاً بهصورت شبکهای در نقاط مختلف کارخانه نصب میشوند تا پوشش مناسبی از فضاهای بحرانی ایجاد شود. دادههای جمعآوریشده از طریق شبکههای بیسیم صنعتی یا شبکههای محلی به گیتویهای مرکزی منتقل میشوند.
برای افزایش ایمنی، بخشی از پردازش داده در سطح Edge Computing انجام میشود. در این لایه، دادهها با آستانههای ایمنی مقایسه شده و در صورت عبور از مقادیر مجاز، هشدار فوری صادر میشود. این رویکرد باعث کاهش تأخیر و افزایش واکنش سریع در شرایط اضطراری میشود.
تحلیل داده و مدیریت ایمنی
در سطح سامانه مرکزی، دادههای کیفیت هوا وارد پلتفرمهای مانیتورینگ و تحلیل میشوند. این پلتفرمها امکان پایش بلادرنگ وضعیت هوا، ثبت تاریخچه دادهها و تحلیل روندهای بلندمدت را فراهم میکنند. تحلیل دادهها میتواند به شناسایی نقاط پرریسک، بهینهسازی تهویه و پیشبینی شرایط بحرانی کمک کند.
برای مثال، افزایش تدریجی غلظت یک گاز خاص در یک بخش مشخص میتواند نشانه فرسودگی تجهیزات یا نقص در فرآیند باشد که پیش از بروز حادثه قابل شناسایی است.
چالشهای فنی پیادهسازی
پیادهسازی سامانههای پایش کیفیت هوا با IoT در کارخانههای شیمیایی با چالشهایی مانند کالیبراسیون حسگرها، پایداری بلندمدت اندازهگیریها، امنیت دادهها و یکپارچهسازی با سیستمهای موجود همراه است. علاوه بر این، نگهداری حسگرها در محیطهای خورنده و آلوده نیازمند برنامهریزی دقیق است.
جمعبندی
پایش کیفیت هوا در کارخانههای شیمیایی با استفاده از حسگرهای IoT، رویکردی مؤثر برای افزایش ایمنی، حفاظت از نیروی انسانی و بهبود مدیریت فرآیندها محسوب میشود. ترکیب حسگرهای هوشمند، پردازش لبهای و تحلیل داده، امکان گذار از نظارت مقطعی به پایش پیوسته و پیشگیرانه را فراهم میکند. موفقیت این سامانهها به انتخاب صحیح حسگرها، طراحی معماری مناسب و تطبیق فناوری با شرایط واقعی محیطهای شیمیایی وابسته است.