自20世紀(jì)80年代國內(nèi)外智能燃?xì)獗韱柺酪詠恚覈悄苋細(xì)獗戆l(fā)展主要經(jīng)歷了IC卡膜式燃?xì)獗?、遠(yuǎn)傳燃?xì)獗?、帶附加裝置的燃?xì)獗怼⒅悄苋細(xì)獗恚?/span>IC卡和遠(yuǎn)程控制）和物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗怼?/span>
智能燃?xì)獗碛捎谝肓酥悄苡嬃?、智能控制等智能功能，需要電源為智能功能提供能源，因此，在設(shè)計上更加復(fù)雜。由于電流的存在，對機械氣密性提出了更高的要求，并且需要對電流、電壓等相關(guān)參數(shù)作出相應(yīng)的規(guī)定，并將其標(biāo)準(zhǔn)化。
智能燃?xì)獗淼姆婪侗L(fēng)險安全技術(shù)從3個方面分析：預(yù)防和阻止由于用戶異常使用或突發(fā)災(zāi)難引發(fā)的泄漏爆炸事故的技術(shù)（即燃?xì)獗砻芊饧夹g(shù)及安全切斷技術(shù)）；預(yù)防和阻止燃?xì)獗碜陨黼娐坊鸹ㄒ車h(huán)境所集聚的燃?xì)獾募夹g(shù)（即電流控制技術(shù)）；預(yù)防和阻止控制閥電機電路火花引爆燃?xì)獗韮?nèi)已形成的燃?xì)?、空氣混合物的技術(shù)（即電機電路與燃?xì)飧艚^技術(shù)）。本文對智能燃?xì)獗淼姆婪侗L(fēng)險技術(shù)和信息安全進行探討。
2 燃?xì)獗砻芊饧夹g(shù)及安全切斷技術(shù)智能燃?xì)獗碓谠O(shè)計和生產(chǎn)時就應(yīng)考慮燃?xì)獗淼拿芊庑阅?，使其達(dá)到全生命周期內(nèi)比傳統(tǒng)純機械式燃?xì)獗砀煽康拿芊庑阅堋１竟旧a(chǎn)的智能燃?xì)獗砻芊庑阅苤饕捎萌缦旅芊饧夹g(shù)。 燃?xì)獗碚w密封包括上下殼的連接密封以及接頭與上殼的連接密封。上下殼連接采用整體封圈沖壓或滾壓方式進行密封。接頭與上殼采用鉚接或焊接技術(shù)，在上殼和接頭之間采用釬料層使焊件熔為一體，可以保證焊接質(zhì)量，該技術(shù)已獲得國家專利［1］。輸出軸密封技術(shù)中，輸出軸是保證膜式燃?xì)獗須んw內(nèi)部機芯的運動轉(zhuǎn)換為殼體外部計數(shù)器齒輪轉(zhuǎn)動的關(guān)鍵部件，其密封性的可靠性非常重要，其密封技術(shù)包括機械式輸出軸動密封技術(shù)和磁力式輸出軸靜密封技術(shù)。③內(nèi)置切斷閥控制線絕緣及密封技術(shù)內(nèi)置切斷閥控制線絕緣及密封技術(shù)已獲得國家專利［2］。內(nèi)置切斷閥控制線是保證燃?xì)獗硗獠靠刂破鲗?nèi)置切斷閥實現(xiàn)操作與控制的關(guān)鍵電路，其絕緣性、密封性和可靠性非常重要。目前主要有兩種裝配技術(shù)。a.在殼體上安裝雙向接線柱，在內(nèi)部和外部分別與控制線焊接，但焊點易受表殼內(nèi)燃?xì)怆s質(zhì)腐蝕。b.控制線整體穿出殼體穿線孔，殼體穿線孔的密封采用密封組件實現(xiàn)，其優(yōu)點是實現(xiàn)了良好的絕緣和密封。
內(nèi)置切斷閥密封技術(shù)已獲得兩項國家專利［3-4］。內(nèi)置切斷閥密封技術(shù)是保證燃?xì)獗硐掠斡脷庠O(shè)備閥門失效后仍處于安全狀態(tài)的關(guān)鍵技術(shù)，其泄漏量直接關(guān)系到用戶安全。目前存在兩種技術(shù)。a.以灶具的允許泄漏量為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的閥門，泄漏量應(yīng)不大于550 mL/h。b.以內(nèi)置切斷閥為技術(shù)依據(jù)，泄漏量應(yīng)不大于20mL/h。各種密封技術(shù)不僅要保證密封強度，還應(yīng)保證密封的完整性、有效性和足夠的生命周期，以及能夠耐高溫、低溫、雷擊等各種外部惡劣環(huán)境。
流量異常安全切斷技術(shù)主要包括以下6種技術(shù)：流量過載切斷、異常大流量切斷、異常微小流量切斷、持續(xù)流量超時切斷、燃?xì)鈮毫^低切斷、長期未使用切斷等。流量過載指流經(jīng)燃?xì)獗淼牧髁看笥?/span>1.2倍燃?xì)獗?*****流量，異常大流量指流經(jīng)燃?xì)獗淼牧髁砍^了燃?xì)庥脩羰褂玫娜季叩?*****負(fù)荷流量。流量感知技術(shù)能很好地實現(xiàn)異常流量安全切斷，是預(yù)防和阻止燃?xì)獍踩鹿拾l(fā)生的主要技術(shù)之一。壓力感知技術(shù)是通過壓力傳感器（已獲得國家專利［7］）來實現(xiàn)的。壓力傳感器能夠?qū)θ細(xì)夤鈮毫M行實時感知監(jiān)測，并通過傳感器檢測模塊將燃?xì)鈮毫Ξ惓＃▔毫^低）信息傳輸至燃?xì)獗韮?nèi)置微電腦控制器。燃?xì)獗韮?nèi)置微電腦控制器在接收到燃?xì)鈮毫Ξ惓Ｐ盘柡螅ㄟ^切斷閥控制電路向內(nèi)置切斷閥發(fā)送關(guān)閥命令，實現(xiàn)燃?xì)馇袛?，防止壓力過低而造成用氣設(shè)備熄火及漏氣現(xiàn)象，同時蜂鳴器發(fā)出報警，相關(guān)信息在液晶顯示屏中給出提示。燃?xì)夤?yīng)商遠(yuǎn)程控制端通過數(shù)據(jù)傳輸模塊接收到報警信息，及時進行處理。燃?xì)獗韮?nèi)置微電腦控制器連接有狀態(tài)恢復(fù)電路，可以通過燃?xì)獗肀矶说臓顟B(tài)恢復(fù)按鈕啟動狀態(tài)恢復(fù)電路，使燃?xì)獗磉M行安全自檢，實現(xiàn)燃?xì)獗戆l(fā)生安全切斷后的燃?xì)夤?yīng)恢復(fù)。
通過在燃?xì)獗韮?nèi)部安裝燃?xì)獗韺Ｓ玫卣饌鞲衅鳎ㄒ勋@得相應(yīng)國家專利［9］），智能燃?xì)獗砟軌蛟跈z測到地震動加速度達(dá)到2 m/s2時，及時切斷燃?xì)夤?yīng)，防止因燃?xì)庑孤┒l(fā)生二次災(zāi)害。④燃?xì)庑孤┗馂?zāi)安全切斷技術(shù)［10］燃?xì)庑孤﹫缶靼踩袛嗉夹g(shù)原理見圖1。圖1 燃?xì)庑孤﹫缶靼踩袛嗉夹g(shù)原理
通過將燃?xì)庑孤﹫缶鳎ㄒ勋@得國家專利［11］）與智能燃?xì)獗磉B接，燃?xì)庑孤﹫缶鞯臍怏w感知模組對環(huán)境氣體（甲烷、乙烷、二氧化碳）進行感知，并將感知信息以相應(yīng)的電信號傳遞給控制芯片?？刂菩酒軌?qū)怏w組分、濃度等進行識別和分析，從而實現(xiàn)燃?xì)庑孤┖突馂?zāi)安全切斷。當(dāng)發(fā)生燃?xì)庑孤r，燃?xì)庑孤﹫缶髂軌蛲ㄟ^氣體感知模組和控制芯片對甲烷、乙烷氣體濃度變化情況進行感知：若甲烷、乙烷濃度持續(xù)、顯著、快速增高，則判斷燃?xì)獍l(fā)生了泄漏，蜂鳴器和指示燈會進行聲光報警，同時將異常信息傳輸給燃?xì)獗韮?nèi)置微電腦控制器。燃?xì)獗韮?nèi)置微電腦控制器接收到燃?xì)庑孤└兄盘柡螅瑫ㄟ^切斷閥控制電路控制內(nèi)置切斷閥立刻切斷燃?xì)夤?yīng)，阻止燃?xì)饫^續(xù)泄漏，同時蜂鳴器發(fā)出報警，相關(guān)信息在燃?xì)獗淼囊壕э@示屏中給出提示，燃?xì)夤?yīng)商遠(yuǎn)程控制端也能通過數(shù)據(jù)傳輸模塊接收到報警信息，及時進行處理。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，燃燒產(chǎn)生的二氧化碳會使環(huán)境中的二氧化碳含量持續(xù)升高。燃?xì)庑孤﹫缶髂軌蛲ㄟ^氣體感知模組和控制芯片對二氧化碳含量變化情況進行感知。若二氧化碳含量持續(xù)、顯著、快速增高，則判斷燃?xì)獗硭幁h(huán)境有火災(zāi)發(fā)生，蜂鳴器和指示燈會進行聲光報警。同時，火災(zāi)信息通過燃?xì)庑孤﹫缶鳈z測模塊傳輸給燃?xì)獗韮?nèi)置微電腦控制器，燃?xì)獗韮?nèi)置微電腦控制器接收到火災(zāi)信號后，會通過切斷閥控制電路控制內(nèi)置切斷閥立刻切斷燃?xì)夤?yīng)，相關(guān)信息在燃?xì)獗淼囊壕э@示屏中給出提示，燃?xì)夤?yīng)商遠(yuǎn)程控制端也能通過數(shù)據(jù)傳輸模塊接收到報警信息，及時進行處理。智能燃?xì)獗淼母鞣N智能功能均需要電池供電，其工作電流的控制主要通過運用低功耗閥控技術(shù)、低功耗通信技術(shù)和低功耗控制器技術(shù)來實現(xiàn)。低功耗閥控技術(shù)是通過優(yōu)化閥門動作機械和電子原理來實現(xiàn)低運行電流，低功耗通信技術(shù)是通過采用低功耗廣域網(wǎng)LPWAN（LoRa技術(shù)、NB-IoT技術(shù)等）通信技術(shù)來實現(xiàn)的。低功耗控制器技術(shù)是通過優(yōu)化芯片設(shè)計和驅(qū)動電路設(shè)計等方法來實現(xiàn)的。低功耗的實現(xiàn)使通過智能燃?xì)獗砀鞣N電子器件的工作電流大大降低，延長了其使用壽命，使其不易老化、不易燒毀，保障了燃?xì)獗淼姆婪侗L(fēng)險的性能。基于智能燃?xì)獗砉ぷ鳝h(huán)境的特殊性，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對燃?xì)獗砉ぷ麟娏鬟M行了規(guī)定。GB/T 6968—2011《膜式燃?xì)獗怼芬?guī)定，帶有輔助裝置的燃?xì)獗砉ぷ麟妷翰粦?yīng)大于直流 36 V，******工作電流（控制器穩(wěn)定工作，同時進行開關(guān)閥動作及遠(yuǎn)程通信時的電流）不應(yīng)大于500 mA，靜態(tài)工作電流（控制器穩(wěn)定工作，無開關(guān)閥動作，無遠(yuǎn)程通信時的電流）不應(yīng)大于50 μA。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T 112—2008《IC卡膜式燃?xì)獗怼芬?guī)定了更加嚴(yán)格的電氣參數(shù)，靜態(tài)工作電流不應(yīng)大于20 μA。對于閥控電流，原則上應(yīng)遠(yuǎn)低于******工作電流，越小越好。隨著智能功能的日益發(fā)展和閥控技術(shù)的不斷提高，閥控所需的電流已大幅降低，主要技術(shù)有雙向無堵轉(zhuǎn)齒輪傳動的燃?xì)獗韺Ｓ脵C電閥技術(shù)［3］（閥門動作電流已低至70 mA）和到位檢測等技術(shù)（閥門動作電流可低至200 mA以下）。對于閥控電壓，根據(jù)供電技術(shù)的不同而不同（單一干電池供電技術(shù)為直流 6 V、鋰電池+干電池復(fù)式供電技術(shù)為直流 6 V、單一鋰電池供電技術(shù)為直流 3.6 V或直流 7.2 V），單一鋰電池供電技術(shù)是發(fā)展趨勢。對于通信電流，通過運用低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)，已使收發(fā)通信電流大大降低（LoRa通信技術(shù)通信電流可低至130 mA，休眠電流低于10 μA）。對于降低控制器電流的方法，主要采用優(yōu)化芯片設(shè)計和驅(qū)動電路設(shè)計來實現(xiàn)，如采用低功率單片機（運行模式工作電流可低至2 mA），選擇合適的時鐘方案，盡量降低時鐘運行頻率等。智能燃?xì)獗碇悄懿糠值碾妷涸降?、電流越小，則表端功耗越低，其潛在的爆炸風(fēng)險更小，與此同時可延長電源的使用壽命。
電機是內(nèi)置切斷閥的動力裝置，需要電池供電。正常情況下，燃?xì)獗韮?nèi)充滿了燃?xì)猓瑹o空氣存在，即使電機電路暴露在燃?xì)庵幸膊粫l(fā)爆炸事故。但考慮到在燃?xì)獗沓醮伟惭b和進行檢修時，燃?xì)獗韮?nèi)部很容易混入空氣，若電機電路暴露在這種燃?xì)馀c空氣混合的環(huán)境中，其電火花很容易引起燃?xì)獗肀?，造成安全事故。因此，目前對于燃?xì)獗韮?nèi)置切斷閥電機電路的隔絕一般采用絕緣保護技術(shù)。燃?xì)飧艚^和密封設(shè)計簡圖見圖2，圖中紅色框內(nèi)為內(nèi)置切斷閥，燃?xì)獗淼钠渌糠衷趫D中未表示。內(nèi)置切斷閥作為燃?xì)獗淼倪^流部件，其電動機位于內(nèi)置切斷閥殼體內(nèi)部，在設(shè)計上始終與燃?xì)飧艚^。電動機作為內(nèi)置切斷閥的動力裝置，需要設(shè)計動力裝置和傳動裝置（傳動齒輪）以及傳動裝置和閥門執(zhí)行裝置（閥桿和密封瓣）之間的連接方式。執(zhí)行裝置處于燃?xì)鈿饬髦校虼?，傳動裝置向執(zhí)行裝置輸出動力的動力輸出口需要進行動密封（通過密封圈和動密封塞的配合實現(xiàn)）設(shè)計，實現(xiàn)電動機與燃?xì)獾母艚^。動密封材料采用具有密封性好、耐腐蝕、壓縮性和回彈性好、永久性變形小等特點的密封材料。電源線與電動機焊接相連，依次穿過內(nèi)置切斷閥殼體和燃?xì)獗須んw，與控制盒（含有主控電路板、電源、機電轉(zhuǎn)換裝置等）內(nèi)的的主控電路板連接。主控電路板中的內(nèi)置微電腦控制器能夠通過切斷閥控制電路控制電動機的供電和斷電，同時也能控制電源線中的電流方向（通過改變電流方向來改變電動機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向），實現(xiàn)內(nèi)置切斷閥的開閥和關(guān)閥。在電源線與主控電路板連通的路徑中，需要對以下兩個關(guān)鍵位置進行密封：①在電源線穿過內(nèi)置切斷閥殼體穿線孔處，需采用密封組件進行密封，防止燃?xì)膺M入電動機所處的內(nèi)置切斷閥內(nèi)部，實現(xiàn)燃?xì)馀c電動機的隔絕。②在電源線穿過燃?xì)獗須んw穿線孔處，采用密封組件進行密封，防止燃?xì)庀蛉細(xì)獗硗獠啃孤?/span>為了保證電動機和電源線在上述隔絕或密封失效時仍然可靠，在生產(chǎn)制造過程中，需要對內(nèi)置切斷閥電動機與電源線的焊接點進行絕緣保護處理，即當(dāng)焊接完成后在焊接點處覆蓋絕緣材料，實現(xiàn)焊接點的絕緣。絕緣材料的選擇應(yīng)注意以下兩個問題：①當(dāng)焊接點出現(xiàn)短路時會產(chǎn)生大量熱量致使焊接點溫度升高，易造成覆蓋的絕緣材料融化，使電機電路與燃?xì)飧艚^失敗。②燃?xì)庵芯哂懈g性的雜質(zhì)會對覆蓋的絕緣材料造成腐蝕，使絕緣材料的絕緣效果大大降低。因此，覆蓋焊接點的絕緣材料應(yīng)具有耐高溫、耐腐蝕的特性。
對由于智能燃?xì)獗硇畔⒕W(wǎng)絡(luò)遭受黑客攻擊所帶來的閥門失控風(fēng)險及其存在的泄漏爆炸危險，也應(yīng)引起高度重視?；诤诳凸舻奈：π裕瑧?yīng)及早將智能燃?xì)獗淼男畔踩鸩郊{入議事日程。一般而言，智能燃?xì)獗砑捌渚W(wǎng)絡(luò)運行系統(tǒng)在設(shè)計時，會將閥門的工作模式設(shè)計為遠(yuǎn)程可關(guān)閉閥門，但不允許遠(yuǎn)程打開閥門，如果閥門關(guān)閉后需要開啟，需要用戶或燃?xì)夤静僮魅藛T在現(xiàn)場對燃?xì)獗磉M行操作才能打開。如果燃?xì)獗砑捌渚W(wǎng)絡(luò)的信息安全存在脆弱性，則易受黑客攻擊，尤其是當(dāng)黑客潛入網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部直接對燃?xì)獗矶说闹悄芸刂栖浖M行惡意攻擊時，可能會導(dǎo)致閥門工作模式發(fā)生變化（變?yōu)樵试S遠(yuǎn)程開閥模式或閥門鎖定模式），這將會導(dǎo)致供氣失控或大面積停止供氣，存在巨大的泄漏爆炸風(fēng)險或燃?xì)膺\營風(fēng)險，可能會導(dǎo)致社會公共事件。若黑客攻擊智能燃?xì)獗砑捌渚W(wǎng)絡(luò)運行系統(tǒng)，進入燃?xì)夤痉?wù)系統(tǒng)，制造并發(fā)布虛假燃?xì)庑孤┍ㄊ鹿市畔?，則會引起信息安全社會事件，對燃?xì)夤?、公眾及社會造成巨大恐慌和?fù)面影響。
綜上所述，當(dāng)前國內(nèi)并沒有強制性的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)對智能燃?xì)獗硇畔踩M行強制性要求，也沒有相應(yīng)的懲罰制度，造成違法成本很低。因此，智能燃?xì)獗砑捌渚W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運行安全應(yīng)盡早納入議事日程。借鑒我國信息安全方面的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，例如GB/T 31507—2015《信息安全技術(shù)智能卡通用安全檢測指南》、GB/T 20273—2006《信息安全技術(shù)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)安全技術(shù)要求》等，以及國際法制計量組織對智能燃?xì)獗砑捌渚W(wǎng)絡(luò)運行系統(tǒng)軟件的一些規(guī)定，例如國際組織文件OIML D31 《軟件控制的計量器具的通用要求》（General requirements for software controlled measuring instruments），計量器具控制軟件應(yīng)防止采用非授權(quán)更改、非授權(quán)下載或非授權(quán)更換儲存裝置的方法進行軟件的更換或升級，在采用機械式封印技術(shù)的基礎(chǔ)上，還應(yīng)該對軟件部分采取必要的軟硬件技術(shù)手段來保護。因此，應(yīng)及早進行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的研究和制定。［1］邵澤華，蔡化煊，向海堂. 一種氣表接頭的連接結(jié)構(gòu)：ZL200810045807.1［P］. 2010-12-08.［2］邵澤華，吳岳飛，任長清. 一種全密封智能燃?xì)獗砜刂坪校?/span>ZL201210336293.1［P］. 2014-06-25.［3］邵澤華，吳岳飛，徐朝應(yīng)，等. 雙向無堵轉(zhuǎn)齒輪傳動的燃?xì)獗韺Ｓ脵C電閥：ZL201010230368.9［P］. 2012-01-04.［4］邵澤華，劉宗學(xué)，劉彬. 機電閥氣密性智能檢測設(shè)備：ZL201520547586.3［P］. 2015-12-02. ［7］任長清，邵澤華，權(quán)亞強. 安全切斷型智能燃?xì)獗韺Ｓ脡毫鞲衅鳎?/span>ZL201420306746.0［P］. 2014-12-10. ［9］邵澤華. 用于智能燃?xì)獗淼牡卣饌鞲衅鳎?/span>ZL 201620779724.5［P］. 2017-01-11.［11］邵澤華. 家用燃?xì)鈭缶鳎?/span>ZL201520902018.0［P］. 2016-04-13.
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