張志勇，董鵬程，孫文杰，欒松年

（山東中煙工業(yè)有限責任公司青島卷煙廠，）

基于PCS7的氣體檢測及報警控制系統(tǒng)

張志勇，董鵬程，孫文杰，欒松年

（山東中煙工業(yè)有限責任公司青島卷煙廠，）

傳統(tǒng)的氣體檢測報警主要通過現(xiàn)場傳感器、多功能數(shù)顯表、聲光發(fā)生器等元器件組成，該類氣體檢測報警系統(tǒng)架構復雜、運行穩(wěn)定性差、告警范圍小并且報警信息簡單。針對這些問題，設計了一個基于西門子SIMATIC PCS7系統(tǒng)的氣體檢測、報警及控制分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)以OS SERVER作為上位機，通過Profibus DP或Modbus RTU通訊方式實時采集RAEGuard系列檢測器的過程值，針對異常檢測值實時觸發(fā)語音、警鈴報警信號并發(fā)送郵件、短信通知等，同時啟動排氣風機進行緊急處理。此外，通過PCS7集成的IS功能對報警進行記錄和分析。該系統(tǒng)能提高氣體檢測報警的時效性和準確性以及穩(wěn)定性，保證現(xiàn)場的安全生產(chǎn)。

SIMATICPCS7；氣體檢測；報警

0 引言

近年來，企業(yè)對安全環(huán)保生產(chǎn)的意識日益提高，各類危險源的監(jiān)控力度得到不斷地加強，安全生產(chǎn)工作得以不斷強化。以卷煙工業(yè)企業(yè)為例，廠區(qū)內(nèi)污水處理系統(tǒng)、煙絲HXD膨脹生產(chǎn)線等站房存在有毒氣體含量超標、可燃性氣體泄露等安全隱患，屬于重點危險源，如何有效避免有害氣體中毒和氣體爆炸等事故的發(fā)生，是當前亟待解決的一個問題。

不同于傳統(tǒng)的手持式氣體檢測報警器和固定式氣體檢測系統(tǒng)，本文介紹了一種集實時數(shù)據(jù)檢測、網(wǎng)絡通訊監(jiān)控、信息智能分析、報警多樣化等功能于一體的智能化氣體檢測及報警控制系統(tǒng)。

1 報警系統(tǒng)結構

整個系統(tǒng)主要由氣體檢測及數(shù)據(jù)采集單元、通訊及現(xiàn)場控制單元、上位機報警分析單元三部分組成。氣體檢測單元采用RAEGuard系列氣體檢測報警器，主要檢測硫化氫、甲烷、氨氣、二氧化硫等氣體含量，過程數(shù)據(jù)以模擬量形式上傳至數(shù)據(jù)采集中繼器，中繼器將4—20mA信號轉換成數(shù)字量數(shù)據(jù)包，通訊協(xié)議轉換單元則將過程數(shù)據(jù)轉換成支持Profibus DP或Modbus RTU通訊協(xié)議的數(shù)據(jù)供CPU和OS上位機處理。根據(jù)氣體含量實際值與限值的比對，CPU將控制排氣風機的啟停動作，計算機服務器單元則對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時和趨勢分析并進行實時報警和預測報警，通過語音、警鈴、郵件、短信等方式進行點對點的告警通知。

系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 報警系統(tǒng)結構

2 系統(tǒng)設計和運行

2.1 氣體檢測及數(shù)據(jù)采集單元

利用RAEGuard系列氣體檢測儀采集室內(nèi)氣體含量，對實時過程值、靜態(tài)參數(shù)值等數(shù)據(jù)進行周期性采集，并將數(shù)值以模擬量的形式傳送至數(shù)據(jù)采集中繼器。數(shù)采中繼器作為A/D、D/A轉換接口，將收集的過程值和狀態(tài)值轉換為數(shù)據(jù)包，并將包括各通道量程、高報限值、低報限值、實時數(shù)值、狀態(tài)值等以整數(shù)的形式保存在相應的寄存器中，整合數(shù)據(jù)狀態(tài)，以Modbus RTU協(xié)議進行對外通訊，通訊波特率2400、3800、9600、19200可選，數(shù)據(jù)格式如圖2所示。

圖2 傳送數(shù)據(jù)格式

2.2 通訊及現(xiàn)場控制單元

通訊及現(xiàn)場控制單元主要存在兩種形式：即PCRTU_RP和PLC-RTU_RP。其中PC-RTU_RP的通訊模式在工程實際應用中不常見，鑒于對現(xiàn)場控制的考慮，一般采用PLC-RTU_RP的模式。本文設計的報警系統(tǒng)是基于西門子PCS7的TIA理念，將現(xiàn)場報警控制器與上位機服務器進行通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，CPU在過程中起到數(shù)據(jù)采集和轉換、數(shù)據(jù)上傳、現(xiàn)場控制和報警信號輸出等功能。CUP的數(shù)據(jù)采集通過CP341或Modbus/DP轉換接口實現(xiàn)，數(shù)采監(jiān)控流程如圖3所示。

圖3 通訊及現(xiàn)場控制流程圖

通過SIMATIC PCS7的CFC連續(xù)功能圖編輯器，編制現(xiàn)場的數(shù)采及邏輯控制程序，采用VPL庫中標準FB程序實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和數(shù)制轉換，并利用CFC塊中OCM、創(chuàng)建塊圖標、數(shù)據(jù)歸檔、報警記錄等功能，實現(xiàn)WINCC上位機的相關參數(shù)的自動設置。

圖4 數(shù)據(jù)采集控制程序(部分)

圖5 現(xiàn)場控制程序

2.3 上位機報警分析單元

報警分析單元由檢測值報警數(shù)據(jù)庫、基于OPC接口的短信發(fā)布和廣播擴聲系統(tǒng)、氣體檢測綜合信息系統(tǒng)、基于IS的郵件發(fā)布智能模塊等部分組成。OS SERVER不間斷采集CPU上傳的過程數(shù)據(jù)和報警信號，并通過Wincc畫面發(fā)布給相關值班人員，值班人員可通過實時報表和趨勢圖查看過程值的變化情況。

隨著工廠工業(yè)控制的自動化水平的不斷提升，智能控制已成為工業(yè)控制的發(fā)展趨勢，為提高報警系統(tǒng)的智能化水平，該系統(tǒng)建立在報警策略知識庫管理的基礎上，實現(xiàn)對報警事件處理、報警事件調度、報警報表歸檔以及發(fā)送等功能。報警信號將通過OPC接口發(fā)送至短信發(fā)布平臺和廣播擴聲系統(tǒng)，并將報警報表以郵件形式抄送給相關人員。

圖6 報警數(shù)據(jù)庫結構圖

圖7 報警數(shù)據(jù)智能分析

圖8 報警數(shù)據(jù)趨勢圖

4 結論

設計了一種以OS SERVER作為上位機，通過Profibus DP或Modbus RTU通訊方式實時采集RAEGuard系列檢測器過程值的報警系統(tǒng)，能針對異常檢測值而動作于語音、警鈴、郵件、短信通知以及對報警進行記錄和分析。該系統(tǒng)具有智能化水平高、報警時效性強、準確性高等優(yōu)點，能夠及時傳遞報警信息，確保重要生產(chǎn)場所的環(huán)境安全。因此，該系統(tǒng)具有一定的推廣價值，可以應用于DCS生產(chǎn)控制系統(tǒng)的各控制領域

圖9 短信發(fā)布系統(tǒng)控制插件

[1] 何鵬.溫室環(huán)境控制技術發(fā)展與應用[J].傳感器世界,2002,8(2):8-11,7.

[2] 于慶廣.可編程控制器原理及系統(tǒng)設計[M].北京:清華大學出版社.2004.

[3] 俞國亮.PLC原理與應用[M].北京:清華大學出版社.2005.

[4] 西門子PCS7使用手冊.

[6] 俞海珍,張維山,史旭華.基于PLC和WinCC的溫度控制系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計算機,2009(12):6-7.

[7] 何 瑛.基于WinCC組態(tài)軟件和S7-300 PLC的五效降膜蒸發(fā)器自動控制系統(tǒng)的設計[J].工業(yè)儀表與自動化裝置, 2015,(2):64-68.

Gas detection and alarm control system based on PCS7

ZHANG Zhi-yong, DONG Peng-cheng, SUN Wen-jie, LUAN Song-nian

TP274

：A

：1009-0134(2017)08-0012-04

2017-04-16

張志勇（1986 -），男，山東日照人，碩士，助理工程師，主要從事工廠自動化控制的維護和管理工作。