楊少武，劉杰林，郭長遠

（中色（寧夏）東方集團有限公司，寧夏 753000）

0 引言

我公司噴涂車間在生產(chǎn)過程中需要用到壓縮空氣、乙炔、氧氣、循環(huán)水等資源，需要實時掌握管道內(nèi)壓力、室內(nèi)可燃氣體的含量、環(huán)境溫濕度，煙霧報警等參數(shù)?，F(xiàn)有的采集辦法為值班人員定時去現(xiàn)場查閱記錄，為了消除潛在的安全隱患，需實時對環(huán)境參數(shù)進行采集監(jiān)控，并在發(fā)生異常情況及時能自動報警以及采取應(yīng)對措施，所以急需對生產(chǎn)工作環(huán)境安全進行監(jiān)控。故針對噴涂車間的生產(chǎn)工作環(huán)境特點，提出一套工業(yè)級遠程環(huán)境監(jiān)控管理系統(tǒng),為生產(chǎn)安全管理人員提供技術(shù)輔助手段。

1 系統(tǒng)功能介紹

本系統(tǒng)使用西門子s7-200smart采集各傳感器數(shù)據(jù)（溫度、濕度、乙炔含量、循環(huán)水壓力等），通過內(nèi)部局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紿MI和工控機，再通過各自組態(tài)編程顯示實時數(shù)據(jù)，報警記錄，以及設(shè)定相關(guān)參數(shù)值等內(nèi)容，方便現(xiàn)場工作人員通過HMI直觀的查看各項數(shù)據(jù)，同時工控機提供web發(fā)布功能，讓不在現(xiàn)場的其他相關(guān)人員查看。通過GSM短信通訊模塊在環(huán)境參數(shù)發(fā)生異常時能向有關(guān)負責人及時發(fā)送報警內(nèi)容。

2 總體方案設(shè)計

系統(tǒng)由上位機（HMI）、控制器PLC、傳感器、報警裝置、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、上位機組態(tài)等部分構(gòu)成。通過485總線和GSM網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸[1]。

控制器通過RS485總線接收各傳感器采集到的模擬電流信號，信號經(jīng)過運算后得到實時數(shù)據(jù)。同時通過網(wǎng)絡(luò)接收來自上位機的報警閾值與采集值比較后得到報警信號，觸發(fā)聲光報警器，并發(fā)出報警短信。

HMI和工控機使用組態(tài)軟件并通過局域網(wǎng)讀取控制器數(shù)據(jù)，將讀取到的數(shù)據(jù)處理并存儲，可在畫面上看到實時數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)、報警記錄等內(nèi)容，提供數(shù)據(jù)查詢，打印等功能。同時在組態(tài)上設(shè)定相關(guān)報警閾值，并發(fā)送到控制器[2]。

短信報警是在控制器內(nèi)預(yù)先設(shè)定好報警內(nèi)容，按照給定的聯(lián)系電話，在有報警發(fā)生時，將內(nèi)容依次發(fā)送出去。

3 硬件設(shè)計

該監(jiān)控系統(tǒng)主要由工控機、PLC、開關(guān)電源、數(shù)字化儀表等構(gòu)成，監(jiān)控系統(tǒng)采用RS485串口、TCP/IP、無線通信，通信成本較低，不會受到其他設(shè)備通訊信號的干擾，能保證穩(wěn)定可靠的通信質(zhì)量。

3.1 傳感器選型

壓力變送器：選擇XY2088型壓力(液位)變送器,兩線制4-20MA輸出,安裝方便、結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟耐用。

可燃氣體傳感器：選用國產(chǎn)NGP5-O2氧氣探測器,NGP5-C2H2乙炔探測器,NGP5-CO2二氧化碳檢測儀,防爆等級為ExdⅡCT6,高精度、自動跟蹤零點、滿量程、溫度補償,防高濃度氣體沖擊的自動保護功能,全軟件校準功能，三線制4-20mA輸出[3]。

短信模塊：選擇西門子的TC35模塊或鼎力科技DL6100 GSM短信模塊，并且在通訊模塊中放一張可以正常發(fā)送短信的手機卡，應(yīng)用組態(tài)王提供TC35的驅(qū)動程序或自行開發(fā)相關(guān)驅(qū)動程序，通過驅(qū)動程序控制手機短信的發(fā)送。

溫濕度采集模塊：選用溫濕度一體化的數(shù)字溫濕度傳感器LM-860，是一款基于TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，TCP、UDP、ARP、HTTP實現(xiàn)遠距離、多模塊、相對濕度數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)采集。

3.2 PLC選型

s7-200 smart plc作為監(jiān)控系統(tǒng)的主控制單元，具有結(jié)構(gòu)緊湊、功能強大可確保監(jiān)控系統(tǒng)能長期穩(wěn)定的工作、擴展方便。中央處理單元選擇cpu226；模擬量輸入模塊選擇EM AE08。

3.3 上位機、HMI選型

上位機采用工控機，監(jiān)控軟件采用組態(tài)王6.66sp1軟件編寫，HMI應(yīng)用MCGS組態(tài)軟件編寫，能夠?qū)崿F(xiàn)人機交互，實時監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并及時將可燃氣體含量、壓力、溫度等值顯示在屏幕上。工控機軟件通過采集氣體探測器、壓力、溫度數(shù)值，并把數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)PLC進行下一步處理[4]。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 程序功能要求

（1）溫濕度監(jiān)測：監(jiān)測生產(chǎn)環(huán)境的溫度和濕度。

（2）可燃氣體監(jiān)測：監(jiān)測生產(chǎn)環(huán)境可燃氣體（氧氣、乙炔、二氧化碳）的濃度值。

（3）循環(huán)水壓力監(jiān)測：對循環(huán)水主管道水壓和兩臺退火爐循環(huán)水支線的壓力監(jiān)測。

（4）壓縮空氣壓力監(jiān)測:對空壓站主管道壓力和退火爐支線管道理的壓力監(jiān)測。

（5）報警器開關(guān)的控制：根據(jù)監(jiān)測值與預(yù)設(shè)值對比控制報警器的開閉。

（6）參數(shù)設(shè)置：監(jiān)測值預(yù)設(shè)、短信號碼設(shè)置、通訊參數(shù)設(shè)置。

PLC程序設(shè)計應(yīng)用STEP7-Micro/WIN SMAR ,能在 WindowsXP/Windows7上運行，支持 LAD、FBD、STL語言。本系統(tǒng)需有5個數(shù)字量輸入、10個模擬量信號輸入、3個數(shù)字量輸出，見圖1。

圖1 程序設(shè)計流程Fig 1 Programming process

4.2 上位機軟件設(shè)計:組態(tài)王

在組態(tài)王中配置PLC的通訊驅(qū)動程序通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與PLC建立連接，在組態(tài)王監(jiān)控界面中，主要包括可燃氣體的實時數(shù)據(jù)、報警燈的狀態(tài)，報警記錄，報警消除，在主控畫面中如果系統(tǒng)運行正常,大廳報警燈和涂層室報警燈為綠色，當采集數(shù)據(jù)超出預(yù)設(shè)值時，狀態(tài)指示燈則顯示為紅色,報警短信發(fā)送電話號碼、可燃氣體和壓力的報警閾值都可通過組態(tài)界面根據(jù)要求設(shè)定，見圖2。

圖2 監(jiān)控主畫面Fig 2 Monitor main screen

4.3 觸摸屏MCGS軟件設(shè)計

本設(shè)計采用MCGS軟件設(shè)計人機界面，實時采集并動態(tài)顯示：溫濕度、可燃氣體含量、壓縮空氣壓力、循環(huán)水壓力信號的數(shù)值；數(shù)值及變化趨勢：實現(xiàn)從主畫面到其他功能畫面的切換，如開機畫面、實時顯示畫面、上限值參數(shù)設(shè)定、報警畫面等[5]，見圖3。

圖3 HMI報警上下限數(shù)值設(shè)定畫面Fig 3 HMI alarm upper and lower limit numerical setting screen

5 通訊方式

在該項目中，各區(qū)域控制器之間采用工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)通信。以太網(wǎng)除了用于實現(xiàn)PLC之間的通信外，還用于與上位機組態(tài)軟件的通信。短信模塊與PLC通過485通訊，觸摸屏與支持485和TCP與PLC通訊，本地工控機與WEB客戶端通過有線或無線的TCP/IP通訊，依據(jù)設(shè)備型號的實際環(huán)境決定采取何種通訊方式[6]。

6 報警管理

監(jiān)測軟件具備報警管理功能，每條報警信息應(yīng)該包含報警站點、報警發(fā)生時間、報警參數(shù)及當前值等詳細信息?？梢园床杉c或按時間進行查詢，并記錄報警的處理人和處理時間[7-8]。

7 結(jié)論

目前該系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，適用于惡劣的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。運行可靠，簡單實用，收到了良好的預(yù)期效果。

(1)及時掌握工作間的溫度、濕度、爐子的循環(huán)水壓力，壓縮空氣的壓力、煙霧報警、高溫測試間的可燃氣體泄露，電力狀態(tài)，出現(xiàn)異常報警，及時采取相應(yīng)措施，避免造成安全事故和經(jīng)濟損失,更好地進行生產(chǎn)過程的環(huán)境異常情況報警、作到防微杜漸，防患未然。

(2)通過記錄的歷史數(shù)據(jù)為產(chǎn)品批次的質(zhì)量、生產(chǎn)過程的室內(nèi)環(huán)境提供分析基礎(chǔ)和分析依據(jù),為安全生產(chǎn)管理提供一個良好的支持環(huán)境平臺。