杨少武，刘杰林，郭长远

（中色（宁夏）东方集团有限公司，宁夏 753000）

0 引言

我公司喷涂车间在生产过程中需要用到压缩空气、乙炔、氧气、循环水等资源，需要实时掌握管道内压力、室内可燃气体的含量、环境温湿度，烟雾报警等参数。现有的采集办法为值班人员定时去现场查阅记录，为了消除潜在的安全隐患，需实时对环境参数进行采集监控，并在发生异常情况及时能自动报警以及采取应对措施，所以急需对生产工作环境安全进行监控。故针对喷涂车间的生产工作环境特点，提出一套工业级远程环境监控管理系统,为生产安全管理人员提供技术辅助手段。

1 系统功能介绍

本系统使用西门子s7-200smart采集各传感器数据（温度、湿度、乙炔含量、循环水压力等），通过内部局域网将数据传输到HMI和工控机，再通过各自组态编程显示实时数据，报警记录，以及设定相关参数值等内容，方便现场工作人员通过HMI直观的查看各项数据，同时工控机提供web发布功能，让不在现场的其他相关人员查看。通过GSM短信通讯模块在环境参数发生异常时能向有关负责人及时发送报警内容。

2 总体方案设计

系统由上位机（HMI）、控制器PLC、传感器、报警装置、网络系统、上位机组态等部分构成。通过485总线和GSM网络、局域网进行数据传输[1]。

控制器通过RS485总线接收各传感器采集到的模拟电流信号，信号经过运算后得到实时数据。同时通过网络接收来自上位机的报警阈值与采集值比较后得到报警信号，触发声光报警器，并发出报警短信。

HMI和工控机使用组态软件并通过局域网读取控制器数据，将读取到的数据处理并存储，可在画面上看到实时数据，历史数据、报警记录等内容，提供数据查询，打印等功能。同时在组态上设定相关报警阈值，并发送到控制器[2]。

短信报警是在控制器内预先设定好报警内容，按照给定的联系电话，在有报警发生时，将内容依次发送出去。

3 硬件设计

该监控系统主要由工控机、PLC、开关电源、数字化仪表等构成，监控系统采用RS485串口、TCP/IP、无线通信，通信成本较低，不会受到其他设备通讯信号的干扰，能保证稳定可靠的通信质量。

3.1 传感器选型

压力变送器：选择XY2088型压力(液位)变送器,两线制4-20MA输出,安装方便、结构简单、经济耐用。

可燃气体传感器：选用国产NGP5-O2氧气探测器,NGP5-C2H2乙炔探测器,NGP5-CO2二氧化碳检测仪,防爆等级为ExdⅡCT6,高精度、自动跟踪零点、满量程、温度补偿,防高浓度气体冲击的自动保护功能,全软件校准功能，三线制4-20mA输出[3]。

短信模块：选择西门子的TC35模块或鼎力科技DL6100 GSM短信模块，并且在通讯模块中放一张可以正常发送短信的手机卡，应用组态王提供TC35的驱动程序或自行开发相关驱动程序，通过驱动程序控制手机短信的发送。

温湿度采集模块：选用温湿度一体化的数字温湿度传感器LM-860，是一款基于TCP/IP 网络协议，TCP、UDP、ARP、HTTP实现远距离、多模块、相对湿度数据的网络采集。

3.2 PLC选型

s7-200 smart plc作为监控系统的主控制单元，具有结构紧凑、功能强大可确保监控系统能长期稳定的工作、扩展方便。中央处理单元选择cpu226；模拟量输入模块选择EM AE08。

3.3 上位机、HMI选型

上位机采用工控机，监控软件采用组态王6.66sp1软件编写，HMI应用MCGS组态软件编写，能够实现人机交互，实时监控系统的运行状态，并及时将可燃气体含量、压力、温度等值显示在屏幕上。工控机软件通过采集气体探测器、压力、温度数值，并把数据传输到监控系统PLC进行下一步处理[4]。

4 系统软件设计

4.1 程序功能要求

（1）温湿度监测：监测生产环境的温度和湿度。

（2）可燃气体监测：监测生产环境可燃气体（氧气、乙炔、二氧化碳）的浓度值。

（3）循环水压力监测：对循环水主管道水压和两台退火炉循环水支线的压力监测。

（4）压缩空气压力监测:对空压站主管道压力和退火炉支线管道理的压力监测。

（5）报警器开关的控制：根据监测值与预设值对比控制报警器的开闭。

（6）参数设置：监测值预设、短信号码设置、通讯参数设置。

PLC程序设计应用STEP7-Micro/WIN SMAR ,能在 WindowsXP/Windows7上运行，支持 LAD、FBD、STL语言。本系统需有5个数字量输入、10个模拟量信号输入、3个数字量输出，见图1。

图1 程序设计流程Fig 1 Programming process

4.2 上位机软件设计:组态王

在组态王中配置PLC的通讯驱动程序通过TCP/IP网络与PLC建立连接，在组态王监控界面中，主要包括可燃气体的实时数据、报警灯的状态，报警记录，报警消除，在主控画面中如果系统运行正常,大厅报警灯和涂层室报警灯为绿色，当采集数据超出预设值时，状态指示灯则显示为红色,报警短信发送电话号码、可燃气体和压力的报警阈值都可通过组态界面根据要求设定，见图2。

图2 监控主画面Fig 2 Monitor main screen

4.3 触摸屏MCGS软件设计

本设计采用MCGS软件设计人机界面，实时采集并动态显示：温湿度、可燃气体含量、压缩空气压力、循环水压力信号的数值；数值及变化趋势：实现从主画面到其他功能画面的切换，如开机画面、实时显示画面、上限值参数设定、报警画面等[5]，见图3。

图3 HMI报警上下限数值设定画面Fig 3 HMI alarm upper and lower limit numerical setting screen

5 通讯方式

在该项目中，各区域控制器之间采用工业以太网实现通信。以太网除了用于实现PLC之间的通信外，还用于与上位机组态软件的通信。短信模块与PLC通过485通讯，触摸屏与支持485和TCP与PLC通讯，本地工控机与WEB客户端通过有线或无线的TCP/IP通讯，依据设备型号的实际环境决定采取何种通讯方式[6]。

6 报警管理

监测软件具备报警管理功能，每条报警信息应该包含报警站点、报警发生时间、报警参数及当前值等详细信息。可以按采集点或按时间进行查询，并记录报警的处理人和处理时间[7-8]。

7 结论

目前该系统已经投入使用，适用于恶劣的工业生产环境。运行可靠，简单实用，收到了良好的预期效果。

(1)及时掌握工作间的温度、湿度、炉子的循环水压力，压缩空气的压力、烟雾报警、高温测试间的可燃气体泄露，电力状态，出现异常报警，及时采取相应措施，避免造成安全事故和经济损失,更好地进行生产过程的环境异常情况报警、作到防微杜渐，防患未然。

(2)通过记录的历史数据为产品批次的质量、生产过程的室内环境提供分析基础和分析依据,为安全生产管理提供一个良好的支持环境平台。