基于PCS7的氣體檢測及報警控制系統

張志勇，董鵬程，孫文杰，欒松年

（山東中煙工業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

張志勇，董鵬程，孫文杰，欒松年

（山東中煙工業有限責任公司青島卷煙廠，）

傳統的氣體檢測報警主要通過現場傳感器、多功能數顯表、聲光發生器等元器件組成，該類氣體檢測報警系統架構復雜、運行穩定性差、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系統的氣體檢測、報警及控制分析系統。該系統以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語音、警鈴報警信號并發送郵件、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。該系統能提高氣體檢測報警的時效性和準確性以及穩定性，保證現場的安全生產。

SIMATICPCS7；氣體檢測；報警

0 引言

近年來，企業對安全環保生產的意識日益提高，各類危險源的監控力度得到不斷地加強，安全生產工作得以不斷強化。以卷煙工業企業為例，廠區內污水處理系統、煙絲HXD膨脹生產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生，是當前亟待解決的一個問題。

不同于傳統的手持式氣體檢測報警器和固定式氣體檢測系統，本文介紹了一種集實時數據檢測、網絡通訊監控、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。

1 報警系統結構

整個系統主要由氣體檢測及數據采集單元、通訊及現場控制單元、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，過程數據以模擬量形式上傳至數據采集中繼器，中繼器將4—20mA信號轉換成數字量數據包，通訊協議轉換單元則將過程數據轉換成支持Profibus DP或Modbus RTU通訊協議的數據供CPU和OS上位機處理。根據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測數據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。

系統結構如圖1所示。

圖1 報警系統結構

2 系統設計和運行

2.1 氣體檢測及數據采集單元

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

圖2 傳送數據格式

2.2 通訊及現場控制單元

通訊及現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是基于西門子PCS7的TIA理念，將現場報警控制器與上位機服務器進行通訊，實現數據交互，CPU在過程中起到數據采集和轉換、數據上傳、現場控制和報警信號輸出等功能。CUP的數據采集通過CP341或Modbus/DP轉換接口實現，數采監控流程如圖3所示。

圖3 通訊及現場控制流程圖

通過SIMATIC PCS7的CFC連續功能圖編輯器，編制現場的數采及邏輯控制程序，采用VPL庫中標準FB程序實現數據采集和數制轉換，并利用CFC塊中OCM、創建塊圖標、數據歸檔、報警記錄等功能，實現WINCC上位機的相關參數的自動設置。

圖4 數據采集控制程序(部分)

圖5 現場控制程序

2.3 上位機報警分析單元

報警分析單元由檢測值報警數據庫、基于OPC接口的短信發布和廣播擴聲系統、氣體檢測綜合信息系統、基于IS的郵件發布智能模塊等部分組成。OS SERVER不間斷采集CPU上傳的過程數據和報警信號，并通過Wincc畫面發布給相關值班人員，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。

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

圖6 報警數據庫結構圖

圖7 報警數據智能分析

圖8 報警數據趨勢圖

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，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。該系統具有智能化水平高、報警時效性強、準確性高等優點，能夠及時傳遞報警信息，確保重要生產場所的環境安全。因此，該系統具有一定的推廣價值，可以應用于DCS生產控制系統的各控制領域

圖9 短信發布系統控制插件

[1] 何鵬.溫室環境控制技術發展與應用[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[J].工業控制計算機,2009(12):6-7.

[7] 何 瑛.基于WinCC組態軟件和S7-300 PLC的五效降膜蒸發器自動控制系統的設計[J].工業儀表與自動化裝置, 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。