基于PCS7的气体检测及报警控制系统

张志勇，董鹏程，孙文杰，栾松年

（山东中烟工业有限责任公司青岛卷烟厂，）

基于PCS7的气体检测及报警控制系统

张志勇，董鹏程，孙文杰，栾松年

（山东中烟工业有限责任公司青岛卷烟厂，）

传统的气体检测报警主要通过现场传感器、多功能数显表、声光发生器等元器件组成，该类气体检测报警系统架构复杂、运行稳定性差、告警范围小并且报警信息简单。针对这些问题，设计了一个基于西门子SIMATIC PCS7系统的气体检测、报警及控制分析系统。该系统以OS SERVER作为上位机，通过Profibus DP或Modbus RTU通讯方式实时采集RAEGuard系列检测器的过程值，针对异常检测值实时触发语音、警铃报警信号并发送邮件、短信通知等，同时启动排气风机进行紧急处理。此外，通过PCS7集成的IS功能对报警进行记录和分析。该系统能提高气体检测报警的时效性和准确性以及稳定性，保证现场的安全生产。

SIMATICPCS7；气体检测；报警

0 引言

近年来，企业对安全环保生产的意识日益提高，各类危险源的监控力度得到不断地加强，安全生产工作得以不断强化。以卷烟工业企业为例，厂区内污水处理系统、烟丝HXD膨胀生产线等站房存在有毒气体含量超标、可燃性气体泄露等安全隐患，属于重点危险源，如何有效避免有害气体中毒和气体爆炸等事故的发生，是当前亟待解决的一个问题。

不同于传统的手持式气体检测报警器和固定式气体检测系统，本文介绍了一种集实时数据检测、网络通讯监控、信息智能分析、报警多样化等功能于一体的智能化气体检测及报警控制系统。

1 报警系统结构

整个系统主要由气体检测及数据采集单元、通讯及现场控制单元、上位机报警分析单元三部分组成。气体检测单元采用RAEGuard系列气体检测报警器，主要检测硫化氢、甲烷、氨气、二氧化硫等气体含量，过程数据以模拟量形式上传至数据采集中继器，中继器将4—20mA信号转换成数字量数据包，通讯协议转换单元则将过程数据转换成支持Profibus DP或Modbus RTU通讯协议的数据供CPU和OS上位机处理。根据气体含量实际值与限值的比对，CPU将控制排气风机的启停动作，计算机服务器单元则对监测数据进行实时和趋势分析并进行实时报警和预测报警，通过语音、警铃、邮件、短信等方式进行点对点的告警通知。

系统结构如图1所示。

图1 报警系统结构

2 系统设计和运行

2.1 气体检测及数据采集单元

利用RAEGuard系列气体检测仪采集室内气体含量，对实时过程值、静态参数值等数据进行周期性采集，并将数值以模拟量的形式传送至数据采集中继器。数采中继器作为A/D、D/A转换接口，将收集的过程值和状态值转换为数据包，并将包括各通道量程、高报限值、低报限值、实时数值、状态值等以整数的形式保存在相应的寄存器中，整合数据状态，以Modbus RTU协议进行对外通讯，通讯波特率2400、3800、9600、19200可选，数据格式如图2所示。

图2 传送数据格式

2.2 通讯及现场控制单元

通讯及现场控制单元主要存在两种形式：即PCRTU_RP和PLC-RTU_RP。其中PC-RTU_RP的通讯模式在工程实际应用中不常见，鉴于对现场控制的考虑，一般采用PLC-RTU_RP的模式。本文设计的报警系统是基于西门子PCS7的TIA理念，将现场报警控制器与上位机服务器进行通讯，实现数据交互，CPU在过程中起到数据采集和转换、数据上传、现场控制和报警信号输出等功能。CUP的数据采集通过CP341或Modbus/DP转换接口实现，数采监控流程如图3所示。

图3 通讯及现场控制流程图

通过SIMATIC PCS7的CFC连续功能图编辑器，编制现场的数采及逻辑控制程序，采用VPL库中标准FB程序实现数据采集和数制转换，并利用CFC块中OCM、创建块图标、数据归档、报警记录等功能，实现WINCC上位机的相关参数的自动设置。

图4 数据采集控制程序(部分)

图5 现场控制程序

2.3 上位机报警分析单元

报警分析单元由检测值报警数据库、基于OPC接口的短信发布和广播扩声系统、气体检测综合信息系统、基于IS的邮件发布智能模块等部分组成。OS SERVER不间断采集CPU上传的过程数据和报警信号，并通过Wincc画面发布给相关值班人员，值班人员可通过实时报表和趋势图查看过程值的变化情况。

随着工厂工业控制的自动化水平的不断提升，智能控制已成为工业控制的发展趋势，为提高报警系统的智能化水平，该系统建立在报警策略知识库管理的基础上，实现对报警事件处理、报警事件调度、报警报表归档以及发送等功能。报警信号将通过OPC接口发送至短信发布平台和广播扩声系统，并将报警报表以邮件形式抄送给相关人员。

图6 报警数据库结构图

图7 报警数据智能分析

图8 报警数据趋势图

4 结论

设计了一种以OS SERVER作为上位机，通过Profibus DP或Modbus RTU通讯方式实时采集RAEGuard系列检测器过程值的报警系统，能针对异常检测值而动作于语音、警铃、邮件、短信通知以及对报警进行记录和分析。该系统具有智能化水平高、报警时效性强、准确性高等优点，能够及时传递报警信息，确保重要生产场所的环境安全。因此，该系统具有一定的推广价值，可以应用于DCS生产控制系统的各控制领域

图9 短信发布系统控制插件

[1] 何鹏.温室环境控制技术发展与应用[J].传感器世界,2002,8(2):8-11,7.

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[3] 俞国亮.PLC原理与应用[M].北京:清华大学出版社.2005.

[4] 西门子PCS7使用手册.

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[7] 何 瑛.基于WinCC组态软件和S7-300 PLC的五效降膜蒸发器自动控制系统的设计[J].工业仪表与自动化装置, 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

张志勇（1986 -），男，山东日照人，硕士，助理工程师，主要从事工厂自动化控制的维护和管理工作。