有害物质监控与报警系统设计

高照良，叶 萌

(中国人民解放军91515部队，海南 三亚 572016)

【装备理论与装备技术】

有害物质监控与报警系统设计

高照良，叶 萌

(中国人民解放军91515部队，海南 三亚 572016)

为确保有害物质工作场所人员的安全，针对工作场所存在的有害物质，综合集成网络通信、软件开发、联动控制等技术，设计的有害物质监控与报警系统实现了工作场所有害物质的实时监测、超标即时报警和联动控制。该系统显著提高了工作场所有害物质的监控水平和监控效率，有效保障了工作场所人员的安全。

有害物质；监控；报警

N2O4、NO2属强氧化剂，具有强烈的刺激性和腐蚀性，会对眼、呼吸道粘膜、皮肤造成伤害，严重时可引起急性中毒。偏二甲肼、钚是有毒物质，会对中枢神经系统、肝脏造成伤害。钚、铀、氚属放射性有毒物质，可对人体造成严重的照射伤害及化学毒性伤害。对涉及N2O4、NO2、偏二甲肼、钚、铀、氚的危险物质场所，一旦发生事故，将会给工作场所内的人员造成极大伤害。因此，需要在涉及上述危险物质的场所，建立一套监控与报警系统，实现对工作场所危险物质的实时监测、超标即时报警和联动控制，以确保工作场所内人员的安全。目前常见气体的监控报警系统相对成熟[1-3]，但综合集成上述多种特定有害物质的监控报警系统鲜有报道。

1 设计方案

危险物质监控与报警系统由监测与报警系统、监测与控制系统和联动控制系统3个部分构成，系统设计方案如图1所示。监测与报警系统的现场监测与报警单元采集工作场所危险物质的特征信息，通过光纤网络上传给监测与控制中心的计算机，监控中心对采集到的特征数据信息进行分析和处理，当监测数据超过规定阈值时，监控中心将发送指令信息给联动控制系统，联动控制系统根据接收到的数据信息启动相应的设备。

监测与报警系统采用N2O4、NO2、偏二甲肼、钚、铀、氚6个现场测量单元，根据工作场所内各操作间的危险物质种类和空间布局，选择探测器的种类和数量，实现对有害物质快速、准确、全面的监测。现场监测单元的主要设备包括危险物质敏感探测器、显示设备、声光报警及译码器等，主要完成有害物质特征信息的采集、分析、处理、临时存储、密码控制校核、数据超标就地声光报警以及数据信息自动上传等功能。

监测与控制系统由监控计算机、服务器、交换机、光纤网络线路和监控软件组成，实现对监测数据信息的自动接收、分析、处理以及对联动系统的自动控制。其中监控软件以Windows 7为操作系统，采用Visual Studio C#和SQL Server 2008进行编程；监测与控制系统、监测与报警系统及联动控制系统之间的数据通信采取基于TCP/IP协议的光纤以太网实现。

联动控制系统由控制计算机、联锁处理单元和通信网络线路、终端执行机构等组成，实现对监控系统指令数据信息的自动接收，并依据接收到的数据信息内容，通过联锁处理单元，即时自动开启相应场所的风机、阀门等设备。

2 系统布局

系统布局采用星型以太网拓扑结构，建立基于IP的分布式监控与报警系统网络，以便于系统扩展。系统布局网络结构如图2所示。

根据监测现场有害物质的特征数据信息，将监测与报警系统的现场监测设备设置在各操作间。监测与控制系统的数据服务器设置在数据交换中心，其中数据交换中心包含1个1级交换中心(中心机房)以及下设的4个2级交换中心。监测与控制系统的监控计算机、网络交换机设置在工作场所的总值班室；另外，中心机房的数据又通过光纤网络，传送到单位的指挥监控大厅。联动控制系统的控制计算机安装在总值班室，联锁处理单元安装在执行机构控制间。

图2 系统网络结构

3 功能实现

工作场所有害物质监控与报警系统基于C/S和B/S混合的软件体系结构开发，实现有害物质现场监测与报警，数据自动采集、分析与处理，联动控制等功能。C/S模式用于监控中心通过网络通信向各监测点的在线监测设备采集数据，对数据进行分析和处理后存储于数据库服务器。B/S模式用于满足客户端查询、统计和分析数据库中的监测数据信息[4]。

系统通信接口主要包括在线监测设备以太网络通信接口和联动控制系统RS485总线通信接口。其中，网络通信接口是双工通信，监测主机和监测设备之间双向通信；而联动系统的联锁控制器与监测主机是单向通信，监测主机向联锁控制器单向发送报警信号，即不需要联锁控制器请求，监测主机每0.5 s主动向联锁控制器发送1帧数据[5-6]。

系统软件依据功能需求设计为数据采集、数据查询、数据报表、应急控制和系统维护六大功能模块，如图3所示。

图3 系统布局网络结构

构建的面向对象的监测与控制软件基于Windows7系统，采用Visual Studio C# 2010和MS SQL Server 2008 R2语言编程实现，软件界面友好、可操作性强、可交互性好，实现了监测数据的信息化管理。系统数据库采用MS SQL server 2008数据库管理系统，MS SQL Server是一个全面的数据库平台，使用集成的商业智能(BI)工具提供了企业级的数据管理。MS SQL Server 数据库引擎为关系型数据和结构化数据提供了更安全可靠的存储功能，可构建和管理高可用和高性能的数据应用程序[7-8]。

联动控制系统的联锁处理单元设置3个冗余监测通道和3个定值比较和逻辑判断单元，其逻辑符合原理如图4。3个监测通道相互独立，实行实体隔离和电气隔离，每个通道均采用MCU(Micro Control Unit)和FPGA(Field Programmable Gate Array)[9-10]，实现测量通道的多样性，防止因某个通道的设备或线路损坏而影响其他通道设备的正常运行。该连锁处理单元采用两级2/3(三取二)的表决方式，解决了系统误触发的问题，提高了电气联动的可靠性和灵敏度。一旦出现异常情况，能够及时控制有害物质扩散，确保工作场所人员安全。

图4 联锁处理单元逻辑符合原理图

有害物质监控与报警系统的现场监测与报警设备安装在工作场所的各操作间，通过基于IP的星型光纤以太网与监控中心的监控计算机相连，将实时监测数据上传给监控中心。同时可对现场设备设定报警阈值，当监测数据超过阈值时，现场设备会立即通过自带的报警器发出声光报警，便于工作人员迅速撤离。

监控中心的监控计算机通过所安装的监控系统软件实现对监测数据的显示、分析、处理，并将采集的数据在服务器上进行存储备份。当监控中心采集的数据超过阈值时，监控中心的报警器与现场监测设备的报警器同步发出声光报警信号，同时监控中心的监控计算机通过RS485网络将数据超标报警信息及时下发给联动控制系统的控制计算机，通过联锁处理单元，即时开启相应场所的风机、阀门等设备，实现事故的现场处理[11-13]。

4 结论

为确保有害物质工作场所人员的安全，综合集成网络通信、软件开发、自动控制等先进技术，设计的有害物质监控与报警系统具有实时监测、超标即时报警和联动控制功能。使用结果表明，该系统运行稳定可靠，显著提高了工作场所有害物质监控的水平和效率，有效保障了工作场所人员的安全，具有重要的应用价值。

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(责任编辑周江川)

Monitoring and Alarming System Design for Hazardous Substances

GAO Zhao-liang, YE Meng

(The No.9515thof Troop, Sanya 572016, China)

To ensure the safety of personnel in the workplace of hazardous substances, in the light of hazardous substances in the workplace, the system integrated the technology of network communication, software development technology and interlocking control, we designed the monitoring and alarming system for hazardous substances, and realized the real-time monitoring, and exceed the standard instant alarm and linkage control on hazardous substances in the workplace. The system remarkably improves the level and efficiency on monitoring hazardous materials in the workplace, and effectively protects the safety of personnel in the workplace of hazardous substances.

hazardous substances; monitoring; alarming

2016-08-11；

高照良(1978—),男，高级工程师，主要从事装备技术与装备保障研究。

10.11809/scbgxb2016.12.008

高照良，叶萌.有害物质监控与报警系统设计[J].兵器装备工程学报，2016(12):35-37.

format:GAO Zhao-liang, YE Meng.Monitoring and Alarming System Design for Hazardous Substances[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(12):35-37.

TP27

A

2096-2304(2016)12-0035-04

修回日期：2016-09-30