自动化生产线温湿度监控系统的设计与研究
马瑞冯江涛
（河南新能光伏有限公司，河南安阳455000）
摘要：对自动化生产线车间环境温湿度监控系统进行设计研究，以ToAnalyzer软件环境的PC完成生产线各工序段温湿度参数的采集、显示、分析、对比，通过程序控制各环境调节执行元件的动作，确保系统环境温湿度稳定。
关键词：温湿度；环境；监控系统；设计
0引言
现代工业的生产工艺对环境温湿度要求越来越高，特别是一些食品、药品、IT及新兴电子行业的生产工艺要求更高。如：某电子产品的生产原材料在室温25℃、相对湿度超过60%的环境下，10min内即会失效；某电子检测设备温度偏差超过2℃，检测结果就会失真，可见温湿度监控系统的监测精确度、灵敏度及温湿度调节系统反应速度的重要性。本文通过对生产线环境温湿度监控系统的合理设计的阐述，软件监控各工序段环境温湿度状况，并通过执行元件对环境偏差进行修正，确保系统环境温湿度稳定，达到生产要求。
1温湿度监控系统设计建模
对生产厂房区域温湿度监控系统建模，如图1所示。
2监控系统总体设计
全自动温湿度监控系统由温湿度检测探头、信号传输网络、PC机控制ToAnalyzer软件环境、PLC、温控设备执行控制器、温控设备执行元件等部分组成。
2.1温湿度检测探头布局与选用
XX生产线为连续全自动化的新兴电子产品生产线，9道主要生产工序分处6个不同的生产区域，由于每道生产工序的工艺要求不同，所以各区域对环境温湿度控制等级的需求也各不相同，统一选用高精度监测仪器及高灵敏度的控制调节元件来管理，会造成一定量的资源浪费，同时也会造成成本费用的急剧增加（温湿度传感器灵敏度达到一定程度后，精度每提高5%，成本费用就会成倍增加），所以我们根据不同区域的不同要求，通过合理测算，分别对环境温湿度要求较高的2#、3#及6#区域进行重点监控，对其他各区域进行一般监控。对于重点监控区域，我们选用S580－EX型高精度进口温湿度传感器，该温湿度传感器是瑞士原厂封装一体式温湿度传感器，分辨率达到0.1℃（温度）／0.1%RH（湿度），温度精度±0.2℃，湿度精度±2%RH，具有精度高、重复性好、湿度检测迟滞时间短的优点，并且此传感器还内置蜂鸣报警，每个通道都可设置报警上下限，将此类传感器的数据采用时间设置10s，就完全能够达到对重点区域的温湿度数据采样需求；而对一般区域，选用价格相对低廉的DS18B22单线数字温度传感器，DS1822传感器支持“一线总线”接口，测量温度范围为－55～＋125℃，在－10～＋85℃范围内，精度相对较差为±2℃，但已经满足原材料投料及成品包装等一般区域的环境监测精度要求。
根据现场实际情况，我们对现场温湿度检测点进行了合理设置。设置监测点的原则为：对重点区域，每个区域设置多个监测点，并要求该区域的主要监测点设置在与产品流转面的同一高度（距地面1.2m），同时要求所有监测点距产品加工位0.3m（距外墙不小于0.5m），并且，在重点检测区域的空间内，分上、中、下3个层面，设置辅助监测点，以确保区域内温湿度监测的全面性；对于一般监控区域，我们则仅仅监测房间中心温度，适当降低数据采样频率，将采用频率设定为30min／次。
2.2信号传输网络建设
由于XX生产线的设备拥有大量伺服电机、步进电机、变频器、射频电源及其他电子设备，所以，生产现场难免会有一定量的电磁干扰，而越是高精度、高灵敏度的数据传输，越需要好的抗干扰的数据传输系统来支持，所以在选择数据传输方案时尽量选用技术成熟、可靠性高的传输方案，不过分追求技术先进性，而更加注重监控系统的可靠运行。最终，选用屏蔽铜缆系统来实现温湿度数据的可靠传输，传输网络中的数据线全部采用屏蔽铜缆，并保证屏蔽层良好接地，避免接地电阻过大、接地电位不均衡造成的传输系统各点间电势差，从而避免因这样的电势差造成的金属屏蔽层上电流所引起的屏蔽层不连续，保证了屏蔽系统的完整性；同时，布线时还特别注意将网络布线的长度控制在150m以内，防止因线路过长造成信号衰减，确保数据信息传输的可靠性。
2.3软件通讯设计
在通讯软件流程设计，即进行读写编程时，必须保证读写时序，否则将无法读取温湿度信息，通讯设计首先注意对串口进行的初始化及中断的管理。串口接收缓冲区的数据时，要先判断出数据是否为其地址码，若不是，需继续等待中断到来；若是，要先验证后面的命令是否符合要求，并对收到的数据进行校验，校验不符，则继续等待中断，校验正确，下一步要对命令进行解析，根据命令操作分析出是读数据还是写配置信息。如为读数据应启动数据缓冲区进行刷新，等主芯片将新的数据经采样计算后写入缓冲区，让下一次主机读取，然后对主机作出相应回应，经串口将所需数据发送至主机，完成数据的传送和传送配置成功的信息，回应完毕，循环此项程序；而写配置信息后，即可改变执行参数，如采样点数等。2.4执行与反馈
温湿度控制系统对重点区域的温度控制，采用西门子高精度SQX62－VVF31.25电动阀作为执行元件，采取调节空调冷冻水水量大小的方法进行控制，并配有QB9000－P16压力传感器反馈空调热交换器中冷冻水压阻变化，将压力信号转换为DC0～10V的电信号作为输出信号来反馈冷冻水流量。本测量（下转第171页）
设计与分析◆Sheji yu Fenxi 168
不受温度变化影响，有很好的温度稳定性，没有机械老化和漏电，具有良好的反应速度与控制精度，当PC给出调节指令后，能够迅速准确地调节空调热交换器冷冻水流量，进而对重点区域内的环境温度进行调节，保证重点生产区域环境温度稳定；温湿度控制系统对重点区域的湿度控制，通过控制区域内加湿机与除湿机的开停来实现，除湿机采用松下大功率除湿机，除湿效果好，速度快，能够迅速使空间内湿度环境降到要求范围；温湿度控制系统对一般区域通过开停换气扇以及空调来实现温湿度的调节，方法简单、有效，费用也相对低廉。
3软件设计
ToAnalyzer控制软件采用Microsoft Visual C＋＋开发，对温湿度数据处理效率高，速度快，稳定可靠，人机交互界面友好，简单方便组网，随时可以增加不同地方的监控点。随时并入系统，理论上可无限增加监控点、无限数据存储，显示每个监控点的状态，每个监控点都可以有独立的曲线、Excel、TXT文档，自动平均值。软件设置定时自动下载数据，并批量设定终端。通过软件，查询到每一个终端的历史数据、历史曲线及超过设定范围的时间，强大的数据存储功能，保证了生产数据的可追溯性，为查找生产质量波动原因的环境温湿度因素，提供了强大的数据支持。
温湿度记录仪数据分析报告如图2所示。
更为重要的是，通过软件的实时控制功能，PC工控机能够迅速对环境温湿度变化信息进行分析判断，能对异常数据进行修正及再确认，可以对有效的信息数据进行趋势分析，可以自动调用相应调节方案，并能及时输出相应的控制信号，反馈给不同区域的PLC控制器，使得到调节信号的PLC控制器当即作出响应，对其对应的执行器发出启动或调节的指令。如：当2#区域由于设备连续运行发热，造成环境温度持续升高时，2#区域的温度传感器会将现场温度信息传送至控制中心的PC工控机，PC工控机ToAnalyzer软件会对得到的温度信息进行记录，并针对2#区域温度异常偏高的情况，调用2#区域降温程序，给出加强2#区域空调冷却水流量的程序指令，PLC得到相应的指令后，控制2#空调换热器前的冷冻水电动阀门，增大阀门开机角度，实现加大冷冻水流量、加速降温的功能，从而抑制2#区域温度升高的趋势，直至2#区域温度达到设定值。
4结语
温湿度监控系统的设计与实施，确保了XX生产更可靠、稳定，通过监测探头的合理选用、布局及可靠的网络线路设置，ToAnalyzer 软件环境的有效控制，完成了系统内各项环境参数的采集和控制，确保了XX系统的安全生产以及XX产品的质量稳定。
［参考文献］
［１］高占凤，刘玉红，杜彦良，周渝．基于单总线技术的温湿度监测系统［Ｊ］．电子器件，２００６（４）
［２］松井邦彦．传感器应用技巧１４１例［Ｍ］．北京：科学出版社，２００６
收稿日期：2011－09－27
作者简介：马瑞（1979—），男，河南省安阳市人，助理工程师，研究方向：电气自动化。
Zonghe Yanjiu◆综合研究
3巡检在广蓄的应用
巡检主要是根据《设备定期巡检、操作、试验规程》和设备巡检条码系统，负责对全厂设备日常巡检和定期试验、切换工作，巡检值长是当周巡检工作的责任人。每周一巡检人员在巡检条码系统上将巡检内容下载到采集器并在本周内完成采集器中所列的巡检项目。巡检员依照《巡检规程》中日巡检的具体内容巡检到位，发现设备中存在的隐患或故障，填写生产信息管理系统（MAXIMO）报缺单并告诉值班值长。周末值班人员负责厂房重要设备巡视，保证重要设备日巡检。巡检人员在当周周五前完成采集器中所有巡检项目并将采集数据上传到巡检条码系统，将本周所采集的数据与前几周进行分析比较，相差较大数据应分析原因。
4巡检数据与生产信息管理系统
巡检中发现设备存在隐患或故障，填写生产信息管理系统报缺单，检修人员根据报缺单开工作票处理设备缺陷。生产信息管理系统（MAXIMO4.1.1）将巡检中发现的设备缺陷与检修工作连接起来，但目前生产信息管理系统在现实应用中仍然存在着不足。检修人员根据巡检人员填写的报缺单处理设备缺陷后不能将处理报告反映到生产信息管理系统，以供查询该设备的处理情况。巡检条码管理系统也没有与生产信息管理系统连接，所采集的设备数据不能在生产信息管理系统中查询，导致检修人员在处理设备缺陷时无法查询
该设备之前的运行数据，给检修工作带来不便。巡检条码管理系统未能自动将采集数值数据定期生成报表，并将异常数据发送到检修人员的生产信息管理系统收件箱，以上所列的不足亟待改进。
5结语
广州蓄能水电厂无人值班的运行模式已历经10年，从技术和管理方面都比较成熟。虽然巡检工作进行了十几年，发现了很多设备缺陷，但仍有不少方面有待提高与改进，如何保证巡检到位并尽量发现设备缺陷是一个难题。我们只有在对运行人员进行技术培训的同时完善相应的巡检制度，不断提高巡检人员的责任心，才能保证巡检工作的高效性及设备可靠性。
［参考文献］
［１］刘勇．广州蓄能水电厂培训教材．广州键翔咨询有限公司，２００５［２］曹光伟．“无人值班”管控模式在大型水电站运用的探讨．机电信息，２０１１（１８）
［３］黄鲲．智能巡检系统在广州蓄能水电厂的运用与探索．水电厂自动化，２００９（１）
收稿日期：2011－10－19
作者简介：符彦青（1981—），男，海南东方人，工程师，从事电厂建设及运行工作。
（上接第168页）
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机电信息2011年第33期总第315期