引言

　　在化工企業(yè)或半導(dǎo)體生產(chǎn)企業(yè)，往往在生產(chǎn)加工過程中要使用各種毒性或危險性氣體，比如可燃性氣體ph3、b2h6;腐蝕性氣體cl2，hbr，nf3等等，這些氣體的貯存和運輸必須遵守嚴格的標準。

　　在生產(chǎn)車間使用這些氣體的過程中，可能會出現(xiàn)氣體泄漏的意外情況，當(dāng)某些氣體濃度達到一定的標準或壓強超過一定的標準時，往往會發(fā)生爆炸或?qū)е挛＜叭松踩膼毫雍蠊?。因此對這些危險性氣體必須建立一套完整的監(jiān)測系統(tǒng)，達到有效的控制和具備良好的預(yù)警功能，以保證生產(chǎn)的正常進行以及人財物的安全。本文將重點討論在半導(dǎo)體生產(chǎn)行業(yè)中對危險性氣體的監(jiān)控系統(tǒng)的分析與設(shè)計。

1 氣體監(jiān)控系統(tǒng)的基本需求分析

　　對毒性或危險性氣體，在與之作用的過程中必須嚴格遵守相關(guān)的標準和規(guī)定，對其設(shè)計和施工也必須符合一定的標準和規(guī)范，最基本的要求如下：（1）根據(jù)氣體的特性，分區(qū)存放;（2）輸送過程中抽氣管道需具有耐腐蝕性，傳送管道需具有一定的耐壓、耐腐蝕性;（3）各種氣體儲存室和工作室以及氣瓶柜都應(yīng)該安裝相應(yīng)的監(jiān)測器件監(jiān)測氣體濃度或壓力;（4）各個儀器具有報警功能，且有較高的靈敏度;（5）位于防爆區(qū)的監(jiān)測器件需具有防爆功能;（6）為了實現(xiàn)系統(tǒng)的集成，各個監(jiān)測器件需具有開放式接口等等。

　　在某晶片廠中，由于工藝的需要，要用有毒或危險性氣體，為了對氣體系統(tǒng)進行統(tǒng)一的監(jiān)控，防止發(fā)生意外事故。需要監(jiān)測的項目有晶片制造過程中使用的危險性氣體、有機溶劑是否存在泄漏，以及工作環(huán)境中氧氣的濃度，以及氣瓶柜的狀態(tài)等等，要求監(jiān)控系統(tǒng)在氣體出現(xiàn)泄漏時，根據(jù)設(shè)定值來判斷發(fā)生泄漏的區(qū)域，并發(fā)出警示信號或執(zhí)行連鎖停機操作，當(dāng)險情時通過廣播傳達緊急疏散信息。

2 氣體監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

　　2.1 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

　　在氣體監(jiān)控系統(tǒng)中，涉及到信息監(jiān)控中心、plc控制柜、現(xiàn)場的各種監(jiān)測儀器、報警燈以及廣播系統(tǒng)幾個部分。目前而言，現(xiàn)場各種監(jiān)測儀器以及其使用的電源線、報警器控制線以及與氣瓶柜監(jiān)測系統(tǒng)的plc的線路、緊急按鈕都集中連接到plc控制柜中;信息監(jiān)控中心與plc控制柜通過線路連接，實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集。據(jù)此分析，這拓撲個監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。其中，氣體監(jiān)測器、地震儀以及緊急按鈕的信號是作為plc的輸入信號，而報警燈、廣播系統(tǒng)以及氣瓶柜監(jiān)控系統(tǒng)的信號是plc的輸出信號，監(jiān)控軟件部分和plc通訊是雙向的。大致的工作流程是：plc實時采集氣體監(jiān)測器的測量值，并判斷是否達到了低值報警和高值報警的范圍。如果達到低值報警范圍，控制報警黃色燈亮，并在監(jiān)控畫面上顯示報警的區(qū)域以及產(chǎn)生報警的氣體監(jiān)測器的位置;如果達到高值報警條件，控制報警紅色燈亮，并發(fā)出報警聲音，同時相應(yīng)的廣播系統(tǒng)發(fā)出語音廣播信息，在監(jiān)控畫面上顯示報警的區(qū)域以及產(chǎn)生報警的氣體監(jiān)測器的位置，按要求輸出關(guān)閉相關(guān)氣瓶柜的信號。如果發(fā)生地震，plc會采集位于不同位置的三個地震儀的檢測數(shù)據(jù)，通過比較確認地震的等級，根據(jù)地震等級不同，控制相應(yīng)的報警燈、廣播系統(tǒng)以及關(guān)閉氣瓶柜。在緊急的情況下，可以通過緊急按鈕來控制某個區(qū)域設(shè)備的關(guān)停。

　　2.2 監(jiān)控軟件功能設(shè)計

　　通過對整個氣體監(jiān)控系統(tǒng)的需求分析，設(shè)備的狀態(tài)信息以及控制動作需要在組態(tài)畫面中實現(xiàn)。同時考慮到系統(tǒng)將來集成的需求，在組態(tài)軟件上，選擇了美國wonderware公司的intouch產(chǎn)品。該產(chǎn)品由數(shù)個組件所組成，完成可視化、獲取數(shù)據(jù)、擴充外接組件/系統(tǒng)、歷史趨勢、事件處理、報警記錄、報表和分析，它是一個可提供快速創(chuàng)建一個復(fù)雜且功能強大的操作界面的靈活工具，并易于升級。

　　在氣體監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控軟件主要完成以下幾方面的功能：

　　l 區(qū)域監(jiān)控

　　l 設(shè)備監(jiān)控

　　l 地震儀監(jiān)控

　　l 報警燈測試

　　l 廣播測試

　　l 歷史警報查詢

　　l 安全管理

　?。?）區(qū)域監(jiān)控：根據(jù)廠區(qū)的簡單平面結(jié)構(gòu)圖，實現(xiàn)分區(qū)域的狀態(tài)監(jiān)控;如果某個區(qū)域發(fā)生氣體泄漏，該區(qū)域應(yīng)該通過顏色的變化以及閃爍效果提示應(yīng)急工作人員，各個區(qū)域應(yīng)該有該區(qū)域的詳細的平面效果圖，而且需要在圖中標示氣體檢測器的位置，發(fā)生毒氣泄漏的時候，監(jiān)控畫面中相應(yīng)的檢測器應(yīng)該通過顏色的變化來提示應(yīng)急人員的具體泄漏位置。針對每一個氣體檢測器都可以進行參數(shù)的查看，而且可以查看該氣體檢測器的曲線圖。

　?。?）檢測設(shè)備監(jiān)控：主要是實現(xiàn)氣體監(jiān)控系統(tǒng)中檢測設(shè)備的監(jiān)控，通過檢測設(shè)備的監(jiān)控，了解該檢測設(shè)備目前的運行狀況以及故障狀態(tài)，以便及時的采取維修措施，同時根據(jù)需要可以設(shè)定某些檢測設(shè)備的狀態(tài)，比如報警的使能或禁止。

　?。?） 地震儀監(jiān)控：反映3個位置的地震儀的狀態(tài)。

　?。?）報警燈測試：提供工作人員對報警燈進行測試的功能，根據(jù)不同的區(qū)域來劃分測試類型。測試的過程中，可以通過現(xiàn)場人員的觀察了解測試的效果，同時在監(jiān)控畫面中也要反映出在進行哪個區(qū)域的測試，以便工作人員關(guān)閉該區(qū)域的測試，一般通過顏色改變來表示。

　　（5） 廣播測試：廣播測試與報警燈測試的功能類似，只是對象不同。

　?。?） 歷史警報查詢：在監(jiān)控畫面中除了顯示各種實時報警以外，還應(yīng)該提供歷史警報的查詢功能，通過設(shè)定查詢的時間段進行歷史報警查詢。

　　（7）安全管理：在氣體監(jiān)控系統(tǒng)中，安全管理特別重要，很多參數(shù)，比如氣體檢測器的報警值的設(shè)定、氣體檢測器報警功能的使能或禁止等，必須要求系統(tǒng)管理員才能修改，如果沒有一個良好的安全管理機制，一般工作人員的誤操作可能導(dǎo)致巨大的損失。在系統(tǒng)的設(shè)計過程中，還需要對某些敏感的參數(shù)設(shè)定實施權(quán)限控制。

　　2.3 報警系統(tǒng)設(shè)計

　　報警部分的設(shè)計主要包括報警等級設(shè)計、區(qū)域報警設(shè)計、語音報警設(shè)計以及報警撤銷設(shè)計等內(nèi)容。其中，報警等級的設(shè)計，主要考慮到報警的急迫程度，便于工作人員采取不同的應(yīng)急措施，比如報警等級比較低時，需要工作人員對某些重要設(shè)備采取應(yīng)急保護性措施;而在報警等級比較高時，需要工作人員緊急撤離，以保護工作人員安全為主。在本系統(tǒng)設(shè)計了兩種報警等級，同時設(shè)定了一個預(yù)警階段，當(dāng)氣體濃度監(jiān)測儀器檢測到氣體的濃度達到最低設(shè)定下限值的時候，監(jiān)控軟件將自動顯示發(fā)生時間、地點以及其檢測到的濃度值并記錄存檔。第一階段報警設(shè)計為：當(dāng)氣體濃度檢測儀器檢測到氣體濃度達到設(shè)定報警值得1/2時，監(jiān)控軟件自動顯示警告信息、發(fā)生時間、地點以及其檢測到的濃度值并記錄存檔，信息監(jiān)控警笛鳴叫以及安裝的閃光燈（黃色）動作，預(yù)警區(qū)域閃光燈（黃色）動作并顯示報警區(qū)域。第一階段報警設(shè)計為：當(dāng)氣體濃度檢測儀器檢測到氣體濃度達到設(shè)定報警值時，監(jiān)控軟件自動顯示警告信息、發(fā)生時間、地點以及其檢測到的濃度值并記錄存檔，信息監(jiān)控中心警笛鳴叫以及安裝的閃光燈（紅色）動作，預(yù)警區(qū)域閃光燈（紅色）動作并顯示報警區(qū)域，緊急啟動相關(guān)的連鎖操作。

　　區(qū)域報警設(shè)計根據(jù)出現(xiàn)報警的區(qū)域來決定采取區(qū)域性的應(yīng)急措施，比如在某個區(qū)域發(fā)生火災(zāi)的時候，在沒有影響到其他區(qū)域的工作前提下，可以只觸發(fā)報警所在區(qū)域的區(qū)域報警，以免造成其他區(qū)域人員的恐慌。在本系統(tǒng)中，根據(jù)相對封閉的區(qū)域作為單獨的報警區(qū)域，在該區(qū)域中的檢測儀器的檢測結(jié)果就是發(fā)生區(qū)域報警條件。

　　語音報警，包括系統(tǒng)廣播以及警報聲音。系統(tǒng)廣播只是在發(fā)生高值報警以及發(fā)生一定強度的地震時使用。警報聲音應(yīng)該根據(jù)報警類型而變化。

3 結(jié)束語

　　在化工企業(yè)或電子生產(chǎn)企業(yè)，需要對生產(chǎn)加工過程中要使用各種毒性或危險性氣體實施安全可靠的監(jiān)控。據(jù)此建立的氣體監(jiān)控系統(tǒng)可以在發(fā)生氣體泄漏或其他危險情況的時候，快速作出判斷并采取相應(yīng)的應(yīng)急措施，保護人財物的安全?，F(xiàn)場初步運行表明，該設(shè)計的構(gòu)思是正確的，監(jiān)控效果較好。