一、方案介绍

在现代加工制造企业中，生产过程涉及多种物理、化学及机械能量转换过程，安全风险具有多源性、耦合性及动态变化特征。典型风险源包括：可燃粉尘聚集、焊接烟雾排放、有机挥发性气体逸散、可燃气体泄漏、设备异常振动、电气过载发热、噪声超标、局部高温以及密闭空间氧含量异常等。

传统安全管理主要依赖人工巡检与单点式报警设备，存在数据离散、信息孤岛、无法进行趋势预测与关联分析等问题，难以满足当前《安全生产法》数字化监管与企业本质安全化建设要求。

本方案基于工业级RS485总线结构，将粉尘监测、气体监测、振动监测、电气安全监测、环境监测等多类传感器统一接入4G工业级采集主机，实现数据主动上报至云端平台，构建“感知层—传输层—平台层—应用层”四级架构的智能安全生产一体化监测体系。

系统核心目标在于实现：

二、监测目标

本系统围绕“风险预防、过程控制、事故溯源”三大目标展开。

三、需求分析

1. 风险源复杂性

加工厂生产活动呈现以下风险特征：

上述风险具有叠加效应，单一监测系统难以全面评估安全状态。

2. 法规与标准要求

企业必须符合以下标准要求：

GB 15577
AQ 4273
GBZ 2.1
GB 50016

此外，还需满足地方应急管理部门对在线监测与数据留存的要求。

四、系统总体架构

1. 感知层

包括以下传感器单元：

所有设备均支持RS485通讯接口。

2. 传输层

采用工业级RS485总线结构进行现场组网，通过MODBUS-RTU协议实现数据采集。采集主机支持多路RS485接口，并通过4G Cat-1网络进行主动周期上传。

3. 平台层

云平台采用分布式数据库架构，支持高并发数据处理，具备数据清洗、异常识别、统计分析、风险建模与可视化展示功能。

4. 应用层

手机小程序与电脑网页端支持：

实时曲线展示
历史数据查询
报警记录查看
报表导出
远程参数配置

五、应用原理

1. 粉尘监测原理

采用激光散射法检测空气中颗粒物质量浓度。系统通过散射光强度与粒径分布函数反演算法，计算PM2.5、PM10及TSP浓度。

2. 气体监测原理

可燃气体采用催化燃烧或红外原理检测；VOC采用PID光离子化原理检测；氧气采用电化学传感器检测。

3. 振动监测原理

采用压电式三轴加速度传感器，实时采集设备振动加速度信号，通过FFT频谱分析识别异常频率峰值。

4. 多参数融合模型

平台构建综合风险指数：

Risk Index = f（粉尘浓度、湿度、气体浓度、振动幅值、电气温升）

当指数超过设定阈值时，触发分级预警。

六、功能特点

七、硬件清单

在线粉尘监测仪
可燃气体探测器
VOC气体检测仪
氧气浓度传感器
三轴振动传感器
电气参数监测模块
噪声监测仪
温湿度传感器
4G工业采集主机
声光报警器
控制继电器模块
工业防护机柜

八、硬件技术参数（典型）

粉尘监测

PM2.5量程：0～1000 μg/m³
PM10量程：0～2000 μg/m³
TSP量程：0～20000 μg/m³
精度：±10%
最小检测粒径：0.3μm

可燃气体

量程：0～100%LEL
精度：±3%FS

VOC

量程：0～50 ppm
精度：±5%FS

振动

量程：±50g
频率范围：10Hz～10kHz
灵敏度误差：±5%

电气参数

电压：0～450V
电流：0～600A
温度监测：-20℃～120℃

九、系统实施流程

十、数据分析与决策支持

系统支持：

实时趋势曲线
频谱分析图
多参数叠加分析
异常波动自动识别
设备健康指数评估
事故回溯与数据追踪

通过机器学习算法对历史数据进行建模，实现预测性维护与风险预警。

十一、预警与联动机制

系统采用三级风险响应机制：

一级：预警提示
二级：现场干预
三级：自动停机与应急响应

联动控制包括：

自动启动排风系统
停止相关设备
切断电源回路
通知安全管理人员

十二、系统优势

构建统一安全数据平台
实现多风险耦合分析
提升事故预防能力
支持无人值守运行
满足监管审计要求
具备良好的扩展性

十三、应用领域

粮食加工厂
金属加工企业
机械制造厂
电子制造企业
建材加工厂
化工配料车间
综合加工园区