焊接车间是产生粉尘和烟雾最多的作业场 所，焊接主要是点焊、二氧化碳气体保 护焊和氩弧焊。特别是二氧化碳气体保 护焊和氩弧焊会产生大量的焊接烟尘及弧光，另 外，机械加工在打磨过程中，相应会产生大量打磨 粉尘。陕煤集团神木红柳林矿业有限公司车间屋面 及四周维护墙采用保温压型钢板，焊接时产生大量的焊接烟尘和有害气体。除在车间东侧、西侧墙上 安装几台轴流式排风机外，未采取其他保护措施。 焊接生产过程中会产生大量的有毒金属烟雾、电焊尘和有害气体，当这些物质超过允许浓度，就会对 焊工的身体健康造成伤害，引发尘肺、锰中毒及金 属热等职业病。
系统最新科技成果研究进展
针对车间生产环境恶劣，控制系统自动化程 度低等特点。对焊接车间除尘净化系统进行优化配 置，并运用 P LC 自动化控制和上位机人机交换等 技术，实现了车间环境监测与智能控制系统相结 合，主要内容包括以下5个方面：
(1)车间设置科学合理的通风除尘系统，把有害物质浓度降到极限允许值范围之内，使作业环 境达到车间卫生标准，排放浓度达到国家标准。
(2)现场通风设备具有现场端和远程端2种控制方式。现场通风设备可实现手动/自动、定频/ 变频运行方式的转换，在远程控制端可通过控制室集控台进行操作控制。
(3)实时在线显示通风设备运行状况，实时监测并在线显示生产车间内粉尘颗粒物浓度、空气温湿度、室内风速等环境参数，并具有实时响应控 制处理能力。
(4)实现历史数据趋势显示、数据报表查询 和记录上传等功能。
(5)能够对监测参数报警限值进行在线设定，当出现监测参数超标或系统故障，会产生报警 提醒操作员并完成报警事件记录。
车间现存问题及系统技术方案
焊接车间存在问题
(1)操作区在机械加工过程中产生的烟尘颗 粒无法正常排出，只能通过自然沉降，严重影响作 业的加工精度和操作人员的身体健康。导致机加车 间北侧为重污染区域，南侧附近工位区及办公区为 轻污染区。
(2)车间内空气流通较差，北侧铆焊区域无明显空气流动。
(3)加工作业区域在夏季温度较高，工人工作环境较差，整体车间温度偏高。
系统技术方案
针对焊接车间空间高大、焊接件大小不定、 焊接地点不固定、焊接方式较多等特点，烟尘治理 采用车间全面通风与局部强制排风相结合的治理措 施。并基于 P LC 为控制核心的生产车间环境控制系统，运用先进、可靠的传感器和可编程逻辑控制 器技术，在满足生产技术指标的前提下，对生产过程中的环境参数进行集中监测和对驱动设备进行集中控制。这样有利于减少作业人员的工作强度及工 种岗位的离散，提高控制系统自动化水平和管理水平，整个环境监控系统由上位机与下位机共同配合 完成。其中，下位机采用PLC，负责实时监测各个 监测数据，通过控制信号的输入输出从而控制驱动 设备；上位机运用组态技术实现数据存储、分析处 理、打印输出及远程监控界面显示等功能。整个车 间环境监控系统不仅可以及时准确地显示各个控制 设备的运行状态，实现对系统进行数字化、信息化 管理，还可以完成以前人工难以完成的数据检索、 历史检索、生成图表等任务。
关键技术突破及创新点
焊接车间除尘净化系统布置
(1)全面通风净化系统
全面通风也称稀释通风，一方面用清洁空气，稀释室内空气流中的有害气体浓度，同时不断把污染空气排出室外，使室内空气中有害物浓度不 超过卫生标准规定的最高允许浓度。车间的送风系统采用自然吸气送风，通过车间大门及墙面窗户向车间补充新鲜空气。车间的排风系统采用轴流式排风机，在车间行车上部距离地面6 m 的位置和车间下部距离地面1 m 的位置各设置1套排风系统。
(2)局部除尘净化系统
全面通风由于其通风面积大，不能完全改善供热呼吸时空气中的烟尘浓度，需要在焊接工位处设置排烟罩，不等烟尘扩散就将其排走，从根本上解决了焊工的“吸烟”问题。局部除尘净化系统由固定式除尘净化系统和移动式焊接烟尘净化器组成，前者适用于固定焊接工作台的焊接烟尘净化，后者主要用于临时的移动式焊接作业。
(3)固定式局部除尘净化系统
铆焊车间长23 m ，宽24 m ，高18 m ，具有东西2个工作区， 10个工位点。其中二氧化碳气体保护焊工位3个，手工电弧焊工位6个，熔化极氩弧焊工位1个，如图1所示。铆焊加工过程中会产生大量粉尘颗粒物，由于焊点固定，特选用壁挂式万向吸气臂局部排尘，每个焊接工位吸尘罩距离焊接点控制在0.5m 以内，将其10个焊接工位通过万向吸气臂连接至主管道。固定式局部除尘净化系统工艺流程：焊点烟尘吸尘罩– 万向吸气臂– 系统主管道净化– 主机离心风机排放烟囱– 达标洁净空气。固定式局部除尘净化系统主要由焊接除尘净化设备、除尘专用离心风机、吸尘管路、柔性吸气臂等构成(图2)，并采 用现场和远控兼具自动和手动相结合的控制方式， 不仅提高了整个控制系统的自动化、智能化水平， 又能较好地解决现场操作强度大、工位变化灵活性高 等问题，以及保障系统在检修期间能够正常生产。
图1 铆焊车间平面
图2 固定式局部除尘净化系统
(4)移动式焊接烟尘净化器
安装移动式焊接烟尘净化器2台。移动式焊接 烟尘净化器轻巧灵活、操作方便， 适用于临时性不 固定点焊接，如图3所示。
图3 移动式焊接烟尘净化器
焊接车间气体监测
(1)安装在线式四合一气体检测仪
针对焊接车间废气(二氧化碳、一氧化碳、 二氧化氮)，可24 h实时在线监测其浓度，自带显示与声光报警，常规信号输出，定制无线传输数据，高低报警值自由设置，当气体浓度超标时， 自动发出85 d B以上的报警声响。传感器精度高、稳 定性强、误差率低，配备工业级铝合金防护外壳， 坚固耐用。
(2)安装在线粉尘浓度传感器
针对焊接车间粉尘 (主要成分是三氧化二铁、二氧化硅和氧化锰) ，除了二氧化碳是为了保护电弧和熔池，从焊枪中喷出的，焊接没有用完而 残存在焊接区域周围，其余有害物质都是从焊接电 弧和焊接熔池中产生的。在线粉尘浓度检测仪由颗 粒物浓度传感器和相应的变送器所构成，具有实时 监控、监测范围广、测量精度高等优点。另外，设 备对外界高温、强电磁干扰等因素具有较强的抗干 扰能力，可以在恶劣环境下长期稳定运行。浓度传 感器应用激光后向散射原理，采用后向散射红外线 对范围空间内的粉尘颗粒物浓度进行测定。发出的 红外线光照强度会由于照射到烟尘颗粒后而减弱， 烟尘颗粒将其散射至空间各个方向。通过特定的算 法即可计算出散射范围内烟尘的实际浓度。
环境监测与吸风设备智能控制系统
(1)信号采集模块
信号采集模块是监控系统的首要环节，相当 于监控系统的“眼睛”。信号采集模块由传感器、 信号变送器组成，具有对信号捡拾、传输、记录等 功能。传感器采用在线粉尘浓度检测仪、温湿度传 感器、风速传感器，分别测得车间环境中的粉尘颗 粒物浓度，拾取空气中温度、湿度及风速等参数。 信号变送器通过将拾取到的微弱信号放大、补偿、 转换处理，提高抗干扰及远距离驱动的能力。
(2)自动模式运行程序
自动模式运行程序主要是将在线粉尘浓度检 测仪检测值，通过转换后的数值与系统预设数值进 行比较。当现场浓度值高于预设值时，各台设备自 动模式开启并按照正常工作模式运行，相反在低于 预设数值时不运行。在运行10 min后，现场浓度检 测值若高于预设值，各台设备按照加班模式运行， 相反在低于预设数值时继续按照正常模式运行。接 着再运行 10 min 后，现场浓度检测值若低于预设 值，各台设备按照加班模式持续运行，若高于预 设数值时，则声光报警输出，用以提示现场技术 人员。
(3)实时监控系统
车间环境监控系统的控制设计了5个人机交换界面：用户欢迎界面、吸风单元运行主控制界面、数据趋势曲线界面、报警界面、报表查询界面。用户欢迎界面，首先完成车间环境控制系统介绍，简单介绍系统可以实现的功能， 其次出于对系统安全运行的考虑，对操作管理人员设置了访问权限进行用户登录的验证。吸风单元运行控制界面是车间环境控制系统的主要界面，各个控制功能一览而知，通过点击设置的按钮可实现系统总开关的开合及现场6台吸风设备的远程手动单机启停控制。另外，在控制界面窗口栏设置实时和历史的数据曲线、报警记录、数据报表3个菜单栏，其中，实时趋势曲线可以反映出颗粒物浓度、温度、湿度和风速物理量随时间的变化，能够使管理人员分析出各个参数的变化趋势。此外，还可根据相应的翻页、时间参数设置、打印曲线图表等按钮对历史趋势曲线中的历史数据实现相应的功能；车间环境监控系统的报表界面。数据报表是统计和记录生产过程中环境数据参数、设备运行状态，有利于管理人员分析与掌握生产过程状况，并且完成记录存档。
实践应用
车间焊接工作量很大，会产生大量粉尘和烟尘，粉尘和烟尘中含有大量有害的物质，造成焊接生产作业人员感染职业病。车间设置科学合理的通风除尘系统，通过车间环境的实时监测与智能控制系统相结合的方式，把有害物质浓度降到极限允许值范围之内，使作业环境达到车间卫生标准，排放浓度达到国家标准，大幅改善了焊接车间工人的作业环境，减少和预防了工人感染职业病的发生。
