【优秀硕士论文参考】烟气排放连续监测系统监控软件和通讯的设计与应用.docx

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1、分类号UDC密级编号烟气排放连续监测系统监控软件和通讯的设计与应用学位论文烟气排放连续监测系统监控软件和通讯的设计与应用南京工业大学指导教师姓名申请学位级别学科、专业论文提交日期硕士控制理论与控制工程2021年5月2011年5月为了有效解决环境污染和生态破坏的问题，国家环保部门对环境保护加大了力度，环保标准要求也不断的提高。因此，使得真正意义上能正常、连续运行，通过环保部门验收、环保部门成认数据有效的烟气排放连续监测系统(ColHinUoUSEmissionMonitoringSystem,简称CEMS)少之又少。本课题是与南京分析仪器厂合作，致力于设计和开发出一套符合国家标准?固定污染源烟气

2、排放连续监测系统技术要求及监测方法？(HJ/T76-2007)和国内开展行情的烟气排放连续监测系统。本文简单阐述了XGF-404型烟气排放连续监测系统的组成结构、样气预处理系统、西门子分析仪表和测尘仪的工作原理。系统利用可编程逻辑控制器(PLC)对电磁阀的控制来实现定时自动标定，标定值预先设置好。随着国产仪表性能的提高，系统亦可与之结合，充分实现系统的国产化，便于广阔人员的使用。数据采集和控制通过可编程逻辑控制器(PLC)实现，将420mA的模拟电信号和开关信号经转换后送给上位机。利用VisualBasic6.0进行了上位机监控软件的开发，实现了数据管理权限的设置、数据丧失问题的处理、数据干湿

3、态的转换、数据公式计算的管理、变量管理、故障报警、数据历史曲线生成等数据管理的功能，并能到达实时对系统稳定的监控。利用ACCeSS2003数据库结合Ce)M组件开发了系统的数据库，并利用Excel通过VBA编程方式实现数据报表的设计。系统分别使用OPC技术和Modbus技术实现了PLC与上位机的通讯，并结合两种方法进行冗余设计，将系统数据传输失效的风险降到了最低点，大大的提高了系统的连续性和稳定性，能充分解决数据丧失的问题。结合CEMS开发的实际状况，考虑到传输距离远，性价比高和开发周期短等因素，利用MOdem结合MSComm控件进行系统远程通讯的设计，实现了对系统的远程监控功能。国家环境监测

4、总站对该系统进行了初检和复检，其各项指标的监测结果均符合国家规定的标准，通过验收。目前，该系统已经在我国多个电厂中投入使用，其运行状况一切正常。关键字：CEMS数据管理监控软件VBOPCModbus通讯冗余设计ABSTRACTInordertoeffectivelysolveenvironmentalpollutionandecologicaldamage,theenvironmentalprotectiondepartmentsofmycountryhasenhancedenvironmentalprotection,andtheenvironmentalstandardsrequireme

5、ntsarecontinuetobegreater.Infact,theContinuousEmissionMonitoringSystem(CEMSforshort)whichcanbenormalandcontinuousoperation,passtheacceptanceoftheenvironmentalprotectiondepartmentandrecognitionofthedataisverylittle.ThissubjectiscooperationwithNanjingAnalyticalInstrumentFactoryCo.,LtdanddesigntheConti

6、nuousEmissionMonitoringSystemwhichreachnationalstandard,ThetechnicalrequirementsandmonitoringmethodsofstationarysourcesContinuousEmissionMonitoringSystemthe(HJT76-2007)andmeetsdomesticdevelopmentmarket.ThispaperintroducetheXGF-404ContinuousEmissionMonitoringsystemsstructure,sampleconditioningsystems

7、,theworkingprincipleofanalyticalinstrumentsanddustinstruments,andsoon.SystemusesPLCtocontroltheelectromagneticvalveandachievetheregularautomaticcalibration,thecalibrationvaluesetbefore.Withtheimprovedperformanceofdomesticinstruments,thesystemcanalsocombinewithit,andachievelocalizationofthesystemtofa

8、cilitatetheuseofthestaff.DataacquisitionandcontrolareachievedbyPLC,the420mAanalogsignalsandswitchsignalsaresentbythecomputeraftertheconversion.UseVisualBasic6.0todevelopthemonitoringsoftwareofPCwhichincludessettingdatamanagementcompetence,dealingwiththeproblemoflossdata,thedataconversionofdrystatean

9、dwetstate,variablemanagement,faultalarm,thegenerationofdatahistorycurve,andotherfunctionsofdatamanagement,italsoachievesthestabilityofmonitoringtothesysteminreal-time.UseAccess2003databasewithCOMcomponentstodevelopethedatabaseofsystem,anduseExcelwithVBAprogrammingtodesignthereportofsystem.Systemresp

10、ectivelyusesOPCandModbustechnologytodesignthecommunicationwiththePLC,anduestheredundantdesignwithtwomethods,sotheriskofdatatransfercanbeminimized.Itnotonlygreatlyimprovethecontinuityandstabilityofthesystem,butalsocanfullysolvetheproblemofdataloss.Considertheactualsituationofdevelopment,transmissiond

11、istance,highcost,shortdevelopmentcycleandotherfactors,useModemandcontrolsofMSCommtodesigntheremotecommunicationofthesystem,andrealizethefunctionofremotemonitoring.NationalEnvironmentalMonitoringStationcarriedoutthefirsttestandrepeatcheckofthesystem.Theresultsofitsmonitoringindicatorsallmeetthenation

12、alstandard.Currently,thesystemhasbeenputintouseinmanypowerplantsofmycountry,theirsoperatingconditionsisnormal.keyword：CEMS;DataManagement;MonitoringSoftware;VisualBasic;OPC;Modbus;Communication;DesignofRedundance摘要IABSTRACTII第一章绪论1课题来源和背景11.2 烟气排放连续监测系统(CEMS)的概述21.2.1 CEMS的概述21.2.2 CEMS的国内外开展状况21.3

13、CEMS数据管理及传输要求51.3.1 数据管理各局部的根本要求5远程通讯方式要求61.4 本文的研究目的和意义7本文的主要研究工作8第二章系统构成和工作原理的介绍11系统的组成和技术要求11系统的根本组成和描述11系统的技术要求132.2系统工作流程及预处理132.2.1 工作流程的原理132.2.2 工作状态142.2.3 样气预处理15分析仪表的工作原理172.3.1 ULTRAMAT23的概述及其特点172.3.2 气体的测量原理18测尘仪的工作原理18测尘仪的根本原理18测尘仪的系统构成202.5 参数的测量222.6 本章小结22第三章系统的数据监控及分析处理233.1 系统的数据

14、采集模块233.2 PLC控制及系统自动标定243.2.1PLC控制模块设计24自动标定283.3 上位机界面监控软件设计293.3.1 开发工具的选择293.3.2 监控软件功能管理及设置303.3.3 态诊断与标记33334历史曲线设计343.3.5 数据库设计343.3.6 数据报表的设计36监测数据的换算及丧失数据的特殊处理393.4.1 系统主要参数的公式换算393.4.2 公式计算的代码解析思路403.4.3 补偿设计41本章小结43第四章系统通讯的设计与实现444.1 上位机与PLC的通讯设计444.1.1 OPC技术444.1.2 OPC数据访问方式464.1.3 OPC客户端

15、开发过程494.1.4 OPC客户端程序设计504.1.5 MOdbUS从站协议534.1.6 ModbUS通讯功能554.1.7 通讯代码设计584.2 远程通讯的设计594.2.1 讯结构594.2.2 Modem的特点及AT指令集604.2.3 通讯控件MSComm的用法62通讯协议设计63远程通讯软件代码设计644.3 系统通讯的冗余设计694.3.1冗余的概念69冗余设计的总体思路70冗余的关键设计714.4 本章小结73第五章系统现场调试应用与国家环保验收745.1 系统现场状况描述及工程要求745.1.1 系统现场调试755.1.2 检测工程要求755.2 系统认证初检及数据分析

16、计算765.2.1 测和计算765.2.2 气态物的检测和计算805.2.3 其它参数的检测和计算865.3 系统认证复检及数据分析计算895.3.1 颗粒物和气态物的复检895.3.2 其它参数的复检915.4 CEMS国家环保认证工程总结92本章小结93第六章总结与展望94工作总结94研究展望95参考文献97攻读硕士学位期间科研情况101致谢102第一章绪论课题来源和背景随着科学技术和全球经济的迅猛开展，环境污染和生态破坏日趋严重，大气质量正在不断的恶化。在我国大气污染主要是酸雨和颗粒物，而火电厂是产生这些污染源的大户，控制火电厂的污染排放也就成了重中之重。而对污染源控制的关键是要进行有效

17、的监测和准确的测量。控制和减少环境污染不仅是一种政府行为要强制执行，而且是一种民族意识。大气环境污染监测系统那么是进行控制和减轻大气环境污染工作必不可少的首要装备。我国的环境监测根本上处于现场采样、实验室分析阶段，采样仪器以手动、半自动为主。直读型、在线型、应急检测用仪器市场被国外产品占据，而我国5000多个监测站和大量的企业检测机构又是一个巨大的市场。近些年来，由于国家对环保工作的日益重视，烟气排放在线连续监测系统(CEMS)在排污企业中迅速普及，尤其广泛应用于监测燃煤电厂(火电厂)脱硫后的烟气排放。据有关不完全统计;系统仪表大局部不能运行、停运或者从未投运的占总数的45.1%；系统处于根本

18、安装完毕或者处于调试阶段的占总数的13.7%o其主要原因包括CEMS选型存在一定的不合理，测量参数不够齐全，对CEMS的运行重视程度缺乏等。但是近些年，随着国家环境保护力度的加大，火电厂CEMS的运行可靠性和监测数据的准确性有了一定的改观，尤其是2007年,包括环保局、电监办等有关部门加强了对烟气脱硫的监管以后，火电厂CEMS的运行和监测得到了相当的重视，运行状况有了进一步的改观。为了贯彻?中华人民共和国环境保护法?，实施大气固定污染源排放污染物监测，制定了新的?固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及监测方法？(HJ/T76-2007)o该标准规定了固定污染源烟气排放连续监测系统的主要技术指

19、标、监测工程、监测方法和监测时的质量保证措施，凡进入国家环境监测网络的烟气排放连续监测系统必须符合该标准。所以，仪器厂家生产的CEMS都必须通过国家环保监测总站的认证才可以算是合格验收。烟气排放连续监测系统(CEMS)的概述CEMS的概述烟气排放连续监测系统(ContinUoUSEmissionMonitoringSyStem)是指对大气污染源排放的气态污染物和颗粒物进行浓度和排放总量连续监测并将信息实时传输到主管部门的装置，被称为“烟气排放连续监测系统或“烟气在线监测系统。CEMS分别由气态污染物监测子系统、颗粒物监测子系统、烟气参数监测子系统和数据采集处理与通讯子系统组成。气态污染物监测子

20、系统主要用于监测气态污染物So2、NoX等的浓度和排放总量；颗粒物监测子系统主要用来监测烟尘的浓度和排放总量；烟气参数监测子系统主要用来测量烟气流速、烟气温度、烟气压力、烟气含氧量、烟气湿度等，用于排放总量的计算和相关浓度的折算；数据采集处理与通讯子系统由数据采集器和计算机系统构成，实时采集各项参数，生成各浓度值对应的干基、湿基及折算浓度，生成日、月、年的累积排放量,完成丧失数据的补偿并将报表实时传输到主管部门。CEMS的采样方法从广义上可以分成3种类型：抽取法、直接测量法、参数法。抽取法可以细分为直接抽取测量法和稀释法；直接测量法可以采取管路测量和点测量方式；参数法主要依赖于物理参数的测量，

21、例如：温度、压力或通过其他过程量的测量来预测估计排放量。通常来讲，反响性气体和可压缩性气体如氯化氢、氨气和甲醛等常常给测量带来很大的挑战。这些气体在烟道的流动过程中可能会发生反响或者它们会在温度较低的抽取采样系统中被液化、吸附或者在到达分析仪之前就已经被聚合。因此，为了能够获得可靠的测量结果，需要根据采样气体的组成成分采取具体的采样方式和分析技术。而对于火电厂的脱硫系统过程控制和环境监测，高温处理的直接抽取法刀是最适合的方法，其优点是维护方便、校准简单、测量准确。CEMS的国内外开展状况CEMS是西方兴旺国家监测污染物排放的重要手段，技术上已经相当成熟。它们从上世纪80年代中期开始进入我国市场

22、,但受当时的环保政策影响，CEMS在我国开展缓慢。1996年3月7日国家环境保护局公布的GB13223-1996?火电厂大气污染物排放标准?，规定自1997年1月1日开始起，环境影响报告书待审查批准的新、扩、改建火电厂，必须在烟囱或烟道上安装固定的烟气连续检测装置。于是，CEMS安装的数量才在我国得以迅速增加。由于中国的环保产业开展相比照拟晚，相应的CEMS产品在国内的应用也晚于西方兴旺国家，可以说CEMS在我国经历了3个阶段。第一个阶段是CEMS从无到有的阶段。1980年随着300MW、600MW火电站的引进工程（国家十二项重点建设工程之一），我国首次从国外引进了第一套自动烟气连续监测系统（

23、CEMS）,就此开始了CEMS引进和开发阶段。从1980年至1996年属于CEMS开展的初级阶段，处于CEMS应用的摸索阶段。那时候对火电厂的排放也仅限于是否冒烟（颗粒物）、酸雨（SO2的排放）、有毒气体（Co）等。国内也在根据引进的技术进行自己产品的研发，引进了连续烟气监测系统在当时是个很大的提高，但这个阶段对环境保护的意识冷淡，CEMS的重要性没有得到充分的认识及足够的重视。对自动连续烟气监测仪还没有法规的要求，缺乏专业的使用人员和维护人员，所以当时的CEMS在火电厂的应用根本起不到任何实质性的作用。第二个阶段是从1997年到2000年。1997年中国第一部关于火电厂的CEMS的法规性的文

24、件?火电厂大气污染物排放标准?正式发布。文件中明确提出火电厂的污染物排放需要装设CEMS连续监测系统。在此阶段，CEMS的安装和应用是有法规的要求，CEMS也逐渐应用到火电厂以及城市锅炉、化工厂锅炉等污染源排放检测。但是，由于各个厂商的设计不一样，此时安装的CEMS产品五花八门。但大局部都是照搬国外的技术和方法，没有考虑到中国的实际国情。由于缺乏统一的技术标准，这个阶段出现的CEMS产品参差不齐，好坏难辨。同时也缺乏统一的管理和数据处理上的一致性，实际测得的数据缺乏权威性。第三个阶段是从2001年一直到现在。在此阶段，HJ/T75-2001?火电厂烟气排放连续监测技术标准?、HJ76-2001

25、?固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法?及HJ/T76-2007?固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法?的正式发布，从技术层面对CEMS的安装、调试、检测和验收作出详细要求和说明，标志着中国的CEMS的应用走上正轨，并要求火电厂严格使用CEMSo国外的CEMS虽然在监测技术上比拟成熟，但是跟我们国家的环保标准还是有差异的，应用起来也不是很得心应手。所以说国外的CEMS技术并不一定适合中国国情，中国的CEMS安装与普及进程取决于其国产化进程。目前，国内CEMS使用最广泛的行业是电力行业，CEMS作为电厂机组脱硫后烟气监测的必要手段在各个电厂使用。虽然大多数电厂安装了CEM

26、S系统,但是运行状况不是很理想，检测方面也存在一些问题叫大局部电厂的CEMS都不能正常连续使用。能正常、连续运行，通过环保部门验收、环保部门成认数据有效的更是凤毛麟角、少之又少。之所以会出现这些问题，主要有以下几个方面叫1 .功能不完整、设备老化严重。CEMS监测系统存在设计缺乏，功能不完整等缺陷，主要表现在：CEMS系统监测的主要是局部污染物的瞬间值，没有对数据进行换算、统计和存储，不能满足今天环保部门的要求。另外，设备老化问题严重。CEMS是精密的分析仪器，有一定的使用寿命，超过使用寿命的设备很难正常、稳定运行。2 .故障率高，维护跟不上，系统投运率低。这是我国CEMS普遍存在和特别突出的

27、问题。我国大局部火电厂的燃用煤质差、烟尘含量高、烟气湿度大、烟气具有腐蚀性等，CEMS的局部原件工作环境恶劣，达不到CEMS设计的工作环境，设备的故障率频繁。另外，CEMS大局部是精密的光学仪器，零、备件依靠进口，且国内大多数代理商反响缓慢，这些都是CEMS投运率低的重要原因。3 .相关的标准滞后。CEMS系统自上世纪80年代中期进入我国以来已经有近20年的历史，但只是到2001年CEMS的2个技术标准HJ/T75-2001?火电厂烟气排放连续监测技术标准?和HJ/T76-2001?固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检验方法?的出台才填补了我国CEMS技术标准的空白。2套技术标准虽然对C

28、EMS的组成、安装以及技术参数的指标上做了明确的要求，但是在CEMS与外接连接的数据传输和接口上没有一个统一的标准，在经济、技术不平衡的情况下，各地CEMS厂家在CEMS数据标准和设计结构上采用不同的形式，使各自分散的数据资源彼此隔离，无法进行信息交换和业务协同。极大地影响了CEMS的系统建设和运行维护效率，也给实现全国污染源自动监控系统实现数据共享、业务协同、各级环保部门之间的信息沟通制造了很大困难。4 .维护职责不明确。在电厂，CEMS是环保设备，但通常情况下，电厂环保人员不具备仪器的维护能力，造成很多电厂在CEMS的维护上职责不明确。另外，CEMS系统大局部是精密的光学仪器，容易产生零点

29、和量程的漂移，需要专业的维护人员按要求定期进行维护。火电厂应该加强对CEMS系统维护人员进行培训，加强CEMS维护人员的维护能力。5 .质量保证体系和监督管理制度力度不够。为了保证CEMS的平安有效运行，需要建立切实可行的CEMS质量保证体系和监督管理制度，有必要进行CEMS的定期核查、实施预防性维护方案以及性能评价程序，以保证其能够连续提供具有质量保证的数据。6 .政府的考核、监督不力。虽然国家已经公布了?火电厂烟气排放连续监测技术标准?和?固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检验方法?，但由于这些技术标准在电厂的实际运行环境中因客观原因没能真正落实、执行，CEMS的监测数据一直无法作为

30、排污费的有效依据，由此造成有些安装CEMS的电厂对CEMS的运行管理无要求，甚至出现设备安装无验收现象，有的电厂的CEMS安装后一直未投入运行，且设备腐蚀、损坏严重，给国家造成了巨大的经济损失。烟气在线监测系统是监测污染物排放、保护环境的重要手段。当前，由于设备、维护、监督等多种原因，目前大局部电厂的CEMS都不能正常运行。所以,针对国内的现状，开发一套符合国家环保标准的，并通过国家环保认证的CEMS才是最可靠的途径。此外,环保部门应该加强CEMS市场管理、进一步完善CEMS相关技术标准，电厂建立完整的CEMS管理体系，不断提高CEMS维护人员的水平，加快CEMS国产化的步伐，为CEMS连续、

31、稳定、准确运行奠定根底。CEMS数据管理及传输要求数据管理各局部的根本要求系统从功能上可分为数据采集单元、数据存储单元、数据传输单元、电源单元、接线单元和显示单元组成。采集单元必须满足以下要求：应至少具备5个RS232（或RS485）数字输入通道，用于连接监测仪表，实现数据、命令双向传输；应至少具备8个模拟量输入通道，应支持4mA20mA电流输入或1V5V电压输入，应至少到达12位分辨率；应至少具备4个开关量输入通道，用于接入污染治理设备的工作状态。开关量电压输入范围为O5V。数据存储单元用于存储所采集到的监测仪表的实时数据和历史数据，数据库存储的数据至少为14400条，该单元必须具备断电保护

32、功能，断电后所存储数据应不丧失，或者说，该系统具备丧失数据补偿功能。数据的存储应按时间日期进行分类存储，以便在生成报表时，可以对存储的数据进行快速的、有效的调用。数据传输单元主要指系统采集模块与现场工控机的通讯以及下面所讲的远程通讯，它们都应采用可靠的数据传输设备，保证连续、快速、可靠地进行数据传输。电源单元主要负责将220V交流电转换为直流电，为控制主板提供电源，要求具备防浪涌、防雷击功能，要求在输入电压变化15%条件下保持输出不变。接线单元主要用于实现监测仪表与数据采集系统的连接，要求采用工业级接口，接线牢靠、方便，便于拆卸，接线头应被相对密封，防止接线头腐蚀、生锈和接触不良。显示单元主要

33、指现场工控机必须带显示屏，应满足显示所连接监测仪表的实时数据、小时均值、日均值和月均值等要求，还应能够显示污染物的小时总量、日总量和月总量，能够显示实时数据的曲线和历史曲线等。远程通讯方式要求CEMS应具有数据通讯功能，周期地采集各个现场数据采集器发来的各种信息，进行处理、存储，显示告警信息和相应数据。提供网络接入功能，向有关部门定时传输数据和图表，并随时接受数据查询。定时发送时钟命令并校准时钟。传输协议应符合国家标准HJ/T212-2005的要求。通讯方式有多种多样，但至少具备下面的通讯方式之一：1 .无线传输方式，通过GPRS、CDMA等无线方式与上位机通讯，现场工控机必须能通过串行口与任

34、何标准透明传输的无线模块连接。2 .以太网方式，直接通过局域网或Imemet与上位机通讯。3 .有线方式，通过线、ISDN或ASDL方式与上位机通讯。本文的研究目的和意义CEMS用于连续自动监测固定污染源的污染物排放浓度。将仪器安装在污染源上，实时测量监测污染物的排放浓度和排放量，同时,将监测的数据传送到环保监控中心。国家要实行环境保护，对环境污染的控制，实现节能减排，就是通过对排污企业收取排污费来控制，而烟气排放连续监测系统就是国家对排污企业控制和收费的依据已。随着国家标准？固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及监测方法?(HJ/T76-2007)的公布，CEMS得到了国家的高度重视，在火

35、电厂的应用越来越广泛。但是我们也清楚的知道，我国很多电厂的脱硫设施运行不稳定，投运率不高，没有完全发挥减排二氧化硫的作用。为落实国家节能减排的政策，必须将火电厂二氧化硫排放的治理效果和电价、排污费、上网调度等国家各种优惠政策相结合。因此，烟气排放连续监测系统的数据作为反映火电厂二氧化硫排放治理效果的依据，逐渐被各级政府、行业组织和企业所重视。CEMS的监测技术虽然国外比国内先进，但是各个国家的CEMS的国家标准不一，有的跟我们国家标准差异很大【。如我国?火电厂大气污染物排放标准?(GB13223-2003)要求的浓度值指标是在标准状态下，空气过剩系数为1.4的干烟气中的污染物浓度，我国规定的标

36、态是温度为273K,压力为101325Pa时的状态。而国外有的国家的标态温度是294K,同时烟气显示的数据并没有按空气过剩系数L4折算。我国国标规定烟气中污染物浓度显示的数据单位为mgm3,而许多国外产品的烟尘以不透明度表示为百分数，污染气体浓度单位为IO6o有些国外厂商成熟的经过其本国认证的CEMS不一定能够满足我国的实际要求，如量程偏小，系统无法适应我国的烟道环境等等。所以必须要有适合国内行情的CEMS系统。虽然在国内的CEMS生产厂家很多，但事实上通过国家环保认证的只有数十家而已，而国内火电厂的数量那么是相当的庞大，而且数量还在一直上涨。所以，CEMS的市场前景是相当好，我们和南京分析仪

37、器厂合作CEMS工程的目的就是设计和研发出一套符合国家标准的CEMS系统，可以进行实时监控和数据处理，保证其可靠性和稳定性，并最终能通过国家环保认证。这样，我们可以把握先机，站在国内CEMS开展的最前端，从而扩大市场的占有率，使该系统应用在更多的火电厂。此外，开发一套适合国内国情的CEMS系统，既是解决中国环境保护面临的深层问题，又是进一步提高环境科技和环保产业整体素质和综合实力、实现跨越式开展的紧迫需求，同时也是应对环保产业参与国际竞争，立于不败之地的战略抉择。本文的主要研究工作论文主要是结合与南京分析仪器厂合作的CEMS国家环保认证工程，研发和设计一套符合?固定污染源烟气排放连续监测系统技

38、术要求及监测方法？的烟气排放连续监测系统(CEMS),并将该套系统安装于广东韶关发电厂10#脱硫机组进行现场测试应用，国家环保监测总站以及地方环保监测站的有关领导和人员将到现场对该系统的各个性能指标进行评估和验收。本论文主要是对现场仪表和设备所提供的数据模拟信号进行采集、传输、转换、分析、处理、显示、存储和通讯等等。本人主要的工作内容如下：1 .概述了CEMS在国内外的开展状况及其应用,概述了国家环保针对CEMS所提出的一些标准和标准，并结合XGF-404型系统对CEMS的原理和气路流程进行简单的介绍。2 .系统数据采集使用西门子PLC模块来处理。气态污染物监测子系统、颗粒物监测子系统、烟气参

39、数监测子系统传输过来的电模拟信号(4mA20mA),我们通过PLC的模拟量模块EM231来接收。对于数字量信号(上下电平)我们通过S7-200PLC的CPU模块224CN或者数字量扩展模块EM223来接收。此外，系统的局部控制也由PLC完成，可以通过上位机对PLC进行读写，自动定时等功能。PLC代码的设计全部采用STEPV-MicroWIN软件进行编写，然后下载到S7-200的CPU模块。3.监控组态界面设计，设计主要分下面几方面进行：(1)界面采用ViSUaIBaSiC6.0语言来开发，能实时的显示当前数据、历史数据以及当前数据曲线。(2)可以通过PLC实现对系统的控制，对系统进行校对。例如

40、通过读写PLC的1,Q点来实现对系统阀门的开、关，抽气泵、蠕动泵的工作与否以及定时吹扫等等。(3)根据国家标准，完善软件各个功能的设置，可以实现变量管理，界面管理，参数设置，环保参数设置，用户操作，报表查询，历史曲线查询等数据操作管理的功能。(4)监控软件数据库的设计，至少每分钟对采样数据的平均值进行存储一次，数据库容量必须足够大，能满足至少可以存放2到3年数据的要求。(5)数据的换算方法。数据的处理都必须要符合国家公布的？固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法?(HJ/T76-2007)这个标准。比方气态物或颗粒物的折算浓度和排放浓度、速度场系数、过剩空气系数以及干烟气流量等等一些

41、国家要求的数据，都要按照上述标准来进行计算。由于公式繁多，可以先通过数据库把所有公式存储，使用时再从数据库直接调用出来即可。(6)丧失数据的补偿设计。小于等于24小时的，所有参数使用中断前一小时和中断后一小时的有效小时均值来补偿；大于24小时的，颗粒物和气态污染物使用缺失前720有效小时均值中最大小时排放量进行补偿，其他参数使用缺失前720有效小时均值的算术平均值进行补偿。(7)数据诊断记录设计。根据状态数据诊断仪器运行的状态并在测定数据后面给出状态标记，例如，“C表示校准、”M表示维护、“Md表示缺失数据等等。(8)报表的设计。报表也是严格遵守国家标准格式，生成年，月，日报表，并且表中给出最

42、大值、最小值和平均值。4.系统通讯的设计。(1)PLC与上位机(现场工控机)的通讯设计，由于实时性的要求比拟高，通讯必须稳定可靠。一种采用OPC效劳器的自动化接口方式来实现，一种采用Modbus从站协议方式来实现。连接方式可以使用PPI线直接与PLC的CPU模块相连，也可以使用CP243/模块来组成以太网连接。为了更好的保证系统通讯的稳定性和可靠性，降低系统失效风险，对数据的传输进行了冗余设计。(2)系统远程通讯的设计，即上位机与现场工控机的远程通讯。现场工控机通过外置或内置的MOdem接入公用网络，远程的环保监测中心通过网络拔号可以查看现场的实时数据和历史数据，到达远程监控的目的。远程通讯主

43、要采用MScomm控件进行设计，上位机软件采用VisualBasic6.0语言来开发，并设计与现场系统监控软件的通讯协议。5.CEMS现场调试与国家环保认证验收。系统现场安装调试完成后，进行初检和复检，到现场配合环保站工作人员，对系统做相应的调整，对监测相关的数据进行比拟，计算。7天的初检结束后，将计算得到的相应系数填入监控软件的环保参数设置界面里，并将远程通讯设置好，让系统连续运行3个月，期间国家环保局可以对系统进行远程监控，3个月后进行复检，计算各个参数的相对准确度等指标，符合后国家环保局发放合格证书。第二章系统构成和工作原理的介绍2.1 系统的组成和技术要求系统的根本组成和描述CEMS一

44、般由颗粒物CEMS和（或）气态污染物CEMS、烟气参数测定子系统组成。可以通过采样方式和非采样方式，测定烟气中污染物浓度，同时测定烟气温度、烟气压力、流速或流量、烟气含水分量（或输入烟气含水分量）、烟气含氧量（或二氧化碳含量）；计算烟气污染物折算浓度、排放率、排放量；显示和打印各种参数、图表并通过数据、图文传输系统传输至监控中心图2-1是一套标准CEMS的系统构成图。CEMS的实际流程是现场监测设备局部的采样枪采集的烟气经处理和制冷除去烟气中的水分，然后分别通过自动恒流装置和各自的流量计稳定流量后送给Sc）2、NOxCO、O2等气体传感器，传感器给出相应的电流信号经处理后送给数据采集器；烟尘、

45、流速、温度、压力等传感器给出的电信号经处理后也送给数据采集器，现场工控机通过总线将现场各路采样数据经分析处理后存入现场数据库中并实时显示，经Modem由网将数据上传到监测中心的计算机系统。监测中心的工作人员通过微机可远程监测各现场污染物的排放情况，对数据库进行分析，统计出日报、月报、年报、及实时数据报表和统计图形，真正到达连续准确可靠的监测目的。颗粒物CEMS虻弥立布校零、校标数据采集与处理系统烟气参数测量子系统烟气温度变送卷温度测量仪一Al烟气压力变送叁压力测量仪-A斓气流量交送器j海猫窝仪L.j阳气湿度变送器港度测仪-.可入含含氧量变送器氧潴仪二氧化碳变送暑二氧化碳寓丝仪数据采集与控制系统

46、数据处理与远程通讯系统打印显示MODEM固定源监控系统数据监控中心图2-1CEMS构成图FtheStructureofCEMS系统的技术要求.1外观要求系统应有制造计量器具CMC标志（进口产品应取得我国质量技术监督部门的计量器具型式批准证书）和产品名牌，名牌上应标有仪器名称、型号、生产单位、出厂编号、制造日期。仪器各部零件应连接可靠，外表不明显缺陷，各个操作键使用灵活，定位准确。仪器各显示局部的刻度、数字应清晰，涂色牢固，不应有影响读数的缺陷。仪器外壳或外罩应耐腐蚀、密封性良好，防尘、防雨。.2环境条件和其他要求仪器设备在以下环境中应能正常工作。a.环境温度：-2045C;b.相对湿度：90%

47、；c.大气压：86106kPa;d.烟气温度：260。系统的供电电压应在AC220V10%,频率50Hz；在1035C,相对湿度:85%条件下，仪器电源引入线与机壳之间的绝缘电阻应不小于20M欧；仪器应设有漏电保护装置，防止人身触电；应有良好的接地措施，防止雷击对仪器造成损坏。2.2 系统工作流程及预处理结合课题的实际研究工作，本章主要以南京分析仪器厂的XGF-404型号的CEMS烟气排放过程分析系统为例。工作流程的原理在正常运行时，样气首先由安装在工艺管道上的取样器（取样探头）从工艺管道内采出，经取样器一次过滤，经加热取样管线后进入分析柜，经过电动球阀样气进入除湿器一次冷凝除去湿气，冷凝液集结在除湿器的下方，通过排液蠕动泵排除。然后气路分为两路，当自动标定时，两通校对电磁阀翻开，球阀关闭，取样泵抽取空气，外部空气通过此阀，被送往仪器，校对仪器的零位。接着样气经取样泵送往后级，并分为两路，一路为快速旁通气路（用于缩短由于气样传输管线等单元的“死空间所引起的滞后时间