1 引言
按照国家可持续发展战略的要求，实现人与自然和谐发展，国家环保总局《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2003)明确规定火电厂发电锅炉必须安装烟气排放连续监测仪器(CEMS)[1]。CEMS经省级以上环保部门验收合格时,其监测数据作为该电厂烟气排放是否达标的依据。
2 系统需求分析
该电厂为2台300MW火力发电机组，CEMS需要测量SO2、氮氧化物、烟尘、CO的含量与烟气流量、压力、温度等参数。作为烟气的检测设备，CEMS还要向脱硫系统提供除上述信息外的烟气含氧量、湿度。并在脱硫前后各配置1套烟气测量装置，2台机组共需要4套烟气测量装置。
环境监测站要监测火电厂的烟气排放情况，因此CEMS要与环境检测站进行远程通讯。CEMS还提供对烟气测量装置的监视、以及历史数据存储，报表打印等功能。
3 系统配置结构
2台发电机组的烟道相距较远，同一机组脱硫前后烟道相邻，如图1所示。在2台发电机组的烟道附近各搭建1个现场分析小屋，每个小屋安装2套分析仪器，以对该台发电机组烟气的脱硫前后的情况进行检测。两个分析小屋通过工业以太网与上位机进行通讯。
图1 系统配置结构图
上位机用于监视分析仪器的工作情况并对故障进行报警。更重要的是统计各个分析仪采集的烟道气的参数，并作为服务器向环境检测站和脱硫系统提供数据，还提供良好的人机界面，历史数据查询，报表打印等功能。
4 硬件设计
该CEMS采用浊度法测量烟道中的固体烟尘。采用直接抽取法采样，将经过伴热的湿烟气经过过滤送氧化锆分析仪，测出湿氧含量。再把烟气经过压缩式干燥器送入烟气分析仪，分析CO，SO2及氮氧化合物，干氧的含量。烟气中的湿度采用干湿润氧法计算得出。
由于CEMS中需要控制的是按一定时间序列开闭的管路，这种量为开关量，此外还需要测量烟道中各个参数，这种量为模拟量。并综合考虑设备稳定性的要求并降低开发难度，采用西门子200系列PLC对阀门进行控制。其中开关量除使用CPU224上的数字量输入输出模块外，还使用了数字量输入输出扩展模块EM223。模拟量采用EM231模块，实现12位AD转换的。最后PLC将各个数字量模拟量通过工业以太网模块CP243-1与上位机实现数据通讯。
5 软件设计
该系统自底向上由PLC控制、上位机程序、远程通讯三部分组成。
5.1 PLC控制程序
该部分程序主要用于接收各种操作命令，控制各种阀泵，指示灯的开闭，并定时完成对采样通道的吹扫、除湿器的排液及阀门的互锁。并对采集到的各模拟量进行数字滤波。
为了防止采样通道吹扫时，烟尘进入分析仪，采样泵与吹扫阀门互锁。吹扫阀打开时采样泵停机。吹扫结束后也需要有个换气时间，才能将吹扫气排出。因而此时气体分析仪的分析数据不是真实的烟道气成分。为此，在上述情况下，通过停止采样定时器计时的方法，来避免PLC将错误数据发送给上位机。
5.2 上位机程序
(1) 面向过程控制的连接与嵌入
主要用于显示各个分析设备的工作情况，汇总烟道气的历史数据，进行打印归档，趋势显示。
PLC与上位机通过西门子SIMATIC NET组态，建立OPC连接。采用WinCC制作如图2所示人机界面。在该界面下可以通过单击“实时数据曲线”和“数据归档”查看实时和历史数据的趋势图。
图2 人机界面
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