基于DCS實時監控的CEMS系統

文/呂子含

基于DCS實時監控的CEMS系統

文/呂子含

我國現階段只能依靠人員的定期巡檢發現CEMS系統設備中的故障，無法及時發現、處理設備故障或出現的異常，可能造成重大事故或財產損失。基于以上現狀，現提出一種基于DCS實時監控的CEMS系統，主要由CEMS系統PLC監控和CEMS系統電腦監控兩部分組成，能在不增加設備的情況下，通過24小時運行值守的監控室可以實時監視CEMS系統狀況，保證系統、設備故障時第一時間發現并得到有效處理。

DCS集散系統 CEMS煙氣分析系統

隨著第三次工業革命的推進，西方國家的工業生產發展迅速并取得一系列重大成就，科學技術在推動生產力的發展方面起重越來越重的作用，科學技術轉化為直接生產力的速度加快。科學和技術密切結合，相互促進。隨之而來的是愈來愈嚴重的環境污染，為抑制環境的持續惡化，歐洲國家頒布了一系列立法防治大氣和水污染。隨著科技的不斷進步和計算機系統的工業化應用發展，CEMS系統逐步得到廣泛應用。自上世紀90年代始，CEMS系統被引入國內并逐步發展改進形成了適用于中國火電廠的CEMS系統，現已形成了認識統一法規完善的階段，雖然該項技術已經慢慢走向正軌，但應用仍存在許多問題。

CEMS(煙氣連續監測系統)在電廠中作為一個的獨立的監控系統，國家環保部門要求CEMS控制室只能單獨設立，且不允許設立值班監控人員。CEMS系統設備出現故障時只能通過定期巡檢才能發現，無法做到設備故障異常時及時發現、處理。

本系統涉及電廠技術領域，具體是一種基于DCS實時監控的CEMS系統，具有可靠性高、靈敏度高、重復性好、精確度高等特點，具有廣泛的應用前景。

1 關于DCS實時監控的CEMS系統的研究現狀

隨著科技的發展和人民環保意識的提高，現階段我國的CEMS系統研究也得到了長足發展和進步。在張志強，潘建文，韓文棟的CEMS在火電廠的應用及存在問題分析中提到，煙氣排放連續監測系統(CEMS)在我國現階段的火力發電機組起到重要作用，特別是脫硫工程中得到大量應用，能夠依靠監測得到的原煙氣、凈煙氣CEMS實時測量數據，得出實時脫硫效率，以使運行和管理人員得到實時反饋，方便及時進行運行下一步調整和部署。在范典的煙氣連續在線監測系統CEMS的設計與研究中提出了一種能夠既快又好且能精確測量煙氣成份的遠程監控系統，可以自動采集紅外光譜圖且進行煙氣組份的定量計算，得出的測量結果通過信號轉換由網絡送至環保局和電廠控制室，具有測量范圍寬廣和工作效率高等特點。在裴冰，萬方的CEMS比對監測相關問題中提到一種新的概念“比對監測”，比對監測是一種與傳統監測類似但又略有不同的伴隨著CEMS建設的新型監測業務類型。對各環節注意事項進行分析是保證比對監測質量的必要條件，也是督促運營商提升 CEMS運營水平的有力措施。隨著CEMS系統技術的發展及各項措施的完善，CEMS因子比對監測合格率得到顯著提高。在科技革命飛速發展的今天，CEMS系統在發電廠中的應用越來越多樣化并在現代工業發展與環保并重的大環境下起著舉足輕重的作用。但在實際應用中CEMS系統仍存在著許多不容忽視的問題，如控制不夠靈活，仍需大量人力投入，實時反饋信號不能及時到達控制室影響下一步決策，監測準確度不夠高，可靠性不夠大等。為解決上述問題，現提出一種基于DCS實時監控的CEMS系統。

2 DCS實時監控的CEMS系統的組成

（1）DCS集散控制系統（Distributed Control System），也稱分散控制系統，是一種以集中式控制系統為基礎進行發展、演變形成的由過程監控級和過程控制級組成的以通信網絡為連接樞紐的新型多級計算機系統，具有集中操作、分級管理、分散控制、配置靈活以及組態方便等特點。該系統是集合了計算機，顯示、通訊和控制等4C技術的綜合性控制系統，能夠實現對現場設備的實時監控，使用時首先采集輸入信號并對信號進行運算和調制，完成參數采集，得到一傳遞信號，經過中間處理器的操作處理，轉化為輸出信號去驅動相應設施進行下一步操作。與傳統系統相比較DCS具有控制功能齊全、易于維護、靈活、開放、協調 、可靠、時效性強和擴充性能好等特點，著重于閉環控制及數據處理。

（2）CEMS是煙氣自動 監控系統（Continuous Emission Monitoring System）的簡稱，亦稱煙氣排放連續監測系統，常用的有抽取式現場監測系統、遙測系統、監測系統三種系統。能夠連續監測如包括垃圾焚燒電廠，火力發電廠，造紙廠等各種行業的工業廢氣排放源，使用范圍廣，在實際中得到大量應用。該系統能夠在線測量 CO 濃度、顆粒物濃度、SO2濃度、含氧量、溫度、濕度、壓力等多項氣體參數，具體可通過紅外冷凝法、紫外法等實現。首先由污染物由顆粒物測量儀表單元測得顆粒污染物含量，經過煙氣預處理系統監測得到氣體污染物數據，將實時監控得到的信息經過煙氣參數測量單元整理傳輸到數據采集與處理與傳輸單元進行信號整合與分析輸送到控制室以便進行下一步操作。CEMS主要技術有直接測量、抽取式測量和遙感測量三種組成。

（3）關聯系統建成后，將實現高控制精度的自動化無人值班煙氣監測系統，控制水平將達到在無需進行現場調試的情況下在綜合控制室或單元機組集中控制室內就能完成對及其附屬系統的正常啟動和停止操作，進行工作模式下的實時監視和數據傳輸處理、以及緊急事故處理和保護切除。控制系統采用分散控制系統。

3 DCS實時監控的CEMS系統工作原理

本系統主要思想在于提供一種監控思路，實現24小時運行無人值守的監控系統，是一種能夠自動對設備進行實時連續監視和數據傳輸及危險預警的實時監視CEMS系統的方法。

DCS實時監視CEMS系統主要利用CEMS系統PLC監控和CEMS系統電腦監控兩個監控模塊進行實時監測和數據傳輸。

CEMS系統PLC監控步驟為：首先監測工廠中氣體污染物（如SO2）入口實時濃度值，得到數據信號經過實時處理，產生信號脈沖使DCS系統采樣延時輸出，然后根據DCS采樣延時輸出的延時值減去SO2濃度實時值得到數字信號，進入比較器，判斷其是否大于正負1，如是，則進行延時操作，系統輸出PLC故障，得到高電平信號，使銜鐵開關閉合，警示

<<燈常亮，蜂鳴器工作。

CEMS系統電腦監控步驟為：首先監測工廠排氣管道污染物（如SO2）濃度實時值，得到的數據經過數字處理器轉換成觸發信號傳送至DCS系統，DCS接受信號后采樣延時輸出，得到一個延時信號，然后用DCS采樣延時輸出得到的延時值減去污染物實時濃度值，得到結果進入比較器進行比較，判斷其值是否大于正負1，如大于，則輸出高電平，延時開啟，最終輸出信號對輸出電腦、軟件故障進一步處理。

DCS系統通過對CEMS系統的模擬量數字量進行據實時監視和比較，在系統對應的一個完整的運行周期結束后，若得到的結果不符合預設條件，則判斷該系統相對應的某個設備發生故障或運行錯誤，使DCS報警設備及時報警，控制室監視人員及時通知維護人員故障處理和設備維護。

4 研究結論

隨著工業化進程的不斷加快和經濟建設的全面增長，使得用電需求急劇升高，但由于當下的生產結構決定了我國目前的發電系統還是以傳統的火力發電廠為主，由此，火力發電造成的環境污染成為人類亟待解決的問題。CEMS系統的使用的城市化普及和常態化可以在一定程度上可以緩解環境壓力，有利于環境友好型國家建設。通過自動監測火電廠在發電過程中排放的污染物的濃度和總量并通過反饋系統得到的一系列信號可進行無人操作，系統預警，故障分析和數據采集等，大大減少了人力資源的浪費，促進了環保事業的發展，經過一系列數據分析后采取相應措施來降低污染物濃度，使其達到排放標準，從而保護城市環境和空氣狀況。遠程監測在節省了人力物力的同時也保證監控質量，提高了監測結果的準確性。

[1]張志強,潘建文,韓文棟.CEMS在火電廠的應用及存在問題分析[J].電力環境保護,2008(06)：59.

[2]范典.煙氣連續在線監測系統CEMS的設計與研究[J].長春理工大學學報,2014(04).

[3]裴冰,萬方.CEMS比對監測相關問題探討[J].環境監測管理與技術,2010(04).

[4]張思銳.CEMS系統在火電廠應用和工程設計探討[J].自動化與儀器儀表,2013(02).

[5]韓宏峰，張京松，劉寶輝.煙氣排放連續監測系統(CEMS)的技術現狀及發展分析[C].第六次全國環境監測學術交流會,2001.

呂子含（1996-），安徽省蚌埠市人。安徽理工大學電氣與信息工程學院在讀，電氣工程及其自動化專業。

作者單位 安徽理工大學電氣與信息工程學院 安徽省淮南市 232001