CEMS數據采集與處理單元優化策略分析

摘要：針對某型號煙氣連續監測系統，分析了該系統在數據采集與處理等方面的不足。為滿足國家環保要求，結合電廠生產運行實際情況，制定了電廠CEMS數據采集與處理單元優化策略，闡述了該優化策略的技術措施及性能指標。實踐證明，該優化策略可大大提高CEMS數據采集與處理單元的穩定性和可靠性。

關鍵詞：CEMS;CMS;雙冗余;工業以太網

1 ? ?設備概述

某電廠#2機組為300 MW引進型火力發電機組，2017年完成了超低排放CEMS系統改造。CEMS系統采用兩套PLC控制器，一套用于脫硫入、出口的數據采集，另一套用于脫硝的數據采集;站點內配置一臺中心網絡服務器，服務器接收兩套PLC控制器采集數據，同時氧量CMS、溫度CMS等現場信號通過信號調理器以RS485與服務器通信（圖1）。服務器完成系統各部分的協調運行，監控煙氣排放的實時數據，記錄運行數據并生成數據報表，對系統工作狀態進行診斷分析。同時，服務器以RS232與數采儀進行通信，將實時數據轉發至數采儀，再由數采儀傳輸到監控管理環保平臺。

2 ? ?CEMS系統投入后出現的問題

2.1 ? ?現場信號調理器故障

CEMS系統投入不久，現場信號調理器發生故障，氧量CMS、溫度CMS等現場信號無法傳送到服務器，影響到SO2、NOx、顆粒物濃度計算。由于維護人員及時發現，更換信號調理器后，各環保數據均顯示正常，未發生環保考核。

2.2 ? ?中心網絡服務器故障

2018年6月25號凌晨，運行值班人員通知#2機組環保數據保持不變，維護人員立即前往現場進行檢查，發現服務器內數據采集控制器軟件停止運行，隨即重新啟動服務器，將采集控制器投入運行，環保數據才恢復正常。此次環保數據采集中斷長達十幾個小時，給公司造成環保電價考核。

2.3 ? ?數采儀故障

2018年9月4號，維護人員巡檢發現數采儀畫面“綠屏”，環保監控管理平臺無數據上傳。多次重啟數采儀，均無法正常運行。軟件工程師替換數據庫程序后數采儀恢復正常。但在接下來的一段時間里，數采儀故障頻發，給公司環保電價獎勵方面造成一定影響。

3 ? ?CEMS系統優化策略的制定與技術措施

為解決CEMS系統出現的問題，根據現場設備實際情況與環保要求，對當前使用的CEMS系統每個環節分析其存在的不足，并針對這些處不足，制定有效的優化策略。

3.1 ? ?CEMS信號采集控制優化

由于現場氧量CMS、溫度CMS等信號通過信號調理器以RS485方式傳送與服務器通信，一旦信號調理器發生故障，必將造成服務器無法接收到現場信號。從提升CEMS系統采集連續性和穩定性角度出發，優化策略設立雙機冗余PLC控制站。控制站采用冗余PLC及冗余以太網模塊，脫硫入/出口分析儀、脫硝分析儀及現場CMS輸出的4～20 mA模擬量信號通過硬接線方式接入PLC控制站采集模塊。控制站為CEMS控制系統的設備采樣、參數設定、數據運算等執行控制邏輯，在任一PLC或任一網段發生故障時，都不影響整個控制站對CEMS的信號采集。

3.2 ? ?CEMS數據處理及存儲優化

中心網絡服務器既要完成數據的處理、顯示、存儲并按要求生成CEMS各類報表等，還要將實時數據轉發至數采儀。一旦服務器發生故障，CEMS系統將無法運行。優化策略新增兩臺數據服務器，兩臺服務器的數據庫軟件通過工業以太網實現相互冗余。服務器同時對PLC進行數據采集和存儲，在主用服務器數據庫發生故障時，能及時切換到備用數據庫。配置一臺工程師站，用于環保數據實時顯示、歷史數據查詢、事件記錄及報表打印等。

3.3 ? ?CEMS數據傳輸優化

靠單一的一臺數采儀并不可靠，當數采儀發生故障或離線時，無法將電廠生產環保信息傳至監控管理環保平臺。優化后，通過安裝在兩臺數據服務器上的數據上傳軟件完成原有數采儀數據傳輸功能，兩套數據上傳軟件一用一備，將CEMS系統的各項數據傳輸至監控管理環保平臺，并能實現斷線自動補傳、平臺反控等功能（圖2）。

4 ? ?CEMS優化后性能指標

（1）CEMS信號采集控制優化：使用冗余控制系統替代原來的小型PLC控制器，同時CMS輸出的4～20 mA模擬量信號以硬接線方式接入PLC控制站采集模塊，模塊采集周期為8 ns，整個CEMS系統數據刷新周期不超過50 ms。優化后的采集控制系統未經過任何中轉設備，少了故障點，提高了數據采集的連續性和穩定性。

（2）CEMS數據處理及存儲優化：改變了原來單一中心網絡服務器獨立運行方式。新增的兩臺數據服務器相互冗余，在主用服務器數據庫發生故障時，能及時切換到備用數據庫。由于服務器切換時間短，保證了CEMS系統不因冗余切換而引起數據丟失、延遲或故障。同時，當故障服務器修復并投入系統后，系統自動進行狀態拷貝和數據庫拷貝，并使其處于冗余運行方式，有效提高了CEMS系統的可靠性。

（3）CEMS數據傳輸優化：改變了傳統數采儀數據傳輸模式，將數據上傳軟件安裝在冗余服務器內，數據上傳軟件一用一備，從控制站數據引擎軟件中讀取實時數據，然后將數據傳輸至監控管理環保平臺。上傳軟件將數據發送完后，在服務器內進行存儲，以便監控管理環保平臺數據入庫失敗或斷網后恢復網絡再自動補傳，確保數據傳輸有效率達到100%。

5 ? ?結語

#2機組CEMS數據采集與處理單元優化策略采用雙機冗余PLC控制站、冗余服務器、冗余上傳軟件及工業以太網等技術措施，有效解決了CEMS系統未優化前發生的各種問題。優化后的CEMS系統功能與性能有了顯著提高，系統的操作和維護也更加簡單方便。

[參考文獻]

[1] 固定污染源煙氣（SO2、NOx、顆粒物）排放連續監測技術規范：HJ 75—2017[S].

[2] 固定污染源煙氣（SO2、NOx、顆粒物）排放連續監測系統技術要求及檢測方法：HJ 76—2017[S].

收稿日期：2020-07-15

作者簡介：章會龍（1980—），男，福建廈門人，工程師，從事電廠熱工自動化專業及CEMS系統的檢修、維護工作。