1 開發(fā)背景與需求

我國的較為大型的火力發(fā)電廠在電力比較匱乏的華東地區(qū)、華北地區(qū)大約有30個左右，每天排放大量的煙氣，火電廠一般采用水過濾的方法進(jìn)行排污，由于沒有針對性，排污效果極不顯著，為了有的放矢的進(jìn)行比較有針對性的排污物處理方法，必須要檢測其排污物的成份，以前往往采用離線檢測的檢測方法，即取樣、封裝、試驗室檢測等，檢測的結(jié)果誤差較大，為克服離線檢測的弊端，我們?yōu)槿A能集團(tuán)某大型火電廠采用ADLink公司的基于PC的DAQ卡DAQ-2010、PCI-7230、PCI－8554，并利用DAQBench強(qiáng)大的測試、圖形顯示功能，為其研制了一套移動式定量分析、監(jiān)測污染物的成分的連續(xù)監(jiān)測儀器，該系統(tǒng)可靠性高、分析功能較為完善、開發(fā)周期短，具有較大的推廣應(yīng)用價值。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與解決方案

圖1：系統(tǒng)架構(gòu)圖

實(shí)際上，煙氣檢測主要是對被排放的煙氣中有害氣體濃度和煙氣濁度的檢測，有害氣體主要包括SO2、CO、NO、NO2。煙氣檢測系統(tǒng)主要由下列部件構(gòu)成：1）從煙道中提取煙氣的采樣泵，2）冷卻煙氣的制冷器，3）紅外吸收法測SO2、CO、NO、NO2，4）控制各氣流通斷的電磁閥，5）清洗采樣槍用的反吹泵，6）完成數(shù)據(jù)采集、處理、分析以及控制功能的主控計算機(jī)，7）各種繼電器以及接觸器。

系統(tǒng)架構(gòu)圖件圖1所示，其工作原理為：當(dāng)需要檢測煙氣時，控制計算機(jī)發(fā)出指令打開從采樣槍到分析儀的電磁閥，啟動采樣泵，讓煙氣從采樣槍經(jīng)濾網(wǎng)過濾以后使氣體冷卻。如果此時煙氣溫度過高則啟動制冷器使煙氣冷卻，冷卻后的煙氣到氣水分離器，在此除去其中的水分和少量的塵，經(jīng)采樣泵流入采樣探頭管道回到煙道，經(jīng)過2～3分鐘的穩(wěn)定后，測試探頭輸出的信號作為有效信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)傳輸給控制計算機(jī)，控制計算機(jī)通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理生成某一被檢測煙氣的濃度。煙氣可以依次流經(jīng)不同測試探頭管道，因此，可同時測出不同氣體的對應(yīng)的濃度。

系統(tǒng)的實(shí)際工作過程為：PCI－7230啟動抽樣氣閥，讓部分真實(shí)煙氣流經(jīng)取樣管，并經(jīng)PCI－8554采集其流量脈沖數(shù)以便計算其流量，經(jīng)必要的降溫且恒溫處理后，采用近紅外線后方散射光方式對其濁度進(jìn)行檢測。待樣氣進(jìn)入檢測系統(tǒng)后，進(jìn)行快速冷凝以減少待測成份的損失。首先由氣液分離器使液態(tài)的氣融膠體、水分等從樣氣中分離出去，然后氣體進(jìn)入冷凝器中，進(jìn)一步降溫至10 ℃，使樣氣和水分徹底分離，再經(jīng)過一級細(xì)過濾徹底清除微塵的影響，得到比較純的樣氣，進(jìn)入測試管，由抽樣泵將恒溫、恒壓的煙氣抽入煙氣采樣探頭管便于對其煙氣中的SO2、CO、NO、NO2進(jìn)行采樣、分析，同時工業(yè)控制計算機(jī)通過DAQ－2010采集卡將其采用的樣本值經(jīng)過一定的處理后并加以存儲，通過標(biāo)準(zhǔn)DAQBench功能面板調(diào)用以及強(qiáng)大的圖形界面的分析功能對其進(jìn)行圖形化的結(jié)果顯示，并將分析結(jié)果通過Ethernet傳送到火電廠的MIS管理系統(tǒng)中去，現(xiàn)地也有數(shù)據(jù)庫，備記載必要的測試結(jié)果。

當(dāng)然，在檢測煙氣前，要對各分析傳感器進(jìn)行標(biāo)定，其過程與煙氣檢測大致相同，只是用某種標(biāo)準(zhǔn)的樣氣代替煙氣，控制計算機(jī)將標(biāo)準(zhǔn)樣氣的測量值與實(shí)際值做一比較計算出修正系數(shù)，在以后的檢測過程中控制計算機(jī)對每一種氣體的測量值自動給予修正。保證測量獲得的數(shù)據(jù)最接近實(shí)際情況。

3 系統(tǒng)功能模塊

3.1 數(shù)據(jù)采集模塊

采用了比較高檔的多功能數(shù)據(jù)采集卡DAQ－2010，主要用其采集兩路煙氣以及兩路濁度量，其特性為：

* 4通道同步模擬量輸入；

* 14位A/D分辨率，采樣頻率最高可達(dá)2MHz；

* 雙極性/單極性模擬量輸入；

* 8K A/D采樣FIFO；

* 完全自動校準(zhǔn)；

3.2 數(shù)字輸入輸出模塊

采用PCI－7230，主要用其實(shí)時控制電磁閥、電氣斷路器、電機(jī)驅(qū)動器以及啟動器，增加相同的自動化水平、增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時性。其特性為：

* 16個隔離數(shù)字量輸入與16個隔離數(shù)字量輸出通道

* 2500 Vrms隔離電壓

* 500mA峰值電流（隔離輸出通道）

* 隔離輸入通道允許最高24V輸入電壓

3.3 定時/計數(shù)DAS

采用PCI－8554，他是基于ISA的ACL－8454的升級板卡，主要用其實(shí)時測量流量傳感器輸出的脈沖，以便實(shí)時測量取樣管內(nèi)的流量。

* 板上帶有四個82C54定時器/計數(shù)器芯片

* 10個獨(dú)立16位遞減計數(shù)器

* 基于8 MHz系統(tǒng)時鐘的級聯(lián)計數(shù)器

* 每個計數(shù)器都能夠編程選擇四種時鐘源

3.4 DAQBench

DAQBench 2.3是數(shù)據(jù)分析與顯示控件的集合，它可以在任何支持ActiveX控件技術(shù)的開發(fā)工具中被使用，例如：VB， VC++，等等。使用DAQBench，在系統(tǒng)中可以方便地開發(fā)出復(fù)雜的用戶界面來顯示、分析數(shù)據(jù)。由于DAQBench 2.3具有實(shí)時曲線控件、歷史曲線控件、報警控件、報警報表控件等控件，因此可通過DAQBench，可以很方便地察看數(shù)據(jù)變化趨勢，察看記錄報警，察看歷史數(shù)據(jù)等等。同時DAQBench支持OPC，可以方便地開發(fā)出分布式計算機(jī)監(jiān)控應(yīng)用。DAQBench節(jié)省了我們的大量軟件開發(fā)時間，同時其豐富的控件資源，是軟件設(shè)計變得輕松。

4 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的現(xiàn)地監(jiān)測單元選用Windows2000 Professional，數(shù)據(jù)庫選用Microsoft SQL Server Ver7.0，開發(fā)平臺采用Visual C＋＋ V6.0＋SP5，內(nèi)嵌DAQBench開發(fā)工具包。由于DAQBench為Visual C++提供基于MFC的C++類庫，為ANSI C開發(fā)環(huán)境提供ActiveX控件以及功能面板庫，并且提供面向儀器的分析功能，協(xié)助開發(fā)人員將采集來的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏?a target="_blank">信息。我們可以利用其大量信號采集、處理和數(shù)據(jù)分析工具，如曲線擬和、光譜分析、統(tǒng)計、結(jié)果可視化等為自己的測量和自動化應(yīng)用程序建立一個專業(yè)級顯示界面。DAQBench帶有測量特定功能用戶界面組件，能夠幫助開發(fā)人員輕松快捷地建立一個可與獨(dú)立測量儀器相媲美的專業(yè)級界面，如示波器和溫度記錄儀等大大降低了我們的軟件開發(fā)時間和系統(tǒng)集成時間。 開發(fā)的系統(tǒng)軟件有如下功能：

* 動態(tài)數(shù)據(jù)顯示：以數(shù)字、棒圖、曲線的方式顯示實(shí)時采集處理的各項參數(shù)；

* 可進(jìn)行污染物濃度和總量的計算，生成日報、月報、年報等；數(shù)據(jù)存儲：可存儲多年的歷史記錄；

* 數(shù)據(jù)修復(fù)維護(hù)：具有參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)丟失修復(fù)功能。

* 與火電廠的MIS系統(tǒng)實(shí)時交換數(shù)據(jù)。

圖2：煙氣分析、測試結(jié)果

4.1 系統(tǒng)特點(diǎn)與功能

系統(tǒng)采取了模塊化的結(jié)構(gòu)，可分解組合，以適應(yīng)不同的環(huán)境現(xiàn)場測試。除了在污染源濃度和總量連續(xù)監(jiān)測方面應(yīng)用以外，還可以作為脫硫效率監(jiān)測和控制的在線儀器，集自動數(shù)據(jù)采集、通信、統(tǒng)計報表、動態(tài)趨勢圖顯示于一體，軟件人機(jī)界面友好、維護(hù)和安裝方便、測試準(zhǔn)確性高，符合國家監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，與同類產(chǎn)品相比性價比高。系統(tǒng)功能如下

* 在線監(jiān)測煙道氣的煙塵排放濃度，為企業(yè)提供燃料 燃燒情況和除塵器的除塵效果報告。

* 電力、環(huán)保部門可以隨時查看火電廠煙道的排塵濃度和有害氣體的含量等， 產(chǎn)生日報表、月報表、季報表、年報表及趨勢圖等。

* 在管理級計算機(jī)上可實(shí)現(xiàn)圖表顯示、數(shù)據(jù)記錄、事故和排放濃度超標(biāo)報警記錄；

* 采樣周期、超標(biāo)報警值、動感交換信號平均值可方便設(shè)置。

5 應(yīng)用體會

利用DAQBench開發(fā)的基于ADLink公司的DAQ測試板卡在線移動式煙氣測試分析已在華能某大型火電廠投入使用，為火電廠有的放矢的實(shí)施清污計劃提供了一套強(qiáng)有力的測試系統(tǒng)。ADLink公司的DAQ板卡以其性能穩(wěn)定、測試精確為工控界所認(rèn)可，其DAQBench控件為客戶提供了面向儀器的分析功能，使我們開發(fā)效率大為提高，享受了ADLink產(chǎn)品給我們帶來的開發(fā)樂趣。

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