基于DCS实时监控的CEMS系统

文/吕子含

基于DCS实时监控的CEMS系统

文/吕子含

我国现阶段只能依靠人员的定期巡检发现CEMS系统设备中的故障，无法及时发现、处理设备故障或出现的异常，可能造成重大事故或财产损失。基于以上现状，现提出一种基于DCS实时监控的CEMS系统，主要由CEMS系统PLC监控和CEMS系统电脑监控两部分组成，能在不增加设备的情况下，通过24小时运行值守的监控室可以实时监视CEMS系统状况，保证系统、设备故障时第一时间发现并得到有效处理。

DCS集散系统 CEMS烟气分析系统

随着第三次工业革命的推进，西方国家的工业生产发展迅速并取得一系列重大成就，科学技术在推动生产力的发展方面起重越来越重的作用，科学技术转化为直接生产力的速度加快。科学和技术密切结合，相互促进。随之而来的是愈来愈严重的环境污染，为抑制环境的持续恶化，欧洲国家颁布了一系列立法防治大气和水污染。随着科技的不断进步和计算机系统的工业化应用发展，CEMS系统逐步得到广泛应用。自上世纪90年代始，CEMS系统被引入国内并逐步发展改进形成了适用于中国火电厂的CEMS系统，现已形成了认识统一法规完善的阶段，虽然该项技术已经慢慢走向正轨，但应用仍存在许多问题。

CEMS(烟气连续监测系统)在电厂中作为一个的独立的监控系统，国家环保部门要求CEMS控制室只能单独设立，且不允许设立值班监控人员。CEMS系统设备出现故障时只能通过定期巡检才能发现，无法做到设备故障异常时及时发现、处理。

本系统涉及电厂技术领域，具体是一种基于DCS实时监控的CEMS系统，具有可靠性高、灵敏度高、重复性好、精确度高等特点，具有广泛的应用前景。

1 关于DCS实时监控的CEMS系统的研究现状

随着科技的发展和人民环保意识的提高，现阶段我国的CEMS系统研究也得到了长足发展和进步。在张志强，潘建文，韩文栋的CEMS在火电厂的应用及存在问题分析中提到，烟气排放连续监测系统(CEMS)在我国现阶段的火力发电机组起到重要作用，特别是脱硫工程中得到大量应用，能够依靠监测得到的原烟气、净烟气CEMS实时测量数据，得出实时脱硫效率，以使运行和管理人员得到实时反馈，方便及时进行运行下一步调整和部署。在范典的烟气连续在线监测系统CEMS的设计与研究中提出了一种能够既快又好且能精确测量烟气成份的远程监控系统，可以自动采集红外光谱图且进行烟气组份的定量计算，得出的测量结果通过信号转换由网络送至环保局和电厂控制室，具有测量范围宽广和工作效率高等特点。在裴冰，万方的CEMS比对监测相关问题中提到一种新的概念“比对监测”，比对监测是一种与传统监测类似但又略有不同的伴随着CEMS建设的新型监测业务类型。对各环节注意事项进行分析是保证比对监测质量的必要条件，也是督促运营商提升 CEMS运营水平的有力措施。随着CEMS系统技术的发展及各项措施的完善，CEMS因子比对监测合格率得到显著提高。在科技革命飞速发展的今天，CEMS系统在发电厂中的应用越来越多样化并在现代工业发展与环保并重的大环境下起着举足轻重的作用。但在实际应用中CEMS系统仍存在着许多不容忽视的问题，如控制不够灵活，仍需大量人力投入，实时反馈信号不能及时到达控制室影响下一步决策，监测准确度不够高，可靠性不够大等。为解决上述问题，现提出一种基于DCS实时监控的CEMS系统。

2 DCS实时监控的CEMS系统的组成

（1）DCS集散控制系统（Distributed Control System），也称分散控制系统，是一种以集中式控制系统为基础进行发展、演变形成的由过程监控级和过程控制级组成的以通信网络为连接枢纽的新型多级计算机系统，具有集中操作、分级管理、分散控制、配置灵活以及组态方便等特点。该系统是集合了计算机，显示、通讯和控制等4C技术的综合性控制系统，能够实现对现场设备的实时监控，使用时首先采集输入信号并对信号进行运算和调制，完成参数采集，得到一传递信号，经过中间处理器的操作处理，转化为输出信号去驱动相应设施进行下一步操作。与传统系统相比较DCS具有控制功能齐全、易于维护、灵活、开放、协调 、可靠、时效性强和扩充性能好等特点，着重于闭环控制及数据处理。

（2）CEMS是烟气自动 监控系统（Continuous Emission Monitoring System）的简称，亦称烟气排放连续监测系统，常用的有抽取式现场监测系统、遥测系统、监测系统三种系统。能够连续监测如包括垃圾焚烧电厂，火力发电厂，造纸厂等各种行业的工业废气排放源，使用范围广，在实际中得到大量应用。该系统能够在线测量 CO 浓度、颗粒物浓度、SO2浓度、含氧量、温度、湿度、压力等多项气体参数，具体可通过红外冷凝法、紫外法等实现。首先由污染物由颗粒物测量仪表单元测得颗粒污染物含量，经过烟气预处理系统监测得到气体污染物数据，将实时监控得到的信息经过烟气参数测量单元整理传输到数据采集与处理与传输单元进行信号整合与分析输送到控制室以便进行下一步操作。CEMS主要技术有直接测量、抽取式测量和遥感测量三种组成。

（3）关联系统建成后，将实现高控制精度的自动化无人值班烟气监测系统，控制水平将达到在无需进行现场调试的情况下在综合控制室或单元机组集中控制室内就能完成对及其附属系统的正常启动和停止操作，进行工作模式下的实时监视和数据传输处理、以及紧急事故处理和保护切除。控制系统采用分散控制系统。

3 DCS实时监控的CEMS系统工作原理

本系统主要思想在于提供一种监控思路，实现24小时运行无人值守的监控系统，是一种能够自动对设备进行实时连续监视和数据传输及危险预警的实时监视CEMS系统的方法。

DCS实时监视CEMS系统主要利用CEMS系统PLC监控和CEMS系统电脑监控两个监控模块进行实时监测和数据传输。

CEMS系统PLC监控步骤为：首先监测工厂中气体污染物（如SO2）入口实时浓度值，得到数据信号经过实时处理，产生信号脉冲使DCS系统采样延时输出，然后根据DCS采样延时输出的延时值减去SO2浓度实时值得到数字信号，进入比较器，判断其是否大于正负1，如是，则进行延时操作，系统输出PLC故障，得到高电平信号，使衔铁开关闭合，警示

<<灯常亮，蜂鸣器工作。

CEMS系统电脑监控步骤为：首先监测工厂排气管道污染物（如SO2）浓度实时值，得到的数据经过数字处理器转换成触发信号传送至DCS系统，DCS接受信号后采样延时输出，得到一个延时信号，然后用DCS采样延时输出得到的延时值减去污染物实时浓度值，得到结果进入比较器进行比较，判断其值是否大于正负1，如大于，则输出高电平，延时开启，最终输出信号对输出电脑、软件故障进一步处理。

DCS系统通过对CEMS系统的模拟量数字量进行据实时监视和比较，在系统对应的一个完整的运行周期结束后，若得到的结果不符合预设条件，则判断该系统相对应的某个设备发生故障或运行错误，使DCS报警设备及时报警，控制室监视人员及时通知维护人员故障处理和设备维护。

4 研究结论

随着工业化进程的不断加快和经济建设的全面增长，使得用电需求急剧升高，但由于当下的生产结构决定了我国目前的发电系统还是以传统的火力发电厂为主，由此，火力发电造成的环境污染成为人类亟待解决的问题。CEMS系统的使用的城市化普及和常态化可以在一定程度上可以缓解环境压力，有利于环境友好型国家建设。通过自动监测火电厂在发电过程中排放的污染物的浓度和总量并通过反馈系统得到的一系列信号可进行无人操作，系统预警，故障分析和数据采集等，大大减少了人力资源的浪费，促进了环保事业的发展，经过一系列数据分析后采取相应措施来降低污染物浓度，使其达到排放标准，从而保护城市环境和空气状况。远程监测在节省了人力物力的同时也保证监控质量，提高了监测结果的准确性。

[1]张志强,潘建文,韩文栋.CEMS在火电厂的应用及存在问题分析[J].电力环境保护,2008(06)：59.

[2]范典.烟气连续在线监测系统CEMS的设计与研究[J].长春理工大学学报,2014(04).

[3]裴冰,万方.CEMS比对监测相关问题探讨[J].环境监测管理与技术,2010(04).

[4]张思锐.CEMS系统在火电厂应用和工程设计探讨[J].自动化与仪器仪表,2013(02).

[5]韩宏峰，张京松，刘宝辉.烟气排放连续监测系统(CEMS)的技术现状及发展分析[C].第六次全国环境监测学术交流会,2001.

吕子含（1996-），安徽省蚌埠市人。安徽理工大学电气与信息工程学院在读，电气工程及其自动化专业。

作者单位 安徽理工大学电气与信息工程学院 安徽省淮南市 232001