基于物联网背景下的环保数据报警功能优化研究与应用

李 辉，张震坤，阳 斌

（华能安源发电有限责任公司，江西 萍乡 337200）

在“超低排放”背景下，国家对各火电企业烟囱总排口污染物排放要求越加严格，这就要求各企业不仅要保证脱硫、脱硝、除尘等环保设施的稳定运行，确保环保数据不超排，也要保证烟囱总排口CEMS仪表正常工作，确保其准确测量。

在各火电企业中，当机组烟囱总排口的环保数据出现超排时，如何使运行人员第一时间发现数据超排并及时调整工况；或者当CEMS仪表发生故障和CEMS仪表电源丢失的时候，如何第一时间告知运维人员并及时开展抢修工作，显得尤为重要。

1 传统报警功能现状分析

针对“烟囱总排口环保数据超排”“烟囱总排口CEMS仪表故障”和“烟囱总排口CEMS仪表电源丢失”等一系列重要的环保报警信息，华能安源电厂原先通过DCS“光字牌报警”的方式，提醒运行人员。

图1 繁杂的脱硫系统“光字牌报警”画面Fig.1 Miscellaneous picture of "light brand alarm"of desulfurization system

但是，DCS“光字牌报警”报警画面繁多、数据量庞大（如图1所示），运行人员有时会因为注意力分散，出现“顾此失彼”的情况，从而导致环保数据长时间超排，或CEMS仪表长时间故障，或CEMS仪表电源长时间丢失而未被及时发现的安全隐患和被动局面，严重时甚至会使企业受到环保电价考核，给企业造成一定经济损失。

2 报警功能优化策略研究

本文在物联网大背景下，研究开发了一种新型的环保数据报警功能[1]（下文称作物联网无线远程测控单元）。

当环保数据出现超排或CEMS仪表发生故障，或CEMS仪表电源丢失时，该物联网无线远程测控单元会给指定专人发微信、发短信、打电话，第一时间提醒其异常情况的发生，并即时采取相应措施。当恢复正常后，该物联网无线远程测控单元会给指定专人发微信、发短信、打电话，第一时间告知其异常情况已经恢复正常。

该物联网无线远程测控单元由无线智能测控终端、供电电源、SIM电话卡、吸盘天线、DI信号接线端子组成，如图2所示。

图2 物联网无线远程测控单元示意图Fig.2 Map of the Internet of things wireless remote measurement and control unit

3 报警功能优化方案研究

3.1 新增DCS逻辑

利用DCS组态软件，分别对机组烟囱总排口环保数据超排、CEMS仪表故障信号、CEMS仪表电源丢失信号进行逻辑组态。

当#1机组烟囱总排口SO2浓度大于35mg/m3或总排口NOx浓度大于50mg/m3，或总排口粉尘浓度大于5mg/m3时，延时20s，输出总排口环保数据超排[2]，对应#1机组26-1DCS控制柜BRANCH4的第1块DO卡件的9通道；当#1机组烟囱总排口CEMS仪表故障时，对应#1机组26-1DCS控制柜BRANCH4的第1块DO卡件的10通道；当#1机组烟囱总排口CEMS仪表电源丢失时，对应#1机组26-1DCS控制柜BRANCH4的第1块DO卡件的11通道。具体的逻辑组态，如图3所示。

图3 DCS逻辑组态画面示意图Fig.3 DCS logical configuration diagram

3.2 工控网络安全技术保障[3]

为了保证网络安全性，除了DCS采用物理隔离的独立网络，未经授权的设备禁止接入DCS管理主机（从源头阻止病毒感染主机）外，对于物联网无线远程测控单元，采用实时监控综合审计方案，及时审计、记录生产网内部及外部对物联网无线远程测控单元的操作行为，以及来自外部的网络攻击威胁，并提供监测与预警，确保事后的可追溯性。而对于物联网无线远程测控单元用户，采用黑名单、IP-MAC地址相结合的防护机制，实时对网络行为、流量进行监控，有效防止非法访问。

图4 物联网无线远程测控单元现场安装示意图Fig.4 Site installation diagram of the Internet of things wireless remote measurement and control unit

3.3 物联网无线远程测控单元参数设置

将无线智能测控终端送电，管理员通过个人手机微信平台，成功关注“物联应用联盟”微信公众号后，点击右下角“用户注册”，注册管理员账号。登录管理员账户，进入调试后台：

1）对无线智能测控终端的各个DI接线端子进行定义：

◇ 当#1机组烟囱总排口SO2浓度大于35mg/m3或总排口NOx浓度大于50mg/m3或总排口粉尘浓度大于5.0mg/m3时，总称为总排口环保数据超排，对应无线智能测控终端的#1接线端子。

◇ 当#1机组烟囱总排口CEMS仪表故障时，对应无线智能测控终端的#2接线端子。

◇ 当#1机组烟囱总排口CEMS仪表电源丢失时，对应无线智能测控终端的#3接线端子。

2）添加微信收信人用户（一般选择环保专工、运行专工、检修专工、CEMS仪表运维人员，人数没有上限）信息。

3）添加短信收信人用户（一般选择环保专工、运行专工、检修专工、CEMS仪表运维人员，人数没有上限）信息。

4）添加电话联系人用户（一般选择环保专工、运行专工、检修专工、CEMS仪表运维人员，人数没有上限）信息。

3.4 现场安装接线

选择移动网络信号较好的现场，在现场引入220VAC电源，将无线智能测控终端、吸盘天线固定牢固，如图4所示。对DCS控制柜中DO卡件相应的通道进行接线，如图5所示。

图5 DO卡件接线示意图Fig.5 DO card wiring diagram

图6 微信用户收信记录示意图 Fig.6 WeChat user credit record diagram

将DO卡件输出的开关量信号线，接入至无线智能测控终端对应的DI端子。

完成上述工作后，将无线智能测控终端的“开关拨扭”，由“关”位拨至“开”位，此时，物联网无线远程测控单元进入正常工作状态。

图7 短信用户收信记录示意图 Fig.7 SMS user receipt record diagram

3.5 调试试验

在DCS中强制相关信号，微信用户收信记录如图6所示。

在DCS中强制相关信号，短信用户收信记录如图7所示。

在DCS中强制相关信号，电话用户接到通知记录如图8所示。

4 结语

华能安源电厂对传统的环保数据报警功能优化后，较大地减轻了运行人员和检修人员的环保压力。与此同时，该项基于“物联网”背景下的研究成果，具有设计巧妙、创新性强[4]、安装方便、调试简单、零维护量等一系列特点，不仅可以用于火电企业气态污染物排放指标的监测报警，也可以推广至火电企业的污水处理、氨泄漏、氢泄漏等其他重要参数的监测报警。

综上所述，通过本次优化研究，既为公司的环保安全工作起到了“保护伞”的作用，也进一步助推了“智能电厂”的发展建设。

图8 电话用户接通知记录示意图Fig.8 A diagram of the phone user's notification record