基于ADLink DAQ的煙氣污染物連續(xù)監(jiān)測儀的研制
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關(guān)鍵詞: 煙氣監(jiān)測 DAQBench DAQ
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(gè)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(duì)性,，排污效果極不顯著，為了有的放矢的進(jìn)行比較有針對(duì)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(yàn)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(dòng)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(jià)值。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與解決方案
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| 圖1：系統(tǒng)架構(gòu)圖 |
實(shí)際上,，煙氣檢測主要是對(duì)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(jì)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(shí)，控制計(jì)算機(jī)發(fā)出指令打開從采樣槍到分析儀的電磁閥,，啟動(dòng)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(shí)煙氣溫度過高則啟動(dòng)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(hào)作為有效信號(hào),，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)傳輸給控制計(jì)算機(jī)，控制計(jì)算機(jī)通過對(duì)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(shí)測出不同氣體的對(duì)應(yīng)的濃度,。
系統(tǒng)的實(shí)際工作過程為：PCI－7230啟動(dòng)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(jì)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(duì)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(jí)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(duì)其煙氣中的SO2、CO,、NO,、NO2進(jìn)行采樣、分析,，同時(shí)工業(yè)控制計(jì)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(chǔ),，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(duì)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(duì)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(jì)算機(jī)將標(biāo)準(zhǔn)樣氣的測量值與實(shí)際值做一比較計(jì)算出修正系數(shù),，在以后的檢測過程中控制計(jì)算機(jī)對(duì)每一種氣體的測量值自動(dòng)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(dòng)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(shí)控制電磁閥,、電氣斷路器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以及啟動(dòng)器,，增加相同的自動(dòng)化水平,、增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性。其特性為：
* 16個(gè)隔離數(shù)字量輸入與16個(gè)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(shí)/計(jì)數(shù)DAS
采用PCI－8554,，他是基于ISA的ACL－8454的升級(jí)板卡,，主要用其實(shí)時(shí)測量流量傳感器輸出的脈沖，以便實(shí)時(shí)測量取樣管內(nèi)的流量,。
* 板上帶有四個(gè)82C54定時(shí)器/計(jì)數(shù)器芯片
* 10個(gè)獨(dú)立16位遞減計(jì)數(shù)器
* 基于8 MHz系統(tǒng)時(shí)鐘的級(jí)聯(lián)計(jì)數(shù)器
* 每個(gè)計(jì)數(shù)器都能夠編程選擇四種時(shí)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(shí)曲線控件,、歷史曲線控件,、報(bào)警控件、報(bào)警報(bào)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(bào)警,，察看歷史數(shù)據(jù)等等。同時(shí)DAQBench支持OPC,，可以方便地開發(fā)出分布式計(jì)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(shí)間,，同時(shí)其豐富的控件資源，是軟件設(shè)計(jì)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(tái)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)橛杏眯畔ⅰＮ覀兛梢岳闷浯罅啃盘?hào)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(jì),、結(jié)果可視化等為自己的測量和自動(dòng)化應(yīng)用程序建立一個(gè)專業(yè)級(jí)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(gè)可與獨(dú)立測量儀器相媲美的專業(yè)級(jí)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(shí)間和系統(tǒng)集成時(shí)間。 開發(fā)的系統(tǒng)軟件有如下功能：
* 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)顯示：以數(shù)字,、棒圖,、曲線的方式顯示實(shí)時(shí)采集處理的各項(xiàng)參數(shù)；
* 可進(jìn)行污染物濃度和總量的計(jì)算,，生成日?qǐng)?bào),、月報(bào)、年報(bào)等,；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：可存儲(chǔ)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(shí)交換數(shù)據(jù),。
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| 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(dòng)數(shù)據(jù)采集,、通信、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、動(dòng)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(jià)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(bào)告,。
* 電力、環(huán)保部門可以隨時(shí)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?qǐng)?bào)表,、月報(bào)表、季報(bào)表,、年報(bào)表及趨勢圖等,。
* 在管理級(jí)計(jì)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(bào)警記錄,；
* 采樣周期、超標(biāo)報(bào)警值,、動(dòng)感交換信號(hào)平均值可方便設(shè)置,。
5 應(yīng)用體會(huì)
利用DAQBench開發(fā)的基于ADLink公司的DAQ測試板卡在線移動(dòng)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(jì)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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