PDF《基于 S7-200PLC 和组态软件的 CEMS 系统》

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1 - 基于 S7-200PLC 和组态软件的 CEMS 系统 王志彪 北京华能自动化仪表研究所,北京(100089) E-mail:[email protected] 摘要:火电厂烟气连续排放自动监测系统(CEMS)用于在线自动监测燃煤电厂烟气排放的 颗粒污染物、气态污染物和排放总量.为火电厂的环保管理和除尘、脱硫设备的安全运行提 供科学依据,同时也为国家环保管理部门提供判断污染源排放是否达标的依据.本文应用 S7-200系列PLC和组态软件开发设计的CEMS系统,代替了传统的"工控机+板卡"的模式.着 重介绍了这套控制系统的软、硬件配置,以及典型的模拟量采集和顺序控制(SCS)的设计. 实际的生产运行证明, 该系统设计合理, 运行稳定可靠, 满足CEMS系统的技术指标和要求. 关键词:PLC;

组态软件;

CEMS 1. 引言 随着国民经济的快速增长促使电力事业的迅猛发展, 由燃煤所带来的大气污染问题日益 严重.2007 年由中国环境监测总站、上海市环境监测中心、国家环保总局信息中心联合制 定起草,经国家环境保护总局批准的《HJ T 76-2007 固定污染源烟气排放连续监测技术要求 及检测方法》对CEMS 的主要技术指标、检测项目、检测方法和检测时的质量保证[1] 做出明 确规定. 烟气排放连续监测系统(continuous emissions monitoring system,CEMS)是一种以在线自 动监测仪器为核心,辅以相关硬件、软件实现现场污染源监控的系统.主要监测烟气中气态 污染物浓度(SO

2、NOx)、辅助参数(烟气温度、流速、氧量、湿度、压力)和颗粒物浓 度(或浊度)等.气态污染物浓度监测方法主要有完全抽取法、稀释法、电化学法

3 种,颗 粒物浓度监测方法有激光透射法、 激光反散射法及电荷感应法. 在本系统中气态污染物浓度 监测采用完全抽取红外线测量,颗粒物监测采用激光后散射法. 2. 系统组成及功能 系统组成 锅炉烟气经系统脱硫和除尘后,通过烟道排除.因此一个标准的 CEMS 系统由如下部 分构成:采样探头、烟气预处理装置、气体污染物监测子系统、颗粒污染物监测子系统、烟 气排放参数监测子系统、 系统控制和数据采集处理 (DAS)子系统及电源和通讯等辅助系统组 成[2] .系统工作原理图如下: http://www.paper.edu.cn -

2 - 图1CEMS 系统图 3. PLC 控制简介 本系统控制采用 S7-200 系列 PLC[3] ,主要具有以下功能:气体污染物监测数据的采集、 颗粒污染物监测数据的采集、 气体排放参数的数据采集、 系统探头的反吹、 分析仪器的校验、 系统工作过程中报警和实时数据的上传到 DAS 等. 3.1 硬件配置和参数设定 CEMS 系统主要监测参数有

8 个:SO

2、NOX、颗粒物、温度、压力、流量、干O2 和湿 O2,其中干 O2 和湿 O2 是用于气体湿度的计算而测量. 系统中 SO2 和NOX 的测量采用日本横河的红外线分析仪 IR400 型,颗粒物采用激光后 散射型测尘仪,温压流一体化装置(温度采用 PT100 热电阻测量,压力采用压力测量仪, 流速采用均速管测量),对于干、湿O2 量的测量采用日本横河的氧化锆. 图2CEMS 硬件连接图 由于实时测量所得数据信号均为 4~20mA*8,数字量采集点数为

11 点,输出点数为

7 点,这里选择了"PLC+PC 机",代替了"工控机+板卡"得模式;

前者具有高速、高I/O 容量、 功能强大,编程软件多样化,系统灵活简单,维护方便快捷且稳定等优点.选用 S7-200 系 列的 CPU224CN DC/DC/DC,此PLC 集成

14 输入/10 输出 I/O 点,可连接

7 个扩展模块, 16K 字节程序和数据存储空间.6 个独立得 30KHZ 高速计数器,完全可以满足系统要求. 扩展模块采用 EM231CN,此模块为

4 路模拟量电流信号 (0~20mA)输入,12 位A/D 转换 且攻耗低,摸数转换时间