CN1936995A - 工业烟气在线监测系统的控制及数据传输系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种工业烟气在线监测系统的控制及数据传输系统及方法，包括烟尘监测子系统，实时监测烟尘浓度；烟气排放参数监测子系统，实时检测烟气含氧量、流速、压力、温度等参数，气态污染物监测子系统，对烟气实时采样和控制，进行预处理，系统控制及数据采集处理子系统，采集上述子系统的输出信号、并进行处理、存储、显示、记录和统计，实现数据实时、远距离传输；烟气预处理程控，与环保监测中心站计算机通信。本发明应用现代传感器和检测技术、计算机和网络技术、信号处理和无线数据传输技术，使系统的自动化程度高、维护工作量小，稳定性好，数据处理快速方便。具有远程监控、远程资料传送等功能。运行费用低，技术含量高。节省人力和物力。

Description

工业烟气在线监测系统的控制及数据传输系统及方法

技术领域

本发明属于一种控制工业烟尘的数据处理系统，尤其是一种在线监测工业烟气的控制及数据传输系统。

背景技术

目前，人们对环境的质量越来越重视，环保部门期望通过严格管理和考核来实现对各工业企业烟尘的排放控制，但是，对工业烟尘的排放监测目前还大多处于人工定期监测的状态。即使一些企业安装了烟气在线监测系统(CEMS)，但大多自动化程度低，维护成本高，基本仅停留在企业内部的在线监测，不能实现将现场检测信息实时传输到环境监测部门。使环保部门难以掌握现场第一手真实情况，给管理决策带来一定的困难。

用远程通讯解决信号的实时远传有多种方案可选。若采用大功率天线可增加通讯距离，但利小于弊——一是工业企业现场环境恶劣，大量房屋和炉窑等设施会阻塞或影响调频信号的传输；二是电气、电力设施多会产生复杂多样的电磁干扰，加上许多基站产生射频干扰。若采用INTERNET方式，由于中间设备环节多，将影响系统的整体可靠性；敷设电缆问题同样无法避免。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种投资少，简单方便，自动化程度高，维护工作量小，稳定性好，数据处理快速方便的工业烟气在线监测系统的控制及数据传输系统及方法。

按照本发明提供的技术方案，工业烟气在线监测系统的控制及数据传输系统包括：

烟尘监测子系统，用于实时监测烟尘浓度；

烟气排放参数监测子系统，用于实时检测烟气含氧量、流速、压力、温度等参数，以及SO₂、Nox和烟尘浓度等被测参数的测量补偿和标态换算；

气态污染物监测子系统，用于对烟气实时采样和控制，并进行预处理，实现烟气中SO₂浓度、NOx浓度、CO浓度的检测；

系统控制及数据采集处理子系统，用于采集上述各子系统的各检测仪表输出的信号、并将所采集的数据进行数据处理、存储、显示、记录和统计，实现烟气预处理程控：自动除尘、恒温、恒气流控制和自动电子制冷脱水，具有超限报警、自动反吹等功能；实现与环保监测中心站计算机的实时、远距离数据传输。

其中烟尘监测子系统包括探头、冷却或清洗用空气泵和烟尘分析仪，烟尘分析仪输出模拟信号给所述系统控制及数据采集处理子系统，用于测量和控制的需要。

其中烟气排放参数监测子系统包括烟气流速传感器、用于接收烟气流速传感器输出信号的流速测试仪、烟气温度传感器、用于接收烟气温度传感器输出信号的温度变送器、烟气压力传感器、用于接收烟气压力传感器输出信号的压力变送器、氧传感器和用于接收氧传感器输出信号的氧分析仪。

其中气态污染物监测子系统包括烟气气态污染物采样器、烟气预处理器、气态污染物分析仪和气体控制器。

其中还包括环保监测中心站计算机，与系统控制及数据采集处理子系统连接，实现实时、远距离的数据传输。

一种工业烟气在线监测系统的控制及数据传输方法，包括步骤如下：

烟尘监测的步骤，用于实时监测烟尘浓度；

烟气排放参数监测的步骤，用于实时检测烟气含氧量、流速、压力、温度等参数，以及SO₂、NOx和烟尘浓度等被测参数的测量补偿和标态换算；

气态污染物监测子的步骤，用于对烟气实时采样和控制，并进行预处理，实现烟气中SO₂浓度、NOx浓度、CO浓度的检测；

系统控制及数据采集处理的步骤，用于采集上述各子系统的各检测仪表输出的信号、并将所采集的涉及进行数据处理、存储、显示、记录和统计，对烟气预处理，实现数据实时、远距离数据传输。

其中烟尘监测的步骤包括：

探头探测的步骤，探头探测烟尘数据；

烟尘分析的步骤，将所述探头探测的数据进行分析，并输出模拟信号给所述系统控制及数据采集处理子系统，用于测量和控制；

冷却、清洗步骤，用空气泵将所述探头冷却同时清洗探头。

其中烟气排放参数监测的步骤包括：

烟气流速探测步骤，使用烟气流速传感器探测烟气的流速；

流速检测的步骤，用于接收烟气流速传感器的输出信号，使用流速测试仪检测烟气流速；

烟气温度探测步骤，使用烟气温度传感器探测烟气的温度；

温度变送步骤，用于接收烟气温度传感器的输出信号，使用温度变送器变送烟气温度；

烟气压力探测步骤，使用烟气压力传感器探测烟气压力；

压力变送步骤，用于接收烟气压力传感器的输出信号，使用压力变送器变送烟气压力；

氧检测的步骤，使用氧传感器探测烟气的含氧量；

含氧量分析步骤，用于接收氧传感器的输出信号，使用氧分析仪对含氧量进行分析。

其中气态污染物监测步骤包括：

烟气气态污染物采集的步骤，使用烟气气态污染物采样器采集烟气气态污染物试样；

烟气预处理的步骤，使用烟气预处理器对烟气进行过滤、除尘、恒温、恒流等预处理；

气态污染物分析步骤，使用气态污染物分析仪对烟气进行气态污染物的分析；

气体控制的步骤，使用气体控制器对控制系统进行自动定标。

其中还包括数据传输步骤，用于将所述系统控制及数据采集的数据向环保监测中心站计算机传输，实现实时、远距离的数据传输。

本系统设计考虑了开放性、低成本、高可靠性和良好的扩充性，能完成检测仪表输出信号的采集、数据处理、存储、显示、记录和统计等功能。系统以计算机为控制中枢，完成系统取样管道、取样探头过滤器的自动吹扫，完成系统自动标定、校对，及对系统的低流量、分析值超限、故障等各种系统内部报警，实现温度控制，标气控制，反吹控制等任务，并通过无线通信方式与环保监测中心连接，进行数据传送。本发明将现代传感器和检测技术、计算机和网络技术、信号处理和无线数据传输技术等综合应用到本系统中，使系统的自动化程度高、维护工作量小，稳定性好，数据处理快速方便。通过GPRS可以联网，具有远程监控、远程资料传送等功能。采用了GPRS无线网络通信方式，运行费用低，技术含量高。该系统可以节省一定的人力和物力，对企业的生产和环保监测中心的监管均有很大的帮助。

本发明的优点：

1、将现代传感器和检测技术、计算机和网络技术、信号处理和无线数据传输技术等综合应用到本系统中，使系统的自动化程度高、维护工作量小，稳定性好，数据处理快速方便。

2、通过GPRS可以联网，具有远程监控、远程资料传送等功能。

3、采用了GPRS无线网络通信方式，运行费用低，技术含量高。

4、该系统可以节省一定的人力和物力，对企业的生产和环保监测中心的监管均有很大的帮助。

附图说明

图1是本发明工业烟气在线监测系统的控制及数据传输系统的原理方框图。

具体实施方式

本系统是由烟尘监测子系统、气态污染物监测子系统、烟气排放参数监测子系统、系统控制及数据采集处理子系统、环保监测中心远程监控系统等组成，如图1。

本系统设计考虑了开放性、低成本、高可靠性和良好的扩充性，能完成检测仪表输出信号的采集、数据处理、存储、显示、记录和统计等功能。系统以计算机为控制中枢，完成系统取样管道、取样探头过滤器的自动吹扫，完成气态污染物监测系统自动标定、校对，及对系统的低流量、分析值超限、故障等各种系统内部报警，实现温度控制，标气控制，反吹控制等任务，并通过无线通信方式与环保监测中心连接，进行数据传送。其中包括：

1.烟尘监测子系统：通过烟尘监测子系统实现烟尘浓度的实时监测。该系统由探头、冷却(清洗)用空气泵和烟尘分析仪组成。烟尘分析仪输出4-20mA模拟信号，直接用于测量和控制的需要。如果传感器基板的温度达到70℃时，通过控制电磁阀，使得传感器单元的电源自动被切断，以保护传感器部分，同时将冷却空气打开进行强制冷却，并进行反吹可达到清洗集光镜头的效果。

2、烟气排放参数监测子系统，通过烟气排放参数监测子系统实时检测烟气含氧量、流速、压力、温度等参数，用于SO₂、NOx以及烟尘浓度等被测参数的测量补偿和标态换算。该系统包括烟气流速传感器、用于接收烟气流速传感器输出信号的流速测试仪、烟气温度传感器、用于接收烟气温度传感器输出信号的温度变送器、烟气压力传感器、用于接收烟气压力传感器输出信号的压力变送器、氧传感器和用于接收氧传感器输出信号的氧分析仪。所有的参数通过各自仪器检测后均以4-20mA模拟信号输出，通过亚当模块(即模/数转换模块、数/模转换模块)输入计算机，用于被测参数的测量补偿和标态换算。

3、气态污染物监测子系统，通过气态污染物监测子系统对烟气实时采样和控制，并进行预处理，实现烟气中SO₂浓度、NOx浓度、CO浓度的检测。该系统由烟气气态污染物采样器、烟气预处理器、气态污染物分析仪和气体控制器组成。气体控制器控制系统的自动标定，烟气通过采样器，经过烟气预处理器后，变成洁净、恒流、恒温的样气，送入气态污染物分析仪，分析仪输出4-20mA模拟信号，直接用于测量显示和通过亚当模块输入计算机。

4、系统控制及数据采集处理子系统：

主要完成以下功能：

·完成检测仪表输出信号(粉尘浓度、SO₂浓度、NOx浓度、CO浓度、烟气流量、烟气温度、烟气压力、含氧量)的采集、数据处理、存储、显示、记录和统计等功能；

·实现烟气预处理程控：自动除尘、恒温、恒气流控制和自动电子制冷脱水，具有超限报警、自动反吹等功能；

·实现与环保监测中心站计算机的实时、远距离数据传输。

该系统是整个系统的核心部分，由工业控制计算机、人机接口(显示器、键盘、打印机)、亚当模块、无线传输模块等部分组成。计算机通过串行口COM1控制亚当模块，实现现场采样数据的接收和数据管理。在数据整理与备份中，通过ODBC连接，将被检测的参数记录到ACCESS数据库中。为满足环保监测中心的要求，在该数据库中建立了两张表，一张用于存放历史数据，以便进行日、月、年报表的查询统计，另一张用于存放当前实时数据(仅一条记录，并且每分钟要刷新一次)，以便查询当前运行状况。计算机对数据整理后按照通信协议进行打包，并通过串行口COM2控制无线传输模块，能实现与环保监测中心计算机的实时、远距离数据传输。同时接收人机接口的键盘操作命令，控制现场终端并实现对现场电气设备的实时控制(例如样气采样中的温度控制，标气控制，定时反吹控制，故障报警等)。

5、环保监测中心远程监控系统：

主要完成以下功能：

·实现与工业现场计算机的实时、远距离数据传输；

·完成对数据的统计、处理，能自动生成各种报表，具有存储、显示、记录与打印、统计等功能。

该系统由工业控制计算机、人机接口(显示器、键盘、打印机)、无线传输模块等部分组成。环保监测中心通过GPRS(General Packet Radio Service)网络功能随时检测企业当前生产状况及烟气排放情况。

整个系统的运行过程：

首先在现场通过烟气采集的预处理装置、烟气分析仪和多个传感器，在线检测烟气的各项参数，将检测的参数以4-20mA模拟信号送到模/数转换模块，用于系统测量和控制的需要。并通过检测到的温度、压力等参数，对各项监测参数实现补偿修正并折算成标态。

计算机的RS232口通过RS232-RS485转换后与模/数转换模块连接，从而实现数据采集，同时通过数/模转换模块控制实现烟气预处理过程的程序控制：自动除尘、恒温、恒气流控制和自动电子制冷脱水和自动标定等。对采样探头进行的脉冲式反吹，反吹时间、反吹次数和反吹频率可通过计算机设定，自动实现，有效地保证了整个系统的正常工作。

通过计算机实现检测参数的显示、数据管理、报表打印、报警指示等功能，同时通过无线传输模块将有关数据传送至环保监测中心。

环保监测中心通过GPRS网络功能随时监测企业当前烟气排放情况和历史排放情况，并完成对数据的统计和处理。

Claims (10)

1、一种工业烟气在线监测系统的控制及数据传输系统，其特征是该系统包括：

烟尘监测子系统，用于实时监测烟尘浓度；

烟气排放参数监测子系统，用于实时检测烟气含氧量、流速、压力、温度等参数，以及SO₂、Nox和烟尘浓度等被测参数的测量补偿和标态换算；

气态污染物监测子系统，用于对烟气实时采样和控制，并进行预处理，实现烟气中SO₂浓度、NOx浓度、CO浓度的检测；

系统控制及数据采集处理子系统，用于采集上述各子系统的各检测仪表输出的信号、并将所采集的数据进行数据处理、存储、显示、记录和统计，实现烟气预处理程控：自动除尘、恒温、恒气流控制和自动电子制冷脱水，具有超限报警、自动反吹等功能；实现与环保监测中心站计算机的实时、远距离数据传输。

2、如权利要求1所述的工业烟气在线监测系统的控制及数据传输系统，其中烟尘监测子系统包括探头、冷却或清洗用空气泵和烟尘分析仪，烟尘分析仪输出模拟信号给所述系统控制及数据采集处理子系统，用于测量和控制的需要。

3、如权利要求1所述的工业烟气在线监测系统的控制及数据传输系统，其特征是：烟气排放参数监测子系统包括烟气流速传感器、用于接收烟气流速传感器输出信号的流速测试仪、烟气温度传感器、用于接收烟气温度传感器输出信号的温度变送器、烟气压力传感器、用于接收烟气压力传感器输出信号的压力变送器、氧传感器和用于接收氧传感器输出信号的氧分析仪。

4、如权利要求1所述的工业烟气在线监测系统的控制及数据传输系统，其中气态污染物监测子系统包括烟气气态污染物采样器、烟气预处理器、气态污染物分析仪和气体控制器。

5、如权利要求1所述的工业烟气在线监测系统的控制及数据传输系统，其特征是：还包括环保监测中心站计算机，与系统控制及数据采集处理子系统连接，实现实时、远距离的数据传输。

6、一种工业烟气在线监测系统的控制及数据传输方法，其特征是该方法包括步骤如下：

烟尘监测的步骤，用于实时监测烟尘浓度；

烟气排放参数监测的步骤，用于实时检测烟气含氧量、流速、压力、温度等参数，以及SO₂、NOx和烟尘浓度等被测参数的测量补偿和标态换算；

气态污染物监测子的步骤，用于对烟气实时采样和控制，并进行预处理，实现烟气中SO₂浓度、NOx浓度、CO浓度的检测；

系统控制及数据采集处理的步骤，用于采集上述各子系统的各检测仪表输出的信号、并将所采集的涉及进行数据处理、存储、显示、记录和统计，对烟气预处理，实现数据实时、远距离数据传输。

7、如权利要求6所述的工业烟气在线监测系统的控制及数据传输方法，其特征是：

烟尘监测的步骤包括：

探头探测的步骤，探头探测烟尘数据；

烟尘分析的步骤，将所述探头探测的数据进行分析，并输出模拟信号给所述系统控制及数据采集处理子系统，用于测量和控制；

冷却、清洗步骤，用空气泵将所述探头冷却同时清洗探头。

8、如权利要求6所述的工业烟气在线监测系统的控制及数据传输方法，其特征是：

烟气排放参数监测的步骤包括：

烟气流速探测步骤，使用烟气流速传感器探测烟气的流速；

流速检测的步骤，用于接收烟气流速传感器的输出信号，使用流速测试仪检测烟气流速；

烟气温度探测步骤，使用烟气温度传感器探测烟气的温度；

温度变送步骤，用于接收烟气温度传感器的输出信号，使用温度变送器变送烟气温度；

烟气压力探测步骤，使用烟气压力传感器探测烟气压力；

压力变送步骤，用于接收烟气压力传感器的输出信号，使用压力变送器变送烟气压力；

氧检测的步骤，使用氧传感器探测烟气的含氧量；

含氧量分析步骤，用于接收氧传感器的输出信号，使用氧分析仪对含氧量进行分析。

9、如权利要求6所述的工业烟气在线监测系统的控制及数据传输方法，其特征是：

气态污染物监测步骤包括：

烟气气态污染物采集的步骤，使用烟气气态污染物采样器采集烟气气态污染物试样；

烟气预处理的步骤，使用烟气预处理器对烟气进行过滤、除尘、恒温、恒流等预处理；

气态污染物分析步骤，使用气态污染物分析仪对烟气进行气态污染物的分析；

气体控制的步骤，使用气体控制器对控制系统进行自动定标。

10、如权利要求6所述的工业烟气在线监测系统的控制及数据传输方法，其特征是：还包括数据传输步骤，用于将所述系统控制及数据采集的数据向环保监测中心站计算机传输，实现实时、远距离的数据传输。