1 開(kāi)發(fā)背景與需求
　　我國(guó)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(guò)濾的方法進(jìn)行排污，由于沒(méi)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(cè)其排污物的成份，以前往往采用離線檢測(cè)的檢測(cè)方法，即取樣、封裝、試驗(yàn)室檢測(cè)等，檢測(cè)的結(jié)果誤差較大，為克服離線檢測(cè)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(cè)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(cè)污染物的成分的連續(xù)監(jiān)測(cè)儀器，該系統(tǒng)可靠性高、分析功能較為完善、開(kāi)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
　　
　　

圖1：系統(tǒng)架構(gòu)圖

　　
　　實(shí)際上，煙氣檢測(cè)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(cè)，有害氣體主要包括SO2、CO、NO、NO2。煙氣檢測(cè)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(cè)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(cè)煙氣時(shí)，控制計(jì)算機(jī)發(fā)出指令打開(kāi)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(guò)濾以后使氣體冷卻。如果此時(shí)煙氣溫度過(guò)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(guò)2～3分鐘的穩(wěn)定后，測(cè)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(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理生成某一被檢測(cè)煙氣的濃度。煙氣可以依次流經(jīng)不同測(cè)試探頭管道，因此，可同時(shí)測(cè)出不同氣體的對(duì)應(yīng)的濃度。
　　系統(tǒng)的實(shí)際工作過(guò)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(cè)。待樣氣進(jìn)入檢測(cè)系統(tǒng)后，進(jìn)行快速冷凝以減少待測(cè)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(guò)細(xì)過(guò)濾徹底清除微塵的影響，得到比較純的樣氣，進(jìn)入測(cè)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(guò)DAQ－2010采集卡將其采用的樣本值經(jīng)過(guò)一定的處理后并加以存儲(chǔ)，通過(guò)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(guò)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(kù)，備記載必要的測(cè)試結(jié)果。
　　當(dāng)然，在檢測(cè)煙氣前，要對(duì)各分析傳感器進(jìn)行標(biāo)定，其過(guò)程與煙氣檢測(cè)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(cè)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(cè)過(guò)程中控制計(jì)算機(jī)對(duì)每一種氣體的測(cè)量值自動(dòng)給予修正。保證測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)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(cè)量流量傳感器輸出的脈沖，以便實(shí)時(shí)測(cè)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(kāi)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(kāi)發(fā)出復(fù)雜的用戶界面來(lái)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(guò)DAQBench，可以很方便地察看數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)，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(kāi)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(kāi)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(cè)單元選用Windows2000 Professional，數(shù)據(jù)庫(kù)選用Microsoft SQL Server Ver7.0，開(kāi)發(fā)平臺(tái)采用Visual C＋＋ V6.0＋SP5，內(nèi)嵌DAQBench開(kāi)發(fā)工具包。由于DAQBench為Visual C++提供基于MFC的C++類庫(kù)，為ANSI C開(kāi)發(fā)環(huán)境提供ActiveX控件以及功能面板庫(kù)，并且提供面向儀器的分析功能，協(xié)助開(kāi)發(fā)人員將采集來(lái)的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏眯畔?。我們可以利用其大量信?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(cè)量和自動(dòng)化應(yīng)用程序建立一個(gè)級(jí)顯示界面。DAQBench帶有測(cè)量特定功能用戶界面組件，能夠幫助開(kāi)發(fā)人員輕松快捷地建立一個(gè)可與獨(dú)立測(cè)量?jī)x器相媲美的級(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(kāi)發(fā)時(shí)間和系統(tǒng)集成時(shí)間。 開(kāi)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)。
　　

圖2：煙氣分析、測(cè)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(chǎng)測(cè)試。除了在污染源濃度和總量連續(xù)監(jiān)測(cè)方面應(yīng)用以外，還可以作為脫硫效率監(jiān)測(cè)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(shì)圖顯示于一體，軟件人機(jī)界面友好、維護(hù)和安裝方便、測(cè)試準(zhǔn)確性高，符合國(guó)家監(jiān)測(cè)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(cè)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。
　　* 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(shì)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(kāi)發(fā)的基于ADLink公司的DAQ測(cè)試板卡在線移動(dòng)式煙氣測(cè)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(cè)試系統(tǒng)。ADLink公司的DAQ板卡以其性能穩(wěn)定、測(cè)試為工控界所認(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(kāi)發(fā)效率大為提高，享受了ADLink產(chǎn)品給我們帶來(lái)的開(kāi)發(fā)樂(lè)趣。

參考文獻(xiàn):

[1]. PCI datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/PCI_1201469.html.
[2]. 82C54 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/82C54_104043.html.