基于多功能數據采集卡DAQ－2010實現(xiàn)火力發(fā)電廠煙氣測試分析儀的設計

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行排污，由于沒有針對性，排污效果極不顯著，為了有的放矢的進行比較有針對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、試驗室檢測等，檢測的結果誤差較大，為克服離線檢測的弊端，我們?yōu)槿A能集團某大型火電廠采用ADLink公司的基于PC的DAQ卡DAQ-2010、PCI-7230、PCI－8554，并利用DAQBench強大的測試、圖形顯示功能，為其研制了一套移動式定量分析、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，具有較大的推廣應用價值。

2 系統(tǒng)結構與解決方案

圖1：系統(tǒng)架構圖

實際上，煙氣檢測主要是對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）完成數據采集、處理、分析以及控制功能的主控計算機，7）各種繼電器以及接觸器。

系統(tǒng)架構圖件圖1所示，其工作原理為：當需要檢測煙氣時，控制計算機發(fā)出指令打開從采樣槍到分析儀的電磁閥，啟動采樣泵，讓煙氣從采樣槍經濾網過濾以后使氣體冷卻。如果此時煙氣溫度過高則啟動制冷器使煙氣冷卻，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，經采樣泵流入采樣探頭管道回到煙道，經過2～3分鐘的穩(wěn)定后，測試探頭輸出的信號作為有效信號，經A/D轉換將數據傳輸給控制計算機，控制計算機通過對數據進行處理生成某一被檢測煙氣的濃度。煙氣可以依次流經不同測試探頭管道，因此，可同時測出不同氣體的對應的濃度。

系統(tǒng)的實際工作過程為：PCI－7230啟動抽樣氣閥，讓部分真實煙氣流經取樣管，并經PCI－8554采集其流量脈沖數以便計算其流量，經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其濁度進行檢測。待樣氣進入檢測系統(tǒng)后，進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，然后氣體進入冷凝器中，進一步降溫至10 ℃，使樣氣和水分徹底分離，再經過一級細過濾徹底清除微塵的影響，得到比較純的樣氣，進入測試管，由抽樣泵將恒溫、恒壓的煙氣抽入煙氣采樣探頭管便于對其煙氣中的SO2、CO、NO、NO2進行采樣、分析，同時工業(yè)控制計算機通過DAQ－2010采集卡將其采用的樣本值經過一定的處理后并加以存儲，通過標準DAQBench功能面板調用以及強大的圖形界面的分析功能對其進行圖形化的結果顯示，并將分析結果通過Ethernet傳送到火電廠的MIS管理系統(tǒng)中去，現(xiàn)地也有數據庫，備記載必要的測試結果。

當然，在檢測煙氣前，要對各分析傳感器進行標定，其過程與煙氣檢測大致相同，只是用某種標準的樣氣代替煙氣，控制計算機將標準樣氣的測量值與實際值做一比較計算出修正系數，在以后的檢測過程中控制計算機對每一種氣體的測量值自動給予修正。保證測量獲得的數據最接近實際情況。

3 系統(tǒng)功能模塊

3.1 數據采集模塊

采用了比較高檔的多功能數據采集卡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2MHz；

* 雙極性/單極性模擬量輸入；

* 8K A/D采樣FIFO；

* 完全自動校準；

3.2 數字輸入輸出模塊

采用PCI－7230，主要用其實時控制電磁閥、電氣斷路器、電機驅動器以及啟動器，增加相同的自動化水平、增強系統(tǒng)的可靠性和實時性。其特性為：

* 16個隔離數字量輸入與16個隔離數字量輸出通道

* 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/計數DAS

采用PCI－8554，他是基于ISA的ACL－8454的升級板卡，主要用其實時測量流量傳感器輸出的脈沖，以便實時測量取樣管內的流量。

* 板上帶有四個82C54定時器/計數器芯片

* 10個獨立16位遞減計數器

* 基于8 MHz系統(tǒng)時鐘的級聯(lián)計數器

* 每個計數器都能夠編程選擇四種時鐘源

3.4 DAQBench

DAQBench 2.3是數據分析與顯示控件的集合，它可以在任何支持ActiveX控件技術的開發(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)出復雜的用戶界面來顯示、分析數據。由于DAQBench 2.3具有實時曲線控件、歷史曲線控件、報警控件、報警報表控件等控件，因此可通過DAQBench，可以很方便地察看數據變化趨勢，察看記錄報警，察看歷史數據等等。同時DAQBench支持OPC，可以方便地開發(fā)出分布式計算機監(jiān)控應用。DAQBench節(jié)省了我們的大量軟件開發(fā)時間，同時其豐富的控件資源，是軟件設計變得輕松。

4 系統(tǒng)軟件結構

系統(tǒng)的現(xiàn)地監(jiān)測單元選用Windows2000 Professional，數據庫選用Microsoft SQL Server Ver7.0，開發(fā)平臺采用Visual C＋＋ V6.0＋SP5，內嵌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據轉變?yōu)橛杏?a target="_blank">信息。我們可以利用其大量信號采集、處理和數據分析工具，如曲線擬和、光譜分析、統(tǒng)計、結果可視化等為自己的測量和自動化應用程序建立一個專業(yè)級顯示界面。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可與獨立測量儀器相媲美的專業(yè)級界面，如示波器和溫度記錄儀等大大降低了我們的軟件開發(fā)時間和系統(tǒng)集成時間。 開發(fā)的系統(tǒng)軟件有如下功能：

* 動態(tài)數據顯示：以數字、棒圖、曲線的方式顯示實時采集處理的各項參數；

* 可進行污染物濃度和總量的計算，生成日報、月報、年報等；數據存儲：可存儲多年的歷史記錄；

* 數據修復維護：具有參數設置和數據丟失修復功能。

* 與火電廠的MIS系統(tǒng)實時交換數據。

圖2：煙氣分析、測試結果

4.1 系統(tǒng)特點與功能

系統(tǒng)采取了模塊化的結構，可分解組合，以適應不同的環(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，集自動數據采集、通信、統(tǒng)計報表、動態(tài)趨勢圖顯示于一體，軟件人機界面友好、維護和安裝方便、測試準確性高，符合國家監(jiān)測標準，與同類產品相比性價比高。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告。

* 電力、環(huán)保部門可以隨時查看火電廠煙道的排塵濃度和有害氣體的含量等， 產生日報表、月報表、季報表、年報表及趨勢圖等。

* 在管理級計算機上可實現(xiàn)圖表顯示、數據記錄、事故和排放濃度超標報警記錄；

* 采樣周期、超標報警值、動感交換信號平均值可方便設置。

5 應用體會

利用DAQBench開發(fā)的基于ADLink公司的DAQ測試板卡在線移動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施清污計劃提供了一套強有力的測試系統(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產品給我們帶來的開發(fā)樂趣。

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