沈秀川 杨进 吴炜煜
广州环投技术设备有限公司 广东广州 510000
摘要：本文主要介绍为满足“环办执法〔2019〕64号《关于加强生活垃圾焚烧发电厂自动监控和监管执法工作的通知》”要求，在垃圾发电厂原有污染物在线监控系统基础上，利用升级分析仪软件、数采仪新增MODBUS通讯、新增艾默生DCS系统组态方式，制定合理完善的方案对环保发电厂污染物在线监控系统进行升级改造。成功实现对重庆川仪MBGAS-3000型傅里叶红外分析仪、广州博控K37A型数采仪以及艾默生OVATION3.5.1 DCS系统升级，使污染物在线监控系统满足了环保最新要求，保证企业正常稳定生产。
关键词: 环办执法64号文;污染物在线监控系统;DCS系统;MODBUS通讯
0 引言
随着经济发展，城市的垃圾生产量随之增加，为解决“垃圾围城”的问题，兴建垃圾发电厂势在必行。2019年底国家生态环境部发布“环办执法〔2019〕64号《关于加强生活垃圾焚烧发电厂自动监控和监管执法工作的通知》”（下文简称环办执法64号），其时各垃圾焚烧发电厂自动监控系统无法满足最新要求，2020年逐步开展自动监控系统升级。本文将介绍某垃圾焚烧发电厂自动监控系统（下文简称系统）升级的内容、方法以及取得的效果。
1 系统升级要求
环办执法64号文对分析仪上位机、分析仪、数采仪、DCS系统最新要求如表1所示。
.png)
2 原系统功能
某垃圾焚烧发电厂使用重庆川仪MBGAS-3000分析仪（下文简称分析仪）以及配套PS7400CEMS软件上位机（下文简称上位机），使用广州博控K37A型数采仪（下文简称数采仪）进行数据采集和上传国发平台，焚烧炉使用艾默生OVATION3.5.1 DCS系统（下文简称DCS系统）。
2.1 数采仪通过串口，使用MODBUS RTU协议接收分析仪PLC采集到污染物数据湿基值和烟气参数数据，经计算得出污染物数据折算值后上传至国发平台。
2.2 数采仪通过另一串口，使用MODBUS RTU协议接收DCS发送的上部、中部、下部共9个热电偶温度数据，以及2个计算的平均温度测点后，直接上传至国发平台。
2.3 分析仪在定时探头吹扫、零点校准时，污染物数据保持最后正常运行时的数据。
原系统通讯框图1如下：
.png)
图 1 原系统通讯框图
3 系统升级内容
3.1 对污染物自动监控系统通讯方式进行升级：DCS作为主站使用MODBUS RTU通讯协议与数采仪通讯，发送和接收数据；DCS作为主站使用MODBUS RTU通讯协议与分析仪PLC通讯，发送和接收数据。
3.1.1 DCS系统作为MODBUS主站A：①增加焚烧炉测点故障人为判断按钮，当热电偶故障时温度示值设置为-9999℃，同时将焚烧炉热电偶数据、焚烧炉工况（停炉、启炉、故障、事故、停炉降温、烘炉、停运）一同发送至数采仪；②数采仪RS485串口1作为从站A1，发送各项污染物至国发平台、烟气参数数据至DCS系统，用于DCS画面监控与调节。
3.1.2 DCS系统作为MODBUS主站A：①增加与分析仪PLC通讯，接收污染物数据、烟气参数、各污染物量程切换状态以及工作状态数据；②分析仪PLC作为从站A2，接收焚烧炉工况以及锅炉负荷，并记录于上位机报表中。
3.2 数采仪作为主站，接收分析仪上位机电脑数据。
3.2.1 数采仪通过RS485串口2，作为MODBUS主站B：①请求分析仪上位机通过RS485串口2，直接将二氧化硫、氯化氢、一氧化碳、氮氧化物、颗粒物等污染物湿基值，以及烟气参数（温度、压力、流速/流量、湿度、含氧量）按浮点型数据方式实时通讯至数采仪，将分析仪正常工作、停运、故障、维护、校准、数值超过测量上限状态，按布尔型数据方式实时通讯至数采仪。
通讯升级后通讯框图2如下：
.png)
图 2 系统升级后通讯框图
3.3升级博控K37A数采仪内存容量用于按时长要求保存数据。增加状态判断程序，分析仪通讯至数采仪的状态位，内容如表2。每一小时整点对状态进行判断后上传至国发平台，取消含氧量数据达到限制，而将折算浓度设置为实测标干浓度功能，即上传实际含氧量的污染物对应折算浓度。
.png)
3.4 分析仪增加系统工作状态功能判断和发送功能；并且取消在定时探头吹扫、零点校准时，污染物数据保持的功能，即数据一直保持实时状态；为避免探头吹扫和零点校准时数据超标，同时系统工作状态位未切换为正常的问题，还需增加取样气体置换功能（此功能分析仪状态为维护状态），并且根据实际情况设定样气置换时间，保证污染物数据以及含氧量有充分时间达到烟气测量值，小时正常工作状态位时长也大于45分钟。
3.5 分析仪增加污染物量程切换功能，当污染物低浓度时切换低量程，高浓度时切换高量程。
3.6 分析仪上位机增加焚烧炉状态和锅炉负荷报表记录，并在上位机组态画面中显示当前状态和负荷。
4 升级中遇到的问题及解决方案
4.1艾默生DCS系统MODBUS通讯配置复杂，修改配置需在工程师站中修改逻辑组态，还需配置艾默生LC通讯卡内配置文件，才能实现与第三方设备通讯。LC通讯卡件通过RS232串口与安装LC Loader的电脑相连，在DOS界面下对卡件配置文件进行修改并重新刷写。由于DCS主站配置繁琐、时间较长，调试期间采用Modbus Poll软件代替DCS主站进行调试，节省修改配置的时间，效果也更加直观。
4.2由于各系统间通讯数据量较大，而且数采仪与DCS系统距离较远，通讯电缆易受干扰，导致数采仪出现间断性炉温数据“恒值”问题。此问题根本原因为数采仪接收的数据受干扰，导致报文无法通过CRC校验，识别为错误数据，因此数采仪保持最后一次接收数据不变。针对此问题通过更换通讯电缆为光纤电缆，减少中途信号干扰，并且将艾默生LC通讯卡件通讯周期提到最高等方式得到解决。
4.3数采仪长时间运行（一个月以上）后，会出现自动重启现象，导致上传数据中断。经查自动重启原因为数采仪采用Linux系统，内存回收利用率差，长时间运行系统内存溢出而导致数采仪重启，因此针对此问题对数采仪再次升级，增加了内存回收机制更好地管理内存，解决了数采仪自动重启的问题。
5 系统升级效果
5.1 系统升级后，满足了环办执法64号文提出的要求，系统持续稳定运行，在中控室即可进行排放参数监控，可以通过DCS与分析仪PLC通讯实时获得分析仪设备运行状态数据；通过数采仪回传DCS数据，可以监控数采仪上传平台数据，并且可以在DCS进行焚烧炉状态标记等操作。
5.2数采仪升级后，可按HJ212标准协议正常传输实时数据、分钟数据、小时数据、日数据，并且内存容量可以满足环办执法64号要求的数据保存时长；具备分析仪工况判断与上传功能；上传实际含氧量的污染物对应折算浓度。
5.3分析仪升级后，具备污染物高低量程自动切换功能；校准、标定期间数据如实上报，并且增加样气置换时间，确保标记为正常运行期间烟气已经进行采集分析，保证上传数据准确性；上位机报表增加焚烧炉工况、锅炉负荷数据。
6 结语
按照环办执法64号要求，电厂完成自动监控系统升级，正确上传焚烧炉炉温、工况，分析仪污染物、运行状态数据，做到了自动监测数据公开透明，更好地控制排放指标、保护环境。
参考文献：
[1]谢松,李西亮. 基于Modbus通讯协议的LC卡在电厂中的应用[J]. 仪器仪表用户,2020,27(11):96-98+23.
[2]杨洪涛,马英. CEMS烟气在线监测系统的设计及制作[J]. 湖北农机化,2020,(13):117-118.
[3]何祖平. 基于S7-200PLC通过语句表编程实现MODBUS通讯[J]. 信息通信,2020,(04):65-67.
[4]杨银仁. 电厂CEMS的设置及安装要求[J]. 石油化工自动化,2020,56(02):64-67.
作者简介：沈秀川（1993年1月出生），男，仲恺农业工程学院自动化专业毕业，学士学位，热工助理工程师，现在广州环投技术设备有限公司主要从事发电厂热工自动化技术及管理工作。
杨进，（1995年10月出生），男，长沙理工大学测控技术与仪器专业毕业，学士学位，热工助理工程师，现在广州环投技术设备有限公司主要从事发电厂热工自动化专业技术工作。
吴炜煜，（1993年8月出生），男，电子科技大学中山学院通信工程专业毕业，学士学位，现在广州环投技术设备有限公司主要从事发电厂热工自动化专业技术工作。