摘 要：介紹了山東省火電機(jī)組煙氣排放監(jiān)測(cè)平臺(tái)廠站設(shè)備配置、系統(tǒng)功能、信息采集以及與電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)間信息交換的內(nèi)容范圍，還介紹了山東省火電機(jī)組煙氣排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及軟、硬件的組成和特點(diǎn)。在硬件方面，詳細(xì)描述了煙氣排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)子站LN2000-RTU的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，在軟件方面，詳細(xì)描述了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理及上傳功能。

關(guān)鍵詞：煙氣排放，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，火電機(jī)組

1.概述

為了滿足國(guó)家發(fā)改委、環(huán)境保護(hù)部關(guān)于印發(fā)《燃煤發(fā)電機(jī)組環(huán)保電價(jià)及環(huán)保設(shè)施運(yùn)行監(jiān)管辦法》（發(fā)改價(jià)格[2014]536號(hào)）的通知要求，首先，必須實(shí)施火電機(jī)組煙氣排放在線監(jiān)測(cè)，用技術(shù)的手段實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)保設(shè)施運(yùn)行工況的在線監(jiān)測(cè)。山東電網(wǎng)火電機(jī)組煙氣排放監(jiān)測(cè)平臺(tái)廠站設(shè)備的功能要求及工程實(shí)施，包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能設(shè)計(jì)、性能指標(biāo)、安全防護(hù)、信息采集、傳輸?shù)确矫娴耐ㄓ眉夹g(shù)要求均遵循國(guó)家電網(wǎng)調(diào)〔2014〕824號(hào)  國(guó)家電網(wǎng)公司關(guān)于加強(qiáng)火電機(jī)組煙氣排放監(jiān)測(cè)功能平臺(tái)建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)和《并網(wǎng)發(fā)電廠調(diào)度自動(dòng)化設(shè)備(子系統(tǒng))配置規(guī)范和信息接入規(guī)范》要求，符合山東省調(diào)度中心制定的《山東電網(wǎng)火電機(jī)組煙氣排放監(jiān)測(cè)平臺(tái)廠站設(shè)備技術(shù)規(guī)范》，極大地提高了山東省火電機(jī)組煙氣排放監(jiān)測(cè)技術(shù)水平。

2.硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

山東電網(wǎng)火電機(jī)組煙氣排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在山東熱電聯(lián)產(chǎn)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的功能擴(kuò)充，其優(yōu)點(diǎn)是充分利用熱電聯(lián)產(chǎn)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電網(wǎng)電氣信息和傳輸通道，最大限度的減少了重復(fù)建設(shè)和投資。山東電網(wǎng)火電機(jī)組煙氣排放監(jiān)測(cè)平臺(tái)包括調(diào)度側(cè)主站系統(tǒng)、傳輸通道、電廠側(cè)廠站設(shè)備。

2.1主系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

山東省統(tǒng)調(diào)機(jī)組采用現(xiàn)有的光纖數(shù)據(jù)網(wǎng)通道，通過(guò)生產(chǎn)大區(qū)II區(qū)，把煙氣排放數(shù)據(jù)上傳至省調(diào)度中心。主系統(tǒng)由主站、子站和傳輸通道三部分組成。主站設(shè)置在省調(diào)度中心，負(fù)責(zé)采集、處理各子站信息，也是整個(gè)系統(tǒng)管理中心，管理全系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)應(yīng)用以及系統(tǒng)運(yùn)行和系統(tǒng)安全，并管理與其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換；子站設(shè)置在電廠生產(chǎn)車間，負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)脫硫、脫銷、除塵系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算等處理并將這些信息上傳到主站，是電廠側(cè)的綜合通信管理終端、采集設(shè)備、通信設(shè)備等設(shè)備的集合；傳輸通道：主站和子站通信通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸，應(yīng)滿足調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)建設(shè)及二次系統(tǒng)安全防護(hù)相關(guān)要求配置相關(guān)設(shè)備。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖

圖1  系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2.2 廠站設(shè)備結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)子站由綜合終端、采集設(shè)備、通信設(shè)備等組成。綜合終端負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理、統(tǒng)計(jì)等，并通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)（安全I(xiàn)I區(qū)）與主站通信；采集裝置負(fù)責(zé)完成脫硫、脫銷、除塵數(shù)據(jù)的采集；通信設(shè)備：采集裝置直接或通過(guò)通信設(shè)備間接與綜合終端通信。調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)（安全I(xiàn)I區(qū)）設(shè)備包括路由器、交換機(jī)和縱向加密認(rèn)證裝置。調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)及子站結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2。

圖2  調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)及子站結(jié)構(gòu)示意圖

3.工程實(shí)例

作為一種廠站設(shè)備的典型配置，重點(diǎn)介紹LN2000-RTU在山東火電機(jī)組煙氣排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

LN2000-RTU系統(tǒng)可以把其采集裝置放在方圓十公里范圍內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備附近，通過(guò)一根普通的雙絞線（CAN現(xiàn)場(chǎng)總線）連接到綜合終端，也可以集中布置在綜合終端附近，通過(guò)光纜等通信轉(zhuǎn)換設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的高速遙測(cè)或遙控，適應(yīng)各個(gè)電廠的復(fù)雜系統(tǒng)。LN2000-RTU系統(tǒng)和調(diào)度中心的通信方式也是非常靈活的，可以通過(guò)光纜也可以通過(guò)GPRS無(wú)線方式等將數(shù)據(jù)上傳給調(diào)度中心，其靈活性和可靠性可以確保該系統(tǒng)安全地運(yùn)行。LN2000-RTU系統(tǒng)實(shí)際上是DCS系統(tǒng)LN2000在環(huán)保數(shù)據(jù)采集上的一種典型應(yīng)用。

3.1整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3.1.1綜合終端與主站的通信接口  

綜合終端與主站的通信直接通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)生產(chǎn)控制大區(qū)II區(qū)與主站實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。信息交換模式如下：（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸：采用DL/T 634.5104-2009規(guī)約，實(shí)現(xiàn)電廠采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、運(yùn)行信息及計(jì)算量和人工錄入量的上送，交換頻度為實(shí)時(shí)交換；（2）歷史數(shù)據(jù)傳輸：采用DL/T 634.5104-2009規(guī)約，擴(kuò)展歷史數(shù)據(jù)召喚功能，實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)帶時(shí)標(biāo)傳輸。

3.1.2綜合終端與采集裝置通信接口

綜合終端與采集裝置通信采用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線方式。采集裝置可以安裝在綜合終端附近，也可以安裝在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)保設(shè)備附近。若干采集裝置之間采用串聯(lián)方式至綜合終端，易于擴(kuò)展。

3.1.3采集裝置與環(huán)保設(shè)備通信接口

采集裝置與環(huán)保設(shè)備通信，可以使用串口通信模式，也可以采用接收硬接點(diǎn)輸出4~20mA類型方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。

3.2 硬件設(shè)計(jì)

子站配置的設(shè)備包括綜合終端、操作員工作站、現(xiàn)場(chǎng)通信設(shè)備、采集裝置、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備（路由器、交換機(jī)）等。子站既可以一體化設(shè)計(jì)，集中組屏，也可以按功能綜合配置，分散安裝。整個(gè)電廠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)僅通過(guò)綜合終端與主站通信，完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信等功能。

3.2.1 綜合終端

綜合終端配置2臺(tái)，支持冗余熱備用，一套工作，另一套熱備用。主備機(jī)支持與主站同時(shí)通訊功能，在硬件結(jié)構(gòu)上無(wú)風(fēng)扇，無(wú)硬盤。供電電源為兩路，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換，在操作界面上有供電電源狀態(tài)監(jiān)視，任一路失電均報(bào)警。支持IEC60870-5系列、MODBUS、部頒CDT等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，其他可提供文本的通信規(guī)約。支持接收主站校時(shí)命令；支持與電廠時(shí)鐘監(jiān)測(cè)裝置對(duì)時(shí)命令；具備為2個(gè)主站穩(wěn)定、可靠傳送數(shù)據(jù)的功能。其操作系統(tǒng)為QNX系統(tǒng)，操作系統(tǒng)軟件為漢化，便于維護(hù)。與操作系統(tǒng)和硬件配套的的各種驅(qū)動(dòng)軟件、管理軟件和診斷軟件等配備完整。

綜合終端安裝在電廠當(dāng)?shù)?，與現(xiàn)場(chǎng)脫硫、脫銷、除塵設(shè)施、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)、采集裝置等設(shè)備通信讀取實(shí)時(shí)信息，對(duì)實(shí)時(shí)信息定時(shí)采樣形成歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在綜合終端中，并將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳到主站，同時(shí)支持主站召喚其存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)。

3.2.2操作員站

操作員站配置1套，主要用于監(jiān)視實(shí)時(shí)及上傳數(shù)據(jù)，人工數(shù)據(jù)錄入，數(shù)據(jù)報(bào)警等，其性能及特點(diǎn)：CPU:雙核，2.66GHZ；2G內(nèi)存；500G硬盤；512MB顯存；網(wǎng)卡：10/100/1000Mb Base-T*2；22”寬屏液晶顯示器。

3.2.3 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)

局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)配置2臺(tái)，其性能及特點(diǎn)：支持冗余電源輸入；交換容量>2G（全雙工狀態(tài)），整機(jī)包轉(zhuǎn)發(fā)率>3Mpps；24個(gè)100/1000M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口；支持靜態(tài)路由協(xié)議，支持VLAN、生成樹(shù)、組播和其他基本二層功能；支持QoS和網(wǎng)絡(luò)管理。

3.2.4 采集裝置

    采集裝置根據(jù)每個(gè)電廠實(shí)際情況按需配置，滿足冗余采集的要求。

采集裝置主要有兩種類型設(shè)備：（1）LN-COM模塊：兩路互為冗余的24V供電電源,其電源隔離電壓為1000VDC；兩路冗余CAN通訊接口連接至綜合終端；兩路RS485串行通訊接口用于與系統(tǒng)外通訊，接口的通訊速率可以選擇4800bps/9600bps/19200bps/38400bps，在LN-COM模塊內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)AI、AO、DI、DO四種虛擬模塊用于與系統(tǒng)外通訊時(shí)接收和發(fā)送模擬量、開(kāi)關(guān)量信號(hào)；同時(shí)設(shè)計(jì)有通訊狀態(tài)指示燈、通訊斷路報(bào)警繼電器輸出，用于指示模塊工作狀態(tài)，四個(gè)按鍵與液晶顯示器組合，可以用來(lái)組態(tài)與查看模塊工作參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)。見(jiàn)圖3.

（2）LN-AI模塊：兩路互為冗余的24V供電電源,其電源隔離電壓為1000VDC；兩路冗余CAN通訊接口連接至綜合終端；8路雙端模擬量輸入通道，接收信號(hào)為4~20mA，各路之間電氣隔離，采用了12位分辨率A/D；在LN-AI模塊內(nèi)測(cè)量回路有兩種供電方式：內(nèi)供電方式和外供電方式，其中內(nèi)供電方式是指模塊為變送器提供24V供電；同時(shí)設(shè)計(jì)有面板指示燈面板，用于指示模塊工作狀態(tài)。見(jiàn)圖4。

圖3 LN-COM 模塊

圖4 LN-AI 模塊

3.3軟件設(shè)計(jì)

3.3.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理 、分析和計(jì)算

對(duì)模擬量進(jìn)行有效性檢查，具有數(shù)據(jù)過(guò)濾、零漂處理、限值檢查、死區(qū)設(shè)定、多源數(shù)據(jù)處理等功能；對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行有效性檢查和誤遙信處理，正確判斷和上傳事故遙信變位和正常操作遙信變位；能統(tǒng)計(jì)火電機(jī)組污染物排放濃度小時(shí)均值及超限值時(shí)段；能計(jì)算、分析各電廠脫硫、脫硝和除塵設(shè)施的投運(yùn)情況；上百種邏輯算法塊能做各種常規(guī)運(yùn)算、派生計(jì)算和自動(dòng)計(jì)算，并具有與系統(tǒng)相匹配的高速運(yùn)算速度；也可以根據(jù)用戶指定的方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。具體設(shè)置及數(shù)據(jù)處理界面見(jiàn)圖5、圖6

圖5 模擬量設(shè)置界面

 圖6 數(shù)據(jù)處理界面

3.3.2 人工錄入數(shù)據(jù)上報(bào)

   提供友好的交互界面，操作員可以在工作站的監(jiān)控界面上手動(dòng)錄入一些人工檢測(cè)的數(shù)據(jù)（例如：前一天的入爐煤量和入爐煤低位發(fā)熱量）；并可以自動(dòng)上報(bào)到主站。

3.3.3 量測(cè)告警

當(dāng)采集的數(shù)據(jù)超出正常范圍（范圍可以預(yù)設(shè)也可以從監(jiān)控畫面上自行設(shè)定）時(shí)，在監(jiān)控畫面上要告警閃爍，同時(shí)在報(bào)警窗口里產(chǎn)生相應(yīng)的告警事項(xiàng)；當(dāng)采集的數(shù)據(jù)長(zhǎng)時(shí)間不變化時(shí)，在監(jiān)控畫面上以醒目顏色顯示，并可統(tǒng)計(jì)不刷新時(shí)間；

3.3.4 轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)監(jiān)視功能

在監(jiān)控畫面上能直觀查看向主站轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)列表及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)值

3.3.5 通道運(yùn)行統(tǒng)計(jì)功能

通道的日可用率、月可用率及通道中斷時(shí)間等統(tǒng)計(jì)指標(biāo)能直觀地顯示在監(jiān)控畫面上。

3.3.6綜合終端運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視

綜合終端的運(yùn)行信息能直觀地顯示在監(jiān)控畫面上，以便在發(fā)生異常情況時(shí)，能夠快速處理。監(jiān)視功能畫面見(jiàn)圖7、圖8、圖9

圖7 轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)列表

圖8 數(shù)據(jù)不刷新及人工錄入

圖9 數(shù)據(jù)超限告警及通道統(tǒng)計(jì)

4.運(yùn)行效果

LN2000-RTU系統(tǒng)軟硬件配置符合山東電網(wǎng)火電機(jī)組煙氣排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)廠站設(shè)備技術(shù)規(guī)范，在山東省29家統(tǒng)調(diào)電廠，多少臺(tái)機(jī)組上投入使用。LN2000-RTU系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，確保了環(huán)保數(shù)據(jù)及時(shí)、準(zhǔn)確的傳輸?shù)缴綎|省調(diào)度中心，同時(shí)也得到用戶一致好評(píng)，從而提高了山東省熱電企業(yè)的管理水平。

參考文獻(xiàn)

（1）山東電網(wǎng)火電機(jī)組供熱及煙氣排放監(jiān)測(cè)平臺(tái)廠站設(shè)備技術(shù)規(guī)范

（2）LN2000 DCS 硬件手冊(cè) 軟件手冊(cè)