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摘要：煙氣排放在線監測系統（CEMS）作為一種監控裝置，可以實時在線連續監測煙氣排放中的煙塵濃度、氣態污染物的濃度和煙氣排放總量，為企業監測尾氣排放提供了很好的解決方案，并且用來作為環保部門的眼睛實現對企業污染排放的監控。本文介紹了藍普鋒PLC應用于煙氣CEMS系統在垃圾發電廠中的選型和應用，對PLC在監控煙氣CEMS系統的組成原理、功能作用等進行說明。

關鍵詞：煙氣監測；垃圾焚燒；CEMS；環保；藍普鋒PLC

1　行業背景

垃圾作為城市生活、工業生產的代謝產物，是城市發展的負擔。隨著人們對垃圾的再利用意識提高和垃圾回收技術日趨成熟，對垃圾進行處理和回收利用，成為處理垃圾的重要手段。

垃圾焚燒是一種傳統的處理垃圾的方法。垃圾通過焚燒法處理后，減量化效果顯著，同時可以回收垃圾焚燒產生的熱能。但是，垃圾焚燒時會產生有機類污染物，這些污染物會再次排入環境中。因此，對于垃圾焚過程，需增加煙氣處理設施和煙氣排放在線監測系統（又稱CEMS）。

煙氣排放在線監測系統對大氣污染源排放的氣態污染物和顆粒物進行濃度和排放總量連續監測，并將信息實時傳輸到環保主管部門的裝置，可以隨時調用日報、周報、月報、年報，達到實時監測的目的。煙氣數據采集準確、精度高，系統運行穩定、可靠，并可聯網進行數據傳輸，是監測系統的基本要求。

2　系統簡介

溫州某垃圾焚燒電廠垃圾處理量為生活垃圾500噸/日、餐廚垃圾和污泥50噸/日，采用鍋爐燃燒方式對垃圾進行處理，并通過汽輪機回收垃圾產生的熱能進行發電。鍋爐煙氣排放出的顆粒物及SO2、NO x等造成空氣污染危害十分嚴重，中國環保局發布的GB13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》和HJ/T75—2007《固定污染源煙氣排放連續監測技術規范》，詳細規定了煙氣排放連續監測系統的主要技術指標及質量驗收要求^[1]。

因此，垃圾燃燒后需要單獨設置煙氣凈化系統，并安裝煙氣排放在線監測系統。煙氣在線監測指標應至少包括煙氣中一氧化碳、顆粒物、二氧化硫、氮氧化物和氯化氫，并將信息實時傳輸到環保局監控系統，由環保局直接監測企業大氣污染排放物是否存在超標違紀行為。

該項目采用基于藍普鋒PLC的多組份煙氣連續監測系統，是一套集高溫采樣、高溫分析于一體的抽57取式連續監測系統。采用高溫紅外技術，擁有成熟的樣氣采集系統、氣體預處理裝置，可同時測量達10個氣體參數：最多8個紅外敏感氣體（比如CO、NO、NO 2、SO2、HCL、NH 3、H2O、CO 2）和O2，以及TOC（可選）。本系統具有可靠性高、運行時間長、維修頻率低等優點，尤其適用于低濃度、高濕度、樣品氣溶于水的場合，如：垃圾焚燒廠廢氣 SO2、HCL的濃度監測，工業鍋爐脫硝系統NH 3的氣體濃度監測等場合^[2]。

3　系統應用

基于藍普鋒PLC的監測系統對焚燒后排放的氣體進行取樣，并由PLC和加熱管線對取樣氣體進行恒溫加熱（180℃左右），經采樣探頭和德國Fodisch公司的多組份氣體分析儀計算分析氣體組分參數。通過PLC對系統進行數據采集和狀態切換控制等，并上傳數據至環保部門和廠區主控系統。

圖1 系統工藝圖

在線監測系統具體工作過程：

（1）PLC與分析儀進行RS232通訊，通訊協議為標準Modbus RTU，通過對分析儀進行參數設定和按工作流程進行通訊，實時讀取氣體組分參數，并對分析儀工作狀態、參數等進行讀取和設定。

（2）PLC通過模擬量和開關量通道，采集煙氣的溫度、壓力、流速、顆粒物含量，并采集管線探頭故障狀態、吹掃閥狀態等，進行智能判斷，控制系統的工作狀態。

在線分析儀對樣品的溫度、壓力、含水量以及顆粒物（粉塵）等條件要求非常嚴格，PLC必須準確采集煙道中煙氣參數，控制系統測量、標定等狀態切換。為了防止取樣管線堵塞，PLC控制系統能夠自動進行反吹；同時為了便于維護和標定分析儀，PLC控制系統能夠自動進行分析儀標定。

（3）PLC通過模擬量輸出4~20mA信號與廠區主控DCS系統進行組分數據上傳；部分廠區通過PROFIBUS-DP通訊、RS485（Modbus RTU協議）通訊與主控進行數據上傳 [3] 。

（4）PLC通過串口或以太網口連接上位機系統，可以通過工控機實時監測系統工作狀態和煙氣參數，并可以對在線分析儀進行標定，對采樣管道進行吹掃等。

（5）PLC通過串口RS485（Modbus RTU協議），連接第三方廠家數采儀；數采儀通過無線方式，與環保部門數據服務器進行通訊，上傳系統工作狀態和排放氣體參數。

4　系統結構圖

圖2 系統結構圖

5　系統特點

（1）PLC性能穩定

使用自發自用電（例如電廠），存在供電不穩定情況。藍普鋒RPC2000系列PLC可以在供電不穩定情況下長時間正常穩定運行，保證了系統運行穩定性和數據實時監測。

（2）強抗干擾能力

煙氣管道（煙囪）屬于高層設備，高頻信號輻射較大，對探頭信號采集會存在干擾，控制系統除增加防雷和隔離措施外，PLC要具備較強抗干擾能力。藍普鋒PLC抗干擾能力強，可以在多種現場長時間穩定可靠運行。

（3）通訊接口豐富

各種現場通訊需求不同，通訊需求多，需要PLC可以擴展多種不同類型通訊接口。RPC2107A（CPU模塊）本體自帶1路RS232和1路RS485，完成與分析儀數據采集、參數設置、工作狀態設置等通訊交互；通過擴展模塊RPC2401實現DP從站通訊，通過RPC2400可編程網關擴展3路串口和1路以太網口，實現上位機、DCS、數采儀等通訊。

（4）模擬量信號采集能力強

系統模擬量需求多，且要求穩定可靠，PLC可以帶載多路模擬量。

6　結語

基于藍普鋒PLC的垃圾焚燒煙氣排放在線監測系統，廣泛應用于垃圾發電廠、熱電廠、化工制藥等垃圾處理廠，在現場長時間穩定可靠運行，分析數據可靠，系統維護工作量小。為用戶使用和廠區運行提供了指導和幫助，同時實現環境保護和節能減排。

參考文獻：

[1] 毛彩芳. CEMS系統在鍋爐煙氣系統中應用[J]. 石油化工自動化，2012.

[2] 王強. 煙氣排放連續監測系統 (CEMS) 監測技術及應用[M]. 北京: 化學工業出版社, 2015.

[3] 北京藍普鋒科技有限公司. RPC2000系列PLC可編程控制器使用手冊[Z]. 2018.

作者簡介：

竇輝（1970-），男，河北人，電氣工程師，現任北京藍普鋒科技有限公司PLC應用研究員，研究方向為PLC行業應用。

何軍濤（1990-），男，河南人，現任北京藍普鋒科技有限公司嵌入式與物聯網技術研究員，研究方向為自動化及物聯網技術。

精彩觀點

北京藍普鋒科技有限公司市場營銷負責人王貴超

自動化博覽：您認為自動化在環保領域具有怎樣的作用？

王貴超：在工業化和信息化深度融合，以及大力發展智能制造和工業互聯網的背景下，自動化技術不僅可以在傳統環保領域實現設備自動化、系統智能化等，還可以實現網絡在線傳輸、大數據分析和人工智能等應用，實現自動化應用和環保行業工藝融合發展是必然趨勢。

環保產業涉及范圍廣，各細分領域工藝和設備類型眾多，均需要通過自然科學來處理遇到的難題難點。自動化技術是多學科知識的綜合體現，幫助環保行業解決遇到的檢測、采集和控制等環節技術難題，是環保行業發展的助推動力。

同時，自動化技術的應用將有效提升環保領域治理的效率、質量和成本控制，最終實現環保產業的社會價值和經濟價值。

自動化博覽：目前藍普鋒的產品正在如何助力環保產業的發展？

王貴超：北京藍普鋒科技有限公司專注PLC研發及產業化，經過多年深入研究和市場培養，環保產業中的部分細分市場已經成為藍普鋒PLC產品的優勢應用領域。

伴隨環保產業的高速發展，自動化系統平臺建設得到廣泛應用，藍普鋒對水處理、垃圾焚燒等工藝有深厚的理解和認識，提供的廠級綜合自動化系統已在多個省份運營。

“廢水、廢氣、廢固”的環境治理是當前環保狠抓落實的重點環節，藍普鋒公司提供以PLC為控制核心的自動化設備和方案。單個控制器CPU支持擴展160路模擬量，滿足大、小信號源各類模擬量信號接入，產品運行穩定，應用領域包括：污水處理、廢氣處理、垃圾焚埋、除塵等設備和自動化系統。

通過在線監測系統進行數據測量，是環保部門對煙氣監測和水質監測排放是否合格的重要參考，以藍普鋒RPC2000系列PLC為控制方案的在線監測系統，采集準確、精度高，系統運行穩定、可靠，并可聯網進行數據傳輸，使得監測系統在現場長期穩定運行。

就PLC產品來說，中國地域廣闊，環境治理對產品的適用性、可靠性提出了要求。需要治理的環境往往是環境差、人工工作艱苦的區域。一方面溫度、濕度、金屬污染、粉塵都是PLC等設備需要治理的對象，控制器產品必須穩定可靠運行；另一方面，這些污染源又對擺放在現場的PLC產品進行腐蝕和損壞，對產品的品質、穩定性和環境適用能力提出了挑戰，尤其對環境適用能力是嚴重的考驗，一旦出現產品質量問題進行二次更換、維護，工作艱苦且成本開支巨大。藍普鋒作為國內本土PLC廠商，根植中國大地，對用戶現場產品適用性、抗干擾能力進行了深度分析，以客戶需求為核心，從產品設計、產品防護等源頭解決問題，為用戶打造高可靠性的解決方案。

自動化博覽：環保對于自動化技術尚處于藍海市場，藍普鋒將如何把握機會？您認為未來的競爭點是什么？

王貴超：環保行業涉及應用領域眾多，非常適用PLC產品，這為藍普鋒提供了廣闊的市場空間。隨著人民環保意識的提高及國家支持力度的增強，廣義的環保行業范圍在加大，狹義的環保治理產業也將會升級，進一步細分創造出新的市場機會。藍普鋒會延續自身的優勢，面對環保產業升級，了解需求、工藝和環境要求，幫助客戶解決新的技術難點，與合作伙伴進一步挖掘新的應用機會，實現新機會的介入和掌控。

未來的競爭點肯定是建立在企業核心能力之上，藍普鋒會堅定不移做好PLC產品業務，深入研究各行業的需求差異，研發適合各行業的PLC產品并實現產業化。藍普鋒會延續和強化現有應用領域的優勢，對產品存在優勢的應用領域進一步加大推廣力度，讓更多用戶感受藍普鋒PLC產品的性能，這同時也能讓用戶從多維度去了解國產PLC發展的程度。

摘自《自動化博覽》2019年8月刊