CEMS數(shù)據(jù)采集與處理單元優(yōu)化策略分析

摘要：針對某型號煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，分析了該系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集與處理等方面的不足。為滿足國家環(huán)保要求，結(jié)合電廠生產(chǎn)運行實際情況，制定了電廠CEMS數(shù)據(jù)采集與處理單元優(yōu)化策略，闡述了該優(yōu)化策略的技術(shù)措施及性能指標。實踐證明，該優(yōu)化策略可大大提高CEMS數(shù)據(jù)采集與處理單元的穩(wěn)定性和可靠性。

關(guān)鍵詞：CEMS;CMS;雙冗余;工業(yè)以太網(wǎng)

1 ? ?設(shè)備概述

某電廠#2機組為300 MW引進型火力發(fā)電機組，2017年完成了超低排放CEMS系統(tǒng)改造。CEMS系統(tǒng)采用兩套PLC控制器，一套用于脫硫入、出口的數(shù)據(jù)采集，另一套用于脫硝的數(shù)據(jù)采集;站點內(nèi)配置一臺中心網(wǎng)絡(luò)服務器，服務器接收兩套PLC控制器采集數(shù)據(jù)，同時氧量CMS、溫度CMS等現(xiàn)場信號通過信號調(diào)理器以RS485與服務器通信（圖1）。服務器完成系統(tǒng)各部分的協(xié)調(diào)運行，監(jiān)控煙氣排放的實時數(shù)據(jù)，記錄運行數(shù)據(jù)并生成數(shù)據(jù)報表，對系統(tǒng)工作狀態(tài)進行診斷分析。同時，服務器以RS232與數(shù)采儀進行通信，將實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)采儀，再由數(shù)采儀傳輸?shù)奖O(jiān)控管理環(huán)保平臺。

2 ? ?CEMS系統(tǒng)投入后出現(xiàn)的問題

2.1 ? ?現(xiàn)場信號調(diào)理器故障

CEMS系統(tǒng)投入不久，現(xiàn)場信號調(diào)理器發(fā)生故障，氧量CMS、溫度CMS等現(xiàn)場信號無法傳送到服務器，影響到SO2、NOx、顆粒物濃度計算。由于維護人員及時發(fā)現(xiàn)，更換信號調(diào)理器后，各環(huán)保數(shù)據(jù)均顯示正常，未發(fā)生環(huán)?？己?。

2.2 ? ?中心網(wǎng)絡(luò)服務器故障

2018年6月25號凌晨，運行值班人員通知#2機組環(huán)保數(shù)據(jù)保持不變，維護人員立即前往現(xiàn)場進行檢查，發(fā)現(xiàn)服務器內(nèi)數(shù)據(jù)采集控制器軟件停止運行，隨即重新啟動服務器，將采集控制器投入運行，環(huán)保數(shù)據(jù)才恢復正常。此次環(huán)保數(shù)據(jù)采集中斷長達十幾個小時，給公司造成環(huán)保電價考核。

2.3 ? ?數(shù)采儀故障

2018年9月4號，維護人員巡檢發(fā)現(xiàn)數(shù)采儀畫面“綠屏”，環(huán)保監(jiān)控管理平臺無數(shù)據(jù)上傳。多次重啟數(shù)采儀，均無法正常運行。軟件工程師替換數(shù)據(jù)庫程序后數(shù)采儀恢復正常。但在接下來的一段時間里，數(shù)采儀故障頻發(fā)，給公司環(huán)保電價獎勵方面造成一定影響。

3 ? ?CEMS系統(tǒng)優(yōu)化策略的制定與技術(shù)措施

為解決CEMS系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備實際情況與環(huán)保要求，對當前使用的CEMS系統(tǒng)每個環(huán)節(jié)分析其存在的不足，并針對這些處不足，制定有效的優(yōu)化策略。

3.1 ? ?CEMS信號采集控制優(yōu)化

由于現(xiàn)場氧量CMS、溫度CMS等信號通過信號調(diào)理器以RS485方式傳送與服務器通信，一旦信號調(diào)理器發(fā)生故障，必將造成服務器無法接收到現(xiàn)場信號。從提升CEMS系統(tǒng)采集連續(xù)性和穩(wěn)定性角度出發(fā)，優(yōu)化策略設(shè)立雙機冗余PLC控制站?？刂普静捎萌哂郟LC及冗余以太網(wǎng)模塊，脫硫入/出口分析儀、脫硝分析儀及現(xiàn)場CMS輸出的4～20 mA模擬量信號通過硬接線方式接入PLC控制站采集模塊?？刂普緸镃EMS控制系統(tǒng)的設(shè)備采樣、參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)運算等執(zhí)行控制邏輯，在任一PLC或任一網(wǎng)段發(fā)生故障時，都不影響整個控制站對CEMS的信號采集。

3.2 ? ?CEMS數(shù)據(jù)處理及存儲優(yōu)化

中心網(wǎng)絡(luò)服務器既要完成數(shù)據(jù)的處理、顯示、存儲并按要求生成CEMS各類報表等，還要將實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)采儀。一旦服務器發(fā)生故障，CEMS系統(tǒng)將無法運行。優(yōu)化策略新增兩臺數(shù)據(jù)服務器，兩臺服務器的數(shù)據(jù)庫軟件通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)相互冗余。服務器同時對PLC進行數(shù)據(jù)采集和存儲，在主用服務器數(shù)據(jù)庫發(fā)生故障時，能及時切換到備用數(shù)據(jù)庫。配置一臺工程師站，用于環(huán)保數(shù)據(jù)實時顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、事件記錄及報表打印等。

3.3 ? ?CEMS數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化

靠單一的一臺數(shù)采儀并不可靠，當數(shù)采儀發(fā)生故障或離線時，無法將電廠生產(chǎn)環(huán)保信息傳至監(jiān)控管理環(huán)保平臺。優(yōu)化后，通過安裝在兩臺數(shù)據(jù)服務器上的數(shù)據(jù)上傳軟件完成原有數(shù)采儀數(shù)據(jù)傳輸功能，兩套數(shù)據(jù)上傳軟件一用一備，將CEMS系統(tǒng)的各項數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控管理環(huán)保平臺，并能實現(xiàn)斷線自動補傳、平臺反控等功能（圖2）。

4 ? ?CEMS優(yōu)化后性能指標

（1）CEMS信號采集控制優(yōu)化：使用冗余控制系統(tǒng)替代原來的小型PLC控制器，同時CMS輸出的4～20 mA模擬量信號以硬接線方式接入PLC控制站采集模塊，模塊采集周期為8 ns，整個CEMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)刷新周期不超過50 ms。優(yōu)化后的采集控制系統(tǒng)未經(jīng)過任何中轉(zhuǎn)設(shè)備，少了故障點，提高了數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

（2）CEMS數(shù)據(jù)處理及存儲優(yōu)化：改變了原來單一中心網(wǎng)絡(luò)服務器獨立運行方式。新增的兩臺數(shù)據(jù)服務器相互冗余，在主用服務器數(shù)據(jù)庫發(fā)生故障時，能及時切換到備用數(shù)據(jù)庫。由于服務器切換時間短，保證了CEMS系統(tǒng)不因冗余切換而引起數(shù)據(jù)丟失、延遲或故障。同時，當故障服務器修復并投入系統(tǒng)后，系統(tǒng)自動進行狀態(tài)拷貝和數(shù)據(jù)庫拷貝，并使其處于冗余運行方式，有效提高了CEMS系統(tǒng)的可靠性。

（3）CEMS數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化：改變了傳統(tǒng)數(shù)采儀數(shù)據(jù)傳輸模式，將數(shù)據(jù)上傳軟件安裝在冗余服務器內(nèi)，數(shù)據(jù)上傳軟件一用一備，從控制站數(shù)據(jù)引擎軟件中讀取實時數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控管理環(huán)保平臺。上傳軟件將數(shù)據(jù)發(fā)送完后，在服務器內(nèi)進行存儲，以便監(jiān)控管理環(huán)保平臺數(shù)據(jù)入庫失敗或斷網(wǎng)后恢復網(wǎng)絡(luò)再自動補傳，確保數(shù)據(jù)傳輸有效率達到100%。

5 ? ?結(jié)語

#2機組CEMS數(shù)據(jù)采集與處理單元優(yōu)化策略采用雙機冗余PLC控制站、冗余服務器、冗余上傳軟件及工業(yè)以太網(wǎng)等技術(shù)措施，有效解決了CEMS系統(tǒng)未優(yōu)化前發(fā)生的各種問題。優(yōu)化后的CEMS系統(tǒng)功能與性能有了顯著提高，系統(tǒng)的操作和維護也更加簡單方便。

[參考文獻]

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[2] 固定污染源煙氣（SO2、NOx、顆粒物）排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法：HJ 76—2017[S].

收稿日期：2020-07-15

作者簡介：章會龍（1980—），男，福建廈門人，工程師，從事電廠熱工自動化專業(yè)及CEMS系統(tǒng)的檢修、維護工作。