基于物聯網背景下的環保數據報警功能優化研究與應用

李 輝，張震坤，陽 斌

（華能安源發電有限責任公司，江西 萍鄉 337200）

在“超低排放”背景下，國家對各火電企業煙囪總排口污染物排放要求越加嚴格，這就要求各企業不僅要保證脫硫、脫硝、除塵等環保設施的穩定運行，確保環保數據不超排，也要保證煙囪總排口CEMS儀表正常工作，確保其準確測量。

在各火電企業中，當機組煙囪總排口的環保數據出現超排時，如何使運行人員第一時間發現數據超排并及時調整工況；或者當CEMS儀表發生故障和CEMS儀表電源丟失的時候，如何第一時間告知運維人員并及時開展搶修工作，顯得尤為重要。

1 傳統報警功能現狀分析

針對“煙囪總排口環保數據超排”“煙囪總排口CEMS儀表故障”和“煙囪總排口CEMS儀表電源丟失”等一系列重要的環保報警信息，華能安源電廠原先通過DCS“光字牌報警”的方式，提醒運行人員。

圖1 繁雜的脫硫系統“光字牌報警”畫面Fig.1 Miscellaneous picture of "light brand alarm"of desulfurization system

但是，DCS“光字牌報警”報警畫面繁多、數據量龐大（如圖1所示），運行人員有時會因為注意力分散，出現“顧此失彼”的情況，從而導致環保數據長時間超排，或CEMS儀表長時間故障，或CEMS儀表電源長時間丟失而未被及時發現的安全隱患和被動局面，嚴重時甚至會使企業受到環保電價考核，給企業造成一定經濟損失。

2 報警功能優化策略研究

本文在物聯網大背景下，研究開發了一種新型的環保數據報警功能[1]（下文稱作物聯網無線遠程測控單元）。

當環保數據出現超排或CEMS儀表發生故障，或CEMS儀表電源丟失時，該物聯網無線遠程測控單元會給指定專人發微信、發短信、打電話，第一時間提醒其異常情況的發生，并即時采取相應措施。當恢復正常后，該物聯網無線遠程測控單元會給指定專人發微信、發短信、打電話，第一時間告知其異常情況已經恢復正常。

該物聯網無線遠程測控單元由無線智能測控終端、供電電源、SIM電話卡、吸盤天線、DI信號接線端子組成，如圖2所示。

圖2 物聯網無線遠程測控單元示意圖Fig.2 Map of the Internet of things wireless remote measurement and control unit

3 報警功能優化方案研究

3.1 新增DCS邏輯

利用DCS組態軟件，分別對機組煙囪總排口環保數據超排、CEMS儀表故障信號、CEMS儀表電源丟失信號進行邏輯組態。

當#1機組煙囪總排口SO2濃度大于35mg/m3或總排口NOx濃度大于50mg/m3，或總排口粉塵濃度大于5mg/m3時，延時20s，輸出總排口環保數據超排[2]，對應#1機組26-1DCS控制柜BRANCH4的第1塊DO卡件的9通道；當#1機組煙囪總排口CEMS儀表故障時，對應#1機組26-1DCS控制柜BRANCH4的第1塊DO卡件的10通道；當#1機組煙囪總排口CEMS儀表電源丟失時，對應#1機組26-1DCS控制柜BRANCH4的第1塊DO卡件的11通道。具體的邏輯組態，如圖3所示。

圖3 DCS邏輯組態畫面示意圖Fig.3 DCS logical configuration diagram

3.2 工控網絡安全技術保障[3]

為了保證網絡安全性，除了DCS采用物理隔離的獨立網絡，未經授權的設備禁止接入DCS管理主機（從源頭阻止病毒感染主機）外，對于物聯網無線遠程測控單元，采用實時監控綜合審計方案，及時審計、記錄生產網內部及外部對物聯網無線遠程測控單元的操作行為，以及來自外部的網絡攻擊威脅，并提供監測與預警，確保事后的可追溯性。而對于物聯網無線遠程測控單元用戶，采用黑名單、IP-MAC地址相結合的防護機制，實時對網絡行為、流量進行監控，有效防止非法訪問。

圖4 物聯網無線遠程測控單元現場安裝示意圖Fig.4 Site installation diagram of the Internet of things wireless remote measurement and control unit

3.3 物聯網無線遠程測控單元參數設置

將無線智能測控終端送電，管理員通過個人手機微信平臺，成功關注“物聯應用聯盟”微信公眾號后，點擊右下角“用戶注冊”，注冊管理員賬號。登錄管理員賬戶，進入調試后臺：

1）對無線智能測控終端的各個DI接線端子進行定義：

◇ 當#1機組煙囪總排口SO2濃度大于35mg/m3或總排口NOx濃度大于50mg/m3或總排口粉塵濃度大于5.0mg/m3時，總稱為總排口環保數據超排，對應無線智能測控終端的#1接線端子。

◇ 當#1機組煙囪總排口CEMS儀表故障時，對應無線智能測控終端的#2接線端子。

◇ 當#1機組煙囪總排口CEMS儀表電源丟失時，對應無線智能測控終端的#3接線端子。

2）添加微信收信人用戶（一般選擇環保專工、運行專工、檢修專工、CEMS儀表運維人員，人數沒有上限）信息。

3）添加短信收信人用戶（一般選擇環保專工、運行專工、檢修專工、CEMS儀表運維人員，人數沒有上限）信息。

4）添加電話聯系人用戶（一般選擇環保專工、運行專工、檢修專工、CEMS儀表運維人員，人數沒有上限）信息。

3.4 現場安裝接線

選擇移動網絡信號較好的現場，在現場引入220VAC電源，將無線智能測控終端、吸盤天線固定牢固，如圖4所示。對DCS控制柜中DO卡件相應的通道進行接線，如圖5所示。

圖5 DO卡件接線示意圖Fig.5 DO card wiring diagram

圖6 微信用戶收信記錄示意圖 Fig.6 WeChat user credit record diagram

將DO卡件輸出的開關量信號線，接入至無線智能測控終端對應的DI端子。

完成上述工作后，將無線智能測控終端的“開關撥扭”，由“關”位撥至“開”位，此時，物聯網無線遠程測控單元進入正常工作狀態。

圖7 短信用戶收信記錄示意圖 Fig.7 SMS user receipt record diagram

3.5 調試試驗

在DCS中強制相關信號，微信用戶收信記錄如圖6所示。

在DCS中強制相關信號，短信用戶收信記錄如圖7所示。

在DCS中強制相關信號，電話用戶接到通知記錄如圖8所示。

4 結語

華能安源電廠對傳統的環保數據報警功能優化后，較大地減輕了運行人員和檢修人員的環保壓力。與此同時，該項基于“物聯網”背景下的研究成果，具有設計巧妙、創新性強[4]、安裝方便、調試簡單、零維護量等一系列特點，不僅可以用于火電企業氣態污染物排放指標的監測報警，也可以推廣至火電企業的污水處理、氨泄漏、氫泄漏等其他重要參數的監測報警。

綜上所述，通過本次優化研究，既為公司的環保安全工作起到了“保護傘”的作用，也進一步助推了“智能電廠”的發展建設。

圖8 電話用戶接通知記錄示意圖Fig.8 A diagram of the phone user's notification record