摘要：烟气排放在线监测系统（CEMS）作为一种监控装置，可以实时在线连续监测烟气排放中的烟尘浓度、气态污染物的浓度和烟气排放总量，为企业监测尾气排放提供了很好的解决方案，并且用来作为环保部门的眼睛实现对企业污染排放的监控。本文介绍了蓝普锋PLC应用于烟气CEMS系统在垃圾发电厂中的选型和应用，对PLC在监控烟气CEMS系统的组成原理、功能作用等进行说明。

关键词：烟气监测；垃圾焚烧；CEMS；环保；蓝普锋PLC

1　行业背景

垃圾作为城市生活、工业生产的代谢产物，是城市发展的负担。随着人们对垃圾的再利用意识提高和垃圾回收技术日趋成熟，对垃圾进行处理和回收利用，成为处理垃圾的重要手段。

垃圾焚烧是一种传统的处理垃圾的方法。垃圾通过焚烧法处理后，减量化效果显著，同时可以回收垃圾焚烧产生的热能。但是，垃圾焚烧时会产生有机类污染物，这些污染物会再次排入环境中。因此，对于垃圾焚过程，需增加烟气处理设施和烟气排放在线监测系统（又称CEMS）。

烟气排放在线监测系统对大气污染源排放的气态污染物和颗粒物进行浓度和排放总量连续监测，并将信息实时传输到环保主管部门的装置，可以随时调用日报、周报、月报、年报，达到实时监测的目的。烟气数据采集准确、精度高，系统运行稳定、可靠，并可联网进行数据传输，是监测系统的基本要求。

2　系统简介

温州某垃圾焚烧电厂垃圾处理量为生活垃圾500吨/日、餐厨垃圾和污泥50吨/日，采用锅炉燃烧方式对垃圾进行处理，并通过汽轮机回收垃圾产生的热能进行发电。锅炉烟气排放出的颗粒物及SO2、NO x等造成空气污染危害十分严重，中国环保局发布的GB13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》和HJ/T75—2007《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》，详细规定了烟气排放连续监测系统的主要技术指标及质量验收要求^[1]。

因此，垃圾燃烧后需要单独设置烟气净化系统，并安装烟气排放在线监测系统。烟气在线监测指标应至少包括烟气中一氧化碳、颗粒物、二氧化硫、氮氧化物和氯化氢，并将信息实时传输到环保局监控系统，由环保局直接监测企业大气污染排放物是否存在超标违纪行为。

该项目采用基于蓝普锋PLC的多组份烟气连续监测系统，是一套集高温采样、高温分析于一体的抽57取式连续监测系统。采用高温红外技术，拥有成熟的样气采集系统、气体预处理装置，可同时测量达10个气体参数：最多8个红外敏感气体（比如CO、NO、NO 2、SO2、HCL、NH 3、H2O、CO 2）和O2，以及TOC（可选）。本系统具有可靠性高、运行时间长、维修频率低等优点，尤其适用于低浓度、高湿度、样品气溶于水的场合，如：垃圾焚烧厂废气 SO2、HCL的浓度监测，工业锅炉脱硝系统NH 3的气体浓度监测等场合^[2]。

3　系统应用

基于蓝普锋PLC的监测系统对焚烧后排放的气体进行取样，并由PLC和加热管线对取样气体进行恒温加热（180℃左右），经采样探头和德国Fodisch公司的多组份气体分析仪计算分析气体组分参数。通过PLC对系统进行数据采集和状态切换控制等，并上传数据至环保部门和厂区主控系统。

图1 系统工艺图

在线监测系统具体工作过程：

（1）PLC与分析仪进行RS232通讯，通讯协议为标准Modbus RTU，通过对分析仪进行参数设定和按工作流程进行通讯，实时读取气体组分参数，并对分析仪工作状态、参数等进行读取和设定。

（2）PLC通过模拟量和开关量通道，采集烟气的温度、压力、流速、颗粒物含量，并采集管线探头故障状态、吹扫阀状态等，进行智能判断，控制系统的工作状态。

在线分析仪对样品的温度、压力、含水量以及颗粒物（粉尘）等条件要求非常严格，PLC必须准确采集烟道中烟气参数，控制系统测量、标定等状态切换。为了防止取样管线堵塞，PLC控制系统能够自动进行反吹；同时为了便于维护和标定分析仪，PLC控制系统能够自动进行分析仪标定。

（3）PLC通过模拟量输出4~20mA信号与厂区主控DCS系统进行组分数据上传；部分厂区通过PROFIBUS-DP通讯、RS485（Modbus RTU协议）通讯与主控进行数据上传 [3] 。

（4）PLC通过串口或以太网口连接上位机系统，可以通过工控机实时监测系统工作状态和烟气参数，并可以对在线分析仪进行标定，对采样管道进行吹扫等。

（5）PLC通过串口RS485（Modbus RTU协议），连接第三方厂家数采仪；数采仪通过无线方式，与环保部门数据服务器进行通讯，上传系统工作状态和排放气体参数。

4　系统结构图

图2 系统结构图

5　系统特点

（1）PLC性能稳定

使用自发自用电（例如电厂），存在供电不稳定情况。蓝普锋RPC2000系列PLC可以在供电不稳定情况下长时间正常稳定运行，保证了系统运行稳定性和数据实时监测。

（2）强抗干扰能力

烟气管道（烟囱）属于高层设备，高频信号辐射较大，对探头信号采集会存在干扰，控制系统除增加防雷和隔离措施外，PLC要具备较强抗干扰能力。蓝普锋PLC抗干扰能力强，可以在多种现场长时间稳定可靠运行。

（3）通讯接口丰富

各种现场通讯需求不同，通讯需求多，需要PLC可以扩展多种不同类型通讯接口。RPC2107A（CPU模块）本体自带1路RS232和1路RS485，完成与分析仪数据采集、参数设置、工作状态设置等通讯交互；通过扩展模块RPC2401实现DP从站通讯，通过RPC2400可编程网关扩展3路串口和1路以太网口，实现上位机、DCS、数采仪等通讯。

（4）模拟量信号采集能力强

系统模拟量需求多，且要求稳定可靠，PLC可以带载多路模拟量。

6　结语

基于蓝普锋PLC的垃圾焚烧烟气排放在线监测系统，广泛应用于垃圾发电厂、热电厂、化工制药等垃圾处理厂，在现场长时间稳定可靠运行，分析数据可靠，系统维护工作量小。为用户使用和厂区运行提供了指导和帮助，同时实现环境保护和节能减排。

参考文献：

[1] 毛彩芳. CEMS系统在锅炉烟气系统中应用[J]. 石油化工自动化，2012.

[2] 王强. 烟气排放连续监测系统 (CEMS) 监测技术及应用[M]. 北京: 化学工业出版社, 2015.

[3] 北京蓝普锋科技有限公司. RPC2000系列PLC可编程控制器使用手册[Z]. 2018.

作者简介：

窦辉（1970-），男，河北人，电气工程师，现任北京蓝普锋科技有限公司PLC应用研究员，研究方向为PLC行业应用。

何军涛（1990-），男，河南人，现任北京蓝普锋科技有限公司嵌入式与物联网技术研究员，研究方向为自动化及物联网技术。

精彩观点

北京蓝普锋科技有限公司市场营销负责人王贵超

自动化博览：您认为自动化在环保领域具有怎样的作用？

王贵超：在工业化和信息化深度融合，以及大力发展智能制造和工业互联网的背景下，自动化技术不仅可以在传统环保领域实现设备自动化、系统智能化等，还可以实现网络在线传输、大数据分析和人工智能等应用，实现自动化应用和环保行业工艺融合发展是必然趋势。

环保产业涉及范围广，各细分领域工艺和设备类型众多，均需要通过自然科学来处理遇到的难题难点。自动化技术是多学科知识的综合体现，帮助环保行业解决遇到的检测、采集和控制等环节技术难题，是环保行业发展的助推动力。

同时，自动化技术的应用将有效提升环保领域治理的效率、质量和成本控制，最终实现环保产业的社会价值和经济价值。

自动化博览：目前蓝普锋的产品正在如何助力环保产业的发展？

王贵超：北京蓝普锋科技有限公司专注PLC研发及产业化，经过多年深入研究和市场培养，环保产业中的部分细分市场已经成为蓝普锋PLC产品的优势应用领域。

伴随环保产业的高速发展，自动化系统平台建设得到广泛应用，蓝普锋对水处理、垃圾焚烧等工艺有深厚的理解和认识，提供的厂级综合自动化系统已在多个省份运营。

“废水、废气、废固”的环境治理是当前环保狠抓落实的重点环节，蓝普锋公司提供以PLC为控制核心的自动化设备和方案。单个控制器CPU支持扩展160路模拟量，满足大、小信号源各类模拟量信号接入，产品运行稳定，应用领域包括：污水处理、废气处理、垃圾焚埋、除尘等设备和自动化系统。

通过在线监测系统进行数据测量，是环保部门对烟气监测和水质监测排放是否合格的重要参考，以蓝普锋RPC2000系列PLC为控制方案的在线监测系统，采集准确、精度高，系统运行稳定、可靠，并可联网进行数据传输，使得监测系统在现场长期稳定运行。

就PLC产品来说，中国地域广阔，环境治理对产品的适用性、可靠性提出了要求。需要治理的环境往往是环境差、人工工作艰苦的区域。一方面温度、湿度、金属污染、粉尘都是PLC等设备需要治理的对象，控制器产品必须稳定可靠运行；另一方面，这些污染源又对摆放在现场的PLC产品进行腐蚀和损坏，对产品的品质、稳定性和环境适用能力提出了挑战，尤其对环境适用能力是严重的考验，一旦出现产品质量问题进行二次更换、维护，工作艰苦且成本开支巨大。蓝普锋作为国内本土PLC厂商，根植中国大地，对用户现场产品适用性、抗干扰能力进行了深度分析，以客户需求为核心，从产品设计、产品防护等源头解决问题，为用户打造高可靠性的解决方案。

自动化博览：环保对于自动化技术尚处于蓝海市场，蓝普锋将如何把握机会？您认为未来的竞争点是什么？

王贵超：环保行业涉及应用领域众多，非常适用PLC产品，这为蓝普锋提供了广阔的市场空间。随着人民环保意识的提高及国家支持力度的增强，广义的环保行业范围在加大，狭义的环保治理产业也将会升级，进一步细分创造出新的市场机会。蓝普锋会延续自身的优势，面对环保产业升级，了解需求、工艺和环境要求，帮助客户解决新的技术难点，与合作伙伴进一步挖掘新的应用机会，实现新机会的介入和掌控。

未来的竞争点肯定是建立在企业核心能力之上，蓝普锋会坚定不移做好PLC产品业务，深入研究各行业的需求差异，研发适合各行业的PLC产品并实现产业化。蓝普锋会延续和强化现有应用领域的优势，对产品存在优势的应用领域进一步加大推广力度，让更多用户感受蓝普锋PLC产品的性能，这同时也能让用户从多维度去了解国产PLC发展的程度。

摘自《自动化博览》2019年8月刊