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基于PC的DAQ测试板卡实现烟气连续监测仪器的系统设计

1 开发背景与需求
我国的较为大型的火力发电厂在电力比较匮乏的华东地区、华北地区大约有30个左右，每天排放大量的烟气，火电厂一般采用水过滤的方法进行排污，由于没有针对性，排污效果极不显著，为了有的放矢的进行比较有针对性的排污物处理方法，必须要检测其排污物的成份，以前往往采用离线检测的检测方法，即取样、封装、试验室检测等，检测的结果误差较大，为克服离线检测的弊端，我们为华能集团某大型火电厂采用ADLink公司的基于PC的DAQ卡DAQ-2010、PCI-7230、PCI－8554，并利用DAQBench强大的测试、图形显示功能，为其研制了一套移动式定量分析、监测污染物的成分的连续监测仪器，该系统可靠性高、分析功能较为完善、开发周期短，具有较大的推广应用价值 。
2 系统结构与解决方案

基于PC的DAQ测试板卡实现烟气连续监测仪器的系统设计
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图1：系统架构图
实际上，烟气检测主要是对被排放的烟气中有害气体浓度和烟气浊度的检测，有害气体主要包括SO2、CO、NO、NO2 。烟气检测系统主要由下列部件构成：1）从烟道中提取烟气的采样泵，2）冷却烟气的制冷器，3）红外吸收法测SO2、CO、NO、NO2，4）控制各气流通断的电磁阀，5）清洗采样枪用的反吹泵，6）完成数据采集、处理、分析以及控制功能的主控计算机，7）各种继电器以及接触器 。
系统架构图件图1所示，其工作原理为：当需要检测烟气时，控制计算机发出指令打开从采样枪到分析仪的电磁阀，启动采样泵，让烟气从采样枪经滤网过滤以后使气体冷却 。如果此时烟气温度过高则启动制冷器使烟气冷却，冷却后的烟气到气水分离器，在此除去其中的水分和少量的尘，经采样泵流入采样探头管道回到烟道，经过2～3分钟的稳定后，测试探头输出的信号作为有效信号，经A/D转换将数据传输给控制计算机，控制计算机通过对数据进行处理生成某一被检测烟气的浓度 。烟气可以依次流经不同测试探头管道，因此，可同时测出不同气体的对应的浓度 。
系统的实际工作过程为：PCI－7230启动抽样气阀，让部分真实烟气流经取样管，并经PCI－8554采集其流量脉冲数以便计算其流量，经必要的降温且恒温处理后，采用近红外线后方散射光方式对其浊度进行检测 。待样气进入检测系统后，进行快速冷凝以减少待测成份的损失 。首先由气液分离器使液态的气融胶体、水分等从样气中分离出去，然后气体进入冷凝器中，进一步降温至10 ℃，使样气和水分彻底分离，再经过一级细过滤彻底清除微尘的影响，得到比较纯的样气，进入测试管，由抽样泵将恒温、恒压的烟气抽入烟气采样探头管便于对其烟气中的SO2、CO、NO、NO2进行采样、分析，同时工业控制计算机通过DAQ－2010采集卡将其采用的样本值经过一定的处理后并加以存储，通过标准DAQBench功能面板调用以及强大的图形界面的分析功能对其进行图形化的结果显示，并将分析结果通过Ethernet传送到火电厂的MIS管理系统中去，现地也有数据库，备记载必要的测试结果 。
当然，在检测烟气前，要对各分析传感器进行标定，其过程与烟气检测大致相同，只是用某种标准的样气代替烟气，控制计算机将标准样气的测量值与实际值做一比较计算出修正系数，在以后的检测过程中控制计算机对每一种气体的测量值自动给予修正 。保证测量获得的数据最接近实际情况 。
3 系统功能模块
3.1 数据采集模块
采用了比较高档的多功能数据采集卡DAQ－2010，主要用其采集两路烟气以及两路浊度量，其特性为：
* 4通道同步模拟量输入；
* 14位A/D分辨率，采样频率最高可达2MHz；
* 双极性/单极性模拟量输入；
* 8K A/D采样FIFO；
* 完全自动校准；
3.2 数字输入输出模块
采用PCI－7230，主要用其实时控制电磁阀、电气断路器、电机驱动器以及启动器，增加相同的自动化水平、增强系统的可靠性和实时性 。其特性为：
* 16个隔离数字量输入与16个隔离数字量输出通道
* 2500 Vrms隔离电压
* 500mA峰值电流（隔离输出通道）
* 隔离输入通道允许最高24V输入电压
3.3 定时/计数DAS
采用PCI－8554，他是基于ISA的ACL－8454的升级板卡，主要用其实时测量流量传感器输出的脉冲，以便实时测量取样管内的流量 。
* 板上带有四个82C54定时器/计数器芯片
* 10个独立16位递减计数器
* 基于8 MHz系统时钟的级联计数器
* 每个计数器都能够编程选择四种时钟源
3.4 DAQBench
DAQBench 2.3是数据分析与显示控件的集合，它可以在任何支持ActiveX控件技术的开发工具中被使用，例如：VB，VC++，等等 。使用DAQBench，在系统中可以方便地开发出复杂的用户界面来显示、分析数据 。由于DAQBench 2.3具有实时曲线控件、历史曲线控件、报警控件、报警报表控件等控件，因此可通过DAQBench，可以很方便地察看数据变化趋势，察看记录报警，察看历史数据等等 。同时DAQBench支持OPC，可以方便地开发出分布式计算机监控应用 。DAQBench节省了我们的大量软件开发时间，同时其丰富的控件资源，是软件设计变得轻松 。
4 系统软件结构
系统的现地监测单元选用Windows2000 Professional，数据库选用Microsoft SQL Server Ver7.0，开发平台采用Visual C++＋＋ V6.0＋SP5，内嵌DAQBench开发工具包 。由于DAQBench为Visual C++提供基于MFC的C++类库，为ANSI C开发环境提供ActiveX控件以及功能面板库，并且提供面向仪器的分析功能，协助开发人员将采集来的原始数据转变为有用信息 。我们可以利用其大量信号采集、处理和数据分析工具，如曲线拟和、光谱分析、统计、结果可视化等为自己的测量和自动化应用程序建立一个专业级显示界面 。DAQBench带有测量特定功能用户界面组件，能够帮助开发人员轻松快捷地建立一个可与独立测量仪器相媲美的专业级界面，如示波器和温度记录仪等大大降低了我们的软件开发时间和系统集成时间 。开发的系统软件有如下功能：
* 动态数据显示：以数字、棒图、曲线的方式显示实时采集处理的各项参数；
* 可进行污染物浓度和总量的计算，生成日报、月报、年报等；数据存储：可存储多年的历史记录；
* 数据修复维护：具有参数设置和数据丢失修复功能 。
* 与火电厂的MIS系统实时交换数据 。

基于PC的DAQ测试板卡实现烟气连续监测仪器的系统设计
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【基于PC的DAQ测试板卡实现烟气连续监测仪器的系统设计】 图2：烟气分析、测试结果
4.1 系统特点与功能
系统采取了模块化的结构，可分解组合，以适应不同的环境现场测试 。除了在污染源浓度和总量连续监测方面应用以外，还可以作为脱硫效率监测和控制的在线仪器，集自动数据采集、通信、统计报表、动态趋势图显示于一体，软件人机界面友好、维护和安装方便、测试准确性高，符合国家监测标准，与同类产品相比性价比高 。系统功能如下
* 在线监测烟道气的烟尘排放浓度，为企业提供燃料 燃烧情况和除尘器的除尘效果报告 。
* 电力、环保部门可以随时查看火电厂烟道的排尘浓度和有害气体的含量等，产生日报表、月报表、季报表、年报表及趋势图等 。
* 在管理级计算机上可实现图表显示、数据记录、事故和排放浓度超标报警记录；
* 采样周期、超标报警值、动感交换信号平均值可方便设置 。
5 应用体会
利用DAQBench开发的基于ADLink公司的DAQ测试板卡在线移动式烟气测试分析已在华能某大型火电厂投入使用，为火电厂有的放矢的实施清污计划提供了一套强有力的测试系统 。ADLink公司的DAQ板卡以其性能稳定、测试精确为工控界所认可，其DAQBench控件为客户提供了面向仪器的分析功能，使我们开发效率大为提高，享受了ADLink产品给我们带来的开发乐趣 。
责任编辑：gt
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