1. 引言
21世纪以来，我国把“大力推进科学技术进步，加强环境科学研究，积极发展环保产业”作为经济发展的重要相关政策，环保产业进一步得到重视。据统计，全世界每年向大气中排放人为污染物的总重量估计为6亿多吨，其中粉尘约占其比重的16%。随着国家环保要求的提高和公众环境意识的增强，对粉尘排放的要求也大幅提高。新的国家标准GB13223-2011规定新建电厂大气污染物的排放浓度必须控制在30mg/m³以下，而旧标准GB13223-2003要求粉尘排放浓度小于50mg/m³。
随着计算机技术、电子技术、通信技术的飞速发展，除尘器的控制技术水平和自动化程度也越来越高，其应用领域在不断地扩大。因此，在提倡节能减排的今天，利用除尘集散控制系统来监控管理除尘器除灰器的运行，同时进行高效的数据通讯来提高除尘器的除尘效率和能耗利用率有着非常重要的现实意义和社会意义。
本解决方案采用组态王软件为上位软件，通过以太网方式远程连接PLC、温控仪表、传感器等组成监控系统，能够自动稳定高效的完成火力发电、钢铁、有色冶金、化工等行业生产所产生的渣料和废气处理，提高了工厂除灰除尘生产自动化水平，保证了机组的正常运行，有效减少维护、检修工作量。
2. 系统需求
根据最新的《火电厂大气污染物排放标准》，单台出力65t/h以上除层燃炉、抛煤机炉外的燃煤发电锅炉；各种容量的煤粉发电锅炉；单台出力65t/h 以上燃油、燃气发电锅炉；各种容量的燃气轮机组的火电厂；单台出力65t/h以上采用煤矸石、生物质、油页岩、石油焦等燃料的发电锅炉，都需要进行烟气排放处理，整个生产系统中，除灰除尘装置是必不可少的。
整个生产流程的烟气处理流程为：锅炉燃烧的烟尘以较高的温度首先进入省煤器，省煤器吸收烟尘的剩余热量，返回给锅炉，达到资源的再利用；然后烟尘进入多管除尘器，将其中的大颗粒尘灰进行过滤；布袋除尘器是将烟尘中剩余的较细微颗粒利用布袋进行截留，此时烟气中仍会存在一些更加细微的粉尘存在，需要电除尘器进行过滤；脱硫脱硝在整个除尘过程中都有应用，一般通过喷射化学药剂的方法将烟气中的二氧化氯和氮氧化物进行中和吸收。各级除尘器和脱硫脱硝设备中收集的粉尘灰渣，都集中到除灰装置输送和处理。
除尘是指在炉外加装各类除尘设备，净化烟气，减少排放到大气的粉尘，它是当前控制排尘量达到允许程度的主要方法。除灰装置的作用主要是把锅炉除尘器收集的粉煤灰输送到灰库，保证锅炉系统安全正常运行。
根据生产除灰除尘的流程，控制需求主要有以下几方面：
1）控制系统以集中监视，分散控制为原则，整个运行过程实现计算机的远程监视、控制和管理，通过下载参数设定和运行指令到现场设备进行自动控制，从而实现高质量，低成本，稳定可靠的运营。
2）提供数据的图形显示和趋势曲线显示功能。能够高效稳定的采集现场实时数据，并在监控系统通过曲线、棒图、趋势图等显示。针对电除尘器的监控，能够生成V-I 特性曲线并进行保存和打印，以便进行V-I曲线进行比较，判断除尘器内部结构是否变形，出现异常，使检修人员能及时发现故障，并予以排除。
3）要求完善的报表功能。能够方便的进行班报表、日报表、月报表、年报表的设置，完整的记录生产工程信息，能够提供完整设备运行数据记录和显示（烟气温度、设备压力控制、流量、转速等），实时报表显示工程运行中的各种运行信息，历史报表对生产工艺参数进行历史条件查询。
4）安全的权限管理，分配不同的操作权限，是生产操作在相应权限下进行，防止重要参数被误修改，保证系统运行的安全性。能够实现除尘器工作状态的动态模拟显示，能够直观的显示工业炉当前的生产运行状态，以及炉体上各种控制参数的当前值。
5）要求系统具备报警功能，能进行实时报警提示，自动弹出报警画面，能实现声音报警通知，远程信息报警通知提示，并能够对历史报警信息进行存储，以方便进行查询和打印。可以在系统运行过程中查看和修改各系统变量的报警参数。
6）能够提供客户端远程数据访问功能。通过客户端工具，通过网络监控远程设备运行状态，确保远程设备运行正常。在Internet网络或局域网中将实时、历史、报警等数据以集成的方式进行发布，使用户可在IE中实现浏览。
3. 系统方案
3.1 系统配置
监控计算机采用双机冗余配置，安装Kingview组态软件，两台上位机通过以太网相连接，作为IO服务器，正常时主机与PLC控制系统进行通讯，而主机发生异常时由从机与PLC控制系统通讯，数据同步备份，保证了数据一致和完整性，使生产安全稳定的运行。为了系统的更加安全可靠，系统还分别配置了报警服务器来产生报警和报警记录，配置历史记录服务器进行历史数据记录。KV客户端可以作为工程师站进行整体监控，能够系统中所有的实时变量、报警信息和进行历史数据查询。并且系统配置了网络发布功能，可以通过KV客户端将工程数据发布到公网，工程人员可以在任何有网络的地方实时查看现场机器运行情况。
3.2 具体方案功能介绍
组态王是亚控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，面向自动化市场及应用，以实现企业一体化为目标开发的一套产品。该产品以搭建战略性工业应用服务平台为目标，为企业提供对生产流程进行数据汇总、分析及管理的有效平台，使企业能够有效获取信息，及时做出反应，以获得最优化的结果。
1） 画面展示
组态王工具箱中提供了方便实用的绘图工具，包括直线、折线、圆弧、矩形（方形）、圆角矩形、圆形（椭圆）等工具，以及组态王开发画面中包含了大量预先建立好的组合图形对象，比如控制按钮、指示表、阀门、电机、泵、管路和其他标准工业元件。图库中的元素称为“图库精灵”，使用“图库精灵”将极大地加快应用系统的构造。能够在工程中开发出更加丰富多彩、生动逼真的画面。
2） 下位设备通讯
组态王目前能连接PLC、智能仪表、板卡、模块、变频器等上千种工业自动化设备。
除尘除灰自动控制系统中，常用的控制设备为PLC，常用的有西门子S7系列，三菱PLC、欧姆龙PLC，组态王通过串口通讯和以太网通讯方式，稳定高速的与设备进行数据交换。上位监控系统与PLC程序互相结合，将分散的设备集中到一起监控，实现集中监视、分散控制的安全操作。
除了串口、以太网连接方式，组态王还支持多种数据采集方式，支持GPRS/CDMA无线、ADSL有线等多种通讯方式，可以实现远程设备监控。
3） 趋势曲线和V-I特性曲线
组态王的实时数据和历史数据除了在画面中以值输出的方式和以报表形式显示外，还可以用曲线的形式显示。组态王的曲线有趋势曲线和超级X-Y曲线。
趋势分析是控制软件必不可少的功能，“组态王”对该功能提供了强有力的支持和简单的控制方法，趋势曲线可以分为实时曲线和历史曲线。
实时曲线：一幅画面可以有若干个趋势曲线控件每个控件中可显示4条绘图区，每个绘图区有4条Y轴，2条X轴每个绘图区可以对应一个设备，反映这些参数的实时变化情况，另外也可对不同的设备的同个参数进行对比，从而实现数据的横向与纵向对比。
历史曲线：显示某段时间内（几秒钟、几分钟、几小时、几天、几个月甚至一年）的各种参数连续变化情况，历史曲线参数和时间可由用户自己任意选择。用户可以放大缩小时间轴，时间单位支持毫秒精度。
超级X-Y曲线主要是用曲线来显示两个变量之间的运行关系，电除尘器伏安特性曲线是上位监控系统中需要特别关注的一项，据此分析诊断故障，指导运行、检修人员排除故障。通过超级X-Y曲线可以实现伏安特性曲线的绘制，保存，调入和打印功能。
4） 报表功能和数据存储查询
组态王为工程人员提供了丰富的报表函数，实现各种运算、数据转换、统计分析、报表打印等。既可以制作实时报表，也可以制作历史报表。组态王6.55版本，新增向导式报表功能，实现快速建立班报、日报、周报、月报、季报和年报表。
在除尘除灰控制系统中，组态王能够提供完整设备运行数据记录，对采集到的历史数据存放到数据库中，组态王集成了对KingHistorian的支持，极大的提高了组态王的数据存储能力，能够更好的满足大点数用户对存储容量和存储速度的要求。设备运行数据能够生成报表进行定时或实时打印存档，实现资料建档追踪。查询时可实现精确、方便、快捷。
5） 报警显示和记录
组态王是通过报警和事件这两种方式来通知操作人员过程的活动情况。组态王的事件驱动的报警方式和紧凑高效的结构使得报警信息可以被完整地记录，即使突然发生大量的报警也不会遗漏。
组态王的实时报警信息通过报警窗口来显示，利用报警窗口，操作者不但能及时查阅报警信息，而且可以确认报警、删除报警、更改报警类型、事件类型、操作员、报警优先级、报警组、站点名和服务器名等信息。
报警信息通过存储到文件，输出到数据库和实时打印机打印三种方式进行记录，并能实现各种条件下的查询，实现生产过程的追踪，方便设备的检修和维护。
6） 安全管理，操作权限设置
组态王采用分级和分区的双重保护策略。应用系统中的每一个可操作元素都可以被指定保护级别（最大999级）和安全区（最多64个），在系统中设立不同的安全操作等级，针对不同的操作者设置相应的加密等级，以保证设备的安全运行。系统可以设置几种种用户操作等级，例如操作员级，此级别智能对设备操作、监视、历史数据查询，不可以对数据库进行管理以及修改工艺参数。可以管理员级，可以使用本系统的所有功能，并能够对操作员的权限进行在线管理。
7） web发布
组态王全面支持网络发布功能。IE浏览客户端可以获得与组态王运行系统相同的监控画面，IE客户端与Web服务器保持高效的数据同步，通过网络可以实现在任何地方获得与Web服务器上相同的画面和数据显示、报表显示、报警显示等，同时可以方便快捷的向工业现场发布控制命令，实现实时控制的功能。
4. 案例
大唐鲁北发电厂2×330MW机组除灰系统
山东华润纸业除灰系统
山东鲁北发电公司除灰系统
黑龙江富裕晨鸣热电2×80t/h除灰系统
潍坊特钢集团有限公司综合动力站2×220t/h锅炉机组工程
