CN106651171A - 一种超低排放机组在线监控管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超低排放机组在线监控管理系统，包含数据处理模块、工艺流程组态处理模块和考核指标在线计算模块；数据处理模块由数据采集模块、数据压缩传输模块和数据存储模块构成；工艺流程组态处理模块使用PI Processbook对现场DCS监控画面进行完整复制，利用SVG技术在监控平台进行处理和展示，实现现场工艺过程的完整复现；考核指标在线计算模块根据配置信息，从PI实时数据库中抓取测点小时数据进行计算从而判断超低排放脱硫、脱硝、除尘设施进行是否投运。本发明实现燃煤机组超低排放设施运行情况的实时在线管理，扩展电力环保监管范围，提升了电力环保监管水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种在线监控管理系统，特别是一种超低排放机组在线监控管理系统。
背景技术
为了控制燃煤火电污染，近年来，国内针对火电污染物的排放标准已经越来越严苛，2014年7月，被称为“史上最严”的中国火电大气污染排放新标准开始执行，力求加大对电力行业污染物排放的治理力度。头顶这一环保“紧箍咒”，不少中国煤电企业开始探索天然气标准的超低排放，试图摆脱燃煤行业“黑老粗”的刻板印象，因此，在国家政策和民生驳论的重重压力之下，中国煤电大气治理延向了新思路—超低排放。超低排放，也叫“近零排放”、“超净排放”，是指燃煤机组在完成改造之后的烟气排放达到天然气机组标准，即在基准氧含量6％条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50毫克/立方米。
2014年9月以来，国家发改委、环保部、能源局等部门先后下发了《关于印发<煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)>的通知》(发改能源[2014]2093号)、《关于实行燃煤电厂超低排放电价支持政策有关问题的通知》(发改价格[2015]2835号)等文件，江苏省也下发了《省政府办公厅关于转发省发展改革委省环保厅江苏省煤电节能减排升级与改造行动计划(2014－2020年)的通知》(苏政办发[2014]96号)文件，以期实现燃煤机组超低排放的有效管理。
“超低排放”不仅需要高额的一次性环保投资，更需要持续投入可观的运行费用，一方面如果没有相应的经济补贴措施，燃煤电厂不可能长期稳定的在超低或超超低设计水平上运行，另一方面由于投运项目运行时间短、工程应用经验不足，为防止发电企业低价竞争、粗制滥造，环保设施投运后无法保证设施运行效果，所以应加强对燃煤机组环保设施改造后的监管工作。目前，国内对燃煤机组超低排放改造后的环保设施运行情况尚未做到实时监控，超低排放环保电价考核也尚未实现实时在线计算，相关管理部门无法及时查看燃煤机组超低排放运行状态和考核指标统计。因此，为加强燃煤电厂超低排放设施运行管理，需要研究一种燃煤机组超低排放在线监控管理系统，为燃煤机组超低排放设施运行情况监管、补贴电价考核和补贴费用结算提供业务平台和技术支撑。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种超低排放机组在线监控管理系统，实现燃煤机组超低排放设施运行情况的实时在线管理。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种超低排放机组在线监控管理系统，其特征在于：包含数据处理模块、工艺流程组态处理模块和考核指标在线计算模块；数据处理模块由数据采集模块、数据压缩传输模块和数据存储模块构成；工艺流程组态处理模块使用PI Processbook对现场DCS监控画面进行完整复制，利用SVG技术在监控平台进行处理和展示，实现现场工艺过程的完整复现；考核指标在线计算模块根据配置信息，从PI实时数 据库中抓取测点小时数据进行计算从而判断超低排放脱硫、脱硝、除尘设施进行是否投运。
进一步地，所述数据采集模块封装多种数据源类型接口的数据采集调用方式，并将采集生成的实时数据定义为*.rda文件，历史数据文件定义为*.had文件。
进一步地，所述数据压缩传输模块中，采用基于LZ77-区间编码联合压缩方式对采集数据进行压缩处理，形成压缩文件，并将压缩文件定义为*.zrda和*.zhda文件，定义文件传输客户端uniclient，经调度网络统一传输到数据中心的数据文件服务器中。
进一步地，所述数据压缩传输模块包含对采集数据进行压缩处理和解压缩处理，
数据压缩过程为：
1)获取采集系统采集到的原始数据
2)对原始数据先进行预处理
3)调用LZ77编码器对原始数据进行编码
4)对LZ77编码器输出的数据进行第一次码流组织
5)调用区间编码器对第一次码流组织的数据进行编码
6)对区间编码器输出的数据进行第二次码流组织
7)形成最终结果数据；
数据解压缩过程为：
1)获取待解压的数据
2)对待解压的数据进行预处理
3)调用区间解码器对数据进行解码
4)对区间解码器输出的数据进行第一次码流组织
5)调用LZ77解码器对第一次码流组织的数据进行解码
6)对LZ77解码器输出的数据进行第二次码流组织
7)形成最终结果数据。
进一步地，所述数据存储模块，以PI实时数据作为存储媒介，数据写库服务端uniserver与uniclient进行通讯，根据配置的电厂信息、测点内码映射表、测点外码映射表，采用并发机制将压缩数据文件先进行解压，然后写入数据库。
进一步地，所述工艺流程组态处理模块操作流程为：
1)使用PI Processbook工具，对源图中所有元素进行一一组态；
2)安装SVG工具，将PI Processbook组态图形存储为SVG图形格式；
3)使用文本或者xml格式对SVG图形进行格式和内容编辑，对部分文件内容进行调整；
4)SVG图形编辑完成后，加载到web页面系统中进行展示。
进一步地，所述考核指标在线计算模块的计算流程为：
1)对原始数据进行剔除异常值、剔除标定/故障时间对应数据等处理；
2)对机组是否考核期进行判断，若处于考核期，则对测点小时均值进行统计；若不处于考核期，则该机组该小时视为机组停运，指标不进行统计；
3)得到各相关测点小时均值后，进行单位转换和浓度折标计算；
4)根据考核判断规则，对超低排放脱硫、脱硝、除尘设施进行是否投运判断；
5)输出计算结果。
进一步地，所述考核指标在线计算模块计算指标包含污染物排放浓度、脱硫效率、脱硝效率、考核时间、停运时间、超标率，计算周期为1小时，以发电机功率为判断依据，发电机功率大于2％额定负荷即视为进入考核期。
进一步地，所述考核指标在线计算模块指标计算模型：
二氧化硫：
氮氧化物：
烟尘：
脱硫效率：
脱硝效率：
进一步地，所述考核指标在线计算模块投运判断模型：
超低排放脱硫系统：
1)SO2排放浓度小时均值小于等于35mg/m3；
2)任一浆液循环泵电流大于空载电流；
同时满足；
超低排放脱硝系统：
1)NOx排放浓度小时均值小于等于50mg/m3；
2)任一稀释风机或稀释水泵电流大于阈值；
3)脱硝效率大于等于50％；
4)任一喷氨流量大于阈值；
同时满足；
超低排放除尘系统：
1)烟尘排放浓度小时均值小于等于10mg/m3；
2)电除尘：电场运行数量大于阈值；
3)袋式除尘：通道差压信号小于阈值；
同时满足。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、实现燃煤机组超低排放设施运行情况的实时在线管理，支撑超低排放运行监管和电价考核管理工作的开展，扩展电力环保监管范围，提升电力环保监管水平，进一步推进节能减排任务，加强发电企业超低排放设施投运积极性，提高企业环保水平；
2、本发明定义的各区域功能涵盖了超低排放机组在线监控管理应用方面的各种需求，提供了数据展示、工艺过程展示、配置管理和指标计算统计等全方位的功能模块，为有关部门有效实施超低排放管理提供了良好的技术支撑和业务应用平台；
3、本发明基本覆盖了超低排放机组脱硫、脱硝、除尘等环保设施所有现场设备参数，测点齐全，并且完整复制了现场工艺流程图，由于监测参数实现了秒级刷新，因此现场任何一个参数的微小变化都能在本发明中得到及时体现，测点类型齐全同时也能实现参数与参数之间的互相验证，有效防止部分发电企业弄虚作假现场发生；
4、本发明所涉及的指标统计计算充分考虑了现场工艺特性，提取了设施投运判断所需的特征参数，同时充分考虑到有关部门实施超低排放机组考核管理所关注的重点内容，设计了丰富多样的计算指标，并研究开发了科学合理的计算模型和方便友好的展示界面。
附图说明
图1是本发明的LZ77-区间编码联合压缩过程流程图。
图2是本发明的LZ77-区间编码联合压缩解压缩过程流程图。
图3是本发明的实施例电厂DCS监控画面图。
图4是本发明的使用文本或者xml格式对SVG图形进行格式和内容编辑的编辑页面形式示意图。
图5是本发明的考核指标在线计算模块的计算流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
本发明的一种一种超低排放机组在线监控管理系统，包含数据处理模块、工艺流程组态处理模块和考核指标在线计算模块.
数据处理模块由数据采集模块、数据压缩传输模块和数据存储模块构成。
数据采集模块：为了满足超低排放系统海量数据采集问题，采用插件技术，封装各种数据源类型接口的数据采集调用方式，实现对现 场多种数据源种类的融合。采集生成的实时数据文件定义为*.rda文件，历史数据文件定义为*.hda文件。
数据压缩传输模块：采集的现场监测数据通过网络隔离器后经由省电力公司调度网络传输到省公司电力信息内网存储。电厂到调度网络的网络带宽为2Mbps(约200KBytes)，考虑到电厂与省电力公司之间还有其它多种应用业务，采集数据传输不能占用过多带宽。为了适应窄带宽通道数据传输的场景，预先采用压缩算法对采集数据进行处理，然后将压缩后的数据发送到监控中心主站系统。采用数据压缩机制，可以有效地降低网络带宽的昂贵资源消耗。本发明定义的数据压缩算法基于LZ77-区间编码联合压缩方式实现。采集的数据经过处理后形成压缩文件，定义为*.zrda和*.zhda文件，定义了文件传输客户端uniclient，经调度网络统一传输到数据中心的数据文件服务器中。
其中，数据压缩传输模块包含对采集数据进行压缩处理和解压缩处理，
数据压缩过程为：
1)获取采集系统采集到的原始数据
2)对原始数据先进行预处理
3)调用LZ77编码器对原始数据进行编码
4)对LZ77编码器输出的数据进行第一次码流组织
5)调用区间编码器对第一次码流组织的数据进行编码
6)对区间编码器输出的数据进行第二次码流组织
7)形成最终结果数据；
数据解压缩过程为：
1)获取待解压的数据
2)对待解压的数据进行预处理
3)调用区间解码器对数据进行解码
4)对区间解码器输出的数据进行第一次码流组织
5)调用LZ77解码器对第一次码流组织的数据进行解码
6)对LZ77解码器输出的数据进行第二次码流组织
7)形成最终结果数据。
数据存储模块：本发明定义的采集数据存储以PI实时数据库作为存储媒介，定义了数据写库服务端uniserver与uniclient进行通讯，根据配置的电厂信息、测点内码映射表(测点在内部数据库中的关联信息)、测点外码映射表(测点在内部数据库与电厂数据库之间的关联信息)，采用并发机制将压缩数据文件先进行解压，然后写入数据库。
工艺流程组态处理模块使用PI Processbook对现场DCS监控画面进行完整复制，利用SVG技术在监控平台进行处理和展示，实现现场工艺过程的完整复现。SVG可缩放矢量图形(Scalable Vector Graphics)是基于svg可扩展标记语言(XML)，用于描述二维矢量图形的一种图形格式。SVG严格遵从XML语法，并用文本格式的描述性语言来描述图像内容，因此是一种和图像分辨率无关的矢量图形格式。本发明定义的工艺流程组态以实时采集数据为基础，完整复现现场超 低排放相关设施运行状态，现场污染物浓度、电流、电压、流量等每个参数的细微变化，都能在主站中得到及时反映。使用PI Processbook对现场DCS监控画面进行完整复制，利用SVG技术在监控平台进行处理和展示，实现现场工艺过程的完整复现，监管部门可利用此功能准确掌握现场超低排放系统所有设备运行情况，可细微到某一阀门的开关状态。
工艺流程组态处理模块操作流程为：
1)使用PI Processbook工具，对源图中所有元素进行一一组态；
2)安装SVG工具，将PI Processbook组态图形存储为SVG图形格式；
3)使用文本或者xml格式对SVG图形进行格式和内容编辑，对部分文件内容进行调整；
4)SVG图形编辑完成后，加载到web页面系统中进行展示。
考核指标在线计算模块根据配置信息，从PI实时数据库中抓取测点小时数据进行计算从而判断超低排放脱硫、脱硝、除尘设施进行是否投运。
考核指标在线计算模块的计算流程为：
1)对原始数据进行剔除异常值、剔除标定/故障时间对应数据等处理；
2)对机组是否考核期进行判断，若处于考核期，则对测点小时均值进行统计；若不处于考核期，则该机组该小时视为机组停运，指标不进行统计；
3)得到各相关测点小时均值后，进行单位转换和浓度折标计算；
4)根据考核判断规则，对超低排放脱硫、脱硝、除尘设施进行是否投运判断；
5)输出计算结果。
本发明定义了确定了实施超低排放考核管理需要计算的指标类型，定义了实现燃煤机组超低排放设施考核的计算模型和判断方式。
考核指标在线计算模块计算指标包含污染物(SO2、NOx、烟尘)排放浓度、脱硫效率、脱硝效率、考核时间、停运时间、超标率，计算周期为1小时，以发电机功率为判断依据，发电机功率大于2％额定负荷即视为进入考核期。
考核指标在线计算模块指标计算模型：
二氧化硫：
氮氧化物：
烟尘：
脱硫效率：
脱硝效率：
考核指标在线计算模块投运判断模型：
超低排放脱硫系统：
1)SO2排放浓度小时均值小于等于35mg/m3；
2)任一浆液循环泵电流大于空载电流；
同时满足；
超低排放脱硝系统：
1)NOx排放浓度小时均值小于等于50mg/m3；
2)任一稀释风机或稀释水泵电流大于阈值；
3)脱硝效率大于等于50％；
4)任一喷氨流量大于阈值；
同时满足；
超低排放除尘系统：
1)烟尘排放浓度小时均值小于等于10mg/m3；
2)电除尘：电场运行数量大于阈值；
3)袋式除尘：通道差压信号小于阈值；
同时满足。
下面以省内某660MW超低排放机组为例，阐述实现本发明的具体过程。
一、在线监控管理参数
该机组为在役660MW超超临界燃煤机组，超低排放改造工艺类型选取如下：
脱硝系统：在原有2层催化剂的基础上，启用备用层催化剂；
除尘系统：原有电除尘系统不变，在脱硫系统后增加湿式电除尘器；
脱硫系统：增加AFT吸收塔，在原脱硫塔内实现二级浆液喷淋。
针对此种改造方式，在线监控管理参数要求为脱硝系统、原除尘系统、湿式电除尘系统、原脱硫系统、AFT吸收塔系统等所有系统参数，同时包括烟气排放连续监测系统参数，具体讲包括脱硝进口/出口NOx浓度、脱硝进口/出口O2浓度、脱硫进口SO2浓度、脱硫进口O2浓度、烟囱排口SO2浓度、烟囱排口NOx浓度、烟囱排口烟尘浓度、烟囱排口O2浓度、烟囱排口烟气温度、烟囱排口烟气湿度、烟囱排口烟气压力等。该机组在线监控管理参数达1500点左右。
二、数据处理过程
所需管理参数从电厂SIS系统采集，数据处理过程如下：
(1)插件接口定义
插件基本信息
插件环境初始化
创建工作环境
连接数据库
获取测点对应的数据库内码编号
获取测点数据
(2)数据压缩
数据采集中的压缩技术采用无损数据压缩方式。无损压缩，使得数据量变小，对应的解压缩功能可以精确的恢复原数据，而不丢失任何数据。数据压缩过程如下：
(1)数据压缩过程
LZ77-区间编码联合压缩过程如图1：
1)获取采集系统采集到的原始数据
2)对原始数据先进行预处理
3)调用LZ77编码器对原始数据进行编码
4)对LZ77编码器输出的数据进行第一次码流组织
5)调用区间编码器对第一次码流组织的数据进行编码
6)对区间编码器输出的数据进行第二次码流组织
7)形成最终结果数据(压缩结果数据)。
(2)数据解压缩过程
LZ77-区间编码联合压缩逆过程(解压缩过程)如图2:
1)获取待解压的数据
2)对待解压的数据进行预处理
3)调用区间解码器对数据进行解码
4)对区间解码器输出的数据进行第一次码流组织
5)调用LZ77解码器对第一次码流组织的数据进行解码
6)对LZ77解码器输出的数据进行第二次码流组织
7)形成最终结果数据(采集的原始数据)。
本发明采用的数据压缩方式数据压缩比至少达到了5以上，对网络带宽的占用减少4倍以上；压缩时间、解压缩时间均极短，压缩时能够达到7M/秒，解压缩能够达到60M/秒。
(3)数据传输
1)登录
2)上传文件
3)下载文件
客户端请求下载文件时，如果不可以下载，服务端直接拒绝，回复的child_id、child_total均为0；如果可以下载，服务端直接开始传输文件内容，child_id＝0，child_total＝x开始传输。
(4)数据存储
本发明中，数据存储以PI数据库作为存储媒介，Uniwrite开发PI数据写入接口，与PI实时数据库进行数据交互，根据测点编码、时间和数值对数据进行持续入库，数据以秒级计。数据存储格式如下表所示：
二、工艺流程组态
为了实现页面对电厂工艺过程的展示，采用PI ProcessBook和SVG技术对现场工艺流程进行完整复制，实现对组态图形的保存、编辑，SVG图形在实时数据库和web展示之间起到了桥梁作用，对系统涉及到的脱硫、脱硝、除尘、湿除等系统画面进行重新组态，对页面中涉及的各种设备、参数进行页面配置。SVG可缩放矢量图形(Scalable Vector Graphics)是基于svg可扩展标记语言(XML)，用于描述二维矢量图形的一种图形格式。SVG严格遵从XML语法，并用文本格式的描述性语言来描述图像内容，因此是一种和图像分辨率无关的矢量图形格式。
以湿式除尘系统组态为例，电厂DCS监控画面如图3所示，
组态操作流程如下：
1)使用PI Processbook工具，对源图中所有元素进行一一组态。
2)安装SVG工具，将PI Processbook组态图形存储为SVG图形格式。
3)在1)中所述组态图的基础上，使用文本或者xml格式对SVG图形进行格式和内容编辑，对部分文件内容进行调整，编辑页面形式如图4所示。
4)SVG图形编辑完成后，加载到web页面系统中进行展示。
三、指标计算统计
以计算该机组2016年某小时超低排放考核数据为例。
根据配置信息，从PI实时数据库中抓取如下测点的小时数据：
如图5所示，指标计算统计具体计算流程如下：
1)对原始数据进行剔除异常值、剔除标定/故障时间对应数据等处理；
2)对机组是否考核期进行判断，若处于考核期，则对测点小时均值进行统计；若不处于考核期，则该机组该小时视为机组停运，指标不进行统计。
3)以处于考核期为例，得到各相关测点小时均值后，进行单位转换和浓度折标计算；
4)根据考核判断规则，对超低排放脱硫、脱硝、除尘设施进行是否投运判断。
5)输出计算结果。
本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种超低排放机组在线监控管理系统，其特征在于：包含数据处理模块、工艺流程组态处理模块和考核指标在线计算模块；数据处理模块由数据采集模块、数据压缩传输模块和数据存储模块构成；工艺流程组态处理模块使用PI Processbook对现场DCS监控画面进行完整复制，利用SVG技术在监控平台进行处理和展示，实现现场工艺过程的完整复现；考核指标在线计算模块根据配置信息，从PI实时数据库中抓取测点小时数据进行计算从而判断超低排放脱硫、脱硝、除尘设施进行是否投运。
2.按照权利要求1所述的一种超低排放机组在线监控管理系统，其特征在于：所述数据采集模块封装多种数据源类型接口的数据采集调用方式，并将采集生成的实时数据定义为*.rda文件，历史数据文件定义为*.had文件。
3.按照权利要求1所述的一种超低排放机组在线监控管理系统，其特征在于：所述数据压缩传输模块中，采用基于LZ77-区间编码联合压缩方式对采集数据进行压缩处理，形成压缩文件，并将压缩文件定义为*.zrda和*.zhda文件，定义文件传输客户端uniclient，经调度网络统一传输到数据中心的数据文件服务器中。
4.按照权利要求3所述的一种超低排放机组在线监控管理系统，其特征在于：所述数据压缩传输模块包含对采集数据进行压缩处理和解压缩处理，
数据压缩过程为：
1)获取采集系统采集到的原始数据
2)对原始数据先进行预处理
3)调用LZ77编码器对原始数据进行编码
4)对LZ77编码器输出的数据进行第一次码流组织
5)调用区间编码器对第一次码流组织的数据进行编码
6)对区间编码器输出的数据进行第二次码流组织
7)形成最终结果数据；
数据解压缩过程为：
1)获取待解压的数据
2)对待解压的数据进行预处理
3)调用区间解码器对数据进行解码
4)对区间解码器输出的数据进行第一次码流组织
5)调用LZ77解码器对第一次码流组织的数据进行解码
6)对LZ77解码器输出的数据进行第二次码流组织
7)形成最终结果数据。
5.按照权利要求1所述的一种超低排放机组在线监控管理系统，其特征在于：所述数据存储模块，以PI实时数据作为存储媒介，数据写库服务端uniserver与uniclient进行通讯，根据配置的电厂信息、测点内码映射表、测点外码映射表，采用并发机制将压缩数据文件先进行解压，然后写入数据库。
6.按照权利要求1所述的一种超低排放机组在线监控管理系统，其特征在于：所述工艺流程组态处理模块操作流程为：
1)使用PI Processbook工具，对源图中所有元素进行一一组态；
2)安装SVG工具，将PI Processbook组态图形存储为SVG图形格式；
3)使用文本或者xml格式对SVG图形进行格式和内容编辑，对部分文件内容进行调整；
4)SVG图形编辑完成后，加载到web页面系统中进行展示。
7.照权利要求1所述的一种超低排放机组在线监控管理系统，其特征在于：所述考核指标在线计算模块的计算流程为：
1)对原始数据进行剔除异常值、剔除标定/故障时间对应数据等处理；
2)对机组是否考核期进行判断，若处于考核期，则对测点小时均值进行统计；若不处于考核期，则该机组该小时视为机组停运，指标不进行统计；
3)得到各相关测点小时均值后，进行单位转换和浓度折标计算；
4)根据考核判断规则，对超低排放脱硫、脱硝、除尘设施进行是否投运判断；
5)输出计算结果。
8.按照权利要求7所述的一种超低排放机组在线监控管理系统，其特征在于：所述考核指标在线计算模块计算指标包含污染物排放浓度、脱硫效率、脱硝效率、考核时间、停运时间、超标率，计算周期为1小时，以发电机功率为判断依据，发电机功率大于2％额定负荷即视为进入考核期。
9.按照权利要求7所述的一种超低排放机组在线监控管理系统，其特征在于：所述考核指标在线计算模块指标计算模型：
二氧化硫：
氮氧化物：
烟尘：
脱硫效率：
脱硝效率：
10.按照权利要求7所述的一种超低排放机组在线监控管理系统，其特征在于：所述考核指标在线计算模块投运判断模型：
超低排放脱硫系统：
1)SO2排放浓度小时均值小于等于35mg/m3；
2)任一浆液循环泵电流大于空载电流；
同时满足；
超低排放脱硝系统：
1)NOx排放浓度小时均值小于等于50mg/m3；
2)任一稀释风机或稀释水泵电流大于阈值；
3)脱硝效率大于等于50％；
4)任一喷氨流量大于阈值；
同时满足；
超低排放除尘系统：
1)烟尘排放浓度小时均值小于等于10mg/m3；
2)电除尘：电场运行数量大于阈值；
3)袋式除尘：通道差压信号小于阈值；
同时满足。
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