CN111552251A - 一种水泥厂烟囱排放检测远程监控系统 - Google Patents

一种水泥厂烟囱排放检测远程监控系统 Download PDF

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唐薇薇
周申燕
王硕
赵海山
白洋
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Abstract

本发明提供了一种水泥厂烟囱排放检测远程监控系统，通过工业通讯模块将以远程监控方式获得的窑尾烟囱检测子系统、煤磨烟囱检测子系统、窑头烟囱检测子系统和水泥磨烟囱检测子系统的检测数据和报警信息上传到DCS系统，通过Internet以太网模块将各项检测数据上传到当地环保机构监控系统和云平台系统，并通过无线通讯网关模块上传到手机终端或者显示屏幕终端。上述方案可实时对水泥厂烟囱排放进行有效的监控检测，以便时刻提醒工厂必须严格按照环保要求进行排放，大大提高本地环保机构监控力度，省时省力，保障全天候自动稳定运行，并且该方案具备完善的远程监控、记录和超标报警功能，适合广泛推广和使用。

Description

一种水泥厂烟囱排放检测远程监控系统
技术领域
本发明属于水泥生产技术领域，具体涉及一种水泥厂烟囱排放检测远程监控系统。
背景技术
随着社会不断进步和发展，国内外对于水泥厂环保要求日益增强，整个水泥厂烟囱排放气体成份和粉尘浓度对周边的环境影响非常大，很多工厂环保意识不强，直接把有害气体成份排放到大气中，此外收尘设备不进行定期检修维护，导致粉尘排放浓度大，使得周边的自然环境恶化，严重影响人们健康和生活，为此环保机构需要经常携带专业的仪器设备来工厂进行定期的检查烟囱排放情况，比较费时间费人力；另外有些工厂为了应付环保检查，临时减少产量或停产检修等方式，以保证临时通过环保检查，之后又呈现排放不合格状态；还有的工厂虽然安装烟囱排放检测装置，但提供给环保机构虚假或篡改的数据信息。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种水泥厂烟囱排放检测远程监控系统，检测水泥厂烟囱排放状况，并通过不同的通讯介质实现对检测数据的实时远程监控，为环保机构提供了有效数据。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种水泥厂烟囱排放检测远程监控系统，其特征在于，包括远程监控子系统，以及分别与远程监控子系统连接的窑尾烟囱检测子系统、煤磨烟囱检测子系统、窑头烟囱检测子系统和水泥磨烟囱检测子系统；其中，
所述窑尾烟囱检测子系统包括第一粉尘浓度检测装置和第一气体分析检测装置；
所述煤磨烟囱检测子系统包括第二粉尘浓度检测装置和第二气体分析检测装置；
所述窑头烟囱检测子系统包括第三粉尘浓度检测装置；
所述水泥磨烟囱检测子系统包括第四粉尘浓度检测装置；
所述第一、第二、第三和第四粉尘浓度检测装置，分别用于检测窑尾烟囱检测子系统、煤磨烟囱检测子系统、窑头烟囱检测子系统和水泥磨烟囱检测子系统的粉尘浓度数据；
所述第一气体分析检测装置，用于检测第一气体成份数据，包括窑尾烟囱的氧气O2、一氧化碳CO、氮氧化物NOx和硫化物气体；
所述第二气体分析检测装置，用于检测第二气体成份数据，包括煤磨烟囱的氧气O2和一氧化碳CO；
所述远程监控子系统，用于将接收的所述第一、第二气体成份数据和所述粉尘浓度数据进行记录和分析处理后上传至DCS系统,同时传送到当地环保机构监控系统和云平台系统，以及手持移动终端/显示屏幕终端。
优选的，所述第一、第二气体分析检测装置均包括气体取样探头和连接所述气体取样探头的气体成份分析仪；
所述气体成份分析仪与所述远程监控子系统连接，用于对气体取样探头采集的样本进行成份分析，得到样本的气体成份检测值，并通过工业通讯协议传输给远程监控子系统；
所述气体取样探头上设置有用于清扫探头的取样探头防堵反吹模块。
优选的，所述第一、第二、第三和第四粉尘浓度检测装置均包括：红外发射器、红外接收器和浓度分析仪；
所述红外发射器输出的红外信号穿过烟囱中的粉尘发送给红外接收器，与红外发射器相连的所述红外接收器，用于接收红外发射器发送的红外信号；
所述红外接收器与所述浓度分析仪连接，用于对红外接收器发送的红外信号进行分析，得到粉尘浓度值；
所述浓度分析仪与所述远程监控子系统连接，用于将分析得到的粉尘浓度值通过工业通讯协议传输给远程监控子系统。
优选的，所述远程监控子系统包括：工业通讯模块、主机模块、UPS不间断电源模块、Internet以太网模块、无线通讯网关模块和柜门监控模块；
所述主机模块通过工业通讯模块分别与第一、第二气体分析检测装置、第一、第二、第三、第四粉尘浓度检测装置以及DCS系统连接；通过所述Internet以太网模块连接当地环保机构监控系统和云平台系统，并通过所述无线通讯网关模块与手持移动终端/显示屏幕终端相互通信；
所述UPS不间断电源模块，用于为所述主机模块提供稳压电源；
所述柜门监控模块，用于通过监控所述远程监控子系统的非法开启状况，获得接触式传感器信息。
进一步地，所述远程监控子系统还包括：HMI触摸屏和报警模块；
所述HMI触摸屏模块与浓度分析仪连接，用于显示粉尘浓度值；
所述HMI触摸屏模块与气体成份分析仪连接，用于显示样本的气体成份检测值；
所述报警模块与主机模块连接，用于当样本的气体成份检测值满足预先定义的气体报警条件或者粉尘浓度值满足预先定义的粉尘报警条件时，生成报警信号；
所述HMI触摸屏模块与报警模块连接，用于对报警模块生成的报警信号进行声光显示。
进一步地，所述主机模块包括：
判断单元，用于根据柜门监控模块的接触式传感器信息判断柜门开启/闭合状态；
报警单元，用于针对柜门开启状态发出警报；
存储单元，用于存放预先定义的窑尾烟囱和煤磨烟囱的气体有害成份含量阈值，窑尾烟囱、煤磨烟囱、窑头烟囱和水泥磨烟囱的粉尘浓度阈值，以及气体报警条件和粉尘报警条件；
其中，所述预先定义的气体报警条件为：气体成份检测值高于预先定义的窑尾烟囱和煤磨烟囱的气体有害成份含量阈值；
所述预先定义的粉尘报警条件为：粉尘浓度值高于预先定义的窑尾烟囱、煤磨烟囱、窑头烟囱和水泥磨烟囱的粉尘浓度阈值。
进一步地，所述报警模块包括：
第一比较单元，用于比较气体有害成份含量阈值与气体成份检测值之间的大小；
第二比较单元，用于比较粉尘浓度阈值与粉尘浓度值之间的大小；
生成单元，用于根据所述第一比较单元和第二比较单元输出的比较结果生成报警信号。
进一步地，所述HMI触摸屏模块通过工业通讯模块将显示的报警信息上传到DCS系统，通过Internet以太网模块连接所述当地环保机构监控系统和云平台系统，通过无线通讯网关模块上传到手持移动终端/显示屏幕终端。
本发明的有益效果体现在：
本发明提供的一种水泥厂烟囱排放检测远程监控系统，以可编程作为控制核心，通过远程监控子系统接收各烟囱检测系统中气体检测装置和粉尘检测装置的检测数据，远程监控子系统根据上述数据与内部的预设阈值进行比较计算，进而获得报警信号，通过远程监控子系统的各个通讯模块将报警信号和检测数据上传给DCS系统、当地环保机构监控系统和云平台系统、手机终端或显示屏幕终端；该系统可以让水泥厂管理人员、环保监管人员、其他相关人员随时随地地了解工厂烟囱排放详细信息，并在排放超标时立即报警告知水泥厂管理人员、环保监管人员、其他相关人员，提醒立即采取相应措施，降低排放污染，达到环保要求；其自动化无人监控程度高，大大节省了人力，可以全天候自动稳定运行，并且具备完善的故障报警和保护功能；同时，利用工业通讯或Internet以太网或无线通讯多种方式，将详细的排放数据信息及报警信息便捷快速地传输到各个终端，为环保部门提供一种高效便利的监控新手段，并借助互联网、大数据和云技术实现本地化联动环保监察，有助于大气污染治理，具有重大的社会和经济意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实施例中所提供的水泥厂烟囱排放检测远程监控系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中所提供的水泥厂烟囱排放检测远程监控系统的柜门监控模块的工作流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
本发明实施例提供了一种水泥厂烟囱排放检测远程监控系统，参见图1，包括窑尾烟囱检测子系统、煤磨烟囱检测子系统、窑头烟囱检测子系统、水泥磨烟囱检测子系统和远程监控子系统；窑尾烟囱检测子系统、煤磨烟囱检测子系统、窑头烟囱检测子系统和水泥磨烟囱检测子系统分别与远程监控子系统连接；其中，窑尾烟囱检测子系统包括第一粉尘浓度检测装置和第一气体分析检测装置；
煤磨烟囱检测子系统包括第二粉尘浓度检测装置和第二气体分析检测装置；
窑头烟囱检测子系统包括第三粉尘浓度检测装置；
水泥磨烟囱检测子系统包括第四粉尘浓度检测装置；
所述第一、第二、第三和第四粉尘浓度检测装置，分别用于检测窑尾烟囱检测子系统、煤磨烟囱检测子系统、窑头烟囱检测子系统和水泥磨烟囱检测子系统的粉尘浓度数据；依次获得窑尾烟囱、煤磨烟囱、窑头烟囱检测和水泥磨烟囱的粉尘浓度数据。
第一气体分析检测装置，用于检测第一气体成份数据；所述第一气体成份数据包括窑尾烟囱的氧气O2、一氧化碳CO、氮氧化物NOx和硫化物气体；
第二气体分析检测装置，用于检测第二气体成份数据；所述第二气体成份数据包括煤磨烟囱的氧气O2和一氧化碳CO；
所述远程监控子系统，用于将接收的所述第一、第二气体成份数据和所述粉尘浓度数据进行记录和分析处理后上传至DCS系统,同时传送到当地环保机构监控系统和云平台系统，以及手持移动终端/显示屏幕终端。
所述第一、第二气体分析检测装置均包括气体取样探头和连接所述气体取样探头的气体成份分析仪；
所述气体成份分析仪与所述远程监控子系统连接，用于对气体取样探头采集的样本进行成份分析，得到样本的气体成份检测值，并通过工业通讯(采用Profibus-DP或工业以太网协议)协议方式传输给远程监控子系统；
所述气体取样探头上设置有用于清扫探头的取样探头防堵反吹模块。
第一、第二、第三和第四粉尘浓度检测装置均包括：红外发射器、红外接收器和浓度分析仪；
红外发射器输出的红外信号穿过烟囱中的粉尘发送给红外接收器，与红外发射器相连的所述红外接收器，用于接收红外发射器发送的红外信号；
红外接收器与所述浓度分析仪连接，用于对红外接收器发送的红外信号进行分析，得到粉尘浓度值；
所述浓度分析仪与所述远程监控子系统连接，用于将分析得到的粉尘浓度值通过工业通讯(采用Profibus-DP或工业以太网协议)协议方式传输给远程监控子系统。
所述远程监控子系统包括：工业通讯模块、主机模块、UPS不间断电源模块、Internet以太网模块、无线通讯网关模块和柜门监控模块；
主机模块通过工业通讯模块分别与第一、第二气体分析检测装置，以及第一、第二、第三、第四粉尘浓度检测装置和DCS系统连接；通过所述Internet以太网模块连接当地环保机构监控系统和云平台系统，并通过无线通讯网关模块与手持移动终端/显示屏幕终端相互通信；
远程监控子系统还包括：HMI触摸屏和报警模块；
所述报警模块与主机模块连接，用于当样本的气体成份检测值满足预先定义的气体报警条件或者粉尘浓度值满足预先定义的粉尘报警条件时，生成报警信号；
所述HMI触摸屏模块与浓度分析仪连接，用于显示粉尘浓度值；
所述HMI触摸屏模块与气体成份分析仪连接，用于显示样本的气体成份检测值；
所述HMI触摸屏模块与报警模块连接，用于对报警模块生成的报警信号进行声光显示；
所述HMI触摸屏模块通过工业通讯模块将显示的报警信息上传到DCS系统，通过Internet以太网模块连接所述当地环保机构监控系统和云平台系统，通过无线通讯网关模块上传到手持移动终端/显示屏幕终端。
具体地，远程监控子系统采用收集检测数据、数据分析处理，数据转化成信息、信息发送的基本设计思想，采用多点收集、数据比较算法、多点发送的形式，其主要特征是它的数据多点管理和信息多点发送，远程监控子系统包括工业通讯模块、主机模块和、HMI触摸屏模块，UPS不间断电源模块、Internet以太网模块、无线通讯模块和柜门监控模块，检测数据通过工业通讯模块连接主机模块，经过主机模块进行数据处理，主机模块连接工业通讯模块将信息输出到DCS系统，主机模块连接Internet以太网模块将信息上传到当地环保机构监控系统和云平台系统，主机模块连接和无线通讯模块将信息显示在手机终端或显示屏幕终端。
UPS不间断电源模块，用于为主机模块提供稳压电源；
柜门监控模块与主机模块连接，用于通过监控远程监控子系统的非法开启，获得接触式传感器信息。远程监控子系统为一个机柜，其包括柜体和柜门，且柜子门上设有铅封,未经过许可打开。当柜门监控模块监控到有人非法打开柜门或者发生故障导致柜门未处于正常关闭状态时，与其连接的主机模块触发报警信号，具体地如图2所示，所述主机模块根据柜门监控模块的接触式传感器信息来判断柜门打开闭合的状态，当柜门打开闭合状态为闭合状态时，表示柜门正常；当柜门打开闭合状态为打开状态时，表示柜门被非法打开，主机模块发出报警信息，报警信息经过Internet以太网模块将信息上传到当地环保机构监控系统和云平台系统，提醒环保机构注意监管，避免此类问题的发生；或经过无线通讯模块显示在手机终端或显示屏幕终端上面，起到了对远程监控系统未经许可进入的有效监控保护作用。
所述主机模块包括：
判断单元，用于根据柜门监控模块的接触式传感器信息判断柜门开启/闭合状态；
报警单元，用于针对柜门开启状态发出警报；
存储单元，用于存放预先定义的窑尾烟囱和煤磨烟囱的气体有害成份含量阈值，窑尾烟囱、煤磨烟囱、窑头烟囱和水泥磨烟囱的粉尘浓度阈值，以及气体报警条件和粉尘报警条件；
其中，所述预先定义的气体报警条件为：气体成份检测值高于预先定义的窑尾烟囱和煤磨烟囱的气体有害成份含量阈值；
预先定义的窑尾烟囱和煤磨烟囱的气体有害成份含量阈值可依照气体的成份中NOX不超过320mg/m3,SO2不超过100mg/m3进行定义。
预先定义的粉尘报警条件为：粉尘浓度值高于预先定义的窑尾烟囱、煤磨烟囱、窑头烟囱和水泥磨烟囱的粉尘浓度阈值。其粉尘浓度阈值可依据行业标准规定的粉尘颗粒浓度不超过0～20mg/m3进行定义。
报警模块包括：第一比较单元、第二比较单元和生成单元。
第一比较单元，用于比较气体有害成份含量阈值与气体成份检测值之间的大小；
如果气体成份监测值是第一气体成份数据样本的气体成份监测值，则该气体成份监测值即为窑尾烟囱气体成份检测值，此时即可选用预先定义的窑尾烟囱的气体有害成份含量阈值与当前获得的窑尾烟囱的气体成份检测值进行比较；
如果气体成份监测值是第二气体成份数据样本的气体成份监测值，则该气体成份监测值即为煤磨烟囱气体成份检测值，此时即可选用预先定义的煤磨烟囱的气体有害成份含量阈值与当前获得的煤磨烟囱的气体成份检测值进行比较。
第二比较单元，用于比较粉尘浓度阈值与粉尘浓度值之间的大小；
如果当前待对比的粉尘浓度值是第一粉尘浓度检测装置测得的，则该粉尘浓度值即属于窑尾烟囱子系统的粉尘浓度数据的窑尾烟囱粉尘浓度值，此时即可选用预先定义的窑尾烟囱的粉尘浓度阈值与获得的窑尾烟囱粉尘浓度值进行比较；
如果当前待对比的粉尘浓度值是第二粉尘浓度检测装置测得的，则该粉尘浓度值即属于煤磨烟囱子系统的粉尘浓度数据的煤磨烟囱粉尘浓度值，此时即可选用预先定义的煤磨烟囱的粉尘浓度阈值与获得的煤磨烟囱粉尘浓度值进行比较；
如果当前待对比的粉尘浓度值是第三粉尘浓度检测装置测得的，则该粉尘浓度值即属于窑头烟囱子系统的粉尘浓度数据的窑头烟囱粉尘浓度值，此时即可选用预先定义的窑头烟囱的粉尘浓度阈值与获得的窑头烟囱粉尘浓度值进行比较；
如果当前待对比的粉尘浓度值是第四粉尘浓度检测装置测得的，则该粉尘浓度值即属于水泥磨烟囱子系统的粉尘浓度数据的水泥磨烟囱粉尘浓度值，此时即可选用预先定义的水泥磨烟囱的粉尘浓度阈值与获得的水泥磨烟囱粉尘浓度值进行比较。
生成单元，用于根据第一比较单元和第二比较单元输出的比较结果生成报警信号。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种水泥厂烟囱排放检测远程监控系统，其特征在于，包括远程监控子系统，以及分别与远程监控子系统连接的窑尾烟囱检测子系统、煤磨烟囱检测子系统、窑头烟囱检测子系统和水泥磨烟囱检测子系统；其中，
所述窑尾烟囱检测子系统包括第一粉尘浓度检测装置和第一气体分析检测装置；
所述煤磨烟囱检测子系统包括第二粉尘浓度检测装置和第二气体分析检测装置；
所述窑头烟囱检测子系统包括第三粉尘浓度检测装置；
所述水泥磨烟囱检测子系统包括第四粉尘浓度检测装置；
所述第一、第二、第三和第四粉尘浓度检测装置，分别用于检测窑尾烟囱检测子系统、煤磨烟囱检测子系统、窑头烟囱检测子系统和水泥磨烟囱检测子系统的粉尘浓度数据；
所述第一气体分析检测装置，用于检测第一气体成份数据，包括窑尾烟囱的氧气O2、一氧化碳CO、氮氧化物NOx和硫化物气体；
所述第二气体分析检测装置，用于检测第二气体成份数据，包括煤磨烟囱的氧气O2和一氧化碳CO；
所述远程监控子系统，用于将接收的所述第一、第二气体成份数据和所述粉尘浓度数据进行记录和分析处理后上传至DCS系统,同时传送到当地环保机构监控系统和云平台系统，以及手持移动终端/显示屏幕终端。
2.根据权利要求1所述的水泥厂烟囱排放检测远程监控系统，其特征在于，
所述第一、第二气体分析检测装置均包括气体取样探头和连接所述气体取样探头的气体成份分析仪；
所述气体成份分析仪与所述远程监控子系统连接，用于对气体取样探头采集的样本进行成份分析，得到样本的气体成份检测值，并通过工业通讯协议传输给远程监控子系统；
所述气体取样探头上设置有用于清扫探头的取样探头防堵反吹模块。
3.根据权利要求1所述的水泥厂烟囱排放检测远程监控系统，其特征在于，所述第一、第二、第三和第四粉尘浓度检测装置均包括：红外发射器、红外接收器和浓度分析仪；
所述红外发射器输出的红外信号穿过烟囱中的粉尘发送给红外接收器，与红外发射器相连的所述红外接收器，用于接收红外发射器发送的红外信号；
所述红外接收器与所述浓度分析仪连接，用于对红外接收器发送的红外信号进行分析，得到粉尘浓度值；
所述浓度分析仪与所述远程监控子系统连接，用于将分析得到的粉尘浓度值通过工业通讯协议传输给远程监控子系统。
4.根据权利要求1所述的水泥厂烟囱排放检测远程监控系统，其特征在于，
所述远程监控子系统包括：工业通讯模块、主机模块、UPS不间断电源模块、Internet以太网模块、无线通讯网关模块和柜门监控模块；
所述主机模块通过工业通讯模块分别与第一、第二气体分析检测装置、第一、第二、第三、第四粉尘浓度检测装置以及DCS系统连接；通过所述Internet以太网模块连接当地环保机构监控系统和云平台系统，并通过所述无线通讯网关模块与手持移动终端/显示屏幕终端相互通信；
所述UPS不间断电源模块，用于为所述主机模块提供稳压电源；
所述柜门监控模块，用于通过监控所述远程监控子系统的非法开启状况，获得接触式传感器信息。
5.根据权利要求4所述的水泥厂烟囱排放检测远程监控系统，其特征在于，所述远程监控子系统还包括：HMI触摸屏和报警模块；
所述HMI触摸屏模块与浓度分析仪连接，用于显示粉尘浓度值；
所述HMI触摸屏模块与气体成份分析仪连接，用于显示样本的气体成份检测值；
所述报警模块与主机模块连接，用于当样本的气体成份检测值满足预先定义的气体报警条件或者粉尘浓度值满足预先定义的粉尘报警条件时，生成报警信号；
所述HMI触摸屏模块与报警模块连接，用于对报警模块生成的报警信号进行声光显示。
6.根据权利要求4所述的水泥厂烟囱排放检测远程监控系统，其特征在于，所述主机模块包括：
判断单元，用于根据柜门监控模块的接触式传感器信息判断柜门开启/闭合状态；
报警单元，用于针对柜门开启状态发出警报；
存储单元，用于存放预先定义的窑尾烟囱和煤磨烟囱的气体有害成份含量阈值，窑尾烟囱、煤磨烟囱、窑头烟囱和水泥磨烟囱的粉尘浓度阈值，以及气体报警条件和粉尘报警条件；
其中，所述预先定义的气体报警条件为：气体成份检测值高于预先定义的窑尾烟囱和煤磨烟囱的气体有害成份含量阈值；
所述预先定义的粉尘报警条件为：粉尘浓度值高于预先定义的窑尾烟囱、煤磨烟囱、窑头烟囱和水泥磨烟囱的粉尘浓度阈值。
7.根据权利要求5所述的水泥厂烟囱排放检测远程监控系统，其特征在于，所述报警模块包括：
第一比较单元，用于比较气体有害成份含量阈值与气体成份检测值之间的大小；
第二比较单元，用于比较粉尘浓度阈值与粉尘浓度值之间的大小；
生成单元，用于根据所述第一比较单元和第二比较单元输出的比较结果生成报警信号。
8.根据权利要求5所述的水泥厂烟囱排放检测远程监控系统，其特征在于，所述HMI触摸屏模块通过工业通讯模块将显示的报警信息上传到DCS系统，通过Internet以太网模块连接所述当地环保机构监控系统和云平台系统，通过无线通讯网关模块上传到手持移动终端/显示屏幕终端。
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