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摘 要

挥发性有机废气（VOCs）在室温和压⼒下容易挥发，不仅对生态环境造成危害，增强温室效应，同时多数VOCs含有芳香族胺、甲醛等的致癌性化合物，影响人的健康。由于挥发性有机废气对环境与人体的危害巨大，当前对VOCs废气净化治理及其严格监管具有重要意义。本文基于催化氧化反应治理VOCs治理装备，采用互联网信息化监管技术开展远程监控系统的设计与实现研究，实现对分散设备的统一管理和运行维护。主要研究内容如下：

1. 分析VOCs废气治理工艺设计控制方案。采用催化氧化法治理工艺，分别设计VOCs废气进料流量、空气进料流量、反应器床层温度等重要工艺参数的自动控制方案，通过PLC控制实现装置稳定运行。
2. 采用远程监控系统的架构和标准数据通信技术，研究底层PLC控制柜体数据传输与信息化监控平台通讯的方法，采用不同接口的驱动协议实现关键操作数据的采集与通信功能。
3. 在华为云平台基于Web网页端进行前端信息化监控界面开发，实现过程监控画面实时显示、统计报表即综合报表和历史曲线随时调用和监督报警实时提醒的功能。
4. 对得到的历史数据进行分析与处理，并且进行遗失数据的补充，分析数据之间的相关性，便于更好的控制整个工艺流程的平稳运行。

关键词：VOCs治理 催化氧化 云平台 远程监控 智能管控

Design and implementation of remote monitoring system for VOCs catalytic combustion treatment

ABSTRACT

VOCs are easy to volatilize at room temperature and pressure, which not only do harm to the ecological environment and enhance the greenhouse effect, but also most VOCs contain aromatic amines, formaldehyde and other carcinogenic compounds, which affect human health. Due to the great harm of VOC waste gas to environment and human body, it is of great significance for VOCs waste gas purification treatment and strict supervision. Based on the VOCs treatment equipment of catalytic oxidation reaction treatment, this paper adopts the Internet information supervision technology to carry out the design and implementation of remote monitoring system, so as to realize the unified management and operation maintenance of decentralized equipment. The main research contents are as follows:

1. The control scheme of VOCs waste gas treatment process design is analyzed. By using catalytic oxidation process, the automatic control schemes of VOCs waste gas feed flow, air feed flow, reactor bed temperature and other important process parameters are designed respectively, and the stable operation of the device is realized by PLC control.
2. Using the framework of remote monitoring system and standard data communication technology, this paper studies the method of data transmission between bottom PLC control cabinet and information monitoring platform, and uses different interface driving protocol to realize the collection and communication of key operation data.
3. In the Huawei cloud platform, the front-end information monitoring interface is developed based on the web page to realize the functions of real-time display of process monitoring screen, real-time call and real-time alert of monitoring alarm of statistical report, i.e. comprehensive report and historical curve at any time.
4. Analyze and process the historical data obtained, supplement the missing data, and analyze the correlation between the data, so as to better control the smooth operation of the whole process.

Keywords:VOCs governance;catalytic oxidation; cloud platform;remote

monitoring;intelligent control

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景与意义 1

1.2国内外发展现状 2

1.3课题主要设计内容 3

第二章 VOCs废气处理工艺过程自动控制 4

2.1 净化处理工艺 4

2.2 VOCs废气净化处理控制方案的设计 5

2.2.1废气进料控制 5

2.2.2催化氧化进口换热器温度控制 6

2.2.3催化氧化出口换热器温度控制 7

2.2.4催化氧化反应器温度控制 7

2.3本章小结 8

第三章 远程在线监控系统架构 9

3.1架构分析与对比 9

3.2云计算和云平台 10

3.3系统设计目标和结构 10

3.4关键通讯技术分析 11

3.4.1 OPC协议 11

3.4.2 Modbus协议 12

3.5数据库连接及通讯 12

3.5.1 SQL Server配置 12

3.5.2 JDBC访问 13

3.6底层数据采集与通讯 15

3.6.1DC数据发送 16

3.6.2 DB Server数据接收 17

3.7本章小结 18

第四章 远程监控系统平台设计 19

4.1过程监控 19

4.2监督报警 22

4.3统计报表 24

4.3.1 综合报表 24

4.2.2 历史曲线 25

4.4本章小结 26

第五章 数据处理与分析 27

5.1数据预处理 27

5.2数据滤波 27

5.3时间序列数据的对齐 29

5.4相关性分析 30

5.5本章小结 32

第六章 总结与展望 33

6.1工作总结 33

6.2系统评价 33

6.3未来工作展望 34

参考文献 35

附录1 37

致 谢 38

第一章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

社会经济正在持续高速的发展，工业生产规模不断扩大，大气污染物的排放增加。在传统的烟尘污染没有完全控制的条件下，地表臭氧浓度和有机气溶胶浓度明显增加，大气环境问题越来越明显。相关研究表明臭氧和细颗粒物 PM2.5 的重要前体物之一就是挥发性有机物（volatile organic compounds，VOCs），因此要想控制大气中的臭氧浓度和细颗粒物PM2.5 ，达到改善空气质量的目的，就必须要从前体物上VOCs进行相应的控制。^[1]

我国VOCs的排放有两个主要来源。相比之下，人为来源是主要原因，是来源于人们日常生活中所使用的新型装修材料、清洁剂和装饰品等。这些物质散发出的各种挥发性有机物对人们的居住环境和生产生活环境造成了污染。在1989年，环境学家在人们日常起居的室内检测到了300多种有害的挥发性有机物。另外在现在新装修的房间内，各种装修所使用的材料，诸如油漆、地板、家具等所释放出的VOCs浓度可以达到10ppm，其主要成分大多为甲醛、苯、甲苯、乙醛等，对人们的身体健康造成了极大的安全隐患。^[2]

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