加州大学工程学院使用Opto22 SNAP PAC系统 探索绿色能源

介绍 　　在加州大学尔湾分校（UCI）Henry Samueli工程学院中的激光、火焰、喷雾实验室，研究员们正寻求创造更绿色的能源。Derek Dunn-Rankin教授和助理John Garman博士所领导的项目旨在探索煤的完全燃烧和低排放。更特别的是，Dunn-Rankin教授的研究小组专注于煤-能量的高效转换，残余颗粒物的控制及收集过程中自然释放的毒素如汞，防止对环境造成影响。

加州大学尔湾分校

　　尽管当今油和天然气大行其道，各种绿色能源如风能、太阳能等逐渐流行，对煤燃烧的了解比过去任何时候都重要。 　　根据Garman所说，美国40%的火车运煤是用于发电。2005年煤消耗超过10亿吨，90%用于发电。根据能源信息管理部，居民用煤量在2006年创下新低25.8吨后，大有回归之势，2007年增长了9%，2008年前8个月增幅约10%。 项目范围 　　Dunn-Rankin和他的小组正开展一个项目，由通用电气和加州大学行业大学合作研究计划（IUCRP）提供部分经济支持，该项目研究煤、生物质燃料或两者混合物在最后阶段燃烧的基本过程。 　　“我们所做的一部分是检察碳燃烧的过程，研究哪些过程影响灼烧后的少量不燃物。”Gavaram说道。 该项目也寻求对煤燃烧有更好的了解及潜在地减小汞排放，燃煤电厂的汞排放占相关人为活动所导致污染排放的4成。 　　除此，煤燃烧后的副产物包括飞灰。由于其特定形状、尺寸和化学组成，飞灰是混凝土的重要成分，它既能改善混凝土的耐久力又可提高强度。飞灰也是一种绿色建筑材料因为它可取代一部分水泥生产过程中的排放物。因此，若Dunn-Rankin及其小组可以发现燃烧煤的高效方法，那么煤灰中的碳含量将降低至5%以下，不但燃烧效率提高，过程的残余也可得到潜在回收。 　　基于这个目标，Dunn-Rankin的小组改变停留时间、温度、氧浓度和其他相关因素，目的是观察了解燃烧过程中颗粒间相互的作用。同时进行的研究还有利用凝结的硫酸氢铵和粉煤灰作为吸附剂来捕获汞。

Opto绿色基金 　　Garman在过去的几年中使用Opto 22的自动化产品和控制软件。一个同事拜访UCI看到Opto 22硬件用于大学的水油乳液研究，Garman意识到他的项目可以申请Opto绿色基金。 　　“捐赠包括自动化硬件、软件和工程服务，面向涉及可代替或新型能源、节能环保等项目、产品、机器的服务公司、研究单位、教育机构和政府部门等。” Arun Sinha，Opto 22业务部总监解释道。

由Opto 22提供的SNAP PAC系统硬件

　　经过简要的申请提交和审阅，Garman获得了Opto 22的旗舰产品SNAP PAC系统硬件和软件，包括一台机架式可编程自动化控制器和模拟量输入、模拟量输出及串口模块。Garman的系统包括一个0-10V模拟输出模块用于控制煤进入反应器的速度（一般0.5-10g/m）。一个8通道热电偶模块监测一系列聚集控制数据的热电偶，用以维持反应器的适当温度；模拟输入模块与氧气监测器相互通讯，则用于保证测试环境的O2水平维持在3%。 过程是如何实现的 　　“我们利用Fluent公司的复杂CFD（计算流体力学）软件，当燃烧煤和生物质燃料时，我们使用运算法则模拟、解决并分析流体流动及气液间作用，” Garman解释道。 　　在硬件方面，小组使用Fossil Energy Research公司（FERCo）的仪表，FERCo是一家工程服务公司，专注于研发，尤其在燃烧和排放控制方面，估算收集到的灰烬颗粒中残余碳含量。 　　“对于我们的研究，只需灼烧很少量的粉煤（2-5g 最低），将其装入滴管炉，也被称为夹带流反应器（EFR），” Garman说道。

UCI的夹带流反应器

　　这个将近15英尺高，塔状熔炉用于生成研究煤和生物质燃料燃烧所需的高温反应环境。制定不同的试样进料和熔炉停留时间，这样就可以重现出最佳的实验环境。通过丙烷和电热混合，熔炉升温到1200�C以上，燃烧持续超过24小时。粉煤试样是由小范围空气流动送入熔炉。当煤燃烧后，用激光测量EFR径向的颗粒尺寸和温度，读取排放监测记录。

排放监测器

发现 　　UCI的煤研究设备正在进行初始测量，使用新的SNAP PAC硬件以保证安全的操作。从反应器读到的值与CFD模拟所得结果比较，来证实计算机模型的匹配程度。这些模型以后会用于公司中满负荷煤燃烧炉，如GE，通过模型可以预测燃烧炉设计或操作的细小变化对降低排放或改善燃烧效率的影响。

1       简单易操作

SNAP PAC系统由四个部分统一整合而成：软件、控制器、智能处理器和I/O。系统建立、调试程序，以及故障维护都更简便，大大减少了系统开发及投入运行的时间。

2       更低的长期成本

SNAP PAC系统的成本低于许多PLC系统，并且由于软件是免费的，您不需要投入高昂的费用，便可投入使用该系统。我们为您提供免费的培训以及技术支持，因此对于设备的整个使用期来测试，系统成本会大幅降低。

3       适用于多类自动应用的SNAP PAC系统

SNAP PAC系统功能强大。一套系统，便可用于多个自动化项目中，帮助您完成过程控制、离散自动化、能耗管理、数据采集，甚至远程集中监控。

分布式智能，帮助您随时随地方便地添加I/O。拥有了有线/无线控制器及I/O，您就可根据实际所需，将有线网络转换到无线网络，或者立即实现两个网络的通讯。

灵活的硬件让您无需浪费更多的投资，节省了金钱及时间。

4       高级编程工具

SNAP PAC系统的编程方式采用直观的流程图，也可运用更高级的脚本语言，或者结合两者一起使用。这两种方法所包括的指令，用于标准的过程控制以及离散自动化的功能块、浮点型数字、串行处理、排列、子程序、指针变量等，其他的高级工具用于复杂的应用。

5       连接到第三方软件及设备

SNAP PAC控制器及智能处理器，支持OPC、Modbus/TCP、EtherNet/IP。可简易地将数据导入到SQL数据库系统，并直接从硬件发送邮件。该系统也可以简单地使用Modbus、DNP、BACnet、CAN或任意基于串口的设备、仪器，进行通讯。

6       业界最好的I/O

凭借着业内最佳的保障：多数SNAP I/O模块终身保用。每个模块出厂前都经过独立测试，而不是抽样测试。SNAP PAC系统可以配置从几个I/O点到数千个I/O点。您可按需，根据信号类型，选择高可靠性的模拟量、数字量、串口模块。电压、电流、交流、直流、热电偶、RTD、电源检测器、RS-232、RS-485、Profibus、运动控制、应变测试等等，都可与SNAP PAC系统一同连接。

关于SNAP PAC系统

SNAP PAC系统是Opto 22公司出品，软硬件集成的系统，用于工业控制、远程监控、数据采集等应用。简化了对自动化系统了解、选择和采购的复杂过程，SNAP PAC系统由以下四部分组成：

PAC Project 软件套件－－－－简单易用的基于流程图的编程方式、HMI（人机界面）、可选的OPC客户端以及数据库连接软件。

SNAP PAC控制器－－－－独立式和基于机架式的工业控制器；有线/无线模块可选。

SNAP PAC智能处理器－－－－智能I/O处理器，用于分布式控制。也可选择有线/无线模块。

SNAP I/O－－－－模拟量、数字量、串口量、特殊功能I/O模块，可与现场设备、仪器、传感器相连接。所有I/O模块可交替与标准的以及有线/无线智能处理器一同工作。

这四个简单，又具有很大灵活性的系统组成部件，可处理任何情况，从最基本的设备监控到完整的工厂自动化。

通讯网络及协议

SNAP PAC系统自带Ethernet网络协议，因此您无需担心成本，以及额外添加网络通讯卡的麻烦。系统中的分布式I/O可运行在以太网或串行网络，也可同时运行于两个网络。另外，您可以与大量的串行设备通讯，例如条形码阅读器、RFID阅读器、串口显示器、modem等。

由于SNAP PAC系统运行于标准的Ethernet网络，可直接与计算机、基于Ethernet的设备相互通讯，使用标准的协议包括TCP/IP、UDP/IP、邮件传输协议SMTP、网络管理协议SNMP、Modbus/TCP、及用于Allen-Bradley PLC系统的EtherNet/IP等。

关于OPTO 22

Opto 22公司研发并制造应用于工业自动化、能耗管理、远程监控、数据采集的软硬件设备。Opto 22的产品是标准化的，用于商业网络及计算机技术中，以简单易用、创新、高品质、高可靠性而闻名世界。Opto 22的输入/输出以及控制系统，允许客户从所有的设备、电子仪器仪表监测、控制、采集数据，这些都是项目运行的关键。Opto 22产品适用于自动化终端用户、OEM，信息技术及操作人员已经为全球10,000套设备安装了该产品。公司始建与1974年，总部位于美国加州的Temecula。Opto 22的产品通过全球网络的分销商及系统集成商出售。预知更多信息，请联系Opto 22上海代表处，电话：021-58358249，邮箱：optochina@opto22.com。网址：www.opto22.com.cn。