目前国内外主流的烟尘浓度监测方法包括离线监测法和在线监测法两种,离线监测法主要为手动称重法,而以光学法为代表的在线检测法为非直接称重法,不具备烟尘量值溯源的特点,影响有关部门进行有效监测执法。受山西环境科学院委托,根据在线烟尘浓度监测要求,课题组设计和实现了一套基于电磁平衡天平的在线式烟尘浓度监测装置,实现了对超低烟尘浓度排放的在线与准确监测。根据我国固体颗粒物浓度测量标准中提出的称重法要求和环境监测的执法要求,本文从五个方面进行研发:(1)在线式烟尘浓度监测装置的整体结构设计。完成了系统工艺流程设计,装置单元设计。其中主要对烟尘称重单元这一核心部分进行开发和设计,实现了烟尘监测中滤膜的存取、传输、采样、丢弃、称重等一系列柔性功能的自动化操作,显著提高烟尘浓度监测的准确性与工作效率。(2)电磁平衡天平的系统设计。通过对现有电磁平衡天平的称量原理进行分析,结合烟尘监测装置的具体称重需求,确定了适用于滤膜称重法的电磁平衡天平的总体设计方案,重点完成了电磁平衡传感器这一核心器件的结构设计。(3)电磁平衡天平的电路设计。基于线阵CCD的光电检测电路完成了滤膜重量到电信号的转化,基于Δ-Σ型A/D转换器的数据采集电路将该电信号转化为数字信号,单片机将该数字信号与无滤膜加载时产生的数字信号进行对比分析,PID调节器根据对比差值产生调节信号,基于D/A转换器的PID控制线圈电流电路将该调节信号转换为模拟信号,该模拟信号直接驱动线圈产生电流,实现了滤膜重量到载流线圈中电流的转化。(4)电磁平衡天平系统的建模与仿真。首先对电磁平衡天平开环系统进行建模,通过最小二乘法对开环系统进行参数辨识,再建立电磁平衡传感器的FOLPD模型,最后根据电磁平衡天平各部分的数学模型建立电磁平衡天平闭环系统的模型,并用simulink进行仿真。在系统建模基础上,引入自适应模糊PID复合调节算法,设计出电磁平衡天平的PID调节方案,实现了对电磁平衡天平的精准调节,加强了天平称量的灵敏度和稳定性。(5)在线式烟尘浓度监测装置的程序设计。通过PLC与STM32的配合,完成系统的自动化控制与数据的实时采集,并完成WinCC上位机的开发,实现系统运行状态及关键参数的实时反馈,系统关键参数的历史曲线呈现,系统运行错误报警及系统的手动单步控制等功能。本文设计的在线式烟尘浓度监测装置在山西瑞光热电厂进行了现场测试,经过反复调整设计方案,装置基本满足环保部下达的对烟尘浓度监测标准的称重法要求,弥补了现有称重法的不足之处。在环境监测领域中,解决了自动称重法测烟尘浓度的需求,为环保部门有效监测各燃煤电厂的烟尘浓度、实现烟尘量值溯源提供了依据,具有一定的实用价值。