垃圾焚燒發(fā)電廠環(huán)境監(jiān)測系統的設計與實現

 針對垃圾焚燒電廠環(huán)境指標監(jiān)測的需要，設計了垃圾焚燒電廠的環(huán)境監(jiān)測系統。該系統充分考慮了數據的真實性和傳輸可靠性，將modbus技術、通用分組無線服務技術（ＧＰＲＳ）、大屏幕顯示技術、數據庫技術等有機地結合起來構成模塊化結構系統。采用modbus總線采集機組運行數據，并利用ＧＰＲＳ模塊將環(huán)境指標數據發(fā)送到環(huán)境監(jiān)測中心進行監(jiān)視。實際應用表明，該監(jiān)視系統達到了預期目標。

    為了實現城市生活垃圾減量化和資源化處理的目標，普遍采用垃圾焚燒電廠處理城市生活垃圾。垃圾焚燒電廠通常位于城市邊緣或市區(qū)，距離人口稠密地區(qū)較近，在垃圾集中焚燒過程中不可避免地對周邊環(huán)境造成污染，其環(huán)境指標十分引人關注。對此，利用現代化的環(huán)境監(jiān)測手段，加強對垃圾焚燒電廠的環(huán)境監(jiān)管，防止產生新的環(huán)境污染十分必要。

   以某垃圾焚燒電廠為例，介紹其環(huán)境監(jiān)測系統的設計與實現。該系統采用模塊化結構，軟硬件協作，操作管理簡便易行。系統zui大限度地滿足了環(huán)境監(jiān)測數據傳輸和顯示的需要，充分考慮了監(jiān)測數據的真實性和對決策支持等管理需求。

１、系統硬件結構

    環(huán)境監(jiān)測系統主要監(jiān)測垃圾焚燒電廠的排放指標和部分運行參數，并將這些數據發(fā)送到環(huán)境監(jiān)測中心，實現環(huán)境數據顯示、歷史數據查詢、報表顯示等功能。為了保證監(jiān)測數據的真實性，采樣信號通過現場變送器進行數據采集。環(huán)境監(jiān)測系統由排放物監(jiān)測設備、中心電腦、GPRS數據傳輸模塊和戶外大屏幕顯示屏組成，其結構如圖１所示。

                                      圖１　環(huán)境監(jiān)測系統結構
 

    為了確保采集數據的真實性，系統使用獨立的監(jiān)測設備采集現場數據，如熱電偶等；從ＤＣＳ采集部分難以直接測量的數據，如煙氣流量等；ＤＣＳ通過標準的Ｍｏｄｂｕｓ通訊接口將數據發(fā)送到環(huán)境監(jiān)測系統中心電腦；二惡英采樣系統自動采集煙氣樣本，該系統由環(huán)境監(jiān)測中心遠程監(jiān)控。
       由于垃圾焚燒電廠位于較偏僻地區(qū)，采用中國移動公司的ＧＰＲＳ網絡進行數據傳輸較方便，且成本不高。戶外大屏幕顯示屏的顯示信息來自環(huán)境監(jiān)測中電腦。中心電腦采用雙輸出顯卡，一路信號輸出腦顯示器，另一路信號輸出屏控板卡，屏控板卡將到的視頻信號通過以太網送戶外大屏幕顯示屏。
 

2、系統軟件結構

    環(huán)境監(jiān)測系統中心電腦是環(huán)境監(jiān)測系統的核心，其采用ＩＰＣ６１０Ｈ型研華工控機，主要完成數據的采集、發(fā)送和管理。數據采集接口程序實現以太網與modbus通信接口的通訊，將采集數據存入環(huán)境監(jiān)測系統數據庫。數據庫采用ＭｙＳＱＬ為各個模塊提供數據服務，其為數據核心。后臺數據庫主要包括實時數據表、歷史數據表、報表顯示數據表。環(huán)境監(jiān)測系統軟件結構如圖２所示。
 

圖２　環(huán)境監(jiān)測系統軟件結構
 

２．１　modbus通信

    環(huán)境監(jiān)測系統數據采集提供Ｍｏｄｂｕｓ（ＲＳ４８５）和以太網（ＵＤＰ）２種接口方式，采用modbus通訊協議與ＤＣＳ和模擬量輸入模塊通信，其通信結構如圖３所示。


圖３　環(huán)境檢測系統 modbus通信結構

    ２條Ｍｏｄｂｕｓ總線分別連接ＤＣＳ和模擬量輸入模塊。模擬量輸入模塊完成現場溫度的數字化轉換，并提供了Ｍｏｄｂｕｓ接口，可以作為Ｍｏｄｂｕｓ從站，環(huán)境監(jiān)測中心電腦作為Ｍｏｄｂｕｓ主站。由于ＤＣＳ通常需要連接許多從站，所以將ＤＣＳ作為Ｍｏｄｂｕｓ主站，環(huán)境監(jiān)測中心電腦做為從站。ＤＣＳ主站使用Ｍｏｄｂｕｓ功能碼３將流量等信息發(fā)送到環(huán)境監(jiān)測中心電腦。在環(huán)境監(jiān)測系統中，環(huán)境監(jiān)測中心電腦既作為從站又作為主站，該電腦的２個串行口分別與２條Ｍｏｄｂｕｓ總線連接。
 

２．２　GRPS通信

    環(huán)境監(jiān)測中心電腦使用ＧＰＲＳＭｏｄｅｍ撥號接入gprs網絡進行數據傳輸。在環(huán)境監(jiān)測中心電腦上安裝有ＧＰＲＳ數據傳輸軟件，通過ＲＳ２３２與外置ＧＰＲＳ煙氣數據傳輸模塊通信，將采集的數據發(fā)送到環(huán)境監(jiān)測中心。為了保證數據傳輸的安全，采用ＴＣＰ方式傳輸數據，采用Ｗｉｎｓｏｃｋ控件實現通信功能。
 

２．３　大屏幕顯示

    ＭｙＳＱＬ的實時數據表主要用于大屏幕顯示。數據采集接口將的數據寫入實時數據表，大屏幕顯示驅動程序定期讀取實時數據表里的數據，顯示數據包括燃燒室溫度、酸性氣體（ＨＣｌ、ＳＯ２、ＮＯ狓）含量和粉塵濃度，同時顯示數據的國家標準值和地方標準值。戶外大屏幕顯示數據跟蹤焚燒爐實時數據，并與環(huán)境監(jiān)測中心電腦數據同步。
 

２．４　查詢及管理功能

     數據采集接口將收到的數據寫入數據庫，數據庫維護程序實現定期更新數據、用戶管理和數據庫備份與恢復等功能。數據查詢及報表系統將查詢數據存入顯示數據表中，并依據用戶設定的查詢條件，生成環(huán)境監(jiān)測數據的日報表、月報表。
 

３　系統運行

    環(huán)境監(jiān)測系統軟件采用ＶＣ６．０編程工具，由ＧＰＲＳ模塊實現無線通信，修改ＤＣＳ的部分組態(tài)可實現數據發(fā)送功能。環(huán)境監(jiān)測系統某時段監(jiān)測數據如圖４所示。

圖４　某時段部分環(huán)境監(jiān)測數據

     如果遠程數據采集數據可以采用JY-RTU6640，針對功能，

     提供設備狀態(tài)指示燈，方便設備維護；

     寬電壓供電范圍：7V-30V；

     帶RS232、RS485(232也轉為485的情況下，可以有兩路485)；

     內置大容量SPI-flash(容量可選1Mbit-64Mbit)，實現數據的長時間本機保存（需定制）；

     6路AD仿真量輸入(12位)，輸入電壓為0-30V，也可以測量4-20mA工業(yè)電流信號；

     6路繼電器輸出控制、4路光耦輸入輸出控制(輸入和輸出的位數自選)；

     內置RTC，掉電可自動計時，定時定點喚醒，需定制；

     的電源管理設計，在對功耗要求嚴格的場合，實現低功耗節(jié)能，延長工作時間，需定制；

     傳輸支持多種協議，我公司自定協議和Modbus協議(ASCII、RTU、Modbus TCP)支持；

     Modbus從機工作模式：標準從機、從機主動回傳；

     數據遠程傳輸支持GPRS、以太網等；

     數據傳輸采用GSM模塊可實現功能：

   GPRS斷線自動重連；

   根據需要zui多可同時連接6個中心服務器；

   支持固定IP、域名解析和APN專網的尋址方式；

   支持TCP、UDP、PPP、ICMP、DNS、FTP等協議；

   支持的節(jié)點數，只要服務器資源允許，理論上為無數個；

   減少布線的成本和施工的麻煩；

   支持短信數據傳輸、短信參數配置功能；

   支持和短信喚醒功能；

數據傳輸采用以太網模塊可實現功能：

   支持10Mbps/100Mbps兩種方式接入Internet，數據傳輸速度加快，適合大數據量傳輸；

   支持TCP、UDP、PPP、ICMP、DNS、FTP等協議；

   支持的節(jié)點數，只要服務器資源允許，理論上為無數個；

   根據服務器的需要，協議可以支持更加豐富；

   支持網絡數據喚醒功能；

     支持軟件進行本地和遠程參數配置及維護；

     支持本地和遠程固件升級；