垃圾焚燒發(fā)電廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

 針對(duì)垃圾焚燒電廠環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)的需要，設(shè)計(jì)了垃圾焚燒電廠的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分考慮了數(shù)據(jù)的真實(shí)性和傳輸可靠性，將modbus技術(shù)、通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)（ＧＰＲＳ）、大屏幕顯示技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等有機(jī)地結(jié)合起來(lái)構(gòu)成模塊化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。采用modbus總線采集機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，并利用ＧＰＲＳ模塊將環(huán)境指標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送到環(huán)境監(jiān)測(cè)中心進(jìn)行監(jiān)視。實(shí)際應(yīng)用表明，該監(jiān)視系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

    為了實(shí)現(xiàn)城市生活垃圾減量化和資源化處理的目標(biāo)，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(guò)程中不可避免地對(duì)周邊環(huán)境造成污染，其環(huán)境指標(biāo)十分引人關(guān)注。對(duì)此，利用現(xiàn)代化的環(huán)境監(jiān)測(cè)手段，加強(qiáng)對(duì)垃圾焚燒電廠的環(huán)境監(jiān)管，防止產(chǎn)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(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，軟硬件協(xié)作，操作管理簡(jiǎn)便易行。系統(tǒng)zui大限度地滿足了環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸和顯示的需要，充分考慮了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和對(duì)決策支持等管理需求。

１、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

    環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)垃圾焚燒電廠的排放指標(biāo)和部分運(yùn)行參數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表顯示等功能。為了保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性，采樣信號(hào)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)變送器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由排放物監(jiān)測(cè)設(shè)備、中心電腦、GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊和戶外大屏幕顯示屏組成，其結(jié)構(gòu)如圖１所示。

                                      圖１　環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
 

    為了確保采集數(shù)據(jù)的真實(shí)性，系統(tǒng)使用獨(dú)立的監(jiān)測(cè)設(shè)備采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，如熱電偶等；從ＤＣＳ采集部分難以直接測(cè)量的數(shù)據(jù)，如煙氣流量等；ＤＣＳ通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的Ｍｏｄｂｕｓ通訊接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中心電腦；二惡英采樣系統(tǒng)自動(dòng)采集煙氣樣本，該系統(tǒng)由環(huán)境監(jiān)測(cè)中心遠(yuǎn)程監(jiān)控。
       由于垃圾焚燒電廠位于較偏僻地區(qū)，采用中國(guó)移動(dòng)公司的ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸較方便，且成本不高。戶外大屏幕顯示屏的顯示信息來(lái)自環(huán)境監(jiān)測(cè)中電腦。中心電腦采用雙輸出顯卡，一路信號(hào)輸出腦顯示器，另一路信號(hào)輸出屏控板卡，屏控板卡將到的視頻信號(hào)通過(guò)以太網(wǎng)送戶外大屏幕顯示屏。
 

2、系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

    環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中心電腦是環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心，其采用ＩＰＣ６１０Ｈ型研華工控機(jī)，主要完成數(shù)據(jù)的采集、發(fā)送和管理。數(shù)據(jù)采集接口程序?qū)崿F(xiàn)以太網(wǎng)與modbus通信接口的通訊，將采集數(shù)據(jù)存入環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)采用ＭｙＳＱＬ為各個(gè)模塊提供數(shù)據(jù)服務(wù)，其為數(shù)據(jù)核心。后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表、歷史數(shù)據(jù)表、報(bào)表顯示數(shù)據(jù)表。環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖２所示。
 

圖２　環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)
 

２．１　modbus通信

    環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集提供Ｍｏｄｂｕｓ（ＲＳ４８５）和以太網(wǎng)（ＵＤＰ）２種接口方式，采用modbus通訊協(xié)議與ＤＣＳ和模擬量輸入模塊通信，其通信結(jié)構(gòu)如圖３所示。


圖３　環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng) modbus通信結(jié)構(gòu)

    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(xiàn)場(chǎng)溫度的數(shù)字化轉(zhuǎn)換，并提供了Ｍｏｄｂｕｓ接口，可以作為Ｍｏｄｂｕｓ從站，環(huán)境監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)中心電腦。在環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，環(huán)境監(jiān)測(cè)中心電腦既作為從站又作為主站，該電腦的２個(gè)串行口分別與２條Ｍｏｄｂｕｓ總線連接。
 

２．２　GRPS通信

    環(huán)境監(jiān)測(cè)中心電腦使用ＧＰＲＳＭｏｄｅｍ?yè)芴?hào)接入gprs網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在環(huán)境監(jiān)測(cè)中心電腦上安裝有ＧＰＲＳ數(shù)據(jù)傳輸軟件，通過(guò)ＲＳ２３２與外置ＧＰＲＳ煙氣數(shù)據(jù)傳輸模塊通信，將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到環(huán)境監(jiān)測(cè)中心。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，采用ＴＣＰ方式傳輸?shù)據(jù)，采用Ｗｉｎｓｏｃｋ控件實(shí)現(xiàn)通信功能。
 

２．３　大屏幕顯示

    ＭｙＳＱＬ的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表主要用于大屏幕顯示。數(shù)據(jù)采集接口將的數(shù)據(jù)寫入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表，大屏幕顯示驅(qū)動(dòng)程序定期讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表里的數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)包括燃燒室溫度、酸性氣體（ＨＣｌ、ＳＯ２、ＮＯ狓）含量和粉塵濃度，同時(shí)顯示數(shù)據(jù)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值和地方標(biāo)準(zhǔn)值。戶外大屏幕顯示數(shù)據(jù)跟蹤焚燒爐實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并與環(huán)境監(jiān)測(cè)中心電腦數(shù)據(jù)同步。
 

２．４　查詢及管理功能

     數(shù)據(jù)采集接口將收到的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)程序?qū)崿F(xiàn)定期更新數(shù)據(jù)、用戶管理和數(shù)據(jù)庫(kù)備份與恢復(fù)等功能。數(shù)據(jù)查詢及報(bào)表系統(tǒng)將查詢數(shù)據(jù)存入顯示數(shù)據(jù)表中，并依據(jù)用戶設(shè)定的查詢條件，生成環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表。
 

３　系統(tǒng)運(yùn)行

    環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件采用ＶＣ６．０編程工具，由ＧＰＲＳ模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，修改ＤＣＳ的部分組態(tài)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送功能。環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)某時(shí)段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖４所示。

圖４　某時(shí)段部分環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

     如果遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)可以采用JY-RTU6640，針對(duì)功能，

     提供設(shè)備狀態(tài)指示燈，方便設(shè)備維護(hù)；

     寬電壓供電范圍：7V-30V；

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

     內(nèi)置大容量SPI-flash(容量可選1Mbit-64Mbit)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)時(shí)間本機(jī)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(cè)量4-20mA工業(yè)電流信號(hào)；

     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(shù)自選)；

     內(nèi)置RTC，掉電可自動(dòng)計(jì)時(shí)，定時(shí)定點(diǎn)喚醒，需定制；

     的電源管理設(shè)計(jì)，在對(duì)功耗要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)低功耗節(jié)能，延長(zhǎng)工作時(shí)間，需定制；

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

     Modbus從機(jī)工作模式：標(biāo)準(zhǔn)從機(jī)、從機(jī)主動(dòng)回傳；

     數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸支持GPRS、以太網(wǎng)等；

     數(shù)據(jù)傳輸采用GSM模塊可實(shí)現(xiàn)功能：

   GPRS斷線自動(dòng)重連；

   根據(jù)需要zui多可同時(shí)連接6個(gè)中心服務(wù)器；

   支持固定IP、域名解析和APN專網(wǎng)的尋址方式；

   支持TCP、UDP、PPP、ICMP、DNS、FTP等協(xié)議；

   支持的節(jié)點(diǎn)數(shù)，只要服務(wù)器資源允許，理論上為無(wú)數(shù)個(gè)；

   減少布線的成本和施工的麻煩；

   支持短信數(shù)據(jù)傳輸、短信參數(shù)配置功能；

   支持和短信喚醒功能；

數(shù)據(jù)傳輸采用以太網(wǎng)模塊可實(shí)現(xiàn)功能：

   支持10Mbps/100Mbps兩種方式接入Internet，數(shù)據(jù)傳輸速度加快，適合大數(shù)據(jù)量傳輸；

   支持TCP、UDP、PPP、ICMP、DNS、FTP等協(xié)議；

   支持的節(jié)點(diǎn)數(shù)，只要服務(wù)器資源允許，理論上為無(wú)數(shù)個(gè)；

   根據(jù)服務(wù)器的需要，協(xié)議可以支持更加豐富；

   支持網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)喚醒功能；

     支持軟件進(jìn)行本地和遠(yuǎn)程參數(shù)配置及維護(hù)；

     支持本地和遠(yuǎn)程固件升級(jí)；