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垃圾焚烧发电厂环境监测系统的设计与实现
点击次数:162 发布时间:2017/12/27

垃圾焚烧发电厂环境监测系统的设计与实现

  

 

 针对垃圾焚烧电厂环境指标监测的需要,设计了垃圾焚烧电厂的环境监测系统。该系统充分考虑了生产数据的真实性和传输可靠性,将modbus技术、通用分组无线服务技术(GPRS)、大屏幕显示技术、数据库技术等有机地结合起来构成模块化结构系统。采用modbus总线采集机组运行数据,并利用GPRS模块将环境指标数据发送到环境监测中心进行监视。实际应用表明,该监视系统达到了预期目标。

    为了实现城市生活垃圾减量化和资源化处理的目标,普遍采用垃圾焚烧电厂处理城市生活垃圾。垃圾焚烧电厂通常位于城市边缘或市区,距离人口稠密地区较近,在垃圾集中焚烧过程中不可避免地对周边环境造成污染,其环境指标十分引人关注。对此,利用现代化的环境监测手段,加强对垃圾焚烧电厂的环境监管,防止产生新的环境污染十分必要。

   以某垃圾焚烧电厂为例,介绍其环境监测系统的设计与实现。该系统采用模块化结构,软硬件协作高效,操作管理简便易行。系统最大限度地满足了环境监测数据传输和显示的需要,充分考虑了监测数据的真实性和对决策支持等管理需求。

 

1、系统硬件结构

    环境监测系统主要监测垃圾焚烧电厂的排放指标和部分运行参数,并将这些数据发送到环境监测中心,实现环境数据显示、历史数据查询、报表显示等功能。为了保证监测数据的真实性,采样信号通过现场变送器进行数据采集。环境监测系统由排放物监测设备、中心电脑、GPRS数据传输模块和户外大屏幕显示屏组成,其结构如图1所示。

                                      图1 环境监测系统结构
 

    为了确保采集数据的真实性,系统使用独立的监测设备采集现场数据,如热电偶等;从DCS采集部分难以直接测量的数据,如烟气流量等;DCS通过标准的Modbus通讯接口将数据发送到环境监测系统中心电脑;二恶英采样系统自动采集烟气样本,该系统由环境监测中心远程监控。
       由于垃圾焚烧电厂位于较偏僻地区,采用中国移动公司的GPRS网络进行数据传输较方便,且成本不高。户外大屏幕显示屏的显示信息来自环境监测中电脑。中心电脑采用双输出显卡,一路信号输出至脑显示器,另一路信号输出至屏控板卡,屏控板卡将到的视频信号通过以太网送至户外大屏幕显示屏。
 

2、系统软件结构

    环境监测系统中心电脑是环境监测系统的核心,其采用IPC610H型研华工控机,主要完成数据的采集、发送和管理。数据采集接口程序实现以太网与modbus通信接口的通讯,将采集数据存入环境监测系统数据库。数据库采用MySQL为各个模块提供数据服务,其为数据核心。后台数据库主要包括实时数据表、历史数据表、报表显示数据表。环境监测系统软件结构如图2所示。
 

图2 环境监测系统软件结构
 

2.1 modbus通信

    环境监测系统数据采集提供Modbus(RS485)和以太网(UDP)2种接口方式,采用modbus通讯协议与DCS和模拟量输入模块通信,其通信结构如图3所示。


图3 环境检测系统 modbus通信结构

    2条Modbus总线分别连接DCS和模拟量输入模块。模拟量输入模块完成现场温度的数字化转换,并提供了Modbus接口,可以作为Modbus从站,环境监测中心电脑作为Modbus主站。由于DCS通常需要连接许多从站,所以将DCS作为Modbus主站,环境监测中心电脑做为从站。DCS主站使用Modbus功能码3将流量等信息发送到环境监测中心电脑。在环境监测系统中,环境监测中心电脑既作为从站又作为主站,该电脑的2个串行口分别与2条Modbus总线连接。
 

2.2 GRPS通信

    环境监测中心电脑使用GPRSModem拨号接入gprs网络进行数据传输。在环境监测中心电脑上安装有GPRS数据传输软件,通过RS232与外置GPRS烟气数据传输模块通信,将采集的数据发送到环境监测中心。为了保证数据传输的安全,采用TCP方式传输数据,采用Winsock控件实现通信功能。
 

2.3 大屏幕显示

    MySQL的实时数据表主要用于大屏幕显示。数据采集接口将最新的数据写入实时数据表,大屏幕显示驱动程序定期读取实时数据表里最新的数据,显示数据包括燃烧室温度、酸性气体(HCl、SO2、NO狓)含量和粉尘浓度,同时显示数据的国家标准值和地方标准值。户外大屏幕显示数据跟踪焚烧炉实时数据,并与环境监测中心电脑数据同步。
 

2.4 查询及管理功能

     数据采集接口将收到的数据写入数据库,数据库维护程序实现定期更新数据、用户管理和数据库备份与恢复等功能。数据查询及报表系统将查询数据存入显示数据表中,并依据用户设定的查询条件,生成环境监测数据的日报表、月报表。
 

3 系统运行

    环境监测系统软件采用VC6.0编程工具,由GPRS模块实现无线通信,修改DCS的部分组态可实现数据发送功能。环境监测系统某时段监测数据如图4所示。


图4 某时段部分环境监测数据

     如果远程数据采集数据可以采用JY-RTU6640,针对功能,

     提供设备状态指示灯,方便设备维护;

     宽电压供电范围:7V-30V

     RS232RS485(232也转为485的情况下,可以有两路485)

     内置大容量SPI-flash(容量可选1Mbit-64Mbit),实现数据的长时间本机保存(需定制);

     6AD仿真量输入(12),输入电压为0-30V,也可以测量4-20mA工业电流信号;

     6路继电器输出控制、4路光耦输入输出控制(输入和输出的位数自选)

     内置RTC,掉电可自动计时,定时定点唤醒,需定制;

     高效的电源管理设计,在对功耗要求严格的场合,实现低功耗节能,延长工作时间,需定制;

     传输支持多种协议,我公司自定协议和Modbus协议(ASCIIRTUModbus TCP)完美支持;

     Modbus从机工作模式:标准从机、从机主动回传;

     数据远程传输支持GPRS、以太网等;

     数据传输采用GSM模块可实现功能:

   GPRS断线自动重连;

   根据需要最多可同时连接6个中心服务器;

   支持固定IP、域名解析和APN专网的寻址方式;

   支持TCPUDPPPPICMPDNSFTP等协议;

   支持的节点数,只要服务器资源允许,理论上为无数个;

   减少布线的成本和施工的麻烦;

   支持短信数据传输、短信参数配置功能;

   支持电话和短信唤醒功能;

数据传输采用以太网模块可实现功能:

   支持10Mbps/100Mbps两种方式接入Internet,数据传输速度加快,适合大数据量传输;

   支持TCPUDPPPPICMPDNSFTP等协议;

   支持的节点数,只要服务器资源允许,理论上为无数个;

   根据服务器的需要,协议可以支持更加丰富;

   支持网络数据唤醒功能;

     支持专用软件进行本地和远程参数配置及维护;

     支持本地和远程固件升级;