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垃圾焚燒發電廠環境監測系統的設計與實現
針對垃圾焚燒電廠環境指標監測的需要,設計了垃圾焚燒電廠的環境監測系統。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模塊將環境指標數據發送到環境監測中心進行監視。實際應用表明,該監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,距離人口稠密地區較近,在垃圾集中焚燒過程中不可避免地對周邊環境造成污染,其環境指標十分引人關注。對此,利用現代化的環境監測手段,加強對垃圾焚燒電廠的環境監管,防止產生新的環境污染十分必要。
以某垃圾焚燒電廠為例,介紹其環境監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大限度地滿足了環境監測數據傳輸和顯示的需要,充分考慮了監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
環境監測系統主要監測垃圾焚燒電廠的排放指標和部分運行參數,并將這些數據發送到環境監測中心,實現環境數據顯示、歷史數據查詢、報表顯示等功能。為了保證監測數據的真實性,采樣信號通過現場變送器進行數據采集。環境監測系統由排放物監測設備、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 環境監測系統結構
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通訊接口將數據發送到環境監測系統中心電腦;二惡英采樣系統自動采集煙氣樣本,該系統由環境監測中心遠程監控。
由于垃圾焚燒電廠位于較偏僻地區,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境監測中電腦。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
環境監測系統中心電腦是環境監測系統的核心,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,將采集數據存入環境監測系統數據庫。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。環境監測系統軟件結構如圖2所示。
圖2 環境監測系統軟件結構
2.1 modbus通信
環境監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,環境監測中心電腦作為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,環境監測中心電腦做為從站。DCS主站使用Modbus功能碼3將流量等信息發送到環境監測中心電腦。在環境監測系統中,環境監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
環境監測中心電腦使用GPRSModem撥號接入gprs網絡進行數據傳輸。在環境監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,將采集的數據發送到環境監測中心。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,并與環境監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,生成環境監測數據的日報表、月報表。
3 系統運行
環境監測系統軟件采用VC6.0編程工具,由GPRS模塊實現無線通信,修改DCS的部分組態可實現數據發送功能。環境監測系統某時段監測數據如圖4所示。
圖4 某時段部分環境監測數據
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;
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