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，操作管理简便易行。系统zui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，一路信号输出脑显示器，另一路信号输出屏控板卡，屏控板卡将到的视频信号通过以太网送户外大屏幕显示屏。
 

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；

     带RS232、RS485(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）；

     6路AD仿真量输入(12位)，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；

     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(ASCII、RTU、Modbus TCP)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zui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TCP、UDP、PPP、ICMP、DNS、FTP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TCP、UDP、PPP、ICMP、DNS、FTP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；