[发明专利]一种单向隔离数据采集与离线算法验证系统

说明书

本发明公开一种单向隔离数据采集与离线算法验证系统；利用DCS厂家OPC软件构建“内网数据中转机”；采用安装光闸单向发送装置的“内网隔离发送机”基于通用内网OPC客户端在“内网数据中转机”采集关键过程变量并生成数据采集配置文件；采用安装光闸单向接收装置的“外网隔离接收机”通过单向光纤形式接收来自“内网隔离发送机”的关键过程数据和配置文件，并基于符合工业标准的通用外网OPC服务器提供关键过程变量的转发服务；采用符合工业标准的定制式外网OPC客户端在“外网数据存储机”上实现关键过程变量采集和存储功能；在“外网算法验证机”上通过对定制式算法验证模块输出和工业现场实际输出对比实现对MSWI过程的建模、控制和优化先进算法的验证。

本发明由科学技术部国家重点研发计划(No:2018YFC1900801)和国家自然科学基金(No:61573364，61873009)资助。

技术领域

本发明属于城市固废处理技术领域，尤其涉及一种面向城市固废焚烧过程的单向隔离数据采集与离线算法验证系统。

背景技术

城市固废(Municipal solid wastes,MSW)数量随城镇人口增加和居民消费水平提升已达到8％的全球年增长率[1,2]，我国部分城市甚至出现了“垃圾围城”的现象。MSW焚烧(MSW incineration,MSWI)是目前世界范围内广泛应用的生活垃圾处理技术[3]。针对我国大陆，MSWI在无害化、减量化和资源化处理方面的优势体现在：减容率79.2％、稳定率100％、温室气体减量124.3kg-CO2Eq/t和电力产生1163.1MJ/t等方面[4]。截止2017年，我国内地已建成和运行的303座焚烧电厂(炉排炉220座)的处理能力达到30.4万吨/日，占MSW总量的34％[5]，预计在2020年，我国大陆的MSW日处理量将达到50万吨[6]。因此，我国焚烧炉安装类型以炉排炉为主，并且数量呈现逐年递增的趋势。

我国MSW具有高有机组分(60～70％)和高水分含量(50％以上)的特点，分类收集和处理程度低[4]。发展中国家在回收机制、处理技术和管理策略等方面与德国、瑞典、日本等发达国家相比，还存在很多亟待解决的问题[7]，其中最为突出的问题是污染物排放超标[8,9]。文献[6]指出我国大陆MSWI受到指责的主要原因是低于标准的烟气排放，原因包括：垃圾成分特殊、运行经验缺乏、资金不到位、监管测量措施不可靠等。文献[10]指出我国MSWI的重点是预防烟气排放所造成的二次污染，强调研究适合我国MSW特性的“本土化”高级焚烧技术是当前急需。做为电厂，MSWI企业对焚烧控制系统的安全性和可靠性要求比较高，对接入第三方数据采集系统非常慎重。此外，不同焚烧企业所采用的分布式控制系统(DCS)和焚烧控制策略也具有较大差异性。以上问题导致我们难以面向不同类型的控制系统实时采集MSWI系统的过程变量，难以对科研机构离线研究的MSWI过程的建模、控制和优化等先进算法进行验证研究，难以对研究适合我国MSW的“本土化”高级焚烧技术进行有效地支撑。可见，在不影响MSWI过程DCS控制系统安全性的前提下，实时采集MSWI系统的过程变量并对离线研究的MSWI过程的建模、控制和优化等算法进行有效验证，是当前急需解决的问题。

面向工业控制网络，文献[11]构建燃气电厂实时监控信息系统(SIS)，在网络架构、数据库平台、数据通讯系统、应用功能、系统安全措施等关键环节提出了详细的设计方案，提出采用SIS接口机基于单向网闸采集控制系统实时数据，保证数据从控制网到SIS网的传输方案，但未考虑过程数据的定制化采集与存储和离线算法验证等问题；文献[12]提出了用于工业控制网络的单向传输安全隔离网闸，包括内网处理单元、数据摆渡单元、外网处理外单元等，但存在未考虑具体工程应用中隔离网闸的前后端功能、未采用具有绝对物理单向传输特性的光纤模块等缺陷；文献[13]指出具有数据单向传输特性的隔离网闸能够完全隔离来自工业控制系统外部的网络威胁，文献[14]通过设置数据隔离区和采用单向隔离网闸技术对鄂尔多斯煤制油分公司的DCS系统进行防护以隔绝来自外部网络的威胁，文献[15]提出了由单向隔离网闸、中转服务器和路由器组成的燃机远程在线诊断系统数据传输链路装置，上述研究存在普适性不强、未涉及对采集数据的扩展应用等问题。