WO2020177441A1 - 一种单向隔离数据采集与离线算法验证系统 - Google Patents

一种单向隔离数据采集与离线算法验证系统 Download PDF

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WO2020177441A1
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external network
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汤健
乔俊飞
夏恒
郭子豪
何海军
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北京工业大学
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the invention belongs to the technical field of urban solid waste treatment, and in particular relates to a unidirectional isolation data collection and offline algorithm verification system oriented to the urban solid waste incineration process.
  • MSW incineration is a domestic waste treatment technology widely used worldwide [3].
  • volume reduction rate of 79.2%
  • stability rate of 100%
  • greenhouse gas reduction of 124.3kg-CO2Eq/t
  • electricity generation 1163.1MJ/ t and other aspects [4].
  • Literature [10] pointed out that the focus of my country's MSWI is to prevent secondary pollution caused by flue gas emissions, and emphasizes that it is urgently needed to study "localized" advanced incineration technologies suitable for my country's MSW characteristics.
  • MSWI companies have relatively high requirements for the safety and reliability of the incineration control system, and are very cautious about accessing third-party data acquisition systems.
  • DCS distributed control system
  • incineration control strategies adopted by different incineration companies are also quite different.
  • the above problems make it difficult for us to collect the process variables of the MSWI system in real time for different types of control systems, and it is difficult to verify the advanced algorithms such as the modeling, control and optimization of the MSWI process that are studied offline by scientific research institutions.
  • literature [11] constructs a real-time monitoring information system (SIS) for gas-fired power plants, and proposes detailed design schemes in key links such as network architecture, database platform, data communication system, application functions, and system security measures, and proposes to adopt SIS
  • the interface machine is based on the one-way gatekeeper to collect real-time data from the control system to ensure the transmission of data from the control network to the SIS network, but it does not consider issues such as customized collection and storage of process data and offline algorithm verification;
  • literature [12] proposes the use of One-way transmission security isolation gatekeeper in industrial control network, including internal network processing unit, data ferry unit, external network processing external unit, etc., but there is no consideration of the front-end and back-end functions of the isolation gatekeeper in specific engineering applications.
  • this article proposes a MSWI-oriented one-way isolated data collection and offline algorithm verification method.
  • the "intranet isolation transmitter” with one-way transmission device installed with the shutter is used to collect these key process variables and generate data collection configuration files based on the universal intranet OPC client in the "intranet data transfer machine”
  • These operations are carried out independently on the "intranet isolation transmitter” to ensure the security of the intranet; then, the "external network isolation receiver” installed with the optical shutter one-way receiving device is used to receive from the "intranet isolation receiver” through a unidirectional optical fiber.
  • the key process data and configuration files of the “transmitter” are based on the general external network OPC server that meets the industry standard to provide forwarding services for these key process variables; further, a customized external network OPC client that conforms to the industry standard is used in the “external network
  • the key process data collection and storage function is realized on the data storage machine, which provides support for offline data analysis and algorithm research; finally, on the “external network algorithm verification machine”, the output of the customized algorithm verification module and the actual output of the industrial field are verified To achieve the verification of advanced algorithms such as modeling, control and optimization of the MSWI process. .
  • the data collection process on the intranet side is: through the "DCS manufacturer's intranet OPC client", on the “controller variable collection OPC server” that communicates with the DCS manufacturer's controller, collect process variables in different DCS controllers, and It provides forwarding services through the "DCS manufacturer's intranet OPC server", and further uses the "universal intranet OPC client” to transfer data collection configuration files and data files containing process variables to the "shutter one-way sending device";
  • the data collection process on the external network side is: based on the "shutter one-way receiving device", the data collection configuration files and data files from the internal network side of the MSWI control system are obtained through a one-way optical fiber, and the process variables from the internal network are passed through the "
  • the general extranet OPC server provides forwarding services in the form of an OPC server, and further uses the “customized extranet OPC client” to collect and store the data of these process variables, and use the “customized algorithm verification module” to obtain the algorithm The output is compared with the actual output on site to verify the algorithm.
  • FIG. 1 Schematic diagram of the urban solid waste incineration process (MSWI) based on the grate furnace;
  • FIG. 1 Schematic diagram of the MSWI-oriented unidirectional isolated data collection and offline algorithm verification system
  • Figure 3 is the hardware connection diagram of the MSWI-oriented one-way isolated data acquisition and offline algorithm verification system.
  • the MWSI process includes solid waste storage and transportation, furnace incineration, steam power generation, flue gas treatment and other stages.
  • the incinerator is the core equipment that converts MSW into ashes, flue gas and heat.
  • the bottom grate makes MSW move in the combustion chamber. And make it burn effectively and fully; the steam produced by the waste heat boiler is used for power generation; some pollutants in the flue gas are removed before being discharged into the atmosphere.
  • the MSWI process flow based on grate furnace introduced by a domestic enterprise is shown in Figure 1.
  • MSW is collected by a dedicated transport vehicle and transported to the unloading workshop, where it is dumped into a sealed solid waste tank.
  • the solid waste in the tank is automatically picked up by a manually controlled hydraulic grab and put into the hopper of the incinerator, and the hydraulic feeder pushes the solid waste in the hopper to the grate furnace.
  • the solid waste goes through the four stages of drying, igniting, burning and burnout in the incinerator (the burning of solid waste on the grate is a slow process [16]), among which: the drying stage is preheated and baked for MSW to achieve dehydration And heating up, the heat of burning MSW comes from the thermal radiation above the incinerator, the convection of flue gas and the internal heat energy in the solid waste layer.
  • the burned-out residue falls into the water-cooled slag hopper and is pushed into the slag by the slag conveyor In the pool.
  • the flue gas is processed in the bag filter to remove flue gas particles, neutralize reactants and adsorb activated carbon, it is divided into 3 parts, among which: the tail fly ash enters the ash bin and then is transported away for harmlessness After treatment, part of the soot mixture is added to the mixer and re-enters the deacidification reactor.
  • the tail flue gas is discharged into the atmosphere by the induced draft fan through the chimney, and the exhaust gas contains HCL, SO 2 , NOx, HF and DXN.
  • the control of the MSWI process basically adopts the "3T1E" criterion, that is, to ensure the furnace temperature (T) above 850 degrees, to ensure that the furnace stays in the furnace for more than 2 seconds (T), and to ensure the turbulence of the mixing degree of solid waste and air.
  • Degree (T), excess (E) air coefficient to ensure the ratio of the ratio of the solid waste supply air quality to the theoretical air quality of the combustion unit mass.
  • the main control methods are primary air volume, secondary air volume, feed speed and grate speed.
  • the present invention provides a MSWI-oriented one-way isolation data collection and offline algorithm verification system, including: intranet data transfer machine, intranet isolation transmitter, external network isolation receiver, external network data storage machine and external network algorithm verification machine There are 5 modules in total, as shown in Figure 2.
  • the data collection process on the internal network side is: collect process variables in different DCS controllers through the "DCS manufacturer’s intranet OPC client" from the “controller variable collection OPC server” communicating with the DCS manufacturer’s controller, and pass it through the "
  • the "DCS manufacturer's intranet OPC server” provides forwarding services, and further transmits the data collection configuration files and data files containing process variables to the "shutter one-way transmission device" through the "universal intranet OPC client".
  • the data collection process on the external network side is: obtain the data collection configuration files and data files from the internal network side of the MSWI control system through the "shutter one-way receiving device” through the one-way optical fiber, and pass the process variables from the internal network through the "universal external Network OPC server” provides forwarding services in the form of OPC server, and further collects and stores these process variables through the "customized external network OPC client", and outputs the algorithm obtained by the "customized algorithm verification module” to the site The actual output is compared, and then advanced algorithms such as modeling, control and optimization of offline research are verified.
  • Figure 3 shows the hardware connection of the MSWI process unidirectional isolation data acquisition and offline verification system. It can be seen from Figure 3 that the system consists of two absolutely physically separated networks.
  • controller variable acquisition OPC server that communicates with the DCS manufacturer's controller is connected through the "DCS manufacturer's intranet OPC client";
  • Universal Intranet OPC Client refers to the ability to identify and collect data on OPC servers that meet industrial standards developed by different types of DCS manufacturers) to collect data from "DCS Manufacturers Intranet OPC Server", including Select OPC server, process variable grouping, naming and sampling time setting, data acquisition configuration file and data file storage, and use one-way optical fiber to transmit data to the external network through the "light gate one-way transmission device".
  • DCS Manufacturers Intranet OPC Server including Select OPC server, process variable grouping, naming and sampling time setting, data acquisition configuration file and data file storage, and use one-way optical fiber to transmit data to the external network through the "light gate one-way transmission device”.
  • the specific steps include:
  • the process variables and data collection configuration files from the "intranet isolation transmitter” are received through a one-way optical fiber, and are provided in the form of OPC services based on the industrial standard "universal external network OPC server” data service.
  • the specific steps include:
  • Customized external network OPC client Supports various forms of “customized external network OPC client” that meets industry standards, and can be used in “customized data acquisition and storage module” at the sampling rate and configuration required by each research task in the “universal external network OPC server”
  • the collection and storage of process data provide data support for advanced algorithms such as offline data analysis and offline research modeling, control and optimization.
  • the specific steps include:
  • the present invention proposes a one-way isolated data collection and offline algorithm verification system for the urban solid waste incineration process.
  • an "intranet data transfer machine” is used to collect process variables required
  • the configuration avoids the direct collection of process variables in the DCS system controller and the impact on the performance of the DCS control system; the operation of the "intranet isolation transmitter” is completely independent of the external network and any third-party configuration equipment, and the configuration file is through a one-way optical fiber
  • the sending device transmits to the external network in a hardware isolation mode;
  • the "external network isolation receiver” serves as a relatively independent OPC server to provide data services to the outside, ensuring the safety and reliability of the operation of the data collection equipment;
  • “external network data storage machine” Supports a variety of data collection and storage methods for customized external network OPC clients, ensuring the diverse needs of different types of research tasks for process variable types and sampling rates; "external network algorithm verification machine” through customized external network OPC clients And customized algorithm verification modules provide

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Abstract

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。

Description

一种单向隔离数据采集与离线算法验证系统
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。
由上述研究可知，面向MSWI过程的相关研究还未见报道。以上这些研究为我们进行面向MSWI的单向隔离数据采集和离线算法验证系统研究提供了有效支撑。
发明内容
综上所述，本文提出了一种面向MSWI的单向隔离数据采集与离线算法验证方法。首先，利用与MSWI企业所采用的DCS系统兼容性强的DCS厂家OPC软件构建“内网数据中转机”，使得其能够以OPC服务器形式提供与MSWI过程建模、控制和优化等先进算法的研究有关的关键过程变量；接着，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”采集这些关键过程变量并生成数据采集配置文件，这些操作在“内网隔离发送机”上独立进行以确保内网安全性；接着，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，提供这些关键过程变量的转发服务；进一步，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”上实现关键过程数据的采集和存储功能，为离线数据分析和算法研究提供支撑；最后，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的对比，实现对MSWI过程的建模、控制和优化等先进算法的验证。。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种向隔离数据采集与离线算法验证系统包括：内网数据中转机、内网隔离发送机、外网隔离接收机、外网数据存储机和外网算法验证机；将进行MSWI过程控制的DCS系统称之为“MSWI控制系统内网侧”，将与之对应的通过单向光纤隔离的数据采集端称之为“MSWI控制系统外网侧”，MSWI控制系统的内网侧和外网侧通过单向光纤实现绝对物理隔离的数据传递；其中，
内网侧的数据采集流程是：通过“DCS厂家内网OPC客户端”，在与DCS厂家控制器通讯的“控制器变量采集OPC服务器”上，采集不同DCS控制器内的过程变量，并将其通过“DCS厂家内网OPC服务器”提供转发服务，进一步则通过“通用内网OPC客户端”，将数据采集配置文件和包含过程变量的数据文件传递给“光闸单向发送装置”；
外网侧的数据采集流程是：基于“光闸单向接收装置”，通过单向光纤获取来自MSWI控制系统内网侧的数据采集配置文件和数据文件，将来自内网的过程变量，通过“通用外网OPC服务器”以OPC服务器形式提供转发服务，进一步则通过“定制式外网OPC客户端”，对这些过程变量进行数据采集和存储，并将经“定制式算法验证模块”获得的算法输出与现场实际输出进行比较，进而对算法进行验证。
附图说明
图1基于炉排炉的城市固废焚烧过程(MSWI)过程示意图；
图2面向MSWI的单向隔离数据采集与离线算法验证系统的结构示意图；
图3面向MSWI的单向隔离数据采集与离线算法验证系统的硬件连接图。
具体实施方式
MWSI过程包括固废储运、炉内焚烧、蒸汽发电、烟气处理等阶段，其中：焚烧炉是将MSW转变为灰烬、烟气和热量的核心设备，其底部炉排使得MSW在燃烧室内移动并使之有效和充分的燃烧；余热锅炉产生的蒸汽用于发电；烟气中的部分污染物在排放至大气前被清除。国内某企业引进的基于炉排炉的MSWI工艺流程如图1所示。
由图1可知，MSW由专用的运输车收集后运至卸料车间，倾倒至密封的固废池内。池内固废由人工操控的液压抓斗自动抓起放入焚烧炉的进料斗内，液压给料机将斗内固废推至炉排炉。固废在焚烧炉内依次经历干燥、点燃、燃烧和烧尽四个阶段(固废在炉排上的燃烧是缓慢过程[16])，其中：干燥阶段进行MSW的预热烘烤以实现脱水和升温，燃烧MSW的热量来自于焚烧炉上方的热辐射、烟气对流和固废层内部自有的热能，燃尽后的残渣掉入水冷渣斗内再由输渣机将其推入炉渣池内。通常，焚烧烟气在炉膛内的温度需要大于850℃、停留时间需要至少2秒，以保证将具有剧毒、持久等特性的MSWI过程主要污染物二噁英进行有效分解。余热锅炉产生高压蒸汽，推动汽轮机组发电。锅炉出口的待处理烟气进入脱酸反应器进行中和反应，并通过其在入口处添加的石灰和活性炭去除酸性气体和吸附其中的二噁英和重金属(烟气处理时间约为40秒)，其中：飞灰进入飞灰储仓，烟气进入布袋除尘器。烟气在袋式除尘器中经去除烟气颗粒物、进行中和反应物和吸附活性炭等处理后，被分为3个部分，其中：尾部飞灰进入灰仓后再运走以进行无害化处理，部分烟灰混合物在混合器中加水后重新进入脱酸反应器，尾部烟气由引风机经烟囱排入大气，排放的尾气中含有HCL、SO 2、NOx、HF和DXN等物质。
目前，MSWI过程的控制基本都采用“3T1E”的准则，即保证850度以上的炉内温度(T)、保证炉内停留2秒以上的时间(T)、保证固废与空气混合程度的湍流度(T)、保证燃烧单位质量固废供给空气质量与理论空气质量之比的过量(E)空气系数，控制手段主要是一次风量、二次 风量、给料速度和炉排速度。
在我国固废焚烧领域，不同焚烧企业的控制系统除封闭性强之外，不同类型控制系统之间也具有较大差异性。此外，国外引进的先进自动燃烧系统因难以适应我国MSW特性，工业现场多由领域专家基于经验采用手动控制方式长期运行，受限于操作人员精力的有限性采用多轮倒班制度维持MSWI过程的不间断运行。可见，领域专家的经验知识和焚烧机理隐含在DCS系统以秒为单位存储的海量过程数据中，因不同领域专家操作经验和模式的存在差异性，这也导致MSWI过程运行控制的不稳定性。因此，有必要对蕴含经验知识与焚烧机理的海量过程数据进行实时采集和离线分析，提取最优秀领域专家的操作模式并结合可解释人工智能算法进行MSWI过程的优化控制算法研究，进而保证焚烧系统能够运行在最优的经济指标和环保指标均衡状态。
目前存在的最大难题是：焚烧电厂运行的安全性要求和DCS控制系统的封闭性现状导致我们难以实时获取MSWI过程的海量过程数据，新研发的MSWI过程的建模、控制和优化等先进算法也难以进行在线验证。因此，我们迫切需要在不影响原有MSWI过程DCS系统正常运行情况下，采用隔离方式对过程变量进行实时采集，并且能够对所采集的过程变量进行定制式存储和对离线研发的建模、控制和优化等先进算法利用实时数据进行在线验证等功能。
本发明提供一种面向MSWI的单向隔离数据采集与离线算法验证系统，包括：内网数据中转机、内网隔离发送机、外网隔离接收机、外网数据存储机和外网算法验证机共5个模块，如图2所示。
如图2所示，本发明中将进行MSWI过程控制的DCS系统称之为“MSWI控制系统内网侧”，将与之对应的通过单向光纤隔离的数据采集端称之为“MSWI控制系统外网侧”。
内网侧的数据采集流程是：通过“DCS厂家内网OPC客户端”从与DCS厂家控制器通信的“控制器变量采集OPC服务器”采集不同DCS控制器内的过程变量，并将其通过“DCS厂家内网OPC服务器”提供转发服务，进一步则通过“通用内网OPC客户端”将数据采集配置文件和包含过程变量的数据文件传递给“光闸单向发送装置”。
外网侧的数据采集流程是：通过“光闸单向接收装置”通过单向光纤获取来自MSWI控制系统内网侧的数据采集配置文件和数据文件，将来自内网的过程变量通过“通用外网OPC服务器”以OPC服务器形式提供转发服务，进一步则通过“定制式外网OPC客户端”对这些过程变量进行数据采集和存储，并将经“定制式算法验证模块”获得的算法输出与现场实际输出进行比较，进而对离线研究的建模、控制和优化等先进算法进行验证。
MSWI控制系统的内网侧和外网侧通过单向光纤实现绝对物理隔离的数据传递。
MSWI过程单向隔离数据采集与离线验证系统的硬件连接如图3所示。由图3可知，该系统由两个绝对物理隔离的网络组成。
不同模块的功能及实现如下所示。
1.1内网数据中转机
通过“DCS厂家内网OPC客户端”采集MSWI过程中DCS厂家内部控制网络中不同控制器 中的过程变量，并通过DCS厂家自身提供的OPC软件以OPC服务器形式对外提供所采集过程变量，进而避免“内网隔离发送机”直接采集DCS系统不同控制器中的过程变量，有效避免了对MSWI过程DCS系统控制性能的影响。具体步骤包括：
(1)基于DCS厂家自身控制网络软硬件，通过“DCS厂家内网OPC客户端”连接与DCS厂家控制器进行通信的“控制器变量采集OPC服务器”；
(2)添加过程变量分组名称和设定过程变量的采样周期；
(3)通过添加数据项实现过程变量的选择性添加；
(4)通过“DCS厂家内网OPC服务器”将所选择的过程变量以OPC服务器形式提供转发服务，供“内网隔离发送机”的“通用内网OPC客户端”进行数据采集。
1.2内网隔离发送机
采用“通用内网OPC客户端”(此处的通用是指能够识别和采集不同类型DCS厂家开发的符合工业标准的OPC服务器上的数据)对“DCS厂家内网OPC服务器”数据进行采集，包括选择OPC服务器，过程变量分组、命名和采样时间设置，数据采集配置文件和数据文件存储，以及通过“光闸单向发送装置”利用单向光纤向外网传输数据等功能。具体步骤包括：
(1)通过与“内网数据中转机”在同一网段的本机IP地址和端口号登陆；
(2)通过“内网数据中转机”的IP地址登录至“内网数据中转机”，并选择相应的OPC版本和OPC服务器；
(3)添加过程变量分组名称和过程变量的采样周期；
(4)通过添加数据项添加“内网数据中转机”上的过程变量；
(5)检查全部过程变量与“内网数据中转机”上的过程变量的一致性，并进行数据采集配置文件的保存；
(6)将上述配置文件发送到外网端。
1.3外网隔离接收机
基于“光闸单向接收装置”，通过单向光纤接收来自“内网隔离发送机”的过程变量和数据采集配置文件，并基于符合工业标准的“通用外网OPC服务器”以OPC服务形式提供数据服务。具体步骤包括：
(1)登录“外网隔离接收机”，并设置名称和外网IP地址；
(2)设置“外网隔离接收机”通讯参数；
(3)在“外网隔离接收机”上开启“内网隔离发送机”的OPC服务；
(4)将在“内网隔离发送机”上发送的“数据采集配置文件”下载到“外网隔离接收机”，然后导入数据文件，进而获得在内网侧配置采集的过程变量；
(5)将所采集的过程变量通过转发和启动OPC服务，基于“通用外网OPC服务器”实现以OPC服务形式提供数据服务；
(6)对“内网隔离发送机”和“外网隔离接收机”上的过程变量进行校验，以保证内外网间的过程变量传输的正确性。
1.4外网数据存储机
支持多种形式的符合工业标准的“定制式外网OPC客户端”，在“通用外网OPC服务器”以按照各自研究任务所需的采样速率和配置在“定制式数据采集和存储模块”进行过程数据的采集和存储，为离线数据分析和离线研究建模、控制与优化等先进算法提供数据支撑。具体步骤包括：
(1)通过外网IP地址登录“外网隔离接收机”，选择OPC版本和OPC服务器；
(2)基于“定制式外网OPC客户端”在“通用外网OPC服务器”上，按照各自研究任务的需求添加过程变量的分组名称并设定采样周期；
(3)按照各自研究任务的需求选择过程变量；
(4)在“定制式数据采集和存储模块”设定所选择过程变量的存储参数；
(4)将过程变量按照所选择格式进行存储。
1.5外网算法验证机
采用支持多种形式的符合工业标准的“定制式外网OPC客户端”，在“通用外网OPC服务器”上按照各自研究任务所需实时获取输入过程变量，将其输入离线开发的“定制式算法验证模块”并获得算法输出，将其与“定制式外网OPC客户端”所获取的现场实际输出进行比较，进而验证算法的有效性，为完善离线研究的MSWI过程的建模、控制和优化等先进算法提供支撑。具体步骤包括：
(1)通过外网IP地址登录“外网隔离接收机”选择OPC版本和OPC服务器；
(2)基于“定制式外网OPC客户端”在“通用外网OPC服务器”上，按照待验证算法模块的需求添加输入过程变量的分组名称和设定采样周期；
(3)基于“定制式外网OPC客户端”选择待验证算法所需要的输入过程变量，并将其输入至“定制式算法验证模块”并获得算法输出；
(4)基于“定制式外网OPC客户端”选择待验证算法所需要的现场实际输出；
(5)对“定制式算法验证模块”的算法输出和“定制式外网OPC客户端”获得的现场实际输出进行比较以验证算法的有效性。
本发明提出了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，在MSWI的DCS控制系统所在的内网侧采用“内网数据中转机”进行所需采集过程变量的配置，避免了直接采集DCS系统控制器中的过程变量而造成对DCS控制系统性能的影响；“内网隔离发送机”的操作完全独立外网和任何第三方配置设备，配置文件通过单向光纤发送装置以硬件隔离方式向外网传输；“外网隔离接收机”作为相对独立的OPC服务器向外提供数据服务，保证了数据采集设备运行的安全性和可靠性；“外网数据存储机”支持定制式外网OPC 客户端的多种数据采集和存储方式，保证了不同类型研究任务对过程变量类型和采样速率的多样化需求；“外网算法验证机”通过定制化的外网OPC客户端和定制式算法验证模块，为离线研究的MSWI建模、控制和优化等先进算法的完善提供有效支撑。
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Claims (7)

  1. 一种单向隔离数据采集与离线算法验证系统，其特征在于，首先，利用与MSWI企业所采用的DCS系统兼容性强的DCS厂家OPC软件构建“内网数据中转机”，使得其能够以OPC服务器形式提供与MSWI过程建模、控制和优化等先进算法的研究有关的关键过程变量；接着，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”采集这些关键过程变量并生成数据采集配置文件，这些操作在“内网隔离发送机”上独立进行以确保内网安全性；接着，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，提供这些关键过程变量的转发服务；进一步，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”上实现关键过程数据的采集和存储功能，为离线数据分析和算法研究提供支撑；最后，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的对比，实现对MSWI过程的建模、控制和优化先进算法的验证。
  2. 如权利要求1所述的单向隔离数据采集与离线算法验证系统，其特征在于，内网数据中转机，通过“DCS厂家内网OPC客户端”采集MSWI过程中DCS厂家内部控制网络中不同控制器中的过程变量，并通过DCS厂家自身提供的OPC软件，以OPC服务器形式对外提供所采集过程变量，具体步骤包括：
    (1)基于DCS厂家自身控制网络软硬件，通过“DCS厂家内网OPC客户端”连接与DCS厂家控制器进行通信的“控制器变量采集OPC服务器”；
    (2)添加过程变量分组名称和设定过程变量的采样周期；
    (3)通过添加数据项实现过程变量的选择性添加；
    (4)通过“DCS厂家内网OPC服务器”将所选择的过程变量以OPC服务器形式提供转发服务，供“内网隔离发送机”的“通用内网OPC客户端”进行数据采集。
  3. 如权利要求1所述的单向隔离数据采集与离线算法验证系统，其特征在于，内网隔离发送机，采用“通用内网OPC客户端”(此处的通用是指能够识别和采集不同类型DCS厂家开发的符合工业标准的OPC服务器上的数据)对“DCS厂家内网OPC服务器”数据进行采集，包括选择OPC服务器，过程变量分组、命名和采样时间设置，数据采集配置文件和数据文件存储，以及通过“光闸单向发送装置”利用单向光纤向外网传输数据功能，具体步骤包括：
    (1)通过与“内网数据中转机”在同一网段的本机IP地址和端口号登陆；
    (2)通过“内网数据中转机”的IP地址登录至“内网数据中转机”，并选择相应的OPC版本和OPC服务器；
    (3)添加过程变量分组名称和过程变量的采样周期；
    (4)通过添加数据项添加“内网数据中转机”上的过程变量；
    (5)检查全部过程变量与“内网数据中转机”上的过程变量的一致性，并进行数据采集配置文件的保存；
    (6)将上述配置文件发送到外网端。
  4. 如权利要求1所述的单向隔离数据采集与离线算法验证系统，其特征在于，外网隔离接收机，基于“光闸单向接收装置”通过单向光纤接收来自“内网隔离发送机”的过程数据 和数据采集配置文件，并基于符合工业标准的“通用外网OPC服务器”以OPC服务形式提供数据服务，具体步骤包括：
    (1)登录“外网隔离接收机”，并设置名称和外网IP地址；
    (2)设置“外网隔离接收机”通讯参数；
    (3)在“外网隔离接收机”上开启“内网隔离发送机”的OPC服务；
    (4)将在“内网隔离发送机”上发送的“数据采集配置文件”下载到“外网隔离接收机”，然后导入数据文件，进而获得在内网侧配置采集的过程变量；
    (5)将所采集的过程变量通过转发和启动OPC服务，基于“通用外网OPC服务器”实现以OPC服务形式提供数据服务；
    (6)对“内网隔离发送机”和“外网隔离接收机”上的过程变量进行校验，以保证内外网间的过程变量传输的正确性。
  5. 如权利要求1所述的单向隔离数据采集与离线算法验证系统，其特征在于，外网数据存储机，支持多种形式的符合工业标准的“定制式外网OPC客户端”，在“通用外网OPC服务器”以按照各自研究任务所需的采样速率和配置，在“定制式数据采集和存储模块”进行过程数据的采集和存储，为离线数据分析和离线研究的建模、控制与优化先进算法提供支撑，具体步骤包括：
    (1)通过外网IP地址登录“外网隔离接收机”选择OPC版本和OPC服务器；
    (2)基于“定制式外网OPC客户端”在“通用外网OPC服务器”上，按照各自研究任务的需求添加过程变量的分组名称和设定采样周期；
    (3)按照各自研究任务的需求选择过程变量；
    (4)在“定制式数据采集和存储模块”设定所选择过程变量的存储参数；
    (4)将数据按照所选择格式进行存储。
  6. 如权利要求1所述的单向隔离数据采集与离线算法验证系统，其特征在于，外网算法验证机，采用支持多种形式的符合工业标准的“定制式外网OPC客户端”，在“通用外网OPC服务器”上按照各自研究任务所需实时获取输入过程变量，将其输入离线开发的“定制式算法验证模块”并获得算法输出，将其与“定制式外网OPC客户端”所获取的现场实际输出进行比较，进而验证算法的有效性，为完善离线研究的建模、控制和优化先进算法提供支撑。具体步骤包括：
    (1)通过外网IP地址登录“外网隔离接收机”选择OPC版本和OPC服务器；
    (2)基于“定制式外网OPC客户端”在“通用外网OPC服务器”上，按照待验证算法的需求添加输入过程变量的分组名称和设定采样周期；
    (3)基于“定制式外网OPC客户端”选择待验证算法所需要的输入过程变量，将其输入“定制式算法验证模块”，并获得算法输出；
    (4)基于“定制式外网OPC客户端”，选择待验证算法所需要的现场实际输出；
    (5)对“定制式算法验证模块”的算法输出和“定制式外网OPC客户端”获得的现场实际输出进行比较，以验证算法的有效性。
  7. 一种向隔离数据采集与离线算法验证系统，其特征在于，包括：内网数据中转机、 内网隔离发送机、外网隔离接收机、外网数据存储机和外网算法验证机；将进行MSWI过程控制的DCS系统称之为“MSWI控制系统内网侧”，将与之对应的通过单向光纤隔离的数据采集端称之为“MSWI控制系统外网侧”，MSWI控制系统的内网侧和外网侧通过单向光纤实现绝对物理隔离的数据传递；其中，
    内网侧的数据采集流程是：通过“DCS厂家内网OPC客户端”对与DCS厂家控制器通讯的“控制器变量采集OPC服务器”采集不同DCS控制器内的过程变量，并将其通过“DCS厂家内网OPC服务器”提供转发服务，进一步则通过“通用内网OPC客户端”将数据采集配置文件和包含过程变量的数据文件传递给“光闸单向发送装置”；
    外网侧的数据采集流程是：通过“光闸单向接收装置”通过单向光纤获取来自MSWI控制系统内网侧的数据采集配置文件和数据文件，将来自内网的过程变量通过“通用外网OPC服务器”以OPC服务器形式提供转发服务，进一步则通过“定制式外网OPC客户端”对这些过程变量进行数据采集和存储，并将经“定制式算法验证模块”获得的算法输出与现场实际输出进行比较，进而对算法进行验证。
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