重慶化工園WEBs-AX環(huán)境在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

廖璠瑞，張文科，張科

（霍尼韋爾（中國(guó)）有限公司 環(huán)境自控事業(yè)部，重慶 401121）

重慶化工園位于重慶市東郊長(zhǎng)壽區(qū)境內(nèi)，將建設(shè)成為長(zhǎng)江上游最大的綜合性化工基地、化工新材料基地和國(guó)家級(jí)循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范園區(qū)。重慶化工園管理方需要實(shí)時(shí)監(jiān)控園區(qū)各企業(yè)的污水、廢氣排放和大氣質(zhì)量情況，為國(guó)家環(huán)境管理部門提供準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)，并在緊急情況發(fā)生時(shí)，第一時(shí)間掌握?qǐng)@區(qū)的整體環(huán)境狀況，為應(yīng)急處理提供決策支持。因此，建設(shè)一套重慶化工園的集數(shù)據(jù)采集、傳輸、統(tǒng)計(jì)和發(fā)布為一體的環(huán)境在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為環(huán)境管理和應(yīng)急處理提供可靠的決策支持，就顯得十分必要。

近些年來(lái)，隨著環(huán)境在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的投入運(yùn)行，暴露出許多不足。

1）信息加工處理能力不足。如數(shù)據(jù)采集端不能直接在WEB頁(yè)面發(fā)布實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，報(bào)表、趨勢(shì)圖、分析圖等信息處理模塊需要由第三方平臺(tái)完成。

2）技術(shù)支持與現(xiàn)代管理方法不配套，不能滿足環(huán)保部門的決策需求，無(wú)法在各職能部門間形成移動(dòng)和聯(lián)動(dòng)管理。

3）開(kāi)放性不足，不能完善整合第三方系統(tǒng)。信息封閉，無(wú)法形成具有自動(dòng)比對(duì)功能的大容量信息倉(cāng)庫(kù)，妨礙了信息的充分共享和利用。

4）通訊過(guò)程受傳輸速率限制，部分系統(tǒng)尚采用“輪詢”工作方式，無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。

5）信息阻塞或傳輸中斷，造成數(shù)據(jù)誤傳、漏傳和少傳，影響數(shù)據(jù)的整體分析[1]。

針對(duì)以上問(wèn)題，在建設(shè)重慶化工園環(huán)境在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中采用了WEBs-AX技術(shù)，有效地解決了過(guò)去在系統(tǒng)中遇到的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了高效、可靠的實(shí)時(shí)環(huán)境在線監(jiān)測(cè)和管理。

1 系統(tǒng)功能特點(diǎn)

1.1 完善的信息處理能力

系統(tǒng)能自動(dòng)導(dǎo)入遠(yuǎn)程采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、比對(duì)、篩選和處理，及時(shí)了解重慶化工園的環(huán)境狀況、重點(diǎn)污染源排放趨勢(shì)和重點(diǎn)危險(xiǎn)源的實(shí)時(shí)狀態(tài)。系統(tǒng)可以查詢污染指數(shù)、危險(xiǎn)源氣體濃度、空氣質(zhì)量級(jí)別等各類統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并自動(dòng)生成Excel 和PDF 報(bào)表，繪制趨勢(shì)圖。系統(tǒng)支持WEB 頁(yè)面發(fā)布，管理者可以通過(guò)電腦、手機(jī)或PDA等設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控環(huán)境狀況。

1.2 與現(xiàn)代管理方法完美契合

系統(tǒng)運(yùn)用A-VPN 安全防火墻技術(shù)，可設(shè)立250級(jí)不同的登陸權(quán)限，保留2500 條人事記錄，支持多級(jí)、多中心、差異化的積木式管理結(jié)構(gòu)，為不同的管理部門服務(wù)，并在應(yīng)急處理時(shí)實(shí)現(xiàn)不同職能部門間的聯(lián)動(dòng)管理。

1.3 強(qiáng)大的開(kāi)放性和大容量數(shù)據(jù)倉(cāng)

系統(tǒng)支持OPC，BACnet，ModBus，LonWorks 等標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放性協(xié)議，能集成第三方系統(tǒng)，如GIS地理信息系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。支持SQL Server，Oracle，DB2等國(guó)際主流數(shù)據(jù)庫(kù)，將數(shù)據(jù)及時(shí)、準(zhǔn)確地傳輸至上級(jí)服務(wù)器，擴(kuò)展了數(shù)據(jù)倉(cāng)容量，并具備自動(dòng)比對(duì)、錄入、報(bào)警等功能，充分共享和利用信息。

1.4 高速穩(wěn)定的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控

系統(tǒng)支持ADSL，光纖和CDMA遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方式，改變過(guò)去點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊方式，每秒進(jìn)行1次數(shù)據(jù)刷新，實(shí)現(xiàn)真正的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。

1.5 可靠的數(shù)據(jù)分析功能

系統(tǒng)采集的環(huán)境數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)采儀和環(huán)境在線監(jiān)測(cè)服務(wù)器中，并支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳功能。若數(shù)據(jù)傳輸因故中止，由系統(tǒng)自動(dòng)比照，再將余留數(shù)據(jù)完整上傳到上端服務(wù)器中，保全數(shù)據(jù)的完整，提升數(shù)據(jù)分析的可靠性。

2 系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)總體分為3部分，即數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)Fig.1 System composition and structure

2.1 數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)，并傳輸至重慶化工園環(huán)境在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器。根據(jù)環(huán)保部門制定的數(shù)據(jù)采集頻率要求，設(shè)定數(shù)據(jù)采集儀的時(shí)鐘程序并自動(dòng)采集?，F(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備包括現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境探測(cè)儀器、WEB-600數(shù)據(jù)采集儀、安全電源。

2.2 數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)分析和處理系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，主要包括環(huán)境在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)、環(huán)境信息分析軟件。環(huán)境在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器經(jīng)由通訊網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集儀聯(lián)接，通過(guò)SQL Server接口與中央數(shù)據(jù)庫(kù)互訪并存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)集數(shù)據(jù)收發(fā)、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、分析于一體。

數(shù)據(jù)主要來(lái)源分別為：大氣監(jiān)測(cè)（空氣溫濕度、顆粒物、臭氧、氣象參數(shù)）；重點(diǎn)空氣污染源監(jiān)測(cè)（二氧化硫、氮化物、煙塵量、一氧化碳[2]）；重點(diǎn)水污染源監(jiān)測(cè)（高錳酸鹽指數(shù)、pH 值、電導(dǎo)率、溶解氧COD）；重點(diǎn)危險(xiǎn)源監(jiān)測(cè)（氫氰酸、液氨、甲醛、甲醇、氰化物）。

2.3 數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)

數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用部分，它通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與管理者的人機(jī)互動(dòng)，通過(guò)WEB頁(yè)面查詢環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)。系統(tǒng)可查詢各類污染指數(shù)、環(huán)境級(jí)別，生成日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)，并通過(guò)報(bào)表、趨勢(shì)圖、柱狀圖、曲線圖實(shí)現(xiàn)比對(duì)和管理。在WEB 界面上發(fā)布實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、環(huán)境污染指數(shù)、超標(biāo)報(bào)警等，并在發(fā)生緊急情況時(shí)自動(dòng)連線相關(guān)職能部門。

3 系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和處理以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和信息發(fā)布，其功能實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。

3.1 數(shù)據(jù)采集

圖2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)流程Fig.2 System function and realization process

現(xiàn)場(chǎng)儀表根據(jù)環(huán)境狀況提供4～20 mA 電流信號(hào)并輸入WEB-600 數(shù)據(jù)采集儀，數(shù)采儀將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為匹配的環(huán)境參數(shù)和單位，按照設(shè)定的邏輯關(guān)系計(jì)算出所需原始環(huán)境數(shù)據(jù)，遵循時(shí)鐘程序存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)采集儀中。

3.2 數(shù)據(jù)傳輸和處理

WEB-600 數(shù)據(jù)采集儀通過(guò)MD5 加密方式將原始環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸至環(huán)境在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器[3]，系統(tǒng)比對(duì)和篩選數(shù)據(jù)后，將無(wú)誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理；同時(shí)將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)等信息與處理后的環(huán)境數(shù)據(jù)整合，按照國(guó)家規(guī)定和環(huán)保局的規(guī)范要求，與重慶化工園中央數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)信息對(duì)接和存儲(chǔ)。

3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和信息發(fā)布

面對(duì)大量復(fù)雜的自動(dòng)檢測(cè)、遠(yuǎn)程傳輸?shù)脕?lái)的信息，需要由大型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)。本系統(tǒng)采用SQL Server 2003大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)加以解決，因其具有數(shù)據(jù)獨(dú)立性、共享性、最小冗余、嚴(yán)密的數(shù)據(jù)邏輯、完善的數(shù)據(jù)保證措施等特性，當(dāng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式和邏輯結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，不需要改變用戶應(yīng)用端程序[4]。系統(tǒng)采用B/S 結(jié)構(gòu)，方便進(jìn)一步的制作分析。系統(tǒng)本身支持WEB頁(yè)面發(fā)布功能，支持無(wú)限量用戶訪問(wèn)，管理者可以通過(guò)WEB網(wǎng)頁(yè)查詢實(shí)時(shí)和歷史環(huán)境數(shù)據(jù)，導(dǎo)出污染趨勢(shì)圖、環(huán)境報(bào)表和進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)。通過(guò)與SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)的信息交互，將環(huán)境數(shù)據(jù)應(yīng)用于第三方管理平臺(tái)。

4 結(jié)語(yǔ)

在環(huán)境在線監(jiān)測(cè)技術(shù)日漸成熟的的今天，實(shí)時(shí)監(jiān)控環(huán)境狀態(tài)并通過(guò)WEB 頁(yè)面發(fā)布和遠(yuǎn)程管理是環(huán)境管理科學(xué)化、信息化的發(fā)展方向。重慶化工園環(huán)境在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用了WEBs-AX技術(shù)，能夠遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控環(huán)境狀態(tài)，提供完整、可靠的數(shù)據(jù)分析報(bào)告，完善的集成第三方系統(tǒng)并建立大容量數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。系統(tǒng)自動(dòng)采集、比對(duì)和處理環(huán)境數(shù)據(jù)，并發(fā)布于WEB 頁(yè)面，為各管理部門提供準(zhǔn)確、及時(shí)的決策支持。系統(tǒng)的成功運(yùn)用，將提升重慶市的環(huán)境管理水平，強(qiáng)化社會(huì)的環(huán)境保護(hù)意識(shí)，為環(huán)鏡保護(hù)工作作出貢獻(xiàn)。

[1]徐光.環(huán)境在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控管理與發(fā)布系統(tǒng)[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2006，8（4）：22—24.

[2]朱齊，王磊.新型大氣污染氣體綜合監(jiān)控系統(tǒng)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2004，23（6）：38—39.

[3]SATO KAZUO.Automotive Engine Exhaust Gas Environmental Pollution and Environmental Control Measures [J].Shibaura Inst of Technol，2002，38（11）：176—180.

[4]吳邦燦，費(fèi)龍.現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2005：133.