浅谈新型的环保全过程远程监测系统解决方案

2017-08-02福建望诚电子有限公司魏林海

电子世界 2017年14期

福建望诚电子有限公司魏林海

福建望诚电子有限公司魏林海

文章对环境监测系统方案进行了概述，通过对环境监测系统的发展现状和所存在的问题的进行分析，并提出问题的解决方案，由于污染型企业的生产设备和环保设备普遍耗电量大，企业为了节约成本通常采用不启用环保设备的方式节约用电，从而降低企业生产成本，导致全国污染事件频繁发生，造成环境严重污染。本解决方案利用这一特点，通过对生产设备和环保设备的电流监测，系统预先对设备建立台帐，设定生产设备和环保设备的工作流程，利用电流、电压传感器实时采集数据，再将数据用无线网络桥接的方式传输到后台监测系统平台，低成本的实现了对污染型企业环保设备全过程远程监测的目的。本系统解决方案解决了传统污染源监测方案中监测设备昂贵、实施安装难度大、数据传输过程易篡改等问题，能有效的帮助环保部门对污染型企业的全过程监控，从而实现环境保护的问题。

过程监测；环保监控；远程监测;解决方案

随着我国经济的发展，生态破坏及工业污染日趋严重，环境保护任务将日益艰巨,对环境的科学监测提出了越来越高的要求。我国环保监管部门现有对污染型企业的环保远程监测系统大多是采取一对一的监控模式，例如空气监测系统只监测处理后的空气质量，水源监测系统只监测处理后的水源质量，再通过网络把监测到的数据发送给上级环保管理部门，由于这些远程监测系统专业性强、网络系统要求高、造价昂贵，使得中小型污染企业无力承担，所以整体安装率并不高，一方面形成部分污染企业未能得到全面监管的状况，另一方面即使安装了在线监测系统，由于耗电量大、监测源易变动等多种因素，造成监测的数据存在不真实，监管困难，频频造成环境污染事件发生。

一、环保监测系统的概念

环保监测系统目前主要通过监测污染物的技术指标数据，然后采用网络传输方式将监测到的污染物监测数据发送到环保管理部门，实现监控目的。

二、环保监测系统的发展现状

目前远程监控技术的主流是通过某一特定的通讯网络来应用Interet技术，在TCP/IP协议和WWW规范的支持下，通过安装嵌入式软件，合理组织软件结构，使工作人员通过访问网络服务器来实现设备的远程监控。

国内现有环保远程在线监测系统，都是通过监测污染物的技术指标数据，然后采用网络传输方式将监测到的污染物质量数据发送到环保管理部门，从而达到远程监测的目的。

国内现有机电设备的远程监测系统，均采用分布式结构，由数据采集端（设备现场部分）、监控中心和用户终端构成，数据采集端由摄像头、数据采集器、控制主机等组成，监控中心由服务器及服务软件组成，用户终端由计算机或移动柊端组成。整个系统通过互联网或无线通信网络，将采集到的数据信息传输到监控中心，由此了解到设备运行的状态，实现远程监测、故障诊断、实时状态查询及实时启停等功能。根据现场数据采集方式，常用的机电设备远程监测方法主要有以下几种：

（1）采用摄像头拍摄设备运行的视频，再通过网络传输系统把设备运行视频传回监控中心，监控中心工作人员通过观看视频判断设备是否正常工作，摸拟人现场监控操作的场景。

（2）数据采集器直接接入PLC智能控制系统，采集PLC控制器中的设备运行参数并远程传输回监控中心，监控中心把收到的设备运行参数与设备性能参数比对，判断该设备是否正常工作。

（3）对于移动的机电设备（如工程作业车辆等），常常利用安装在移动设备上的视频机采集设备工作状态及各项工作参数，并应用卫星定位系统确定移动设备的位置，再把数据信息通过无线网络传回监控中心，远程监测移动设备的位置和工作状态。

三、传统环保监测所存在的问题

（1）造价昂贵，目前根据污染源的不同可分为空气监测、土壤监测、水质监测，噪音监测等、由于这些系统采用的传感器昂贵，系统开发安装成本高，导致造价昂贵，大量的中小污染企业无力安装，存在监管盲区。

（2）监测设备耗能大，已安装环保远程监测系统的大部分企业为了节省环保设备的运行能耗，在利益的驱使下，往往在监管盲区时关闭环保设备运行的办法以达到降低生产成本的目的。

（3）监测数据篡改，为了降低污染源处理成本，据媒体报道有企业在排污口采取用合格的样品替代污染物采样，使采集器采集到的都是合格样品，造成环保管理部门监测合格的假象，给环保监管工作带来困扰。

四、解决环保监测的新方案

新型的环保全过程远程监测系统，它首先是对污染型企业进行污染源信息采集，并且建立企业生产设备和环保设备的数字档案，预先设定生产设备工作流程和环保设备工作流程的功耗，利用设备工作全过程远程监控作为监控方法，视频监控作为辅助手段，排污结果作为衡量标准的整体解决方案。

生产设备和环保设备的数据采集器是基于环保设备工作时需要用电来考虑，通过监测环保设备工作的电流、电压，采用有线（因特网）、无线(WIFI)、3G、4G四种网络相结合的数据远程传输通道，将自动监测到的设备运行数据远程传输回环保设备监控中心；视频监控是基于有线（因特网）、无线(WIFI)、3G、4G四种网络结合的传输方式，将监测到的视频、音频数据流实时传输到环保设备监控中心；排污结果监测采用专业性的传感器监测设备，采集的结果通过前端数据采集器统一发送到环保设备监控中心。

环保远程监测系统根据运行功率与额定功率的比对来判定设备是否正常运行，实现对环保设备的24小时实时监控，消除了监控盲区，解决了现有环保在线监测系统存在的弊端。

五、环保全过程远程监测系统

1.环保全过程远程监测系统的技术原理

环保设备远程监测系统由数据采集、监控中心和用户接口三部份组成。其中数据采集部分由前端数据采集器和监控主机构成；监控中心由web软件、web服务器、数据库服务器等软硬件构成；用户接口由环保管理部门的PC终端或移动终端构成。前端数据采集器主要工作在环保设备运行现场，每台环保设备的电路中都接入一台具有唯一编码的前端数据采集器，实施对环保设备工作电压电流数据采集，并将采集到的数据打包成数据包，通过有线局域网或WIFI无线网发送给安装在企业的监控主机。监控主机接收数据包后，经解析数据后再通过互联网发送至环保设备监控中心。

环保设备监控中心运行着一个服务线程，即实时监测处理服务。它实时监控TCP/IP所指定的与主机协定的接收端口，当检测到有数据到来时立即接收，同时调用规则验证方法，检查该数据是否符合规则、是否合法，验证成功后调用业务服务对象对数据进行存储，同时处理采集器编号对应的环保设备运行状态，当业务服务对象返回“处理成功”的信息时，“实时监测处理服务”会将处理结果返回给数据采集部的监控主机，监控主机再根据采集器编号通知该采集器，如果采集器超时未获得响应，则会再次发送数据。

用户接口主要是指直接展示给最终用户的界面,它包括PC终端和移动终端,PC端支持包含IE浏览器、火狐浏览器、谷歌浏览器等主流浏览器；移动终端支持包括andriod、IOS等系统的智能手机，用户可以在这二种终端上使用服务平台。

2.环保全过程远程监测系统的关键技术

（1）环保设备电压电流采集技术

前端数据采集器接入环保设备电路后，由其中的电压互感器和电流互感器完成对电路中电压电流的检测，由此获得环保设备运行电压和电流数据，信号调理电路将采集到的电压电流数据转变成归一化信号，再通过A/D转换单元将工作电压电流转换成数字信号；数字处理单元将处理后的工作电压电流数字信号打包成能够通过网络传输的数据包。有线/无线网桥完成将打包后的数据包通过因特网或者wif i无线网匹配传送。

环保设备前端数据采集器工作原理图：

（2）B/S模式应用系统开发技术

以J2EE架构为基础，在系统框架的前端设置计算机终端和移动终端，计算机终端支持IE、火狐、谷歌等浏览器；在移动终端采用JQM技术，支持Andriod、IOS等智能手机的操作系统，建立的B/S模式应用系统具有高度的扩展性，优良的跨平台性能。

3.环保全过程远程监测系统的创新点

（1）理论创新

①环保设备数据采集技术（专利号：ZL201420121769.4）

通过采集环保设备运行的工作电压电流来判断是否正常工作，监督排污企业自觉维护环保设备正常工作，达到环保设备远程监控的目的，实现了低成本实时监测，加强了环保执法力度。

②环保全过程远程监测系统（专利申请号：201410099878.5），系统通过采集工作的电流电压数字信息作为判断环保设备是否正常工作的依据，监测准确性高，减少了数据量，简化了数字处理环节，降低了误断错判的几率，提高了实时监测性能。经研究院技术查新，环保全过程远程监测系统解决方案，监测系统的结构和功能，以及前端数据采集器工作原理，是国内首次应用的新技术，具有新颖性和创新性。

（2）应用创新

现有环保在线监测技术是通过探测仪器检测污染物排放的技术数据，通过远程传输的方式，实现对污染型企业的环保监控。

项目技术通过采集电流电压的方式实施对环保设备远程监测，以监测污染物源头的形式，改变了现有环保在线监测的模式，实现了重大应用创新。

（3）结构创新

环保全过程远程监测系统的前端数据采集器采用分体式结构，电压互感器装入采集器主机中，而电流互感器实行分体独立设计，便于接入环保设备电路，又不影响采集器功能，实现了结构创新。

（4）产品创新

环保全过程远程监测系统具备基本信息管理、企业申报管理、设备监测中心和执法记录管理模块功能。各功能模块具备以下功能：

①基本信息管理模块具备企业信息管理、企业设备台帐管理和采集器信息管理功能；

②企业申报管理模块具备企业设备信息申报、申报信息管理和申报信息审批功能；

③设备监测中心模块具备设备状态监测、设备运行历史记录、本企业设备管理和企业位置追踪功能；

④执法记录管理模块具备执法记录登记和执法记录查询功能。

[1]赵燃,崔再斌,中国环境监测技术的现状及其发展[J]．农村经济与技术,2012,23(6)．