淺談新型的環保全過程遠程監測系統解決方案

福建望誠電子有限公司 魏林海

淺談新型的環保全過程遠程監測系統解決方案

福建望誠電子有限公司 魏林海

文章對環境監測系統方案進行了概述，通過對環境監測系統的發展現狀和所存在的問題的進行分析，并提出問題的解決方案，由于污染型企業的生產設備和環保設備普遍耗電量大，企業為了節約成本通常采用不啟用環保設備的方式節約用電，從而降低企業生產成本，導致全國污染事件頻繁發生，造成環境嚴重污染。本解決方案利用這一特點，通過對生產設備和環保設備的電流監測，系統預先對設備建立臺帳，設定生產設備和環保設備的工作流程，利用電流、電壓傳感器實時采集數據，再將數據用無線網絡橋接的方式傳輸到后臺監測系統平臺，低成本的實現了對污染型企業環保設備全過程遠程監測的目的。本系統解決方案解決了傳統污染源監測方案中監測設備昂貴、實施安裝難度大、數據傳輸過程易篡改等問題，能有效的幫助環保部門對污染型企業的全過程監控，從而實現環境保護的問題。

過程監測；環保監控；遠程監測;解決方案

隨著我國經濟的發展，生態破壞及工業污染日趨嚴重，環境保護任務將日益艱巨,對環境的科學監測提出了越來越高的要求。我國環保監管部門現有對污染型企業的環保遠程監測系統大多是采取一對一的監控模式，例如空氣監測系統只監測處理后的空氣質量，水源監測系統只監測處理后的水源質量，再通過網絡把監測到的數據發送給上級環保管理部門，由于這些遠程監測系統專業性強、網絡系統要求高、造價昂貴，使得中小型污染企業無力承擔，所以整體安裝率并不高，一方面形成部分污染企業未能得到全面監管的狀況，另一方面即使安裝了在線監測系統，由于耗電量大、監測源易變動等多種因素，造成監測的數據存在不真實，監管困難，頻頻造成環境污染事件發生。

一、環保監測系統的概念

環保監測系統目前主要通過監測污染物的技術指標數據，然后采用網絡傳輸方式將監測到的污染物監測數據發送到環保管理部門，實現監控目的。

二、環保監測系統的發展現狀

目前遠程監控技術的主流是通過某一特定的通訊網絡來應用Interet技術，在TCP/IP協議和WWW規范的支持下，通過安裝嵌入式軟件，合理組織軟件結構，使工作人員通過訪問網絡服務器來實現設備的遠程監控。

國內現有環保遠程在線監測系統，都是通過監測污染物的技術指標數據，然后采用網絡傳輸方式將監測到的污染物質量數據發送到環保管理部門，從而達到遠程監測的目的。

國內現有機電設備的遠程監測系統，均采用分布式結構，由數據采集端（設備現場部分）、監控中心和用戶終端構成，數據采集端由攝像頭、數據采集器、控制主機等組成，監控中心由服務器及服務軟件組成，用戶終端由計算機或移動柊端組成。整個系統通過互聯網或無線通信網絡，將采集到的數據信息傳輸到監控中心，由此了解到設備運行的狀態，實現遠程監測、故障診斷、實時狀態查詢及實時啟停等功能。根據現場數據采集方式，常用的機電設備遠程監測方法主要有以下幾種：

（1）采用攝像頭拍攝設備運行的視頻，再通過網絡傳輸系統把設備運行視頻傳回監控中心，監控中心工作人員通過觀看視頻判斷設備是否正常工作，摸擬人現場監控操作的場景。

（2）數據采集器直接接入PLC智能控制系統，采集PLC控制器中的設備運行參數并遠程傳輸回監控中心，監控中心把收到的設備運行參數與設備性能參數比對，判斷該設備是否正常工作。

（3）對于移動的機電設備（如工程作業車輛等），常常利用安裝在移動設備上的視頻機采集設備工作狀態及各項工作參數，并應用衛星定位系統確定移動設備的位置，再把數據信息通過無線網絡傳回監控中心，遠程監測移動設備的位置和工作狀態。

三、傳統環保監測所存在的問題

（1）造價昂貴，目前根據污染源的不同可分為空氣監測、土壤監測、水質監測，噪音監測等、由于這些系統采用的傳感器昂貴，系統開發安裝成本高，導致造價昂貴，大量的中小污染企業無力安裝，存在監管盲區。

（2）監測設備耗能大，已安裝環保遠程監測系統的大部分企業為了節省環保設備的運行能耗，在利益的驅使下，往往在監管盲區時關閉環保設備運行的辦法以達到降低生產成本的目的。

（3）監測數據篡改，為了降低污染源處理成本，據媒體報道有企業在排污口采取用合格的樣品替代污染物采樣，使采集器采集到的都是合格樣品，造成環保管理部門監測合格的假象，給環保監管工作帶來困擾。

四、解決環保監測的新方案

新型的環保全過程遠程監測系統，它首先是對污染型企業進行污染源信息采集，并且建立企業生產設備和環保設備的數字檔案，預先設定生產設備工作流程和環保設備工作流程的功耗，利用設備工作全過程遠程監控作為監控方法，視頻監控作為輔助手段，排污結果作為衡量標準的整體解決方案。

生產設備和環保設備的數據采集器是基于環保設備工作時需要用電來考慮，通過監測環保設備工作的電流、電壓，采用有線（因特網）、無線(WIFI)、3G、4G四種網絡相結合的數據遠程傳輸通道，將自動監測到的設備運行數據遠程傳輸回環保設備監控中心；視頻監控是基于有線（因特網）、無線(WIFI)、3G、4G四種網絡結合的傳輸方式，將監測到的視頻、音頻數據流實時傳輸到環保設備監控中心；排污結果監測采用專業性的傳感器監測設備，采集的結果通過前端數據采集器統一發送到環保設備監控中心。

環保遠程監測系統根據運行功率與額定功率的比對來判定設備是否正常運行，實現對環保設備的24小時實時監控，消除了監控盲區，解決了現有環保在線監測系統存在的弊端。

五、環保全過程遠程監測系統

1.環保全過程遠程監測系統的技術原理

環保設備遠程監測系統由數據采集、監控中心和用戶接口三部份組成。其中數據采集部分由前端數據采集器和監控主機構成；監控中心由web軟件、web服務器、數據庫服務器等軟硬件構成；用戶接口由環保管理部門的PC終端或移動終端構成。前端數據采集器主要工作在環保設備運行現場，每臺環保設備的電路中都接入一臺具有唯一編碼的前端數據采集器，實施對環保設備工作電壓電流數據采集，并將采集到的數據打包成數據包，通過有線局域網或WIFI無線網發送給安裝在企業的監控主機。監控主機接收數據包后，經解析數據后再通過互聯網發送至環保設備監控中心。

環保設備監控中心運行著一個服務線程，即實時監測處理服務。它實時監控TCP/IP所指定的與主機協定的接收端口，當檢測到有數據到來時立即接收，同時調用規則驗證方法，檢查該數據是否符合規則、是否合法，驗證成功后調用業務服務對象對數據進行存儲，同時處理采集器編號對應的環保設備運行狀態，當業務服務對象返回“處理成功”的信息時，“實時監測處理服務”會將處理結果返回給數據采集部的監控主機，監控主機再根據采集器編號通知該采集器，如果采集器超時未獲得響應，則會再次發送數據。

用戶接口主要是指直接展示給最終用戶的界面,它包括PC終端和移動終端,PC端支持包含IE瀏覽器、火狐瀏覽器、谷歌瀏覽器等主流瀏覽器；移動終端支持包括andriod、IOS等系統的智能手機，用戶可以在這二種終端上使用服務平臺。

2.環保全過程遠程監測系統的關鍵技術

（1）環保設備電壓電流采集技術

前端數據采集器接入環保設備電路后，由其中的電壓互感器和電流互感器完成對電路中電壓電流的檢測，由此獲得環保設備運行電壓和電流數據，信號調理電路將采集到的電壓電流數據轉變成歸一化信號，再通過A/D轉換單元將工作電壓電流轉換成數字信號；數字處理單元將處理后的工作電壓電流數字信號打包成能夠通過網絡傳輸的數據包。有線/無線網橋完成將打包后的數據包通過因特網或者wif i無線網匹配傳送。

環保設備前端數據采集器工作原理圖：

（2）B/S模式應用系統開發技術

以J2EE架構為基礎，在系統框架的前端設置計算機終端和移動終端，計算機終端支持IE、火狐、谷歌等瀏覽器；在移動終端采用JQM技術，支持Andriod、IOS等智能手機的操作系統，建立的B/S模式應用系統具有高度的擴展性，優良的跨平臺性能。

3.環保全過程遠程監測系統的創新點

（1）理論創新

①環保設備數據采集技術（專利號：ZL201420121769.4）

通過采集環保設備運行的工作電壓電流來判斷是否正常工作，監督排污企業自覺維護環保設備正常工作，達到環保設備遠程監控的目的，實現了低成本實時監測，加強了環保執法力度。

②環保全過程遠程監測系統（專利申請號：201410099878.5），系統通過采集工作的電流電壓數字信息作為判斷環保設備是否正常工作的依據，監測準確性高，減少了數據量，簡化了數字處理環節，降低了誤斷錯判的幾率，提高了實時監測性能。經研究院技術查新，環保全過程遠程監測系統解決方案，監測系統的結構和功能，以及前端數據采集器工作原理，是國內首次應用的新技術，具有新穎性和創新性。

（2）應用創新

現有環保在線監測技術是通過探測儀器檢測污染物排放的技術數據，通過遠程傳輸的方式，實現對污染型企業的環保監控。

項目技術通過采集電流電壓的方式實施對環保設備遠程監測，以監測污染物源頭的形式，改變了現有環保在線監測的模式，實現了重大應用創新。

（3）結構創新

環保全過程遠程監測系統的前端數據采集器采用分體式結構，電壓互感器裝入采集器主機中，而電流互感器實行分體獨立設計，便于接入環保設備電路，又不影響采集器功能，實現了結構創新。

（4）產品創新

環保全過程遠程監測系統具備基本信息管理、企業申報管理、設備監測中心和執法記錄管理模塊功能。各功能模塊具備以下功能：

①基本信息管理模塊具備企業信息管理、企業設備臺帳管理和采集器信息管理功能；

②企業申報管理模塊具備企業設備信息申報、申報信息管理和申報信息審批功能；

③設備監測中心模塊具備設備狀態監測、設備運行歷史記錄、本企業設備管理和企業位置追蹤功能；

④執法記錄管理模塊具備執法記錄登記和執法記錄查詢功能。

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