淺論數(shù)據(jù)采集傳輸儀在環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)中的應用

梁揚志

摘要：本文簡要介紹數(shù)據(jù)采集傳輸儀的原理和結(jié)構(gòu)，提出了滿足HJ/T212標準的環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)通用數(shù)據(jù)采集傳輸儀的技術指標和使用要求。闡述它在環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)中的應用，實現(xiàn)感知層的各類監(jiān)測儀器的數(shù)據(jù)匯總、處理和傳輸上傳等重要功能，推動環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

關鍵詞：數(shù)據(jù)采集傳輸儀；環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)；應用

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）04-0225-02

由于各類水、氣、聲等現(xiàn)場自動監(jiān)測設備生產(chǎn)廠商繁多，監(jiān)測設備沒有統(tǒng)一的接口協(xié)議和傳輸標準，以及不同廠家的數(shù)據(jù)采集傳輸儀也是指標和協(xié)議各異，這些因素在一定的程度上影響了物聯(lián)網(wǎng)技術在環(huán)境監(jiān)測應用的成效。

為此，國家環(huán)保總局發(fā)布了《HJ/T212污染源在線自動監(jiān)控（監(jiān)測）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標準》，為污染源在線自動監(jiān)測（監(jiān)控）系統(tǒng)的建設提供了統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸標準和相關的通訊協(xié)議。基于該標準的數(shù)據(jù)采集傳輸儀改善了儀表設備通訊協(xié)議和接口不統(tǒng)一性的局面，以及不同數(shù)據(jù)采集傳輸儀之間的兼容性和統(tǒng)一性，使建立一個統(tǒng)一的環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)成為可能。

1 數(shù)據(jù)采集傳輸儀的原理和傳輸協(xié)議

數(shù)據(jù)采集傳輸儀是由數(shù)據(jù)記錄儀發(fā)展而來，它在數(shù)據(jù)儲存的基礎上增加了統(tǒng)計分析和傳輸功能。其原理結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，有對外接口、數(shù)據(jù)采集處理、存儲、顯示和數(shù)據(jù)傳輸?shù)戎饕诵膯卧謩e實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、匯總處理、存儲和向上位機傳輸數(shù)據(jù)的功能，起到承上啟下的作用。

HJ/T212中規(guī)定了基礎傳輸層依據(jù)不同的傳輸網(wǎng)絡可有兩類實現(xiàn)方式：基于TCP/IP協(xié)議的和基于非TCP/IP協(xié)議的。TCP/IP協(xié)議具有良好的傳輸硬件適應性，同時也具有面向建立連接的特點。數(shù)據(jù)采集傳輸儀與上端的通訊服務器之間的通訊協(xié)議是ISO/OSI中的應用層，即是第7層協(xié)議，保證即使出于不同傳輸網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集傳輸儀與通訊服務器自己提供交互通訊。目前，市場上數(shù)據(jù)采集傳輸儀種類很多，有單片機系統(tǒng)、工控機系統(tǒng)、嵌入式計算機系統(tǒng)或可編程控制器等類型。

2 數(shù)據(jù)采集傳輸儀在環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)中的應用

2.1 技術指標要求

根據(jù)環(huán)保總局對自動監(jiān)測技術規(guī)范的最新要求，適用自動監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集傳輸儀應滿足如下的最低基本技術指標要求：

（1）具有較高的穩(wěn)定性和安全性，符合HJ/T212數(shù)據(jù)傳輸標準中的通訊、控制和報警等的協(xié)議要求。性能要求：采集誤差≤1‰，系統(tǒng)時鐘誤差±51‰，能實現(xiàn)反控制功能。

（2）數(shù)據(jù)采集單元：數(shù)采端口兼容，采集精度應至少達到12位分辨率，應具備RS232/RS485數(shù)字輸入通道4個以上，至少具備8個模擬量輸入通道，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、命令雙向傳輸。開關量I/O端口：至少具備4個開關量輸入輸出通道。

（3）數(shù)據(jù)儲存單元：存儲容量應滿足實時數(shù)據(jù)和各類均值數(shù)據(jù)存儲時間和傳輸?shù)挠嘘P要求，至少存儲14400條記錄。

（4）數(shù)據(jù)傳輸單元：具備無線和有線兩種兼容方式：GPRS、3/4G等無線方式；局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）、Internet等有線方式；顯示單元：能顯示分、時、日均值和月均值等數(shù)據(jù)，能以圖形的形式查看實時值。

2.2 在環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)中的應用

環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)分為感知層、傳輸網(wǎng)絡層和應用層，主要由水、氣、聲和污染源等現(xiàn)場的各種自動監(jiān)測儀器組成的監(jiān)測感知網(wǎng)絡、傳輸網(wǎng)絡、監(jiān)控中心和數(shù)據(jù)應用組成，如圖2所示。數(shù)據(jù)采集傳輸儀是物聯(lián)網(wǎng)的核心必備核心組件之一，它位于感知層和傳輸網(wǎng)絡層之間，起到承上啟下的連接作用。

（1）在感知層中的作業(yè)：它與具有RS232/RS485輸出接口的現(xiàn)場儀器設備相連和進行通訊，采集監(jiān)測設備原始數(shù)據(jù)，通過數(shù)字通道、模擬通道采集獲取各類監(jiān)測數(shù)據(jù)和設備狀態(tài)信息，并對數(shù)據(jù)進行匯總和儲存，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的匯總和歸一化管理，并根據(jù)HJ/T212的協(xié)議進行編碼、打包和封裝，以及向上端上傳數(shù)據(jù)。

（2）對傳輸網(wǎng)絡層的作用：根據(jù)HJ/T212的數(shù)據(jù)傳輸標準，如TCP/IP傳輸協(xié)議，利用3/4G、VPN、光纖等有線或無線網(wǎng)絡，通過各種通訊信道與環(huán)境監(jiān)控中心的通信服務器相連，實現(xiàn)在線實時通訊，監(jiān)測數(shù)據(jù)源源不斷地上傳和存儲在海量數(shù)據(jù)庫服務器上，以供環(huán)保信息化各種應用系統(tǒng)使用。

（3）通過數(shù)據(jù)采集傳輸儀的數(shù)據(jù)管理和分析功能，實現(xiàn)對在線設備的故障自動診斷和實時報警功能。此外，它還完成上端反向控制下端設備，實現(xiàn)遠距離監(jiān)控、監(jiān)測的功能。

3 結(jié)語

基于HJ/T212的數(shù)據(jù)采集傳輸儀在環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)中的應用有如下優(yōu)點：

（1）管理歸一化：符合國家標準的“現(xiàn)場儀表+數(shù)采儀”模式，很好地實現(xiàn)了感知層的各類數(shù)據(jù)的匯總和封裝處理。

（2）運維規(guī)范化：使用穩(wěn)定的數(shù)據(jù)采集傳輸儀，就可實現(xiàn)運維工作程式化、規(guī)范化，以提高系統(tǒng)維護、應急處理的效率。

（3）傳輸標準化：所有上位機監(jiān)控平臺供應商均采用了標準的HJ/T212-2005協(xié)議與現(xiàn)場機進行通訊，數(shù)據(jù)采集傳輸儀兼容這些通訊方式，將儀表輸出信號或數(shù)據(jù)進行標準化數(shù)據(jù)處理，使得不同種類的儀表與各個數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺都可實現(xiàn)“透明傳輸”。

參考文獻

[1]HJ/T212-2005，污染源在線自動監(jiān)控（監(jiān)測）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標準[S].

[2]張宏偉.物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境監(jiān)測和保護中的應用研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術，2011，1（06）：73-76.