智慧環保管理系統設計與實現

車文華，王 強，崔 劍，楊彩燕

（馬鋼股份公司能源環保部，安徽馬鞍山 243000）

前言

智慧環保管理系統基于傳統的環境監測管理、環保視頻、排污申報、異常申報、環境考評等功能條件下,從網絡、設備和管理流程等多方面提升信息化系統，以新形勢下的業務管理角度為出發點，進行系統設計、開發。

1 智慧環保管理系統總體設計

1.1 總體架構

系統最終目標是建設一個全企業級的環境信息化數據中心和綜合管理平臺，得以實現以下功能應用：基礎數據管理、環保過程管控、環境監測管理、環境統計分析管理、綜合管理、移動應用等主要功能模塊，見圖1。

圖1 系統架構圖

1.2 系統網絡拓撲結構

系統物理網絡架構見圖2。對分布全企業各處的環境監測儀表數據，通過有線、無線網絡相結合的方式通信，由架設在網絡云上的DMZ 區域通信服務器進行集中采集。系統重點關注環保設施的狀態，利用嵌入式工業采集設備，通過專網進入高性能實時數據庫。所有以上數據通訊網絡，還需有專業防火墻進行網絡安全隔離，確保整個系統的信息安全。

圖2 系統網絡拓撲圖

具體部署為：在環保管理系統建立獨立的環保網絡，通過防火墻將無線通信服務器、I/O 通信服務器、實時數據庫服務器、關系數據庫服務器、應用服務器進行聯網管理，最后通過應用服務器將管理系統進行網絡發布，供各管理人員使用，系統發布通過防火墻對環保網以及企業主干網絡進行安全隔離。

1.3 環保管控功能需求分析

隨著國家產業結構調整力度不斷加大，節能減排升級改造范圍不斷擴展，不僅僅要求污染物總量排放和達標排放，實施排污監測和監控，更加注重事前預測、過程分析和風險管控，從環保管控發展趨勢分析，業務流程管理正逐步走向信息化、可視化、自動化、定量化和高效化。因此，未來制造企業不僅要注重生產流程優化和污染物產生的過程控制，更要提前對生產環境中的各項風險進行預測、評價、管控，同時制定相應的應急方案和措施，快速應對環境問題避免引發社會問題，避免影響企業的正常生產和經營。

根據上述需求分析，需要實現以下管理功能。

（1）過程監控提升

通過對主要環保處理設施的運行、工藝參數實時監控，實現從末端治理向過程管控轉變，尤其對重點工序中的環保處理設施進行過程監控。例如：當鋼鐵行業中的燒結、煉焦、煉鐵、物料轉運等產生單元發生二氧化硫、顆粒物等污染物超標排放時，就可以通過監控數據迅速判斷脫硫脫硝、除塵設施運行狀態、處理效率的優劣，及時采取措施減少污染物的排放總量。

（2）整合數據流

以往的環保管理系統與外部系統之間沒有進行數據集成，存在數據鏈缺失問題。在新建系統中對各類數據流的接口進行統籌規劃，在基于企業數據服務總線的數據集成，遵循數出一源的原則，實現各個系統之間的數據共享，整個過程從采集數據、審核、結果、統計、報表形成、信息發布等全程信息化，且數據可溯源。例如：對年度環境監測計劃實現系統下發、監測數據收集、兌現率統計跟蹤等業務流程的不落地式管理，隨時掌握年度監測計劃執行情況的同時，也便于及時修正計劃偏差。

（3）建立基于總圖的可視化系統

本著“一張圖”的管理理念，借助GIS 地圖的準確性可展示各類環保設施、監測點位的物理位置，圖中同步各監測點位的實時數據，直觀反映在線監測數據、空氣站數據、環保設施運行狀態（工藝流程）、監控視頻等信息。其中，監控視頻還可以對可視污染源形成自動圖像判別、自動識別、報警、圖像存儲等一系列功能，提升調度人員處理環保事件的快速響應能力。

（4）面向移動端的信息公開服務

環保管控系統中融入應用展示功能后，具有移動終端同步環保管控系統的重要信息功能。例如：通過短信及微信平臺，將企業污染源排放數據、空氣質量狀況、視頻畫面等信息，精準推送至相關責任單位和個人，有效縮短環境事件的處理時間。

（5）實現環保綜合業務線上管理

環保管控的日常業務管理存在基礎數據繁雜、流程不暢的問題，通過整合、優化綜合業務流程，實現“一張表”、“一個庫”的原則，不僅提高工作效率，還能為環境績效分析、環保管控導向提供依據。

2 功能模塊的設計與實現

2.1 基礎數據管理

將企業所有工序的環保治理設施、排污口的基本信息，以及各監測點位、污染物因子的基本信息進行統一管理。

2.2 環保過程管控

接入主要環保設施運行工藝信號數據，數據接入完成后，繪制環保設施組態畫面，展示在線監測、工藝信號數據。

針對重要有組織、無組織排口，實現視頻自動判別分析功能。當發生異常排放時，通過圖像分析模型進行自動識別，同時輸出報警相關信息及圖像，推送給相應管理人員。

對異常發生時的原因進行分類，例如：原燃料、煤氣、生產運行情況。對上述分類異常情況導致的排放異常進行跟蹤記錄，最終形成管理統計結果。

2.3 環境監測管理

對所有監測數據進行統一數據采集，按照系統架構進行數據存儲管理。

對所有在線監測數據可以方便直觀的展示污染物排放概況，提供數據列表、趨勢曲線管理功能。提供手工監測數據項目以及監測因子配置管理，提供數據監測計劃編制、分解功能，同時對監測完成情況形成評價閉環管理。

提供在線監測超標數據統計、查詢等管理功能，將超標數據集中梳理展示。

提供針對在線、手工監測數據的同站點不同因子、不同站點相同因子、不同站點不同因子數據趨勢對比功能，同時提供同站點在線、手工監測數據趨勢對比功能。

提供針對在線、手工監測數據的監測報表管理功能，提供報表下載導出功能。

2.4 環境統計分析

對企業污染物總量計劃進行分解管理，對總量及公式提供配置功能，提供總量數據自動計算功能，計算結果提供分類、分權限查詢，導出功能;按照國家及地方要求，進行環境稅數據計算功能，同時生成環境稅申報表;提供公司、廠部工序等總量數據、環境稅數據同比、環比，實績占比等功能，提供數據趨勢分析功能;系統提供數據分析后的多種類型報表。

對部分生產工序，根據生產過程中的原燃料介質信息，生產工藝參數等信息，結合對應生產工序污染物排放總量與在線數據監測結果，建立對應關系，分析降低排污量的重要生產因素，為生產工藝優化、綠色制造服務提供支撐。

2.5 綜合管理

對環保管理專業涉及的：工程建設跟蹤、建設項目環評管理、竣工驗收管理、投訴監察整改、環境事件管理、環保設施停運申報管理、環境因素識別管理、固廢危廢數據管理、放射源管理、綜合績效評價按照業務進行流程線上管理，提高管理效率。

2.6 移動應用

依托移動APP 技術，對公司范圍污染源在線監測及異常數據，可以實時查詢并分級推送。公司環境治理和排放的情況，也可以通過企業環境空氣質量AQI數據，進行實時查詢。

馬鋼股份公司自2020 年上半年起，通過全公司智慧制造的契機，開始著手根據以上設想建設新一代環保業務管理智慧化平臺。到2021年上半年，已經初具規模。環保大屏、基礎信息、環境監測、統計分析、綜合管理、環保運行管理、移動應用7 個功能模塊已上線運行5 個，系統接入環保設施62 套、視頻監控30 套、在線監測點位104 個、空氣質量監測2套。目前，通過對系統的不斷完善，在線污染源數據的采集，重點環保設施的監控，視頻識別技術等主要功能的平穩運行，完善了全公司范圍的環保過程管控體系，給出生產節奏調整方向及生產技術優化方向。公司各生產單位也通過該系統，協調能環部實現了排放異常實時管控，預防并杜絕了環境事件的發生。例如：2020 年在線監測達標率98.48%，2021 年上半年99.98%，提升了1.5%；2021 年上半年因環保處理設施故障引起的無組織放散次數由去年的42 次減少為18 次。有效地提升了公司的信用等級，避免了政府部門的環保處罰。

環保管控系統的后續發展方向，一定是依托大數據分析及過程控制算法，進一步為企業提供各項排放指標的統計分析。通過這些數據分析的結果，指引企業逐年的環保投入和建設方向，有了針對性的方向，才能提高投資效率。

3 結論

隨著環保管理系統的建立及今后不斷改進，企業的環保管理必然向信息化、智能化發展：

（1）突破信息孤島，建立統一環境數據中心

使用傳感、傳輸、聯動控制等物聯網技術、設備，突破多源、高頻、復雜數據流集成技術，通過全面整合企業的環境業務和空間數據，建立起集感知、監測、管理于一體的數據中心和海量空間數據庫。

（2）集成各類應用，搭建環境綜合管理平臺

通過建立污染源在線監控、總量減排設施運行在線監控、廠區環境視頻監控等信息化監控系統，進行有機集成，實現企業環境的全方位監控。將環境管理的相關專業與實時在線信息相結合，在統一的環境綜合管理平臺內實現多功能應用。通過實施數字化環保管理的技術支持措施，為公司實現節能減排、提高環境管理水平提供技術支撐。

（3）建立環境成本、分析評價模型，指導企業生產經營

通過對環境運行成本的計算分析和綜合指標評價，對企業的原燃料采購、生產操作過程等方面提供專家指導性建議，為企業綠色制造的經營戰略提供支撐，達到經濟效益和環保效益的融合統一。