1．行業(yè)背景
1.1．現(xiàn)狀
隨著工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，人類賴以生存的環(huán)境正遭受重大挑戰(zhàn)，工業(yè)生產(chǎn)向空氣中排放的氣態(tài)污染物,，如硫氧化物、氮氧化物,；工業(yè)污水的大量任意排放，水資源受到嚴(yán)重的污染,；城市噪音污染日益嚴(yán)重,，對人類健康和生態(tài)環(huán)境都帶來了極大的危害?！氨Ｗo(hù)環(huán)境,，凈化地球”成了一件亟待解決的頭等大事，是關(guān)系到子孫后代刻不容緩的大事,。人類需要發(fā)展,，但是發(fā)展的前提是不損傷我們賴以生存的環(huán)境。因此如何保護(hù)我們賴以生存的環(huán)境是人類須關(guān)注的首要大事,。
1.2．需求分析
為了保護(hù)環(huán)境,，建設(shè)綠色家園，建立完整的污染源監(jiān)測系統(tǒng)非常必要,。近年來,，我國的環(huán)境保護(hù)工作取得重要進(jìn)展，但是環(huán)境形勢依然嚴(yán)峻,，我國的污染源監(jiān)控信息化建設(shè)不僅起點低，覆蓋面小,，而且整體水平不高,。已安裝的污染源自動監(jiān)控設(shè)備與環(huán)保部門的聯(lián)網(wǎng)率不高，地方環(huán)保部門無法看到污染源自動監(jiān)控設(shè)備采集的數(shù)據(jù),，國家環(huán)保部等上級環(huán)保部門無法看到下級環(huán)保部門對已監(jiān)控企業(yè)污染物排放的情況,。以在線自動分析儀器為核心，以移動通訊為傳輸媒介,，運用現(xiàn)代傳感技術(shù),、自動測量技術(shù)、自動控制技術(shù),、信息技術(shù)以及相關(guān)的監(jiān)控分析軟件和通迅網(wǎng)絡(luò)組成一個綜合性的在線自動監(jiān)測系統(tǒng),，是建立環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的重要發(fā)展方向,。
2．污染源在線自動監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及開發(fā)
2.1．方案設(shè)計簡介
污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)是環(huán)保監(jiān)測與環(huán)境預(yù)警的信息平臺。系統(tǒng)采用先進(jìn)的無線網(wǎng)絡(luò),，涵蓋水質(zhì)監(jiān)測,、煙氣自動監(jiān)測、空氣質(zhì)量監(jiān)測,、環(huán)境噪聲監(jiān)測以及視頻監(jiān)測等多種環(huán)境在線監(jiān)測應(yīng)用;系統(tǒng)以污染源在線監(jiān)測為基礎(chǔ),，充分貫徹總量管理、總量控制的原則,，包含了環(huán)境監(jiān)理信息系統(tǒng)的許多重要功能,，充分滿足各級環(huán)保部門環(huán)境信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)要求，支持各級環(huán)保部門的環(huán)境監(jiān)理與環(huán)境監(jiān)測工作,，滿足不同層級用戶的管理需求,。
整個系統(tǒng)充分體現(xiàn)總量控制的原則，為管理提供依據(jù),，為決策提供支持各種統(tǒng)計分析報表和圖表都能分類匯總每種污染物的排放量,，根據(jù)污染物的核定排污總量可以直觀對比分析，跟蹤每種污染物排放總量的發(fā)展變化趨勢曲線,，得出是否超過核定值的結(jié)論,，同時結(jié)合目前企業(yè)的狀況以及歷史同期數(shù)據(jù)比對分析，對于排放總量趨勢發(fā)展將要超過核定值的狀況給予預(yù)警,。匯總統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)所有污染物排放總量,，掌握和量化污染物的排放趨勢，為控制區(qū)域內(nèi)污染物排放總量提供技術(shù)支持,，為環(huán)保部門現(xiàn)場執(zhí)法和排污收費提供依據(jù),。
2.2污染源在線自動監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)
★ 基于污染源在線自動監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)傳輸現(xiàn)場監(jiān)測站與環(huán)保局中心站的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù),；
★ 增加現(xiàn)場監(jiān)測站在線動態(tài)監(jiān)測能力,；
★ 現(xiàn)場監(jiān)測站的歷史數(shù)據(jù)存儲與上傳能力，環(huán)保局中心站的歷史數(shù)據(jù)召喚與解析,、插入存儲能力,。這兩種能力解決了現(xiàn)場斷線后，環(huán)保局中心站的數(shù)據(jù)完整性問題,；
★ 實現(xiàn)環(huán)保局中心站對數(shù)據(jù)存儲時間長,、精度高(ms級)、多點并發(fā)及壓縮能力等功能要求,；
★ 環(huán)保局中心站的B／S體系結(jié)構(gòu),，降低客戶端軟件安裝配置的復(fù)雜度。
2.3 系統(tǒng)網(wǎng)拓?fù)鋱D
圖1：系統(tǒng)架構(gòu)圖
污染源在線自動監(jiān)控系統(tǒng)從底層向上可分為污染源現(xiàn)場監(jiān)測站、傳輸網(wǎng)絡(luò)和環(huán)保局中心站三個層次（如圖示）,。
1） 現(xiàn)場監(jiān)測站位于各個污染源現(xiàn)場監(jiān)測點,，又可分為現(xiàn)場儀表、現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò),、數(shù)據(jù)采集傳輸服務(wù)器三個部分,。
2） 傳輸網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)將污染源現(xiàn)場監(jiān)測站的數(shù)據(jù)傳輸?shù)江h(huán)保局中心站。分為基礎(chǔ)傳輸層和應(yīng)用層兩個層次,。
3） 環(huán)保局中心站通過網(wǎng)絡(luò)傳輸層和現(xiàn)場層相互通訊,，交換數(shù)據(jù)、下達(dá)指令,，實現(xiàn)對現(xiàn)場層的集中遠(yuǎn)程監(jiān)控,，并且可以通過其軟件接口與視頻系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)無縫結(jié)合,。
2.4 現(xiàn)場監(jiān)測站
現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)將儀表采集到的數(shù)據(jù)匯總到數(shù)據(jù)采集傳輸服務(wù)器,。標(biāo)準(zhǔn)RS232/485 電氣接口，支持Modbus 通信協(xié)議及非標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議的開發(fā),。數(shù)據(jù)采集傳輸服務(wù)器負(fù)責(zé)對實時數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總,、分析、存儲并與上位機(jī)的數(shù)據(jù)交換,。同時,，數(shù)據(jù)采集傳輸服務(wù)器還可以負(fù)責(zé)實現(xiàn)本地監(jiān)控的人機(jī)界面功能，是整個系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié),，也是關(guān)鍵環(huán)節(jié),。
2.5 傳輸網(wǎng)絡(luò)
依據(jù)不同傳輸網(wǎng)絡(luò)，基礎(chǔ)傳輸層有兩類實現(xiàn)方式：
一類是基于TCP/IP 協(xié)議,，如通用無線分組業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service 縮寫GPRS）,、非對稱數(shù)字用戶環(huán)路（Asymmetrical Digital Subscriber Loop 縮寫ADSL）、碼分多址（Code Division Multiple Access 縮寫 CDMA）等,。另一類是基于非TCP/IP 協(xié)議,，如公共電話交換網(wǎng)（Public switched telephone network 縮寫PSTN）、短消息數(shù)據(jù)通訊等,。
由于監(jiān)測點分散,，分布范圍廣，而且大多設(shè)置在環(huán)境較惡劣的地區(qū),，本方案采用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸。污染監(jiān)測設(shè)備將采集到的污染數(shù)據(jù)和告警信息,，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)及時發(fā)送到環(huán)保監(jiān)察部門,，可以及時管理排污單位或個人，大大提高了工作效率，為環(huán)境保護(hù)提供了新方式,。
環(huán)保局中心站安裝有力控監(jiān)控組態(tài)軟件eForceCon,，該軟件利用自主開發(fā)的無線通信組件CommBridge通過公網(wǎng)和DTU通信，實現(xiàn)了現(xiàn)場無線控制和數(shù)據(jù)采集,，顯著的特點是數(shù)據(jù)并發(fā)處理,、完全透明的解決方案，消除了一般國內(nèi)組態(tài)軟件將GPRS網(wǎng)絡(luò)綁定虛擬串口的查詢方式訪問,，造成數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定的隱患,。
2.6 環(huán)保局中心站
如圖1所示，環(huán)保局中心站由力控企業(yè)級實時數(shù)據(jù)庫pSpace,、關(guān)系數(shù)據(jù)庫,、Web服務(wù)器和實現(xiàn)各種查詢、分析功能的客戶端軟件構(gòu)成,。
2.6.1環(huán)保中心實時數(shù)據(jù)庫pSpace
在環(huán)保中心,，力控實時數(shù)據(jù)庫pSpace負(fù)責(zé)匯集來自各現(xiàn)場監(jiān)測站的實時數(shù)據(jù)，為客戶端提供實時,、可靠,、安全的數(shù)據(jù)，并且給中心的關(guān)系數(shù)據(jù)庫提供有效的數(shù)據(jù),。力控企業(yè)級實時數(shù)據(jù)庫pSpace是一個高性能,、高速度、高吞吐能力,、可靠性強(qiáng),、跨網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開放式實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，產(chǎn)品為完全的分布式結(jié)構(gòu),，可任意組建應(yīng)用模式,；支持C/S和B/S應(yīng)用；它可以提供豐富的企業(yè)級信息系統(tǒng)客戶端應(yīng)用和工具,；大容量支持企業(yè)級應(yīng)用,，內(nèi)部實現(xiàn)高數(shù)據(jù)壓縮率，可實現(xiàn)存儲大量歷史數(shù)據(jù),，靈活的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)可滿足各種需求,，具備廣泛的安全性和可跟蹤性。
2.6.2客戶端軟件eForceCon
客戶端采用力控監(jiān)控組態(tài)軟件eForceCon,，全面監(jiān)測企業(yè)污染物排放狀況,，將企業(yè)現(xiàn)場的實時畫面?zhèn)魉偷江h(huán)保局。
◆實時監(jiān)控管理
實現(xiàn)污染源可視化管理,，實現(xiàn)了對污染源全面,、實時,、網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)測體系。只需觀察屏幕上各個企業(yè)的圖標(biāo)樣式或顏色,，即可了解所有企業(yè)各個污染物排放口的設(shè)備運行情況,；同時還可以通過表格和曲線瀏覽企業(yè)污染物排放的詳細(xì)監(jiān)測數(shù)據(jù)。這使得工作人員在同一個用戶界面即可將企業(yè)所有排污口的設(shè)備運行狀況,、污染物排放濃度,、流量、排放量等信息盡收眼底,。
◆ 強(qiáng)大的報警與預(yù)警功能
以聲音,、圖標(biāo)顏色變化、表格中數(shù)值的顏色,、手機(jī)短信（向預(yù)先設(shè)定的手機(jī)上發(fā)送相應(yīng)的報警信息）等形式提供多樣化的報警功能,。精確地給出具體的超標(biāo)數(shù)值，超標(biāo)時間,，超標(biāo)排放量,、超標(biāo)排放介質(zhì)量，為強(qiáng)化監(jiān)理工作提供了詳實可靠的依據(jù),。
◆ 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析
將污染源在線監(jiān)測數(shù)據(jù)和報警信息進(jìn)行全方位多角度的分類匯總與統(tǒng)計分析,，充分滿足各種統(tǒng)計要求。以圖標(biāo),、表格,、圖形等豐富多樣的形式實時展現(xiàn)各排污口設(shè)備的運行狀況、污染物排放濃度,、流量,、排放量等信息，以及污染物排放口的發(fā)展趨勢與動態(tài),。從多種角度和層面來統(tǒng)計分析監(jiān)測數(shù)據(jù),，提供全面的報表和統(tǒng)計圖表?？梢园摧爡^(qū),、行業(yè)種類、污染物種類等多種分類方式,，生成統(tǒng)計分析報表和統(tǒng)計圖表,。
◆ 與地理信息系統(tǒng)(GIS)無縫集成
本系統(tǒng)將地理信息系統(tǒng)(GIS) 融入其中,利用GIS 強(qiáng)大的地理信息分析功能,結(jié)合環(huán)境數(shù)學(xué)模型,實現(xiàn)基于地理信息基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計,、環(huán)境制圖,、顯示等功能，以及污染源分析,、區(qū)域環(huán)境評價,、預(yù)警應(yīng)急,、環(huán)境決策管理等,。
◆ 系統(tǒng)管理
系統(tǒng)管理的主要功能有:用戶帳號管理,、監(jiān)測元素管理、污染行業(yè)管理,、監(jiān)測儀器管理,、監(jiān)測任務(wù)管理等等。
本系統(tǒng)為了保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性,，對于用戶的權(quán)限做了細(xì)致的區(qū)分,。首先用戶按其行政級別有一個基本的權(quán)限，如市級用戶可以查詢?nèi)形廴酒髽I(yè)的排污情況,，區(qū)鎮(zhèn)級用戶可以查詢其轄區(qū)范圍內(nèi)污染企業(yè)的排污情況,。在此基礎(chǔ)上，每個用戶又根據(jù)其工作性質(zhì)得到相應(yīng)的使用權(quán)限,，如只讀權(quán)限將讓用戶只能夠查找信息而不能對資料進(jìn)行任何修改,，而編輯權(quán)限的用戶對其所轄企業(yè)的信息有修改等權(quán)限。
3.力控監(jiān)控組態(tài)軟件eForceCon簡介
力控監(jiān)控組態(tài)軟件eForceCon是力控科技面向64位操作系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計,、規(guī)劃的大型SCADA監(jiān)控組態(tài)軟件,。支持服務(wù)器以基于linux和unix的操作系統(tǒng)進(jìn)行實時和歷史數(shù)據(jù)管理，適應(yīng)了SCADA調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全與保障,，該產(chǎn)品面向OO設(shè)計技術(shù),，不但繼承了ForceControl系列軟件產(chǎn)品的優(yōu)點和特點，而且充分利用了當(dāng)前IT行業(yè)新技術(shù)的發(fā)展成果,。該產(chǎn)品的設(shè)計采用了多任務(wù)設(shè)計,，不但可以充分發(fā)揮多核CPU的威力，而且極大的保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,。
與同類產(chǎn)品相比,，由力控監(jiān)控組態(tài)軟件eForceCon構(gòu)成的控制系統(tǒng)可以構(gòu)成先進(jìn)的、分布式冗余,、容錯架構(gòu),，該產(chǎn)品采用分布式組件設(shè)計，適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)多人協(xié)作與并行開發(fā),，軟件的可“伸縮性”非常強(qiáng),，適應(yīng)了“e”時代的要求，結(jié)合. NET平臺技術(shù),，集成了web service技術(shù),，輕松構(gòu)建小區(qū)實時信息門戶，開發(fā)過程采用了先進(jìn)軟件工程方法,，使產(chǎn)品品質(zhì)得到充分保證,，該產(chǎn)品的設(shè)計避免了目前市場上各類軟件不是操作過于復(fù)雜就是功能過于簡單的弊病,，在提高產(chǎn)品功能的前提下，即保證了產(chǎn)品的靈活性,，又保證了使用的易用性,，可以使您快速構(gòu)建工業(yè)項目，是web時代的杰作,。
力控監(jiān)控組態(tài)軟件eForceCon的技術(shù)特點
eForceCon系列軟件完全符合遠(yuǎn)程大型工廠管理模式,，根據(jù)大型工廠遠(yuǎn)程監(jiān)控的需要，采用多種模型技術(shù)與軟數(shù)據(jù)庫總線技術(shù)進(jìn)行模型設(shè)計,，內(nèi)置的分布式實時數(shù)據(jù)庫支持多種工廠模型的信息數(shù)據(jù)類型及結(jié)構(gòu),。
eForceCon系列軟件支持工廠數(shù)據(jù)模型、工程模型,、窗口模型,、智能單元模型、對象模型等多種技術(shù),，多種“腳本”技術(shù)嵌套保證系統(tǒng)集成,。支持遠(yuǎn)程部署，在線修改參數(shù),，適合多人協(xié)作開發(fā),，可以構(gòu)建典型的分布式應(yīng)用，可以同步構(gòu)建歷史站,、事件服務(wù)器,、報警服務(wù)器等多種應(yīng)用模式，適合大型SCADA系統(tǒng)和小區(qū)生產(chǎn)信息化應(yīng)用,。
數(shù)據(jù)庫的分層結(jié)構(gòu)設(shè)計方便了大量的數(shù)據(jù)管理與歷史數(shù)據(jù)歸檔,，圖形監(jiān)控系統(tǒng)與數(shù)據(jù)歸檔采用分離結(jié)構(gòu)，可以構(gòu)造復(fù)雜靈活的分布式信息化系統(tǒng),，方便監(jiān)控與管理,，具備強(qiáng)大穩(wěn)定的數(shù)據(jù)內(nèi)核，內(nèi)置的軟件自診斷功能方便構(gòu)造穩(wěn)定的監(jiān)控系統(tǒng),。
“動態(tài)”數(shù)據(jù)源的設(shè)計保證了B/S和C/S等網(wǎng)絡(luò)模式的數(shù)據(jù)訪問,，除了訪問自己的實時歷史數(shù)據(jù)庫，同步也支持訪問SQL關(guān)系數(shù)據(jù)庫和國外大型實時歷史數(shù)據(jù)庫等多種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),，系統(tǒng)的參數(shù)管理提供了參數(shù)的“動態(tài)”注冊,，方便負(fù)載調(diào)度，歷史數(shù)據(jù)存儲歸檔支持?jǐn)?shù)據(jù)定時存儲,、條件存儲,、變化壓縮存儲、趨勢壓縮存儲等多種技術(shù),，具備更強(qiáng)大的生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計功能,，為工程組態(tài)提供便捷的組態(tài)方式,。
秉承方便靈活的開發(fā)環(huán)境，提供各種工程模板,、大大降低了組態(tài)開發(fā)的工作量并加強(qiáng)了行業(yè)定制能力,，支持大畫面漫游，分辨率自動調(diào)整,，方便工程組態(tài),，支持工程模板、畫面模板,、對象模板等功能，“模型對象”一次生成,、多次使用,，保證類似畫面只需要組態(tài)一副畫面即可，大大降低開發(fā)周期,。
強(qiáng)大的分布式報警,、事件處理，支持報警,、事件網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)斷線存儲,，恢復(fù)功能并增加聲音、郵件和短信報警通知方式,，全新的多線程IO調(diào)度程序,，使通訊效率更高、速度更快,。
支持腳本在線調(diào)試,，支持變量智能搜索功能，變量構(gòu)件模板保證快速生成網(wǎng)絡(luò)工程,，支持多語言切換,，保證多語言版本穩(wěn)定內(nèi)核，海外擴(kuò)展更方便,，可以充當(dāng)力控小區(qū)實時歷史數(shù)據(jù)庫pSpace的客戶端,，與pSpace系統(tǒng)無縫集成，可以和地理信息系統(tǒng)（GIS）,、ERP系統(tǒng)等諸多第三方軟件系統(tǒng)進(jìn)行無縫連接與集成,，支持PDA掌上終端和IE瀏覽器訪問力控的WEB服務(wù)器。
開放式體系架構(gòu),，全面支持DDE,、OPC、ODBC/SQL,、OLE DB XML,、ActiveX等標(biāo)準(zhǔn),，以O(shè)LE、COM/DCOM,、API等多種形式提供外部訪問接口,，便于用戶利用各種常用開發(fā)工具（如：VC++、VB,、.net等）進(jìn)行深層的二次開發(fā),。
全新的、靈活的Excel Addin工具,，提供數(shù)據(jù)庫實時和歷史數(shù)據(jù),，還有事件和報警記錄的操作向?qū)Ш瘮?shù)、excel無縫結(jié)合,，能夠支持VBA復(fù)雜腳本控制,，包括：腳本調(diào)用和事件腳本，可以為自定義報表,、曲線和分析提供設(shè)計器,。
批次配方組件提供靈活的批量生產(chǎn)控制功能，用于提供一套完整的批量生產(chǎn)過程的歷史記錄并使其自動化,，快速而輕松地創(chuàng)建配方并按照過程模型模擬實施過程,。同時還提供完整的生產(chǎn)記錄和材料的來龍去脈，您可以減少40%到60%的時間成本來實現(xiàn)批量生產(chǎn)的過程,。批次配方組件將被廣泛地應(yīng)用于食品,、醫(yī)藥、化工等任何涉及批量配方的領(lǐng)域,。
4.總結(jié)
將自動控制,、網(wǎng)絡(luò)通信、計算機(jī)以及GIS 等信息技術(shù)引入環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域,采用力控監(jiān)控組態(tài)軟件eForceCon,、力控實時數(shù)據(jù)庫pSpace建立包括污染源在內(nèi)的各環(huán)境要素在線監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)與建設(shè),對重點污染源進(jìn)行連續(xù)實時監(jiān)測,動態(tài)掌握重點污染源企業(yè)的排污及超標(biāo)情況,對加強(qiáng)重點污染企業(yè),、流域污染物排放的監(jiān)督、總量控制,、防止重大污染事故的發(fā)生,提高我國環(huán)境監(jiān)測信息化水平以及環(huán)境決策與管理能力等都具有重大意義,。
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