化工园区环保在线监控系统解决方案

薄磊++安文强++谢昊

摘要：化工园区建设是国家协调优化产业资源，合理规划工业产业结构的产物，同时工业污染也是造成环境影响的主要因素源头，因此为掌握园区内各企业的污染物排放情况以及走势，对工业污染源排放监测及监督管理就起着至关重要的影响，有效的技术手段应用可以为相关政府部门提供执行环保法律法规以及全面实现环境管控工作提供依据。该解决方案主要的功能就是为环境管理、评价及污染源控制能提供客观的数据，可以对园区各企业的污染源排放情况进行实时自动监控跟踪，能够及时准确的辅助相关人员了解各企业的环境情况及走势，最终实现园区环境质量的提高和优化。由于本解决方案的功能全面化及专业标准化，可以普遍适用于各企业园区及工业园区环保部门使用。

关键词：工业园区；环保；自动监控

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）32-0214-02

化学工业园区是我国现代化学工业顺应集中规模化发展大势的必然产物。随着一个个化工园区的诞生，所伴随而来的环境保护问题也成为其最紧急和突出的问题之一，因此环保监管部门需要一套科学的适用于化工园区的环保管控一体化解决方案作为技术支撑，以提高监管的效率和实时性。

1 环保监管之困惑

1.1 应用背景

环保在线监管系统平台的设计及应用主要源于以下几点：

（1）社会对环境污染的关注程度提高

（2）环保监管部门对节能减排的规范要求

（3）为污染源排放监督提供数据依据

（4）检测技术和信息化技术的深入应用

1.2 问题及需求

环保监管部门在化工园区监测方面主要存在以下的问题和需求：

（1）环保监测数据量大，在线实时性要求高，如需要实现实时超限报警；

（2）存在海量数据的收集与分析，如需要进行高级的、多样的对比分析；

（3）需要真正实现有理有据的监管，需要借助新兴技术来实现移动执法。

1.3 解决思路

基于以上的问题及需求，着眼于解决目前环保监管存在的问题，帮助政府及企业完成环境治理，实现合理执法等关键目标，本系统提出了“四个一体化”的设计目标，具体如下：

（1）模型化：将环保监管中的问题抽象化，通过系统及算法来实现；

（2）网络化：数据的采集、上传、分析、发布的整个过程完全实现网络化传输；

（3）可视化：采集配置、通讯情况、三废等处理工艺、数据分析实现全过程的可视化操作，利于系统维护和展现。

（4）集成化：完全按照统一平台来设计的，可分为数据集成与系统集成，数据集成方面支持丰富的数据驱动与防火墙部署等，系统集成方面支持与第三方系统的集成，如可实现与大屏、短信、视频等的集成。

2 系统设计

2.1 总体架构图

环保在线监测系统从智能感知、智能监管、智能分析这三个层面来架构，通过三个层次的功能来实现环保数据在线实时监测和分析。

智能感知层是基础条件，通过现场采集设备将各个层面的环保数据信息采集到实时数据库，供智能监管和智能分析使用。智能感知层能够采集的信息包括雨污数据、生产企业生产现场数据、企业排放废气、监控视频信息、及其他环境数据。

智能监管层是管理工具，将从智能感知层采集的各类环保数据存储在相应的实施数据库、关系数据库、视频数据库中，在数据平台基础上搭建预警/报警、实时监测、历史追溯、信息综合集成等各类管理应用，通过上层应用实现环保在线监测管理。

智能分析层是大脑，在采集的环保数据和监管应用基础上进行建模，通过环保分析模型的搭建实现环保监测智能化分析。

环保在线监测系统网络架构（图1所示），从网络架构层面需要满足在线监测系统是一个集成化平台的需要，可以通过VPN访问形式衔接智能感知层（底层各类环境、生产及其他数据的集成），实现环保大数据平台搭建（涵盖实时数据、关系数据及应用分析数据模型等），在此基础上实现智能监管与智能分析。

2.2 系统设计原则

1）安全性和保密性

系统必需保证计量数据和操作员账户的安全和保密，避免非操作人员查看数据和输入数据；保证生产数据采集不对过程控制层产生不利影响，对采集网、生产管理网、办公网等进行有效隔离。

2）开放性和标准性

系统须支持多种标准的通信协议和数据格式，并完成数据格式的统一转换。同时，系统采用的计算机网络体系结构以及通信协议要符合国家安全标准要求。

3）成熟性与先进性

采用成熟的技术是保障系统稳定、高效运行的基础条件，另外在兼顾系统成熟性的前提下，采用业界先进的技术，才能保证系统的先进性，使计算机系统发挥最大的效率，并随着技术的不断发展得到持续性的完善。

4）可靠性与可用性

采用信息系统的目的就是为了提高工作效率，更好地实现在线环保监测的各类建设目标。因此在系统的设计过程中，需要采用关注系统的高可靠性和高可用性，以保证系统连续、正常地工作。

5）易操作性和可维护性

一个技术再先进、再尖端的信息系统，如果用户不能方便地进行操作，也不可能成为一个好的系统，甚至会导致系統仅仅成为一个摆设。因此，系统设计需要贯彻面向最终用户的原则，建立友好的用户界面，使操作简单、直观、灵活，易于学习掌握，便于用户使用和管理，以发挥系统的最大实际效益。

2.3系统软件功能

环保在线监测系统、跟环保监管需求及业务相结合，可以为政府环保部门监管执法提供数据基础及保障，系统整体业务功能如下：

（1）实时数据库：基于现场实时信息管理要求而开发的实时数据集成与过程监控平台，能提供统一而完整的实时数据采集、存储、统计分析、监视和Web浏览功能，并提供API、OPC、WCF等多种数据服务方式将现场实时数据反馈关系数据使用；

（2）关系数据库：用于存储在线监管各类管理应用的操作数据，以及从实时数据库获取用于智能分析的各类实时、历史数据等；

（3）视频数据平台：用于存储从各类视频终端采集的流媒体数据；

（4）预警/报警管理：通过在实时库流程图组态过程中进行报警组态，将报警的触发条件和参数，如高限、高高限、低限、低低限报警等输入到报警数据库中，然后将实际获取到的实时数据与报警设置参数进行比对，再根据比对的结果进行声光预警提示，告知环保监测管理人员异常情况。通过预警/报警管理功能，环保工作人员可实时获取化工生产企业各类环保数据超出正常值的实时数据，并能根据报警情况迅速做出相关执法动作；

（5）实时监测/历史追溯：针对大型实时数据库中与位号相关的实时、历史追溯查询，获取监测位号的属性、实时值、历史值和报警信息，并可通過建立位号组的方式对位号进行管理。同时可统计变量在查询时间段内的最大值、最小值及时间标签，浏览变量超限运行的时间及其数值，且能够进行汇总统计和导出；

（6）综合集成：结合环保在线监测的要求，在同一个界面中可集成实时视频监控数据、园区地理信息数据、新闻、公告、分析报表等；

（7）智能分析：根据化工园区的监测位号、监管环保数据类型、监测时间等维度进行环保数据分析建模，并通过集成监测现场实时数据、监测标准、视频数据等各类环保相关数据源，通过报表分析工具以及相应的丰富展示界面（如棒图、曲线、堆积等），对系统内的各类环保实际数据与指标数据进行分析与展示，对于同系列数据支持横向、纵向的对比，实现环保预警、智能管理的分析需求。

2.4 采集设备功能

化工园区监测位号现场部署相关的采集设备，通过采集设备获取相关实时环保数据，采集设备具备如下功能：

（1）污染物排放数据监测：排放数据实时采集监测，数据超标后能自动报警。

（2）治污设施运行监测：具备可参照性、逻辑判断性，能进行实时有效的监测，对设备的监控即可进行单参数的监测，又能进行多状态监测。

（3）检测设备运行状态监测：自动监测现场智能仪表及设备的运行状态（运行、停止或故障等）。

（4）工作环境监测：现场监测站的运行环境参数（如温度、湿度）、安防报警等信号进行实时监测。

采集设备硬件参数指标如上表。

3 结论

通过环保在线监测系统的建设，对园区污染排放实现有效监管，预计可带来以下效益：

（1）实现环保数据的集中远传；

（2）为环保局监管提供数据基础与监管便利；

（3）形成环保数据监测报表；

（4）对下属企业的环保考核提供有力依据；

（5）为后期开展环境治理工作建立了基础。

参考文献：

[1] 苍靖.浅谈现代信息技术在环境管理中的应用[J].工业技术经济，2001（5）.

[2] 向华，许晓宏，段刚.基于ActiveX技术开发数字旅游信息系统[J].地理空间信息，2004，2（1）：29-31.

[3] Automation Platform Modicon M340 Catalogue.Schneider Electric，2009/2010.

[4] 基于Modbus协议的工业自动化网络规范第1部分：Modbus应用协议.中国国家标准化委员会，2008-02-27发布.