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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，水資源受到嚴重的污染；城市噪音污染日益嚴重，對人類健康和生態(tài)環(huán)境都帶來了極大的危害?！氨Ｗo環(huán)境，凈化地球”成了一件亟待解決的頭等大事，是關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。因此如何保護我們賴以生存的環(huán)境是人類須關注的首要大事。

1.2．需求分析

       為了保護環(huán)境，建設綠色家園，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)境保護工作取得重要進展，但是環(huán)境形勢依然嚴峻，我國的污染源監(jiān)控信息化建設不僅起點低，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)以及相關的監(jiān)控分析軟件和通迅網(wǎng)絡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)的設計及開發(fā)
2.1．方案設計簡介
       污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)是環(huán)保監(jiān)測與環(huán)境預警的信息平臺。系統(tǒng)采用先進的無線網(wǎng)絡，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)測應用;系統(tǒng)以污染源在線監(jiān)測為基礎，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)絡的建設要求，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)建設目標
  ★ 基于污染源在線自動監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標準，實現(xiàn)傳輸現(xiàn)場監(jiān)測站與環(huán)保局中心站的標準數(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雜度。

2.3 系統(tǒng)網(wǎng)拓撲圖

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、數(shù)據(jù)采集傳輸服務器三個部分。
        2） 傳輸網(wǎng)絡負責將污染源現(xiàn)場監(jiān)測站的數(shù)據(jù)傳輸?shù)江h(huán)保局中心站。分為基礎傳輸層和應用層兩個層次。
        3） 環(huán)保局中心站通過網(wǎng)絡傳輸層和現(xiàn)場層相互通訊，交換數(shù)據(jù)、下達指令，實現(xiàn)對現(xiàn)場層的集中遠程監(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)絡負責將儀表采集到的數(shù)據(jù)匯總到數(shù)據(jù)采集傳輸服務器。標準RS232/485 電氣接口，支持Modbus 通信協(xié)議及非標準通訊協(xié)議的開發(fā)。數(shù)據(jù)采集傳輸服務器負責對實時數(shù)據(jù)進行匯總、分析、存儲并與上位機的數(shù)據(jù)交換。同時，數(shù)據(jù)采集傳輸服務器還可以負責實現(xiàn)本地監(jiān)控的人機界面功能，是整個系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，也是關鍵環(huán)節(jié)。

2.5 傳輸網(wǎng)絡

       依據(jù)不同傳輸網(wǎng)絡，基礎傳輸層有兩類實現(xiàn)方式：    

       一類是基于TCP/IP 協(xié)議，如通用無線分組業(yè)務（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，而且大多設置在環(huán)境較惡劣的地區(qū)，本方案采用GPRS無線網(wǎng)絡進行無線數(shù)據(jù)傳輸。污染監(jiān)測設備將采集到的污染數(shù)據(jù)和告警信息，通過GPRS網(wǎng)絡及時發(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、關系數(shù)據(jù)庫、Web服務器和實現(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負責匯集來自各現(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、跨網(wǎng)絡系統(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)，可任意組建應用模式；支持C/S和B/S應用；它可以提供豐富的企業(yè)級信息系統(tǒng)客戶端應用和工具；大容量支持企業(yè)級應用，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)絡化的監(jiān)測體系。只需觀察屏幕上各個企業(yè)的圖標樣式或顏色，即可了解所有企業(yè)各個污染物排放口的設備運行情況；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。

       ◆ 強大的報警與預警功能
       以聲音、圖標顏色變化、表格中數(shù)值的顏色、手機短信（向預先設定的手機上發(fā)送相應的報警信息）等形式提供多樣化的報警功能。精確地給出具體的超標數(shù)值，超標時間，超標排放量、超標排放介質(zhì)量，為強化監(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、表格、圖形等豐富多樣的形式實時展現(xiàn)各排污口設備的運行狀況、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 強大的地理信息分析功能,結(jié)合環(huán)境數(shù)學模型,實現(xiàn)基于地理信息基礎上的數(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、預警應急、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。在此基礎上，每個用戶又根據(jù)其工作性質(zhì)得到相應的使用權(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)進行設計、規(guī)劃的大型SCADA監(jiān)控組態(tài)軟件。支持服務器以基于linux和unix的操作系統(tǒng)進行實時和歷史數(shù)據(jù)管理，適應了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，而且充分利用了當前IT行業(yè)新技術(shù)的發(fā)展成果。該產(chǎn)品的設計采用了多任務設計，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)成先進的、分布式冗余、容錯架構(gòu)，該產(chǎn)品采用分布式組件設計，適應網(wǎng)絡多人協(xié)作與并行開發(fā)，軟件的可“伸縮性”非常強，適應了“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)品的設計避免了目前市場上各類軟件不是操作過于復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程大型工廠管理模式，根據(jù)大型工廠遠程監(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)進行模型設計，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)建典型的分布式應用，可以同步構(gòu)建歷史站、事件服務器、報警服務器等多種應用模式，適合大型SCADA系統(tǒng)和小區(qū)生產(chǎn)信息化應用。

       數(shù)據(jù)庫的分層結(jié)構(gòu)設計方便了大量的數(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)造復雜靈活的分布式信息化系統(tǒng)，方便監(jiān)控與管理，具備強大穩(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)源的設計保證了B/S和C/S等網(wǎng)絡模式的數(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，方便負載調(diào)度，歷史數(shù)據(jù)存儲歸檔支持數(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。
       強大的分布式報警、事件處理，支持報警、事件網(wǎng)絡數(shù)據(jù)斷線存儲，恢復功能并增加聲音、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，海外擴展更方便，可以充當力控小區(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服務器。

       開放式體系架構(gòu)，全面支持DDE、OPC、ODBC/SQL、OLE DB XML、ActiveX等標準，以OLE、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用于食品、醫(yī)藥、化工等任何涉及批量配方的領域。

4.總結(jié)
       將自動控制、網(wǎng)絡通信、計算機以及GIS 等信息技術(shù)引入環(huán)境監(jiān)測領域,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,對重點污染源進行連續(xù)實時監(jiān)測,動態(tài)掌握重點污染源企業(yè)的排污及超標情況,對加強重點污染企業(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。