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　　摘 要：隨著國家及社會對環(huán)保工作的要求越來越高，環(huán)保行業(yè)亟需一種具有統(tǒng)一通信標準，強大兼容性、可擴展性，能夠?qū)Νh(huán)保數(shù)據(jù)進行專業(yè)分析、計算、存儲、展示的污染源在線自動監(jiān)控系統(tǒng)。本文給出了北京亞控基于組態(tài)王和工業(yè)數(shù)據(jù)庫的污染源在線自動監(jiān)控系統(tǒng)整體解決方案，及其在山東某項目上的成功應用案例。此方案對于加速全國統(tǒng)一污染源在線自動監(jiān)控系統(tǒng)改造和建設的進度，有效節(jié)省系統(tǒng)成本，促進我國環(huán)保工作發(fā)展具有很好的借鑒意義。

　　關鍵字：組態(tài)王 污染源 自動監(jiān)控 工業(yè)庫 環(huán)保

　　1. 引言

　　環(huán)境保護是我國一項基本國策，也是一個世界性的問題。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，人們在物質(zhì)文化生活水平提高的同時，越來越關注自身的居住環(huán)境問題。黨中央國務院建設和諧社會，節(jié)約型社會的發(fā)展理念，也對環(huán)境工作提出了更高的要求。

　　污染源在線自動監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)⒏鱾€污染源現(xiàn)場的數(shù)據(jù)匯總到各級環(huán)保部門，通過此系統(tǒng)，環(huán)保部門一方面可以對各個污染源的污染情況進行實時監(jiān)控，以便及時甚至提前發(fā)現(xiàn)環(huán)境問題，并迅速做出反應;另一方面，還可以通過對歷史數(shù)據(jù)的分析，對工作進行總結和改進。然而，現(xiàn)存的監(jiān)控系統(tǒng)卻存在諸多問題，難以滿足需要：

　　ü 環(huán)保局中心站與各個污染源現(xiàn)場之間沒有實現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通機制。使得增加對新污染源的監(jiān)控難以實施;

　　ü 系統(tǒng)缺乏較強的兼容性和可擴展性;

　　ü 現(xiàn)有系統(tǒng)在環(huán)保局中心站大多采用關系型數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進行存儲，難以滿足對大量數(shù)據(jù)源成千上萬個數(shù)據(jù)點的并發(fā)存儲和計算、查詢等要求。

　　ü 軟件安裝、配置復雜，難以維護和使用。

　　組態(tài)王作為國內(nèi)領先的通用組態(tài)軟件，具有一般組態(tài)軟件通用性好，功能完善，穩(wěn)定可靠，開發(fā)及維護成本低等特點，奉行以客為尊的服務理念，在國內(nèi)有50000多個成功應用案例，經(jīng)歷過航天等環(huán)境的嚴格考驗，并且已于2006年成功進軍海外市場,成為構建各種軟件平臺的首選方案。組態(tài)王已有數(shù)千個硬件設備驅(qū)動，支持所有主流GPRS廠商的產(chǎn)品，這兩點是其他任何組態(tài)軟件無法企及的，亞控科技耗時三年重點研發(fā)了工業(yè)數(shù)據(jù)庫，其在煤炭、電力行業(yè)的成功運用經(jīng)驗表明，此項技術極大地增強了組態(tài)王的數(shù)據(jù)處理能力。另外，亞控科技已經(jīng)與《污染源在線自動監(jiān)控（監(jiān)測）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標準》主要起草單位之一達成了戰(zhàn)略技術合作協(xié)議，并率先實現(xiàn)了此標準。因此，采用亞控科技的軟件產(chǎn)品可以方便、完美地構建出污染源在線自動監(jiān)控系統(tǒng)。

　　本文介紹了亞控科技基于組態(tài)王和工業(yè)數(shù)據(jù)庫構建出的污染源在線自動監(jiān)控系統(tǒng)整體軟硬件解決方案，對各個子系統(tǒng)進行了詳細介紹，并給出了此方案在山東某項目上的成功應用案例。最后對環(huán)保行業(yè)整體信息平臺的下一步研究重點進行了展望。

　　2. 方案概述

　　污染源在線自動監(jiān)控系統(tǒng)從底層逐漸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。環(huán)保局中心站通過傳輸網(wǎng)絡與現(xiàn)場監(jiān)測站交換數(shù)據(jù)。整體結構如圖一所示。

圖一

　　本方案主要解決了如下需求與難點：

　　ü 基于《污染源在線自動監(jiān)控（監(jiān)測）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標準》標準，實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)測站與環(huán)保局中心站的標準數(shù)據(jù)傳輸。

　　ü 環(huán)保局中心站在線動態(tài)增加現(xiàn)場監(jiān)測站的能力。

　　ü 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。此兩種能力解決了現(xiàn)場斷線后，環(huán)保局中心站的數(shù)據(jù)完整性問題。

　　ü 環(huán)保局中心站對數(shù)據(jù)存儲的長時間、高精度（ms級）、多點并發(fā)及壓縮能力等功能要求。

　　ü 環(huán)保局中心站的B/S體系結構，降低客戶端軟件安裝配置的復雜度。

　　3. 功能與配置

　　3.1 環(huán)保局中心站

　　如圖一所示，環(huán)保局中心站由通信服務器、工業(yè)數(shù)據(jù)庫、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成。

　　ü I/O Server通信處理軟件

　　圖一中的通信服務器上配置亞控公司的I/O Server軟件。此軟件實現(xiàn)了《污染源在線自動監(jiān)控（監(jiān)測）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標準》，能夠通過此標準，采集各個污染源現(xiàn)場監(jiān)測站的實時和歷史數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分析處理后，分別存儲到工業(yè)數(shù)據(jù)庫和關系數(shù)據(jù)庫中，供各種客戶端軟件使用。

　　正常通信時，軟件獲得現(xiàn)場監(jiān)測站的實時數(shù)據(jù)和報警事件，將實時數(shù)據(jù)存儲到工業(yè)數(shù)據(jù)庫中，將報警事件存儲到關系數(shù)據(jù)庫中。當現(xiàn)場監(jiān)測站與環(huán)保局中心站通信中斷一段時間并恢復通信后，I/O Server一方面恢復采集現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)和報警事件，一方面召喚中斷時間內(nèi)存儲在現(xiàn)場監(jiān)測站中的歷史數(shù)據(jù)和報警記錄，對歷史數(shù)據(jù)和報警記錄進行解析后，分別插入到工業(yè)數(shù)據(jù)庫和關系數(shù)據(jù)庫中，以保證環(huán)保局中心站數(shù)據(jù)的完整性。

　　I/O Server服務器軟件支持冗余互備功能。從圖一中可以看出，通信服務器是環(huán)保局中心站與現(xiàn)場監(jiān)測站數(shù)據(jù)交互的樞紐，因此容易成為整個系統(tǒng)的性能瓶頸。對于污染源現(xiàn)場眾多的環(huán)保局，為了降低負荷，保障數(shù)據(jù)安全性，可以冗余配置雙通信服務器。

　　I/O Server的采集站點動態(tài)增加功能，滿足了污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)動態(tài)擴展的特殊要求。

　　ü 數(shù)據(jù)庫

　　除了污染源監(jiān)控系統(tǒng)外，環(huán)保局一般還有例如人事管理等其他信息系統(tǒng)，此類系統(tǒng)需要管理大量關系型數(shù)據(jù)，因此環(huán)保局大都已經(jīng)有了SQL Server等關系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。同時，污染源監(jiān)控系統(tǒng)需要管理例如報警記錄、權限管理等關系數(shù)據(jù)，因此，環(huán)保局中心站需要配置關系數(shù)據(jù)庫。然而，對于污染源監(jiān)控系統(tǒng)對數(shù)據(jù)存儲的長時間、高精度（ms級）、多點并發(fā)及壓縮能力等功能要求，關系型數(shù)據(jù)庫卻暴露出諸多不足。為此，亞控科技耗時三年多，研制出了專業(yè)的工業(yè)數(shù)據(jù)庫KingHistorian。

　　KingHistorian提供多達數(shù)萬點工業(yè)數(shù)據(jù)的實時采集和管理能力，存儲的時間精度達到毫秒級，工業(yè)數(shù)據(jù)的檢索速度比傳統(tǒng)關系型數(shù)據(jù)庫快幾倍甚至幾十倍。軟件還實現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)門數(shù)據(jù)存儲算法，大大減少了數(shù)據(jù)存儲的要求和硬件處理能力的要求。軟件還能夠?qū)?shù)據(jù)點進行動態(tài)增減。

　　KingHistorian提供的計算引擎支持VBScript 與Jscript兩種腳本語言，用戶利用它們能夠方便地對數(shù)據(jù)庫中的變量進行平均值、最大值、最小值、累積值等統(tǒng)計數(shù)據(jù)，或環(huán)保行業(yè)其他數(shù)據(jù)模型的實時計算，降低了突發(fā)計算對硬件的負荷能力要求。數(shù)據(jù)庫中的變量可以作為計算式中的輸入，也可以作為結果輸出。KingHistorian還提供了COM、OLE DB、標準SQL等外部編程接口，極大增強了軟件的開放性和二次開發(fā)能力。尤其對于C/C++用戶，開放了API接口，大大提升了二次開發(fā)軟件的性能。

　　ü 客戶端軟件

　　此系統(tǒng)采用了流行的B/S體系結構，客戶端機器上只要安裝了IE瀏覽器，連接到環(huán)保局內(nèi)部網(wǎng)（Intranet）或者廣域網(wǎng)（Internet），就可以實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)查詢、歷史趨勢曲線、實時畫面監(jiān)控、實時趨勢曲線、Excel報表生成與打印、報警監(jiān)控與記錄查詢等功能。

　　3.2 現(xiàn)場監(jiān)測站

　　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。現(xiàn)場儀表負責污染源監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集，比如火電廠的煙氣排放量、氮氧化物含量等數(shù)據(jù)。

　　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。此網(wǎng)絡可以是簡單的RS485總線網(wǎng)絡，也可以是Modbus、Profibus、Lonworks等現(xiàn)場總線網(wǎng)絡。

　　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，并負責與上位機的數(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)。亞控公司的組態(tài)王產(chǎn)品十多年來專注于工業(yè)現(xiàn)場監(jiān)控領域，在此方面具有豐富的現(xiàn)場實施經(jīng)驗，成為構建各種污染源監(jiān)測站的首選軟件平臺。

　　亞控科技與《污染源在線自動監(jiān)控（監(jiān)測）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標準》主要起草單位之一達成了戰(zhàn)略技術合作協(xié)議，并率先實現(xiàn)了此標準，通過此協(xié)議實現(xiàn)與環(huán)保局中心站的實時與歷史數(shù)據(jù)傳輸。

　　3.3 傳輸網(wǎng)絡

　　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。依據(jù)不同的傳輸網(wǎng)絡，基礎傳輸層可有兩類實現(xiàn)方式。

　　一類是基于TCP/IP 協(xié)議的，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)議的，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。

　　由于污染源現(xiàn)場一般環(huán)境比較惡劣、偏遠，大部分采用GPRS、CDMA等無線網(wǎng)絡。組態(tài)王支持國際和國內(nèi)的所有主流廠家的GPRS設備。

　　為了保證系統(tǒng)的兼容性，規(guī)范上位機和現(xiàn)場監(jiān)測站的通信規(guī)范，國家環(huán)保局于2005-12-30日發(fā)布了《污染源在線自動監(jiān)控（監(jiān)測）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標準》（HJ/T212-2005）。并于2006-02-01日正式實施。此標準規(guī)定了傳輸網(wǎng)絡的應用層協(xié)議，一方面保證了系統(tǒng)的兼容性，另一方面，體現(xiàn)了協(xié)議的通信介質(zhì)無關性，為不同環(huán)境下選擇不同的通信方式提供了靈活性。

　　4. 山東某現(xiàn)場應用案例

　　上述方案的現(xiàn)場監(jiān)測站部分成功應運用于山東某火電廠的煙氣排放監(jiān)測系統(tǒng)中。系統(tǒng)監(jiān)測畫面如圖二所示。根據(jù)《火電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術規(guī)范》（HJ/T 75-2001）的規(guī)定，此系統(tǒng)主要檢測煙塵、二氧化硫、氮氧化物等污染物的濃度，和煙氣的流速、氧含量、溫度、濕度等數(shù)據(jù)。并且通過《污染源在線自動監(jiān)控（監(jiān)測）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標準》成功實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集傳輸服務器和環(huán)保局的上位機之間的數(shù)據(jù)交換。

圖二

　　5.總結與展望

　　環(huán)保行業(yè)關系到國家民族以致全人類的可持續(xù)發(fā)展問題，日益受到人民大眾的各級政府的關注。亞控科技特別為環(huán)保行業(yè)制定了專門的解決方案和軟件版本，希望能夠做出企業(yè)公民應有的貢獻。

　　我們也看到，目前國家制定了《污染源在線自動監(jiān)控（監(jiān)測）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標準》，用于規(guī)范污染源現(xiàn)場和環(huán)保局之間數(shù)據(jù)通信，但是還沒有發(fā)布各級環(huán)保局之間的通信標準。我們將持續(xù)關注此項工作的進展，正確迅速及時地推出符合這一將來標準的軟件產(chǎn)品。

　　參考資料：

　　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》

　　2. （HJ/T 75-2001），《火電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術規(guī)范》

　　3. 亞控科技，《組態(tài)王幫助手冊》

　　4. 亞控科技，《工業(yè)數(shù)據(jù)庫KingHistorian幫助手冊》

　　5. 阮貞江，引進與咨詢，加快環(huán)境自動監(jiān)測能力建設的思考，2006.6