基于组态王及工业数据库的污染源在线自动监控系统整体解决方案

分类：解决方案日期：2009-08-14 08:59:11 来源：厂商

摘要：随着国家及社会对环保工作的要求越来越高，环保行业亟需一种具有统一通信标准，强大兼容性、可扩展性，能够对环保数据进行专业分析、计算、存储、展示的污染源在线自动监控系统。本文给出了北京亚控基于组态王和工业数据库的污染源在线自动监控系统整体解决方案，及其在山东某项目上的成功应用案例。此方案对于加速全国统一污染源在线自动监控系统改造和建设的进度，有效节省系统成本，促进我国环保工作发展具有很好的借鉴意义。

关键字：组态王污染源自动监控工业库环保

1. 引言

　　环境保护是我国一项基本国策，也是一个世界性的问题。随着经济社会的发展，人们在物质文化生活水平提高的同时，越来越关注自身的居住环境问题。党中央国务院建设和谐社会，节约型社会的发展理念，也对环境工作提出了更高的要求。

　　污染源在线自动监控系统能够将各个污染源现场的数据汇总到各级环保部门，通过此系统，环保部门一方面可以对各个污染源的污染情况进行实时监控，以便及时甚至提前发现环境问题，并迅速做出反应;另一方面，还可以通过对历史数据的分析，对工作进行总结和改进。然而，现存的监控系统却存在诸多问题，难以满足需要：

　　ü 环保局中心站与各个污染源现场之间没有实现统一的数据互联互通机制。使得增加对新污染源的监控难以实施;

　　ü 系统缺乏较强的兼容性和可扩展性;

　　ü 现有系统在环保局中心站大多采用关系型数据库对数据进行存储，难以满足对大量数据源成千上万个数据点的并发存储和计算、查询等要求。

　　ü 软件安装、配置复杂，难以维护和使用。

　　组态王作为国内领先的通用组态软件，具有一般组态软件通用性好，功能完善，稳定可靠，开发及维护成本低等特点，奉行以客为尊的服务理念，在国内有50000多个成功应用案例，经历过航天等环境的严格考验，并且已于2006年成功进军海外市场,成为构建各种软件平台的首选方案。组态王已有数千个硬件设备驱动，支持所有主流GPRS厂商的产品，这两点是其他任何组态软件无法企及的，亚控科技耗时三年重点研发了工业数据库，其在煤炭、电力行业的成功运用经验表明，此项技术极大地增强了组态王的数据处理能力。另外，亚控科技已经与《污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准》主要起草单位之一达成了战略技术合作协议，并率先实现了此标准。因此，采用亚控科技的软件产品可以方便、完美地构建出污染源在线自动监控系统。

　　本文介绍了亚控科技基于组态王和工业数据库构建出的污染源在线自动监控系统整体软硬件解决方案，对各个子系统进行了详细介绍，并给出了此方案在山东某项目上的成功应用案例。最后对环保行业整体信息平台的下一步研究重点进行了展望。

2. 方案概述

　　污染源在线自动监控系统从底层逐渐向上可分为污染源现场监测站、传输网络、和环保局中心站三个层次。环保局中心站通过传输网络与现场监测站交换数据。整体结构如图一所示。

图一

　　本方案主要解决了如下需求与难点：

　　ü 基于《污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准》标准，实现现场监测站与环保局中心站的标准数据传输。

　　ü 环保局中心站在线动态增加现场监测站的能力。

　　ü 现场监测站的历史数据存储与上传能力;环保局中心站的历史数据召唤与解析、插入存储能力。此两种能力解决了现场断线后，环保局中心站的数据完整性问题。

　　ü 环保局中心站对数据存储的长时间、高精度（ms级）、多点并发及压缩能力等功能要求。

　　ü 环保局中心站的B/S体系结构，降低客户端软件安装配置的复杂度。

3. 功能与配置

　　3.1 环保局中心站

　　如图一所示，环保局中心站由通信服务器、工业数据库、关系数据库、Web服务器和实现各种查询、分析功能的客户端软件构成。

　　ü I/O Server通信处理软件

　　图一中的通信服务器上配置亚控公司的I/O Server软件。此软件实现了《污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准》，能够通过此标准，采集各个污染源现场监测站的实时和历史数据，对数据进行分析处理后，分别存储到工业数据库和关系数据库中，供各种客户端软件使用。

　　正常通信时，软件获得现场监测站的实时数据和报警事件，将实时数据存储到工业数据库中，将报警事件存储到关系数据库中。当现场监测站与环保局中心站通信中断一段时间并恢复通信后，I/O Server一方面恢复采集现场的实时数据和报警事件，一方面召唤中断时间内存储在现场监测站中的历史数据和报警记录，对历史数据和报警记录进行解析后，分别插入到工业数据库和关系数据库中，以保证环保局中心站数据的完整性。

　　I/O Server服务器软件支持冗余互备功能。从图一中可以看出，通信服务器是环保局中心站与现场监测站数据交互的枢纽，因此容易成为整个系统的性能瓶颈。对于污染源现场众多的环保局，为了降低负荷，保障数据安全性，可以冗余配置双通信服务器。

　　I/O Server的采集站点动态增加功能，满足了污染源在线监测系统动态扩展的特殊要求。

　　ü 数据库

　　除了污染源监控系统外，环保局一般还有例如人事管理等其他信息系统，此类系统需要管理大量关系型数据，因此环保局大都已经有了SQL Server等关系型数据库系统。同时，污染源监控系统需要管理例如报警记录、权限管理等关系数据，因此，环保局中心站需要配置关系数据库。然而，对于污染源监控系统对数据存储的长时间、高精度（ms级）、多点并发及压缩能力等功能要求，关系型数据库却暴露出诸多不足。为此，亚控科技耗时三年多，研制出了专业的工业数据库KingHistorian。

　　KingHistorian提供多达数万点工业数据的实时采集和管理能力，存储的时间精度达到毫秒级，工业数据的检索速度比传统关系型数据库快几倍甚至几十倍。软件还实现了旋转门数据存储算法，大大减少了数据存储的要求和硬件处理能力的要求。软件还能够对数据点进行动态增减。

　　KingHistorian提供的计算引擎支持VBScript 与Jscript两种脚本语言，用户利用它们能够方便地对数据库中的变量进行平均值、最大值、最小值、累积值等统计数据，或环保行业其他数据模型的实时计算，降低了突发计算对硬件的负荷能力要求。数据库中的变量可以作为计算式中的输入，也可以作为结果输出。KingHistorian还提供了COM、OLE DB、标准SQL等外部编程接口，极大增强了软件的开放性和二次开发能力。尤其对于C/C++用户，开放了API接口，大大提升了二次开发软件的性能。

　　ü 客户端软件

　　此系统采用了流行的B/S体系结构，客户端机器上只要安装了IE浏览器，连接到环保局内部网（Intranet）或者广域网（Internet），就可以实现历史数据查询、历史趋势曲线、实时画面监控、实时趋势曲线、Excel报表生成与打印、报警监控与记录查询等功能。

　　3.2 现场监测站

　　现场监测站位于各个污染源现场监测点，又可分为现场仪表、现场通信网络、数据采集传输服务器三个部分。现场仪表负责污染源监测点的数据采集，比如火电厂的烟气排放量、氮氧化物含量等数据。

　　现场通信网络负责将仪表采集到的数据汇总到数据采集传输服务器。此网络可以是简单的RS485总线网络，也可以是Modbus、Profibus、Lonworks等现场总线网络。

　　数据采集传输服务器负责对实时数据进行汇总、分析、存储，并负责与上位机的数据交换。同时，数据采集传输服务器还可以负责实现本地监控的人机界面功能。是整个系统的中心环节，也是关键环节。亚控公司的组态王产品十多年来专注于工业现场监控领域，在此方面具有丰富的现场实施经验，成为构建各种污染源监测站的首选软件平台。

　　亚控科技与《污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准》主要起草单位之一达成了战略技术合作协议，并率先实现了此标准，通过此协议实现与环保局中心站的实时与历史数据传输。

　　3.3 传输网络

　　传输网络负责将污染源现场监测站的数据传输到环保局中心站。分为基础传输层和应用层两个层次。依据不同的传输网络，基础传输层可有两类实现方式。

　　一类是基于TCP/IP 协议的，如通用无线分组业务（General Packet Radio Service 缩写GPRS）、非对称数字用户环路（Asymmetrical Digital Subscriber Loop 缩写ADSL）、码分多址（Code Division Multiple Access 缩写 CDMA）等。另一类是基于非TCP/IP 协议的，如：公共电话交换网（Public switched telephone network 缩写PSTN）、短消息数据通讯等。

　　由于污染源现场一般环境比较恶劣、偏远，大部分采用GPRS、CDMA等无线网络。组态王支持国际和国内的所有主流厂家的GPRS设备。

　　为了保证系统的兼容性，规范上位机和现场监测站的通信规范，国家环保局于2005-12-30日发布了《污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准》（HJ/T212-2005）。并于2006-02-01日正式实施。此标准规定了传输网络的应用层协议，一方面保证了系统的兼容性，另一方面，体现了协议的通信介质无关性，为不同环境下选择不同的通信方式提供了灵活性。

4. 山东某现场应用案例

　　上述方案的现场监测站部分成功应运用于山东某火电厂的烟气排放监测系统中。系统监测画面如图二所示。根据《火电厂烟气排放连续监测技术规范》（HJ/T 75-2001）的规定，此系统主要检测烟尘、二氧化硫、氮氧化物等污染物的浓度，和烟气的流速、氧含量、温度、湿度等数据。并且通过《污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准》成功实现现场数据采集传输服务器和环保局的上位机之间的数据交换。