1．行業背景
1.1．現狀
隨著工業化生產的發展，人類賴以生存的環境正遭受重大挑戰，工業生產向空氣中排放的氣態污染物，如硫氧化物、氮氧化物；工業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，對人類健康和生態環境都帶來了極大的危害。“保護環境，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。人類需要發展，但是發展的前提是不損傷我們賴以生存的環境。因此如何保護我們賴以生存的環境是人類須關注的首要大事。
1.2．需求分析
為了保護環境，建設綠色家園，建立完整的污染源監測系統非常必要。近年來，我國的環境保護工作取得重要進展，但是環境形勢依然嚴峻，我國的污染源監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控設備與環保部門的聯網率不高，地方環保部門無法看到污染源自動監控設備采集的數據，國家環保部等上級環保部門無法看到下級環保部門對已監控企業污染物排放的情況。以在線自動分析儀器為核心，以移動通訊為傳輸媒介，運用現代傳感技術、自動測量技術、自動控制技術、信息技術以及相關的監控分析軟件和通迅網絡組成一個綜合性的在線自動監測系統，是建立環境監測系統的重要發展方向。
2．污染源在線自動監控系統的設計及開發
2.1．方案設計簡介
污染源在線監測系統是環保監測與環境預警的信息平臺。系統采用先進的無線網絡，涵蓋水質監測、煙氣自動監測、空氣質量監測、環境噪聲監測以及視頻監測等多種環境在線監測應用;系統以污染源在線監測為基礎，充分貫徹總量管理、總量控制的原則，包含了環境監理信息系統的許多重要功能，充分滿足各級環保部門環境信息網絡的建設要求，支持各級環保部門的環境監理與環境監測工作，滿足不同層級用戶的管理需求。
整個系統充分體現總量控制的原則，為管理提供依據，為決策提供支持各種統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展變化趨勢曲線，得出是否超過核定值的結論，同時結合目前企業的狀況以及歷史同期數據比對分析，對于排放總量趨勢發展將要超過核定值的狀況給予預警。匯總統計區域內所有污染物排放總量，掌握和量化污染物的排放趨勢，為控制區域內污染物排放總量提供技術支持，為環保部門現場執法和排污收費提供依據。
2.2污染源在線自動監控系統建設目標
★ 基于污染源在線自動監控系統數據傳輸標準，實現傳輸現場監測站與環保局中心站的標準數據；
★ 增加現場監測站在線動態監測能力；
★ 現場監測站的歷史數據存儲與上傳能力，環保局中心站的歷史數據召喚與解析、插入存儲能力。這兩種能力解決了現場斷線后，環保局中心站的數據完整性問題；
★ 實現環保局中心站對數據存儲時間長、精度高(ms級)、多點并發及壓縮能力等功能要求；
★ 環保局中心站的B／S體系結構，降低客戶端軟件安裝配置的復雜度。
2.3 系統網拓撲圖
圖1：系統架構圖
污染源在線自動監控系統從底層向上可分為污染源現場監測站、傳輸網絡和環保局中心站三個層次（如圖示）。
1） 現場監測站位于各個污染源現場監測點，又可分為現場儀表、現場通信網絡、數據采集傳輸服務器三個部分。
2） 傳輸網絡負責將污染源現場監測站的數據傳輸到環保局中心站。分為基礎傳輸層和應用層兩個層次。
3） 環保局中心站通過網絡傳輸層和現場層相互通訊，交換數據、下達指令，實現對現場層的集中遠程監控，并且可以通過其軟件接口與視頻系統、GIS系統無縫結合。
2.4 現場監測站
現場通信網絡負責將儀表采集到的數據匯總到數據采集傳輸服務器。標準RS232/485 電氣接口，支持Modbus 通信協議及非標準通訊協議的開發。數據采集傳輸服務器負責對實時數據進行匯總、分析、存儲并與上位機的數據交換。同時，數據采集傳輸服務器還可以負責實現本地監控的人機界面功能，是整個系統的中心環節，也是關鍵環節。
2.5 傳輸網絡
依據不同傳輸網絡，基礎傳輸層有兩類實現方式：
一類是基于TCP/IP 協議，如通用無線分組業務（General Packet Radio Service 縮寫GPRS）、非對稱數字用戶環路（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 協議，如公共電話交換網（Public switched telephone network 縮寫PSTN）、短消息數據通訊等。
由于監測點分散，分布范圍廣，而且大多設置在環境較惡劣的地區，本方案采用GPRS無線網絡進行無線數據傳輸。污染監測設備將采集到的污染數據和告警信息，通過GPRS網絡及時發送到環保監察部門，可以及時管理排污單位或個人，大大提高了工作效率，為環境保護提供了新方式。
環保局中心站安裝有力控監控組態軟件eForceCon，該軟件利用自主開發的無線通信組件CommBridge通過公網和DTU通信，實現了現場無線控制和數據采集，顯著的特點是數據并發處理、完全透明的解決方案，消除了一般國內組態軟件將GPRS網絡綁定虛擬串口的查詢方式訪問，造成數據傳輸不穩定的隱患。
2.6 環保局中心站
如圖1所示，環保局中心站由力控企業級實時數據庫pSpace、關系數據庫、Web服務器和實現各種查詢、分析功能的客戶端軟件構成。
2.6.1環保中心實時數據庫pSpace
在環保中心，力控實時數據庫pSpace負責匯集來自各現場監測站的實時數據，為客戶端提供實時、可靠、安全的數據，并且給中心的關系數據庫提供有效的數據。力控企業級實時數據庫pSpace是一個高性能、高速度、高吞吐能力、可靠性強、跨網絡系統的開放式實時數據庫系統，產品為完全的分布式結構，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級信息系統客戶端應用和工具；大容量支持企業級應用，內部實現高數據壓縮率，可實現存儲大量歷史數據，靈活的擴展結構可滿足各種需求，具備廣泛的安全性和可跟蹤性。
2.6.2客戶端軟件eForceCon
客戶端采用力控監控組態軟件eForceCon，全面監測企業污染物排放狀況，將企業現場的實時畫面傳送到環保局。
◆實時監控管理
實現污染源可視化管理，實現了對污染源全面、實時、網絡化的監測體系。只需觀察屏幕上各個企業的圖標樣式或顏色，即可了解所有企業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污染物排放的詳細監測數據。這使得工作人員在同一個用戶界面即可將企業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、表格中數值的顏色、手機短信（向預先設定的手機上發送相應的報警信息）等形式提供多樣化的報警功能。精確地給出具體的超標數值，超標時間，超標排放量、超標排放介質量，為強化監理工作提供了詳實可靠的依據。
◆ 數據的統計與分析
將污染源在線監測數據和報警信息進行全方位多角度的分類匯總與統計分析，充分滿足各種統計要求。以圖標、表格、圖形等豐富多樣的形式實時展現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展趨勢與動態。從多種角度和層面來統計分析監測數據，提供全面的報表和統計圖表。可以按轄區、行業種類、污染物種類等多種分類方式，生成統計分析報表和統計圖表。
◆ 與地理信息系統(GIS)無縫集成
本系統將地理信息系統(GIS) 融入其中,利用GIS 強大的地理信息分析功能,結合環境數學模型,實現基于地理信息基礎上的數據查詢、統計、環境制圖、顯示等功能，以及污染源分析、區域環境評價、預警應急、環境決策管理等。
◆ 系統管理
系統管理的主要功能有:用戶帳號管理、監測元素管理、污染行業管理、監測儀器管理、監測任務管理等等。
本系統為了保障系統數據的安全性，對于用戶的權限做了細致的區分。首先用戶按其行政級別有一個基本的權限，如市級用戶可以查詢全市污染企業的排污情況，區鎮級用戶可以查詢其轄區范圍內污染企業的排污情況。在此基礎上，每個用戶又根據其工作性質得到相應的使用權限，如只讀權限將讓用戶只能夠查找信息而不能對資料進行任何修改，而編輯權限的用戶對其所轄企業的信息有修改等權限。
3.力控監控組態軟件eForceCon簡介
力控監控組態軟件eForceCon是力控科技面向64位操作系統進行設計、規劃的大型SCADA監控組態軟件。支持服務器以基于linux和unix的操作系統進行實時和歷史數據管理，適應了SCADA調度系統的數據安全與保障，該產品面向OO設計技術，不但繼承了ForceControl系列軟件產品的優點和特點，而且充分利用了當前IT行業新技術的發展成果。該產品的設計采用了多任務設計，不但可以充分發揮多核CPU的威力，而且極大的保證了系統的穩定性。
與同類產品相比，由力控監控組態軟件eForceCon構成的控制系統可以構成先進的、分布式冗余、容錯架構，該產品采用分布式組件設計，適應網絡多人協作與并行開發，軟件的可“伸縮性”非常強，適應了“e”時代的要求，結合. NET平臺技術，集成了web service技術，輕松構建小區實時信息門戶，開發過程采用了先進軟件工程方法，使產品品質得到充分保證，該產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，在提高產品功能的前提下，即保證了產品的靈活性，又保證了使用的易用性，可以使您快速構建工業項目，是web時代的杰作。
力控監控組態軟件eForceCon的技術特點
eForceCon系列軟件完全符合遠程大型工廠管理模式，根據大型工廠遠程監控的需要，采用多種模型技術與軟數據庫總線技術進行模型設計，內置的分布式實時數據庫支持多種工廠模型的信息數據類型及結構。
eForceCon系列軟件支持工廠數據模型、工程模型、窗口模型、智能單元模型、對象模型等多種技術，多種“腳本”技術嵌套保證系統集成。支持遠程部署，在線修改參數，適合多人協作開發，可以構建典型的分布式應用，可以同步構建歷史站、事件服務器、報警服務器等多種應用模式，適合大型SCADA系統和小區生產信息化應用。
數據庫的分層結構設計方便了大量的數據管理與歷史數據歸檔，圖形監控系統與數據歸檔采用分離結構，可以構造復雜靈活的分布式信息化系統，方便監控與管理，具備強大穩定的數據內核，內置的軟件自診斷功能方便構造穩定的監控系統。
“動態”數據源的設計保證了B/S和C/S等網絡模式的數據訪問，除了訪問自己的實時歷史數據庫，同步也支持訪問SQL關系數據庫和國外大型實時歷史數據庫等多種數據庫系統，系統的參數管理提供了參數的“動態”注冊，方便負載調度，歷史數據存儲歸檔支持數據定時存儲、條件存儲、變化壓縮存儲、趨勢壓縮存儲等多種技術，具備更強大的生產數據分析與統計功能，為工程組態提供便捷的組態方式。
秉承方便靈活的開發環境，提供各種工程模板、大大降低了組態開發的工作量并加強了行業定制能力，支持大畫面漫游，分辨率自動調整，方便工程組態，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一副畫面即可，大大降低開發周期。
強大的分布式報警、事件處理，支持報警、事件網絡數據斷線存儲，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調度程序，使通訊效率更高、速度更快。
支持腳本在線調試，支持變量智能搜索功能，變量構件模板保證快速生成網絡工程，支持多語言切換，保證多語言版本穩定內核，海外擴展更方便，可以充當力控小區實時歷史數據庫pSpace的客戶端，與pSpace系統無縫集成，可以和地理信息系統（GIS）、ERP系統等諸多第三方軟件系統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，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工具（如：VC++、VB、.net等）進行深層的二次開發。
全新的、靈活的Excel Addin工具，提供數據庫實時和歷史數據，還有事件和報警記錄的操作向導函數、excel無縫結合，能夠支持VBA復雜腳本控制，包括：腳本調用和事件腳本，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控制功能，用于提供一套完整的批量生產過程的歷史記錄并使其自動化，快速而輕松地創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%的時間成本來實現批量生產的過程。批次配方組件將被廣泛地應用于食品、醫藥、化工等任何涉及批量配方的領域。
4.總結
將自動控制、網絡通信、計算機以及GIS 等信息技術引入環境監測領域,采用力控監控組態軟件eForceCon、力控實時數據庫pSpace建立包括污染源在內的各環境要素在線監測系統,實現污染源在線監測系統的開發與建設,對重點污染源進行連續實時監測,動態掌握重點污染源企業的排污及超標情況,對加強重點污染企業、流域污染物排放的監督、總量控制、防止重大污染事故的發生,提高我國環境監測信息化水平以及環境決策與管理能力等都具有重大意義。
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