摘 要：隨著(zhù)國家及社會(huì )對環(huán)保工作的要求越來(lái)越高，環(huán)保行業(yè)亟需一種具有統一通信標準，強大兼容性、可擴展性，能夠對環(huán)保數據進(jìn)行專(zhuān)業(yè)分析、計算、存儲、展示的污染源在線(xiàn)自動(dòng)監控系統。本文給出了北京亞控基于組態(tài)王和工業(yè)數據庫的污染源在線(xiàn)自動(dòng)監控系統整體解決方案，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一污染源在線(xiàn)自動(dòng)監控系統改造和建設的進(jìn)度，有效節省系統成本，促進(jìn)我國環(huán)保工作發(fā)展具有很好的借鑒意義。

　　關(guān)鍵字：組態(tài)王 污染源 自動(dòng)監控 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(gè)世界性的問(wèn)題。隨著(zhù)經(jīng)濟社會(huì )的發(fā)展，人們在物質(zhì)文化生活水平提高的同時(shí)，越來(lái)越關(guān)注自身的居住環(huán)境問(wèn)題。黨中央國務(wù)院建設和諧社會(huì )，節約型社會(huì )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(xiàn)自動(dòng)監控系統能夠將各個(gè)污染源現場(chǎng)的數據匯總到各級環(huán)保部門(mén)，通過(guò)此系統，環(huán)保部門(mén)一方面可以對各個(gè)污染源的污染情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，以便及時(shí)甚至提前發(fā)現環(huán)境問(wèn)題，并迅速做出反應;另一方面，還可以通過(guò)對歷史數據的分析，對工作進(jìn)行總結和改進(jìn)。然而，現存的監控系統卻存在諸多問(wèn)題，難以滿(mǎn)足需要：

　　ü 環(huán)保局中心站與各個(gè)污染源現場(chǎng)之間沒(méi)有實(shí)現統一的數據互聯(lián)互通機制。使得增加對新污染源的監控難以實(shí)施;

　　ü 系統缺乏較強的兼容性和可擴展性;

　　ü 現有系統在環(huán)保局中心站大多采用關(guān)系型數據庫對數據進(jìn)行存儲，難以滿(mǎn)足對大量數據源成千上萬(wàn)個(gè)數據點(diǎn)的并發(fā)存儲和計算、查詢(xún)等要求。

　　ü 軟件安裝、配置復雜，難以維護和使用。

　　組態(tài)王作為國內領(lǐng)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，穩定可靠，開(kāi)發(fā)及維護成本低等特點(diǎn)，奉行以客為尊的服務(wù)理念，在國內有50000多個(gè)成功應用案例，經(jīng)歷過(guò)航天等環(huán)境的嚴格考驗，并且已于2006年成功進(jìn)軍海外市場(chǎng),成為構建各種軟件平臺的首選方案。組態(tài)王已有數千個(gè)硬件設備驅動(dòng)，支持所有主流GPRS廠(chǎng)商的產(chǎn)品，這兩點(diǎn)是其他任何組態(tài)軟件無(wú)法企及的，亞控科技耗時(shí)三年重點(diǎn)研發(fā)了工業(yè)數據庫，其在煤炭、電力行業(yè)的成功運用經(jīng)驗表明，此項技術(shù)極大地增強了組態(tài)王的數據處理能力。另外，亞控科技已經(jīng)與《污染源在線(xiàn)自動(dòng)監控（監測）系統數據傳輸標準》主要起草單位之一達成了戰略技術(shù)合作協(xié)議，并率先實(shí)現了此標準。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(xiàn)自動(dòng)監控系統。

　　本文介紹了亞控科技基于組態(tài)王和工業(yè)數據庫構建出的污染源在線(xiàn)自動(dòng)監控系統整體軟硬件解決方案，對各個(gè)子系統進(jìn)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(diǎn)進(jìn)行了展望。

　　2. 方案概述

　　污染源在線(xiàn)自動(dòng)監控系統從底層逐漸向上可分為污染源現場(chǎng)監測站、傳輸網(wǎng)絡(luò )、和環(huán)保局中心站三個(gè)層次。環(huán)保局中心站通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò )與現場(chǎng)監測站交換數據。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(diǎn)：

　　ü 基于《污染源在線(xiàn)自動(dòng)監控（監測）系統數據傳輸標準》標準，實(shí)現現場(chǎng)監測站與環(huán)保局中心站的標準數據傳輸。

　　ü 環(huán)保局中心站在線(xiàn)動(dòng)態(tài)增加現場(chǎng)監測站的能力。

　　ü 現場(chǎng)監測站的歷史數據存儲與上傳能力;環(huán)保局中心站的歷史數據召喚與解析、插入存儲能力。此兩種能力解決了現場(chǎng)斷線(xiàn)后，環(huán)保局中心站的數據完整性問(wèn)題。

　　ü 環(huán)保局中心站對數據存儲的長(cháng)時(shí)間、高精度（ms級）、多點(diǎn)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(hù)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(wù)器、工業(yè)數據庫、關(guān)系數據庫、Web服務(wù)器和實(shí)現各種查詢(xún)、分析功能的客戶(hù)端軟件構成。

　　ü I/O Server通信處理軟件

　　圖一中的通信服務(wù)器上配置亞控公司的I/O Server軟件。此軟件實(shí)現了《污染源在線(xiàn)自動(dòng)監控（監測）系統數據傳輸標準》，能夠通過(guò)此標準，采集各個(gè)污染源現場(chǎng)監測站的實(shí)時(shí)和歷史數據，對數據進(jìn)行分析處理后，分別存儲到工業(yè)數據庫和關(guān)系數據庫中，供各種客戶(hù)端軟件使用。

　　正常通信時(shí)，軟件獲得現場(chǎng)監測站的實(shí)時(shí)數據和報警事件，將實(shí)時(shí)數據存儲到工業(yè)數據庫中，將報警事件存儲到關(guān)系數據庫中。當現場(chǎng)監測站與環(huán)保局中心站通信中斷一段時(shí)間并恢復通信后，I/O Server一方面恢復采集現場(chǎng)的實(shí)時(shí)數據和報警事件，一方面召喚中斷時(shí)間內存儲在現場(chǎng)監測站中的歷史數據和報警記錄，對歷史數據和報警記錄進(jìn)行解析后，分別插入到工業(yè)數據庫和關(guān)系數據庫中，以保證環(huán)保局中心站數據的完整性。

　　I/O Server服務(wù)器軟件支持冗余互備功能。從圖一中可以看出，通信服務(wù)器是環(huán)保局中心站與現場(chǎng)監測站數據交互的樞紐，因此容易成為整個(gè)系統的性能瓶頸。對于污染源現場(chǎng)眾多的環(huán)保局，為了降低負荷，保障數據安全性，可以冗余配置雙通信服務(wù)器。

　　I/O Server的采集站點(diǎn)動(dòng)態(tài)增加功能，滿(mǎn)足了污染源在線(xiàn)監測系統動(dòng)態(tài)擴展的特殊要求。

　　ü 數據庫

　　除了污染源監控系統外，環(huán)保局一般還有例如人事管理等其他信息系統，此類(lèi)系統需要管理大量關(guān)系型數據，因此環(huán)保局大都已經(jīng)有了SQL Server等關(guān)系型數據庫系統。同時(shí)，污染源監控系統需要管理例如報警記錄、權限管理等關(guān)系數據，因此，環(huán)保局中心站需要配置關(guān)系數據庫。然而，對于污染源監控系統對數據存儲的長(cháng)時(shí)間、高精度（ms級）、多點(diǎn)并發(fā)及壓縮能力等功能要求，關(guān)系型數據庫卻暴露出諸多不足。為此，亞控科技耗時(shí)三年多，研制出了專(zhuān)業(yè)的工業(yè)數據庫KingHistorian。

　　KingHistorian提供多達數萬(wàn)點(diǎn)工業(yè)數據的實(shí)時(shí)采集和管理能力，存儲的時(shí)間精度達到毫秒級，工業(yè)數據的檢索速度比傳統關(guān)系型數據庫快幾倍甚至幾十倍。軟件還實(shí)現了旋轉門(mén)數據存儲算法，大大減少了數據存儲的要求和硬件處理能力的要求。軟件還能夠對數據點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)增減。

　　KingHistorian提供的計算引擎支持VBScript 與Jscript兩種腳本語(yǔ)言，用戶(hù)利用它們能夠方便地對數據庫中的變量進(jìn)行平均值、最大值、最小值、累積值等統計數據，或環(huán)保行業(yè)其他數據模型的實(shí)時(shí)計算，降低了突發(fā)計算對硬件的負荷能力要求。數據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(kāi)放性和二次開(kāi)發(fā)能力。尤其對于C/C++用戶(hù)，開(kāi)放了API接口，大大提升了二次開(kāi)發(fā)軟件的性能。

　　ü 客戶(hù)端軟件

　　此系統采用了流行的B/S體系結構，客戶(hù)端機器上只要安裝了IE瀏覽器，連接到環(huán)保局內部網(wǎng)（Intranet）或者廣域網(wǎng)（Internet），就可以實(shí)現歷史數據查詢(xún)、歷史趨勢曲線(xiàn)、實(shí)時(shí)畫(huà)面監控、實(shí)時(shí)趨勢曲線(xiàn)、Excel報表生成與打印、報警監控與記錄查詢(xún)等功能。

　　3.2 現場(chǎng)監測站

　　現場(chǎng)監測站位于各個(gè)污染源現場(chǎng)監測點(diǎn)，又可分為現場(chǎng)儀表、現場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò )、數據采集傳輸服務(wù)器三個(gè)部分?，F場(chǎng)儀表負責污染源監測點(diǎn)的數據采集，比如火電廠(chǎng)的煙氣排放量、氮氧化物含量等數據。

　　現場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò )負責將儀表采集到的數據匯總到數據采集傳輸服務(wù)器。此網(wǎng)絡(luò )可以是簡(jiǎn)單的RS485總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，也可以是Modbus、Profibus、Lonworks等現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。

　　數據采集傳輸服務(wù)器負責對實(shí)時(shí)數據進(jìn)行匯總、分析、存儲，并負責與上位機的數據交換。同時(shí)，數據采集傳輸服務(wù)器還可以負責實(shí)現本地監控的人機界面功能。是整個(gè)系統的中心環(huán)節，也是關(guān)鍵環(huán)節。亞控公司的組態(tài)王產(chǎn)品十多年來(lái)專(zhuān)注于工業(yè)現場(chǎng)監控領(lǐng)域，在此方面具有豐富的現場(chǎng)實(shí)施經(jīng)驗，成為構建各種污染源監測站的首選軟件平臺。

　　亞控科技與《污染源在線(xiàn)自動(dòng)監控（監測）系統數據傳輸標準》主要起草單位之一達成了戰略技術(shù)合作協(xié)議，并率先實(shí)現了此標準，通過(guò)此協(xié)議實(shí)現與環(huán)保局中心站的實(shí)時(shí)與歷史數據傳輸。

　　3.3 傳輸網(wǎng)絡(luò )

　　傳輸網(wǎng)絡(luò )負責將污染源現場(chǎng)監測站的數據傳輸到環(huán)保局中心站。分為基礎傳輸層和應用層兩個(gè)層次。依據不同的傳輸網(wǎng)絡(luò )，基礎傳輸層可有兩類(lèi)實(shí)現方式。

　　一類(lèi)是基于TCP/IP 協(xié)議的，如通用無(wú)線(xiàn)分組業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service 縮寫(xiě)GPRS）、非對稱(chēng)數字用戶(hù)環(huán)路（Asymmetrical Digital Subscriber Loop 縮寫(xiě)ADSL）、碼分多址（Code Division Multiple Access 縮寫(xiě) CDMA）等。另一類(lèi)是基于非TCP/IP 協(xié)議的，如：公共電話(huà)交換網(wǎng)（Public switched telephone network 縮寫(xiě)PSTN）、短消息數據通訊等。

　　由于污染源現場(chǎng)一般環(huán)境比較惡劣、偏遠，大部分采用GPRS、CDMA等無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。組態(tài)王支持國際和國內的所有主流廠(chǎng)家的GPRS設備。

　　為了保證系統的兼容性，規范上位機和現場(chǎng)監測站的通信規范，國家環(huán)保局于2005-12-30日發(fā)布了《污染源在線(xiàn)自動(dòng)監控（監測）系統數據傳輸標準》（HJ/T212-2005）。并于2006-02-01日正式實(shí)施。此標準規定了傳輸網(wǎng)絡(luò )的應用層協(xié)議，一方面保證了系統的兼容性，另一方面，體現了協(xié)議的通信介質(zhì)無(wú)關(guān)性，為不同環(huán)境下選擇不同的通信方式提供了靈活性。

　　4. 山東某現場(chǎng)應用案例

　　上述方案的現場(chǎng)監測站部分成功應運用于山東某火電廠(chǎng)的煙氣排放監測系統中。系統監測畫(huà)面如圖二所示。根據《火電廠(chǎng)煙氣排放連續監測技術(shù)規范》（HJ/T 75-2001）的規定，此系統主要檢測煙塵、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、濕度等數據。并且通過(guò)《污染源在線(xiàn)自動(dòng)監控（監測）系統數據傳輸標準》成功實(shí)現現場(chǎng)數據采集傳輸服務(wù)器和環(huán)保局的上位機之間的數據交換。

圖二

　　5.總結與展望

　　環(huán)保行業(yè)關(guān)系到國家民族以致全人類(lèi)的可持續發(fā)展問(wèn)題，日益受到人民大眾的各級政府的關(guān)注。亞控科技特別為環(huán)保行業(yè)制定了專(zhuān)門(mén)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(xiàn)自動(dòng)監控（監測）系統數據傳輸標準》，用于規范污染源現場(chǎng)和環(huán)保局之間數據通信，但是還沒(méi)有發(fā)布各級環(huán)保局之間的通信標準。我們將持續關(guān)注此項工作的進(jìn)展，正確迅速及時(shí)地推出符合這一將來(lái)標準的軟件產(chǎn)品。

　　參考資料：

　　1. （HJ/T212-2005），《污染源在線(xiàn)自動(dòng)監控（監測）系統數據傳輸標準》

　　2. （HJ/T 75-2001），《火電廠(chǎng)煙氣排放連續監測技術(shù)規范》

　　3. 亞控科技，《組態(tài)王幫助手冊》

　　4. 亞控科技，《工業(yè)數據庫KingHistorian幫助手冊》

　　5. 阮貞江，引進(jìn)與咨詢(xún)，加快環(huán)境自動(dòng)監測能力建設的思考，2006.6