基于組態王及工業數據庫的污染源在線自動監控系統整體解決方案

分類：解決方案日期：2009-08-14 08:59:11 來源：廠商

摘要：隨著國家及社會對環保工作的要求越來越高，環保行業亟需一種具有統一通信標準，強大兼容性、可擴展性，能夠對環保數據進行專業分析、計算、存儲、展示的污染源在線自動監控系統。本文給出了北京亞控基于組態王和工業數據庫的污染源在線自動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自動監控系統改造和建設的進度，有效節省系統成本，促進我國環保工作發展具有很好的借鑒意義。

關鍵字：組態王污染源自動監控工業庫環保

1. 引言

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

　　污染源在線自動監控系統能夠將各個污染源現場的數據匯總到各級環保部門，通過此系統，環保部門一方面可以對各個污染源的污染情況進行實時監控，以便及時甚至提前發現環境問題，并迅速做出反應;另一方面，還可以通過對歷史數據的分析，對工作進行總結和改進。然而，現存的監控系統卻存在諸多問題，難以滿足需要：

　　ü 環保局中心站與各個污染源現場之間沒有實現統一的數據互聯互通機制。使得增加對新污染源的監控難以實施;

　　ü 系統缺乏較強的兼容性和可擴展性;

　　ü 現有系統在環保局中心站大多采用關系型數據庫對數據進行存儲，難以滿足對大量數據源成千上萬個數據點的并發存儲和計算、查詢等要求。

　　ü 軟件安裝、配置復雜，難以維護和使用。

　　組態王作為國內領先的通用組態軟件，具有一般組態軟件通用性好，功能完善，穩定可靠，開發及維護成本低等特點，奉行以客為尊的服務理念，在國內有50000多個成功應用案例，經歷過航天等環境的嚴格考驗，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。組態王已有數千個硬件設備驅動，支持所有主流GPRS廠商的產品，這兩點是其他任何組態軟件無法企及的，亞控科技耗時三年重點研發了工業數據庫，其在煤炭、電力行業的成功運用經驗表明，此項技術極大地增強了組態王的數據處理能力。另外，亞控科技已經與《污染源在線自動監控（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合作協議，并率先實現了此標準。因此，采用亞控科技的軟件產品可以方便、完美地構建出污染源在線自動監控系統。

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

2. 方案概述

　　污染源在線自動監控系統從底層逐漸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。環保局中心站通過傳輸網絡與現場監測站交換數據。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：

　　ü 基于《污染源在線自動監控（監測）系統數據傳輸標準》標準，實現現場監測站與環保局中心站的標準數據傳輸。

　　ü 環保局中心站在線動態增加現場監測站的能力。

　　ü 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。此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。

　　ü 環保局中心站對數據存儲的長時間、高精度（ms級）、多點并發及壓縮能力等功能要求。

　　ü 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。

3. 功能與配置

　　3.1 環保局中心站

　　如圖一所示，環保局中心站由通信服務器、工業數據庫、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。

　　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。此軟件實現了《污染源在線自動監控（監測）系統數據傳輸標準》，能夠通過此標準，采集各個污染源現場監測站的實時和歷史數據，對數據進行分析處理后，分別存儲到工業數據庫和關系數據庫中，供各種客戶端軟件使用。

　　正常通信時，軟件獲得現場監測站的實時數據和報警事件，將實時數據存儲到工業數據庫中，將報警事件存儲到關系數據庫中。當現場監測站與環保局中心站通信中斷一段時間并恢復通信后，I/O Server一方面恢復采集現場的實時數據和報警事件，一方面召喚中斷時間內存儲在現場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行解析后，分別插入到工業數據庫和關系數據庫中，以保證環保局中心站數據的完整性。

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

　　I/O Server的采集站點動態增加功能，滿足了污染源在線監測系統動態擴展的特殊要求。

　　ü 數據庫

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

　　KingHistorian提供多達數萬點工業數據的實時采集和管理能力，存儲的時間精度達到毫秒級，工業數據的檢索速度比傳統關系型數據庫快幾倍甚至幾十倍。軟件還實現了旋轉門數據存儲算法，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進行動態增減。

　　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據庫中的變量進行平均值、最大值、最小值、累積值等統計數據，或環保行業其他數據模型的實時計算，降低了突發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放性和二次開發能力。尤其對于C/C++用戶，開放了API接口，大大提升了二次開發軟件的性能。

　　ü 客戶端軟件

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

　　3.2 現場監測站

　　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。現場儀表負責污染源監測點的數據采集，比如火電廠的煙氣排放量、氮氧化物含量等數據。

　　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。此網絡可以是簡單的RS485總線網絡，也可以是Modbus、Profibus、Lonworks等現場總線網絡。

　　數據采集傳輸服務器負責對實時數據進行匯總、分析、存儲，并負責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。亞控公司的組態王產品十多年來專注于工業現場監控領域，在此方面具有豐富的現場實施經驗，成為構建各種污染源監測站的首選軟件平臺。

　　亞控科技與《污染源在線自動監控（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合作協議，并率先實現了此標準，通過此協議實現與環保局中心站的實時與歷史數據傳輸。

　　3.3 傳輸網絡

　　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。依據不同的傳輸網絡，基礎傳輸層可有兩類實現方式。

　　一類是基于TCP/IP 協議的，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 協議的，如：公共電話交換網（Public switched telephone network 縮寫PSTN）、短消息數據通訊等。

　　由于污染源現場一般環境比較惡劣、偏遠，大部分采用GPRS、CDMA等無線網絡。組態王支持國際和國內的所有主流廠家的GPRS設備。

　　為了保證系統的兼容性，規范上位機和現場監測站的通信規范，國家環保局于2005-12-30日發布了《污染源在線自動監控（監測）系統數據傳輸標準》（HJ/T212-2005）。并于2006-02-01日正式實施。此標準規定了傳輸網絡的應用層協議，一方面保證了系統的兼容性，另一方面，體現了協議的通信介質無關性，為不同環境下選擇不同的通信方式提供了靈活性。

4. 山東某現場應用案例

　　上述方案的現場監測站部分成功應運用于山東某火電廠的煙氣排放監測系統中。系統監測畫面如圖二所示。根據《火電廠煙氣排放連續監測技術規范》（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《污染源在線自動監控（監測）系統數據傳輸標準》成功實現現場數據采集傳輸服務器和環保局的上位機之間的數據交換。