一、方案概述

　　工业污染源监测是污染源监督管理的重要组成部分，是了解和掌握区域排污状况和排污趋势的手段，其监测结果和资料是执行环保法规、标准、全面开展环境管理工作的依据。

　　系统建立的目的是旨在通过对重点污染源排放状态的自动监控，及时、准确、全面地反映环境质量现状及发展趋势，为环境管理、污染源控制、环境规划、环境评价提供客观的科学依据，增强企业的守法自觉性，提高环保现场执法的现代化水平，逐步达到提高环境质量的最终目的。

　　SCS 污染源自动监控系统由污染源现场监控站点系统、数据传输系统、污染源监控中心、污染源在线远程监管系统等组成。采用了计算机、通讯和自动化领域最新的产品和技术，从而构建新一代的污染源在线自动监控（监测）系统。

　　通过对本方案系统的实施，可改变传统的污染源监测的单一监控为多样监控，提高系统软硬件设备的性能和在线监控系统的开放性，进一步加强系统自动化处理能力，并扩展数据监控平台的功能；构建集污染源排放现场数据和治污设施运行情况监控、数据自动化与智能化分析处理、可视化表现和指挥调度为一体的污染源远程监控平台，并实现环境事件处理应急指挥调度的现代化。

　　该系统方案适用于工矿企业及各级地方环保局应用，具有标准化、高科技和规模易扩展等特点。

　　二、设计原则

    1、先进性原则

　　系统建设具有较高的技术起点，充分采用现有高新技术，确保系统投资取得最佳效益，系统完成后，达到国际先进水平。

    2、可靠性原则

　　选用高品质的设备完成系统的架构，不仅可以保证系统稳定、可靠的运行，也可大大减少投运后的维护工作量、并节约二次投入的资金。

    3、开放性原则

　　系统具有灵活的结构和良好的开放性，对信息化管理软件和现场智能设备提供良好的通讯兼容，并与国家环保行业公布的数据协议和格式兼容。

    4、安全性原则

　　在设计中注意软、硬件各环节的安全保密性，做好系统内权限的分级管理，采用最新的网络和控制器安全技术，防止非法用户的越权操作。

    5、经济性原则

　　充分保护用户的现有投资，以设备的高档次、可塑性、可配置性、易于维护性来满足系统所处的复杂环境和各种应用需求；以高质量、高标准的设备构成本系统，大大减少系统运行时的维护及维护费用；能够为将来系统规模扩大和功能扩展提供良好的接口，保护用户的投资；在确保上述各项的前提下，尽量降低系统造价，向用户提供高性价比的设计方案。

　　三、标准和规范

　　YD/T 1093-2000 900/1800MHz TDMA数字蜂窝移动通信网通用分组无线业务（GPRS）隧道协议技术规范YD/T 1323-2004 接入网技术要求——非对称数字用户环路（ADSL）YD/T 1334-2004 800MHz CDMA 数字蜂窝移动通信网无线智能网（WIN）阶段2：智能外设（IP）设备技术要求GB/T16706-1996 环境污染源类别代码HJ/T XX—XXXX 污染源在线自动监控（监测）系统数据传输和接口标准技术规范

　　四、系统的组成和基本功能

　　1、系统结构

　　SCS污染源自动监控系统由污染源现场监控站点系统、数据传输系统、污染源监控中心（污染源在线远程监管系统）等组成。

　　整个系统网络层次从底层逐级向上可分为现场层、网络传输层和中心监控层三个层次。现场层包括数据采集传输仪和各种监测、采样设备。完成数据采集、存储、发送及命令接收等方面的功能。
　
　　网络传输层指用于实现数据传输的网络实体，包括有线和无线两种方式。

　　中心监控层即监控中心监控平台。它通过网络传输层和现场层相互通讯，交换数据、指令下达，以实现对现场层的集中远程监控。

    2、监控内容

　　污染源排放在线监测：烟尘（烟尘、SO2、NOx）、污水（COD、流量、TOC、总磷、氨氮）、污染源噪声；

　　环境质量在线监测：空气质量、地表水、环境噪声；

　　治污设备运行状态监测：现场仪表运行状态、治污设备启停状态。

    3、污染源监控中心

　　监控中心采用标准的C/S 系统架构，同时采用通用的软、硬件产品，并规范数据存储格式，使系统具有兼容性强、规模易扩展的特性。基本功能如下：

????  集中监控功能：在监控中心可以通过网络实时监测各站点的实时数据；

????  集中报警功能：任何现场的异常报警信号能在监控中心集中进行声光、画面报警；

????  数据储存功能：按规定的数据库格式保存现场原始数据、报警数据和操作记录的数据；

????  数据发布功能：中心数据库数据能实现数据共享，对其它系统具有开放性。

    3.1 主要硬件设备和功能

　　3.1.1 服务器：
　
　　服务器是监控中心的核心设备，运行SCADA 监控软件和关系数据库，根据所完成的不同功能可配置实时数据服务器、历史数据服务器和WEB 数据服务器等，主要的服务器采用冗余配置，保证不会因为某个服务器故障而导致整个系统运行瘫痪。

　　3.1.2 工程师及监控操作站：

　　监控操作站是系统的人机接口（MMI），它在监控中心作为客户机，提供直观的监控画面和数据显示，操作员通过它可详细了解全局范围内的监测状况并下达命令，它们通过LAN与服务器互连并交换信息。工程师工作站是系统工程师的操作平台。可对系统的软件及数据库等进行修改、扩容、维护和维修等。同时还可以对系统进行再开发，实现其所允许的功能。同时工程师工作站可兼做培训工作站。

　　3.1.3 大屏幕显示系统：根据投资规模可选配不同档次的产品。

　　3.1.4 网络设备：主要配置有以太网交换机、路由器、防火墙设备等。

    3.2 主要软件产品和功能

　　3.2.1 SCADA 软件：

　　采用国际主流的SCADA 软件建立I/O Server 实时数据服务器功能，通过在线的数据采集实现动态流程图、参数表、趋势曲线等监控功能，并与关系数据库建立通讯。

　　技术特点如下：

　　软件体系采用真正的客户/服务器（C/S）体系结构；

　　能够完全做到实时数据服务器以及趋势、报警、报表和文件等功能模块的冗余；

　　I/O 通讯冗余，主通讯中断时自动切换到旁路；

　　支持在线组态，即在不影响操作的情况下，允许全部或部分应用程序进行修改；

　　支持ODBC、OPC、API、DDE 等标准数据交换方式；

　　网络通讯采用标准的NetBIOS，支持IPX/SPX、TCP/IP 等协议；

　　支持多种关系型数据，包括Oracle、SQL Server、dBASE 等。

　　系统通过设置不同级别的用户操作权限而防止越权操作保护系统的安全。

　　3.2.2 关系数据库及数据归档格式：

　　采用Oracle、SQL Server 等标准数据库，实现监测数据的统计分析功能，并形成报表文档，数据存储格式符合国家环保行业的标准和规范。

????  原始数据表命名格式：

　　数据表命名格式为：CSDM_企业代码_监测类别_监测因子_数据类别；

　　CSDM：XX 市污染源在线自动监控系统固定标识；

　　企业代码：被监测企业的唯一识别码，采用企业名称的汉语拼音表示；

　　4、数据传输系统

　　系统通信方式采用基于TCP/IP 的通信协议，可采用以下两种方式中的一种：

　　有线方式 — ADSL、PSTN

　　无线方式 — GPRS、CDMA

　　通讯方式的选择推荐首选ADSL 通讯，利用公用通信网络在互联网（Internet）上建立虚拟专用网VPN（Virtual Private Network），规划各个使用站点的固定IP 地址，在保证数据安全性的前提下提供数据的快速交换通道。在无法实现有线方式通讯的情况下，采用GPRS或者CDMA 无线通讯方式。

    5、现场监控站点系统及功能

　　现场监控站点系统由数据采集传输仪和控制箱等相关集成附件组成。本方案中数据采集传输仪采用先进的IPm? RTU 产品，集自动监控（监测）、存储和通讯传输功能为一体，可直接通过传输网络与监控中心相互通讯。

　　5.1 监测功能

　　污染物排放数据监测：能实时采集在线监测仪检测的污染物排放数据。超标后能自动报警。

　　治污设施运行监测：对某台设备的监控不单局限于单参数的监测，可进行多状态监测，以具有可参照性、逻辑判断性，能进行有效的监测。

　　检测设备运行状态监测：能自动监测在线监测仪、自动采样器等现场仪表、设备的运行状态（运行、停止或故障等）。

　　工作环境监测：能监测现场监测站的运行环境参数（如温度、湿度）、安防报警等信号。

　　5.2 远程设置和控制

　　可及时响应监控中心发来的限值设定、仪器调校及启停等操作指令，实现远程操作控制。

　　5.3 数据传输功能

　　可按照以下几种方式，实现与监控中心的数据实时通信：

　　应答上传：对监控中心发出的数据呼叫请求能及时响应上传；

　　定时上传：能根据设定的间隔时间定时上传现场数据给监控中心；

　　异常主动上报：当出现污染物超标、治污设施停止运转、现场设备故障等异常情况时能主动上传给上一级监控中心。

　　5.4 WEB 监控功能

　　支持嵌入式WEB 页面监控，访问客户端数量无限制, 且具有分级授权的用户访问管理和认证功能。

　　5.5 数据及事件记录储存功能

　　能连续存储现场3 个月以上的检测数据和操作记录、报警记录、停电记录等事件数据，新数据可以覆盖最早时间数据。采集存储间隔时间可灵活设置。

　　5.6 本地程序控制和逻辑判断功能

　　数据采集传输仪具有程序控制功能，控制程序能方便灵活地组态。能按程序自动控制现场设备的自动运行，具有复杂的逻辑判断功能，以实现污染物排放和治污设施运行的自动监测。污染物排放自动监测：能实现定时启停、污染物超标自动启动、治污设施停转自动启动、远程命令触发启动等多种运行方式。

　　治污设施运行监测：具有对采集的原始数据进行综合分析和逻辑推理能力，对于相互关联的信息（如单台设备的多个监测信号之间、治污设施和生产设施之间）进行逻辑推理，从而对治污设施是否真正有效运转得出准确的判断。
　
　　5.7 通信接入方式

　　能支持多种有线及无线通讯接入方式（ADSL、PSTN、GPRS、CDMA）。

　　5.8 与现场设备的接口

????  直接模拟量、数字量采集；

????  标准RS232/485 电气接口，支持Modbus 通信协议及非标准通讯协议的开发；

　　五、数据采集传输仪的技术规格

　　数据采集传输仪是污染源在线自动监控（监测）系统的核心设备，本方案采用美国SIXNET 公司的IPm RTU 产品。该产品集PLC、记录仪、通讯网关功能于一体，是最新一代的控制器产品。

　　IPm RTU 具有32 位工业PowerPC 处理器、大容量存储空间（32M-64M），不但提供标准串口（RS232/RS485）通讯和IEC61131-3 标准编程功能。还提供以太网通讯端口，并具有嵌入式功能，可支持高级编程和网络通讯应用程序，例如Web Server、Internet 访问、高级C/C++编程及专有通讯协议的定制等，其产品主要技术特点为：

????  同时提供多种通讯端口：以适应分散应用和本地的不同通讯要求；

????  提供大容量程序和数据存储空间：适合就地运算和大量数据安全存储；

????  更高的适应恶劣环境应用特性：工作环境温度为-40 ～ 70?C、国际品质认证等。

    2、产品的核心技术

　　控制系统的“PC”化和通讯系统的“IP”化是自动化领域最新的技术发展方向，IPm? RTU将嵌入式技术、以太网通讯技术与传统自动化产品功能完美结合，是最新一代的智能化控制系统产品，是对PLC 等传统自动化产品在远程数据采集和监控应用的补充。

　　2.1、高度集成的产品设计

　　在一个可带电插拔的紧凑型模块上集成了功能强大的处理器、大容量内存、丰富的通信端口，并内置智能I/O，简化了系统集成和现场安装工作。

　　2.2、高可靠性应用

　　IPm RTU 是专为无人值守的恶劣工业环境应用而设计的产品，可工作在-40～70℃的宽范围温度条件下，产品平均无故障间隔时间（MTBF）指标可达420000 小时，同时取得了UL、CSA、CE、DNV 及Zone2 等工业产品质量认证。

　　2.3、预集成的数据记录功能

　　IPm RTU 预集成了数据记录（Datalogging）功能。具有大容量数据记录空间，采用向导式配置，无需编程；具有ms 级时间标签，支持按时间间隔周期性记录及事件触发式记录方式 ；采用.csv 数据记录文件格式，支持响应请求式和主动发送式两种回传方式。

　　数据记录功能可实现标准SOE 功能，用于精确记录现场设备运行状态；可以实现重要监测数据的备份，防止因为通讯网络故障等原因导致这些重要数据的丢失；同时保证贴有时间标签的采集数据的完整性。

　　IPm RTU 取代现场记录仪，提供更灵活、更安全的数据备份功能！

　　2.4、嵌入式技术的应用

　　作为真正的开放式自动化产品，IPm RTU 提供了嵌入式开发能力，使用IADK 开发工具包可以编译和调试自己专有的应用程序。IADK 提供访问I/O 寄存器的库函数，具有读写控制器、 I/O 寄存器和通讯端口的最高访问能力。嵌入式技术的应用，有利于快速开发专有的通讯驱动。IPmTM RTU 可以嵌入Web server，支持远程在线浏览。

　　2.5、高端以太网通讯特性

　　IP 安全特性（防火墙保护）：IPm RTU 可嵌入防火墙保护功能，防止系统受到非授权访问的能力，使用其安全规则向导配置基于IP 地址、IP 端口、IP 表等限制访问规则；SNMP 网络管理：支持AT,ICMP,IP,System,TCP,UDP 等MIB 组功能，可建立信息管理网络软件的通信，IPm RTU 具有SNMP 网络管理能力；PPP 通讯协议：通过串口链路透传IP 数据包，将串行连接转换为以太网通讯连接。

　　六、系统的高端应用技术
　
　　污染源监测数据的准确性和完整性是系统成功实施的重要指标，也是环保部门监督和执法的重要依据。本方案建立了先进的通讯机制和数据交换模式，保证了污染源监测数据的实时性和有效性。

    1、先进的系统通讯机制

　　传统控制系统（包括DCS/PLC）的通讯机制是主、从方式，既主站轮巡通讯。这是在专有布线结构下工控领域所遵循的通讯原则。而IPmTM RTU 产品具有服务器/客户机式的通讯能力。在客户机方式下，IPmTM RTU 作为主站，可主动向控制中心发起通信，这种模式常常用做“例外报告”。RTU 作为客户机可实时地报告事件的发生，实现快速报警响应。这种“例外报告”机制可减少传统轮询系统中的通信负荷与等待时间。在大型SCADA 系统中，I/O 响应时间是决定系统品质的重要因素，系统规模越大，这种分布式客户机结构的好处就越明显。

　　本方案建立了先进的主站轮巡与主动报告相结合的系统通讯机制！

    2、数据补传和调用功能

　　利用数据记录（Datalogging）功能，RTU 把数据加上精确的时间标签存储在非易失的存储器中。然后按照用户定义的时间表或在发生特定事件（例如远程传输故障恢复后）时把记录的历史数据传送到一个或多个中心控制站服务器上，从RTU 传送上来的数据包括控制站地址、时间标签、纪录序列号等识别数据。多个站点传送上来的数据堆入输入数据缓存，等待顺序处理。

　　补传的数据可存储为ASCII 文件（.csv 格式），可方便地被SCADA 软件和数据库调用，完成数据回填。每站点的数据分别保存在不同的文件中，用户可以按周期配置进行文件更新。

　　IPmTM RTU 同时具有实时数据和历史数据的发布能力！

　　四、信息化整体解决方案：地理信息系统（GIS）、应急指挥调度系统的无缝集成

　　五、工程技术与实施：标准化配置及安装、系统规模易扩展、技术培训与维护

　　六、典型案例应用：重庆市污染源在线监控（监测）系统