智能環保工程測控系統的設計與應用

司永強

（山西國際能源集團（格盟國際）有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

由于化工企業的快速發展，生態污染形勢日益嚴重。雖然國家已經在工業氣體和污水的排放上出臺各種制度，但是在環境保護工作中還是存在一定的問題。隨著科技的進步和國家對環保工程的重視，為解決環境工程項目指示不到位、后期沒有人員進行監管等困難，各種實用型、智能化的環境工程測量和監督系統開始投入使用。本文針對智能環境工程測控系統進行設計與其他應用研究。

1 智能環保的概念

現階段，伴隨著物聯網技術與環境信息的結合，要將物聯網技術全面地應用到環保工作中，不僅要求收集和處理相關的數據，將其輸入到環境監測數據中心，還需要盡量減少和防止環境污染，避免這些污染物的進一步蔓延和擴散。物聯網技術的主要特點在于它能夠實現傳統的數據采集裝置和設備與自動化控制裝置之間信息的高速交換，自動化控制器能夠根據采集到的數據，結合自動處理程序執行高速的自動化處理，從而建立起類似神經傳感器和條件反射弧的機制。為更好地提高物聯網在環保方面的應用，設計人員可以將環境的無形部分和控制部分結合成一個通信網絡，從而使環保設備具有獨立的計算水平和良好的控制，實現自動控制目的[1]，智能環保系統架構如圖1所示。

圖1 智能環保系統架構圖

2 智能環保工程測控系統研究的意義

隨著現代微電子和無線通信的發展與創新，嵌入式微處理器在互聯網支持下的檢測與監視系統已經被越來越多地方廣泛應用到工業控制、建筑物管理自動化、智能電表及信息裝置等領域，正在進一步地改變我國工業生產方式，更好地保障人們的日常生活質量。現階段的測控系統大多數都是傳統的工控模塊，在網絡功能方面的發展存在不足，許多接口的設計相對簡單。為滿足社會發展的各種需要，技術人員需要進一步加強智能測控系統的研究，實現控制信息網絡數據的交換，使其能夠在使用不同接口的情況下，完成適合配備任務的工作需求。另外，測控系統還具有智能維護和系統診斷等功能，從而保障系統工作的可靠性，更好地支持系統軟件的在線更新。

3 測控系統設計的技術基礎

測控系統是由測控網絡和監視系統在技術發展的基礎上加入測控網絡的應用，兩者通過科學組合形成可測控系統，并且是集通信、微處理器和計算機自動化于一體的多學科綜合技術平臺。測控系統設計的技術基礎主要包括：C8051f040嵌入式微處理器的基本特性和功能、控制網絡技術、數字信號隔離技術、Ec60870-5103rd i應用協議等[2]。

3.1 嵌入式微處理器

嵌入式微處理器的使用基本上有兩個方面：第一，是與被控對象進行緊密結合，并且面向控制的電子應用；第二，是應用數據驅動的計算機應用程序。這兩種不同類型的嵌入式微處理器和工業控制計算機相比，其整體的體積與重量都相對較低，最重要的是該處理器的制作成本很低，并且可靠性非常高。

3.2 控制網絡技術的應用

現場總線技術主要指的是一種可以滿足多方位通訊的數據總線。現場總線技術完全或者一些部分符合IOS /OSI開放式系統的互聯網參考模型的通訊協議，被廣泛地應用到工業控制的各個領域。利用3G技術實現信息采集本地化、管理本地化和功能下放。信號數字化、分散控制、開放性和互操作性強，可以充分展示出總線的特性，通訊電纜用于連接現場設備，數字信號代替4-20I NA/24VBC信號，完成現場設備控制、監控、遠程編程等功能；系統標準的開放性要求使其具有更好的互操性，從而促使各個生產廠家便于更改產品在總線上的集成度，并將控制相應的算法、工藝流程和其他控制技術的經驗轉移到整個系統中。

現場總線技術正在各種控制應用中迅速發展，CAN總線一開始就以其獨特的設計理念、良好的功能性和可靠性，在其他行業中越來越受歡迎。目前，CAN總線廣泛應用于智能樓宇、安防監控、電梯、電力、機器人、紡織機械、醫療設備、自動化設備等領域。

3.3 應用規約

根據互聯網上稱為ISO/OSI的7層模型，Ethernet需要標準以太網技術和TCP/IP協議，結合不同應用層行業規約使用。不同的工業環境需要不同的應用協議，互操性很困難。FTP、Telnet、SMTP、HTTP、SNMP等應用層協議可以保證業務互通。在工業測控技術和工業自動化領域，目前還沒有單一的應用層，因此每個生產廠家都需要有自己的應用規范[3]。

CIP是一種應用層協議，專為生產控制而開發。它由抽象模型進行描述，提供一系列用于訪問數據和管理設備操作的服務。它不依賴于介質的物理層或數據傳輸通道層，最大的特點是對信息的控制和協調。不同地方控制網絡使用相同的CIP，部分控制用于實時通信，另一部分信息用于非實時通信。這些協議包括I EC60870-5-1(5)，分別定義傳輸幀格式、信道傳輸規則、應用的通用數據結構、應用信息元素的定義和編碼以及應用的基本功能。為實現基于IEC60870-5系列標準兼容設備之間的交換目的，開發支持標準IEC60870-5-101（104）。它們基于IEC 60870-5 系列標準并添加語義、性能、定義特定數據中心目標或定義數據中心支持的其他規則并定義標準參數[4]。

3.4 抗干擾技術

環保工程的測控系統在運行過程中，也容易受到各種因素的影響，導致最終測控結果的不準確。這些干擾因素可以分成兩方面：內部干擾和外部干擾。內部干擾主要是由于系統結構、制造工藝等方面所產生的，例如：配件的噪聲、運行中電容引起的電磁感應等。由外界因素引起的外部干擾相對較多，例如：通信設備之間的無線電波、雷電天氣、空氣中的溫濕度等。在測控系統運行的過程中，內部干擾與外部干擾在本質上是相同的，能夠相互作用，并且都會對最終的測控數據產生一定的影響。因此在進行環境測控的過程中，需要及時消除干擾源頭，從而保障測控數據的準確性。抗干擾技術的應用能夠幫助測控系統對周圍環境的檢測進行良好的控制，及時將傳感器的波紋以及物理量進行有效的監測并進行記錄，從而保證整個測控流程的準確性與實施性。

3.5 系統硬件設計以及應用

在環保測控系統的運行過程中，單個環保設備的傳感器與環保設備模塊直接相連，采集得到的信號通過RS-485通訊協議向接口計算機進行信號采集。附加的傳感器主要用于判斷環境污染裝置中各個功能模塊工作時所處的環境是否正常，排放是否異常。維護工作人員可以直接通過當地的人機操作界面來掌握環保設備的工作運行狀態，設定環保裝置的工作參數，執行一些設備的清洗、緊急停止等指示。這些命令都是由PLC邏輯連接到控制模塊中，就可以采取合理的措施。

此外，環保建設工程往往是一個整體性綜合環保系統，每個環境管理系統都需要具有一套與之相應的外部計算機用于進行數據采集和使用于各種人機界面。本地記錄的數據由集線器連接至集線器，然后由工業太網連接至工業交換機以及網絡交換機。同時，還可以自動配備相應的網絡服務器、數據庫服務器、客戶端服務器等，可在本地控制中心上同時對用戶進行監測。

4 遠程監控技術的應用

在環保工程測控系統的應用過程中，GPRS通信網絡主要用于遠程的數據傳送，可以把當地控制中心的數據直接傳送給工作人員。遙感器的遠程終端可選擇智能手機或平板電腦等移動設備，極大地方便工作人員的操作。即使設備維護人員不在現場，也能準確掌握設備運行情況[5]。

5 系統軟件設計以及應用

以環保智能尾氣處理系統為例，環保工程測控系統在單個環保設備的控制過程中，使用帶傳感器的環保設備軟件的開發流程如下：首先，系統開機后，先檢查吸力傳感器的工作情況，如果正常則檢查收集到的氣體。分析元件，開啟相應的傳感器自檢模塊，將涉及不到的模塊進行關閉，從而達到節約能源的目的。當吸力傳感器無法檢測氣體成分時，會自動的觸發警報系統，并且將所有傳感模塊調配到開放狀態。

另外，一些高污染廢氣在排放處理過程中，需要多種設備進行控制才能達到排放標準。如果在進行初次加工時沒有達到處理的相應標準，則無法正常進入下一級的加工處理，如果強行進行加工處理會對設備造成無法逆轉的傷害，減少設備使用壽命[5]。

6 結語

綜上所述，隨著社會的進步和發展以及信息技術在現代社會的應用，環境保護逐漸受到重視。物聯網技術的出現，為環保開辟新的方向。智能環保理念的研發，為環保事業帶來更大的機遇與挑戰，技術人員需要緊跟時代的步伐，吸收各種先進的技術，推動環保事業的發展。