環保工程智能測控系統的設計與應用

陳肖和

摘要：隨著國民經濟的快速發展，我國大氣環境污染的形勢日益嚴峻。國家大力整治工業廢氣、廢水的排放，從而推進環保工程項目的實施。為了解決環保工程項目只上不用、后期無人監管的問題，設計一種實用型智能環保工程測控系統。

關鍵詞：環保工程;測控系統;傳感器網絡;自動化控制;

前言

隨著技術的發展和國家對污染治理項目的重視，越來越多的環保設備涌入市場。但由于目前市場的不規范、技術的不成熟，環保設備仍存在以下幾個問題：

（1）環保設備大多安裝在戶外，巡檢容易疏漏，除非設備因故障導致無法運行，才會事后觸發人工干預檢修機制。系統經常處于無人值守的狀態，當系統發生異常時，尤其在初期故障時期不能及時發現和預檢修。

（2）有多臺環保設備組成的環保系統，其總的電能消耗都在百萬千瓦單位，相互之間既無動態聯鎖控制，遑論動態控制。由于能耗問題，社會上許多項目存在“只上不用”的現象。只有在監管部門檢查時才啟用，平時關閉。

（3）由于環保項目設備易受物理、化學物質動態變化的影響，如維護保養不及時，其處理效果嚴重下降。

（4）目前廠家項目實施的地點一般分布比較廣，系統驗收后，后續再出現問題，售后服務難以順利開展。

1 環保工程項目及傳感器的配備

常見的環保設備包含：公共環衛設施過濾除塵設備、污水處理設備、空氣凈化設備、固廢處理設備、環衛清潔設備等。一個環保工程項目中通常包含有多個環保設備，不同的環保設備需根據其特點配備相應的傳感器。

蘭寶廢氣凈化處理設備主要處理工業廢氣，采用國際領先的低溫等離子和光化學技相結合的廢氣處理最新技術。根據其功能特點，傳感器主要安裝在進風口、低溫等離子模塊、光化學反應模塊、風機、出風口、主副水箱等部位，監控設備的運行狀況。根據緊要程度將傳感器分為原機傳感器和附加傳感器。原機傳感器是設備正常運行所必須的傳感器，如主副水箱的水位、壓力傳感器等。附加傳感器是為了更好地檢測環保設備的運行狀況而配備的一些傳感器，這些傳感器分布在環保設備各個功能模塊上，形成附加傳感器網，實時檢測各功能模塊的運行狀況。

2 系統硬件設計

2.1 單個環保設備本地控制

本機傳感器直接接入蘭寶自制的DCS10模塊，并通過RS-485通信協議將采集到的數據傳輸至數采前置機。附加傳感器主要檢測環保設備各功能模塊的運行環境是否正常，排出物是否達標，此類傳感器采用CAN總線連接，接入數采前置機。設備維護人員可以通過本地人機交互界面了解設備的運行狀況，設置環保設備的運行參數，執行一些命令，如設備清洗、緊急制停等，此類命令通過PLC的邏輯運算，由DCS10連接執行機構完成相關操作。

由多個傳感器組成的附加傳感器網絡是智能環保工程測控系統的基礎架構。傳感器布置在環保設備的各功能模塊上，實時監測環保設備的運行狀況。系統配備物理量傳感器和化學量傳感器，可以實現對進風口、出風口工業廢氣和粉塵進行壓力、溫度、氣體濃度的檢測;對水箱進行水位、渾濁度、溫度的檢測;還可以對各功能模塊進行振動、轉速和排出物的檢測，判定其是否正常運行。

2.2 環保工程項目本地集中監控

環保工程項目一般是由多臺環保設備組成的系統，為每個環保設備配備相應的數采前置機和人機界面。本地采集到的數據通過工業以太網通信接入集線器再接入工業交換機、網絡交換機，同時配備相應的網絡服務器、數據庫服務器、瘦客戶機服務器等，可以實現在本地監控中心同時監控多臺環保設備。

2.3 遠程監控

遠程數據傳輸采用GPRS通信網絡，可以將本地監控中心的數據傳輸給設備維護人員或服務商。遠程終端可以是智能手機、平板電腦等設備。設備維護人員即便不在現場也能及時了解設備運行狀況。同時服務商也可根據設備運行狀況安排售后服務、技術指導等。

3 系統軟件設計

3.1 單個環保設備的智能控制

以蘭寶廢氣智能凈化處理系統為例，對于配備相關傳感器的環保設備進行軟件流程設計：

（1）系統開啟后，先對進風口的傳感器功能進行檢測，如果運行正常，則對采集到的氣體成分進行分析，選擇性地打開相應的功能模塊，關閉不需要的動能，以節省電耗。如果進風口傳感器出現異常，無法判斷氣體成分，則需要開啟所有功能模塊，同時發出傳感器異常報警。報警系統的設計參考文獻：。

（2）氣體進入功能模塊1后，先對功能模塊1所配備的傳感器進行功能檢測，如果不正常，則發出傳感器異常報警信息。如果傳感器工作正常，則對功能模塊1排出的氣體成分、濃度進行檢測，對比該功能模塊標準排放值，如果未達到標準，調用專家數據庫進行原因分析，如果問題不嚴重，系統繼續運行，同時發出報警信息。如果問題嚴重，則緊急制停。

（3）如果功能模塊1排出物達到標準，可正常進入功能模塊2，功能模塊2的軟件流程同模塊1。

3.2 多個環保設備的動態控制

有些污染嚴重的廢氣處理，可能需要依次經過幾個環保設備的處理才能達到排放標準，第一級處理如果達不到標準，就不能進行下一級的處理，強行進行會破壞設備。

傳感器采集到的數據通過數采前置機、集線器、交換機等匯總到監控服務器端，通過WEB技術，在軟件平臺中圖形化展示現場多個環保設備的運行狀況，包括各燈管、控制器的狀態，水箱液位變化，電磁閥的啟停狀態，電機的工作狀態（包括啟停、振動頻率等），加熱器工作狀態，氣體濃度等，判定設備運行狀況，發出初期故障預警，記錄運行日志和故障。在必要情況下，可遠程、移動實現經特別授權的控制操作，如：緊急停機、禁止操作、自動溫控加熱、自動補水泵閥、自動清洗沖洗、自動液位控制等。

3.3 數據融合

系統采用冗余的傳感網絡設計，消除多傳感器信息之間可能存在的冗余和矛盾，加以互補，降低其不確實性，從而提高系統決策的快速性和正確性。在傳感器正常工作的情況下，如果系統發生故障，可對多個傳感器采集到的數據進行綜合分析，從而確定發生故障的位置，進行原因排查。

4 智能環保工程測控系統的應用

智能環保工程測控系統通過在既有的項目設備上增設傳感器網絡和控制模塊，既可在中控室監控環保項目現場的環境、各環保設備的開關機、設備使用狀況，又可以進行環境問題的綜合分析，實現環保設備的故障診斷、預警，以及智能維護、保養等，預防項目“只上不用”。其內置邏輯算法，可以有效甄別“數據模擬作弊”。

智能環保工程測控系統為售后監控監管提供方便，例如：提早發現環保設備重點部位的初期故障，提供關鍵設備故障預警功能;通過多種網絡和各類應用終端，向環保設備維護人員發出警報信息，從而達到降低設備重大故障發生率，延長設備壽命，消弭運行風險，有效減少甚至杜絕設備事故，保證生產安全，提高企業生產效益的目的，為企業設備管理提供準確的數據依據。該系統還可為環保監管組織機構提供一個信息化應用管理平臺或數據接口，達到社會化宏觀管理的目的。

參考文獻：

[1] 劉少強.現代傳感器技術——面向物聯網應用[M].北京：電子工業出版社，2014

[2] 賀亮.基于CAN總線的數據采集系統的研究與實現[J].中國科技核心期刊，2008，（27）：23-25

（作者身份證：431081198211090495）