河鋼承鋼環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施

吳 博

（承德鋼鐵集團(tuán)有限公司，河北 承德 067000）

近年來，整個(gè)社會(huì)的環(huán)保意識(shí)顯著增強(qiáng)，國家也不斷出臺(tái)政策法規(guī)。在此背景下，企業(yè)對(duì)環(huán)境污染的治理也越來越重視。同時(shí)，環(huán)保部門存在人員短缺、監(jiān)管能力不足等問題，因此，搭建一套全方位集數(shù)據(jù)、視頻、分析的一體化平臺(tái)迫在眉睫。這樣才能準(zhǔn)確的獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并將其作為治理依據(jù)，對(duì)未達(dá)標(biāo)排放的設(shè)備進(jìn)行整改，從而深化工業(yè)污染治理工作，進(jìn)一步改善空氣質(zhì)量，做好環(huán)保工作。

1 環(huán)保監(jiān)控范圍

大氣污染防治：大氣污染防治設(shè)備治理設(shè)施211臺(tái)套，主要監(jiān)控產(chǎn)生大氣污染的生產(chǎn)工序流程及產(chǎn)排污節(jié)點(diǎn)，包括在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的視頻監(jiān)控，設(shè)備運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控，運(yùn)行參數(shù)超標(biāo)報(bào)警，以及對(duì)歷史運(yùn)行參數(shù)的查詢功能，對(duì)于大氣污染的防治，可人工錄入大氣污染電子臺(tái)賬實(shí)現(xiàn)管理。

水污染防治：水污染防治設(shè)備治理設(shè)施35臺(tái)套，主要監(jiān)控產(chǎn)生水污染的生產(chǎn)工序流程及產(chǎn)排污節(jié)點(diǎn)，包括在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的視頻監(jiān)控，設(shè)備運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控，特別對(duì)威立雅水系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行超標(biāo)報(bào)警，對(duì)于水污染的防治，可人工錄入水污染電子臺(tái)賬實(shí)現(xiàn)管理。

噪聲污染防治：噪聲污染防治設(shè)備治理設(shè)施144臺(tái)套，主要監(jiān)控產(chǎn)生噪聲污染的生產(chǎn)工序流程及產(chǎn)排污節(jié)點(diǎn)，包括在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的視頻監(jiān)控，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示。對(duì)于噪聲污染的防治，可人工錄入噪聲污染電子臺(tái)賬實(shí)現(xiàn)管理。

固廢管理信息：固廢管理信息主要監(jiān)控產(chǎn)生固廢污染的生產(chǎn)工序流程及產(chǎn)排污節(jié)點(diǎn)，以電子報(bào)表的形式記錄固廢產(chǎn)生利用情況、處置處理情況和危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生情況實(shí)現(xiàn)管理。

2 環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

環(huán)保監(jiān)控斜體包括基礎(chǔ)：自動(dòng)化設(shè)備（PLC、智能儀表）、采集模塊（隔離網(wǎng)關(guān)、串口服務(wù)器）、以太網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)。在計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控各生產(chǎn)工序流程及產(chǎn)排污節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，顯示監(jiān)控點(diǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，視頻監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，對(duì)異常信息進(jìn)行預(yù)警和自動(dòng)報(bào)警。

四層結(jié)構(gòu)：基礎(chǔ)自動(dòng)化層（應(yīng)用設(shè)備層）、數(shù)據(jù)交換層、存儲(chǔ)計(jì)算層、集中監(jiān)控層。采用兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)隔離的結(jié)構(gòu)確保數(shù)據(jù)安全，實(shí)現(xiàn)各生產(chǎn)工序流程及產(chǎn)排污節(jié)點(diǎn)狀態(tài)集中可控。

最底層為基礎(chǔ)自動(dòng)化層，其終端設(shè)備包括PLC和智能儀表，用于采集各生產(chǎn)工序流程及產(chǎn)排污節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)環(huán)保數(shù)據(jù)。PLC帶有以太網(wǎng)模塊，具備以太網(wǎng)通信功能，通過二級(jí)網(wǎng)絡(luò)將PLC所采集到的數(shù)字量和模擬量信號(hào)進(jìn)行輸出，完成PLC對(duì)環(huán)保數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)采集。智能儀表可完成速度、流量、溫度、壓力的測(cè)量和顯示，帶有RS485/232端口，具備MODBUS協(xié)議輸出，配合各類信號(hào)檢測(cè)元件，可實(shí)現(xiàn)智能儀表對(duì)環(huán)保數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)采集。

圖1 環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖

第二層為數(shù)據(jù)交換層，主要負(fù)責(zé)提取PLC、智能儀表采集數(shù)據(jù)，隔離二三級(jí)網(wǎng)絡(luò)。該層設(shè)備主要包括串口服務(wù)器和隔離網(wǎng)關(guān)。串口服務(wù)器利用虛擬串口的方式，將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，增加串口服務(wù)器將RS485/232數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)輸出，再接入隔離網(wǎng)關(guān)。隔離網(wǎng)關(guān)解決了工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)安全接入信息網(wǎng)絡(luò)以及子系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)問題，通過內(nèi)嵌的高性能工業(yè)通信軟件，支持OPC、MODBUS、DNP3等主流工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)。利用隔離網(wǎng)關(guān)統(tǒng)一提取PLC和智能儀表采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)二、三級(jí)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換。

第三層為存儲(chǔ)計(jì)算層，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理及數(shù)據(jù)計(jì)算兩大功能，包括數(shù)據(jù)庫和服務(wù)器兩部分。數(shù)據(jù)庫分為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫可在線存儲(chǔ)每個(gè)環(huán)保工藝過程點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫選用市場(chǎng)上應(yīng)用較廣泛的ORACLE 數(shù)據(jù)庫軟件。服務(wù)器是環(huán)保監(jiān)控平臺(tái)軟件運(yùn)行的基礎(chǔ)平臺(tái)，數(shù)據(jù)庫和服務(wù)器支撐著整個(gè)環(huán)保監(jiān)控平臺(tái)的軟件運(yùn)行，是環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)的核心層。

最后一層為集中監(jiān)控層，通過計(jì)算機(jī)終端實(shí)時(shí)監(jiān)控各生產(chǎn)工序流程及產(chǎn)排污節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，顯示監(jiān)控點(diǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，視頻監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，對(duì)異常信息進(jìn)行預(yù)警和自動(dòng)報(bào)警，遠(yuǎn)程、動(dòng)態(tài)、集中的展現(xiàn)公司環(huán)保系統(tǒng)運(yùn)行狀況。

3 數(shù)據(jù)接口方案

河鋼承鋼環(huán)保系統(tǒng)接口軟件采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫同步、WebService接口、視頻監(jiān)控平臺(tái)三種方案設(shè)計(jì)。針對(duì)不同的數(shù)據(jù)傳輸，環(huán)保設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫同步方式，環(huán)保實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，報(bào)表數(shù)據(jù)采用WebService接口方式，視頻信號(hào)采用視頻監(jiān)控平臺(tái)方式。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫接口方案：各分廠設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)來自于現(xiàn)場(chǎng)的PLC、DCS實(shí)時(shí)采集，這部分?jǐn)?shù)據(jù)需由各分廠將PLC、DCS現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)接入到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中。為同步各分廠實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，公司部署一套實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)提取。

環(huán)保實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)提取方案：各分廠環(huán)保實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來自于各分廠的環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)均具有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫且具備聯(lián)網(wǎng)條件。按公司系統(tǒng)要求，部署WebService接口程序并按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式提供環(huán)保實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)Web服務(wù)，各分廠需將各自的環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)通過內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)接入到一臺(tái)能夠連接公司四級(jí)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器中，開發(fā)部署對(duì)應(yīng)的接口請(qǐng)求程序，按指定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式提供環(huán)保實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)環(huán)保實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)提取。

報(bào)表數(shù)據(jù)提取：按照公司統(tǒng)一制定的報(bào)表Excel模板，及時(shí)生成調(diào)差后的報(bào)表數(shù)據(jù)。

4 環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)功能

（1）環(huán)保系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控。運(yùn)行數(shù)據(jù)包括產(chǎn)生多種介質(zhì)污染的生產(chǎn)工序流程及產(chǎn)排污節(jié)點(diǎn)，根據(jù)介質(zhì)不同，可分為大氣污染、水污染、噪聲污染、固廢污染和放射源污染。根據(jù)不同的生產(chǎn)工序和不同介質(zhì)，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)產(chǎn)排污數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控。

圖2 環(huán)保系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控圖

（2）狀態(tài)預(yù)警和故障報(bào)警。通過設(shè)置環(huán)保設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)上下限閾值，系統(tǒng)自動(dòng)比較當(dāng)前實(shí)時(shí)采集值和系統(tǒng)設(shè)定閾值，超過系統(tǒng)設(shè)定閾值的數(shù)據(jù)點(diǎn)，系統(tǒng)以圖片、聲音、文字等多種方式顯示報(bào)警信息，并對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行記錄，直到報(bào)警解除為止。

（3）視頻記錄與自動(dòng)抓拍。對(duì)于重要的環(huán)保設(shè)備監(jiān)控點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)安裝監(jiān)控?cái)z像頭，自動(dòng)化中心自主進(jìn)行開發(fā)，將視頻監(jiān)控深度集成到系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)視頻排污自動(dòng)診斷。并實(shí)現(xiàn)視頻自動(dòng)存儲(chǔ)、視頻檢索、視頻回放等功能。將視頻顯示信號(hào)與報(bào)警信息連鎖，可實(shí)現(xiàn)視頻圖像自動(dòng)抓拍功能。

（4）設(shè)備和運(yùn)行狀態(tài)報(bào)表。系統(tǒng)自動(dòng)記錄設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，按周期、頻率、類別等分類生成設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)報(bào)表。通過報(bào)表分析，了解設(shè)備在某段時(shí)間的運(yùn)行狀態(tài)、趨勢(shì)，采取有效措施進(jìn)行預(yù)防。達(dá)到設(shè)備自動(dòng)點(diǎn)檢的目的，為環(huán)保設(shè)備的故障預(yù)判提供數(shù)據(jù)支撐。

（5）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析。環(huán)保系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行參數(shù)按照設(shè)定周期自動(dòng)保存，實(shí)現(xiàn)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)生成歷史曲線，直觀顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。通過環(huán)比、同比等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，為提升環(huán)保管理水平提供依據(jù)。

5 結(jié)語

隨著人們環(huán)保意識(shí)的提升，企業(yè)對(duì)環(huán)境污染的治理顯得尤為必要。通過信息化手段加強(qiáng)環(huán)保治理，能有效提升監(jiān)管力度同時(shí)降低監(jiān)管人員勞動(dòng)強(qiáng)度。因此，大力推行環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)是一項(xiàng)提升環(huán)保監(jiān)管水平的有效方法。