环保工程智能测控系统的设计与应用

陈肖和

摘要：随着国民经济的快速发展，我国大气环境污染的形势日益严峻。国家大力整治工业废气、废水的排放，从而推进环保工程项目的实施。为了解决环保工程项目只上不用、后期无人监管的问题，设计一种实用型智能环保工程测控系统。

关键词：环保工程;测控系统;传感器网络;自动化控制;

前言

随着技术的发展和国家对污染治理项目的重视，越来越多的环保设备涌入市场。但由于目前市场的不规范、技术的不成熟，环保设备仍存在以下几个问题：

（1）環保设备大多安装在户外，巡检容易疏漏，除非设备因故障导致无法运行，才会事后触发人工干预检修机制。系统经常处于无人值守的状态，当系统发生异常时，尤其在初期故障时期不能及时发现和预检修。

（2）有多台环保设备组成的环保系统，其总的电能消耗都在百万千瓦单位，相互之间既无动态联锁控制，遑论动态控制。由于能耗问题，社会上许多项目存在“只上不用”的现象。只有在监管部门检查时才启用，平时关闭。

（3）由于环保项目设备易受物理、化学物质动态变化的影响，如维护保养不及时，其处理效果严重下降。

（4）目前厂家项目实施的地点一般分布比较广，系统验收后，后续再出现问题，售后服务难以顺利开展。

1 环保工程项目及传感器的配备

常见的环保设备包含：公共环卫设施过滤除尘设备、污水处理设备、空气净化设备、固废处理设备、环卫清洁设备等。一个环保工程项目中通常包含有多个环保设备，不同的环保设备需根据其特点配备相应的传感器。

兰宝废气净化处理设备主要处理工业废气，采用国际领先的低温等离子和光化学技相结合的废气处理最新技术。根据其功能特点，传感器主要安装在进风口、低温等离子模块、光化学反应模块、风机、出风口、主副水箱等部位，监控设备的运行状况。根据紧要程度将传感器分为原机传感器和附加传感器。原机传感器是设备正常运行所必须的传感器，如主副水箱的水位、压力传感器等。附加传感器是为了更好地检测环保设备的运行状况而配备的一些传感器，这些传感器分布在环保设备各个功能模块上，形成附加传感器网，实时检测各功能模块的运行状况。

2 系统硬件设计

2.1 单个环保设备本地控制

本机传感器直接接入兰宝自制的DCS10模块，并通过RS-485通信协议将采集到的数据传输至数采前置机。附加传感器主要检测环保设备各功能模块的运行环境是否正常，排出物是否达标，此类传感器采用CAN总线连接，接入数采前置机。设备维护人员可以通过本地人机交互界面了解设备的运行状况，设置环保设备的运行参数，执行一些命令，如设备清洗、紧急制停等，此类命令通过PLC的逻辑运算，由DCS10连接执行机构完成相关操作。

由多个传感器组成的附加传感器网络是智能环保工程测控系统的基础架构。传感器布置在环保设备的各功能模块上，实时监测环保设备的运行状况。系统配备物理量传感器和化学量传感器，可以实现对进风口、出风口工业废气和粉尘进行压力、温度、气体浓度的检测;对水箱进行水位、浑浊度、温度的检测;还可以对各功能模块进行振动、转速和排出物的检测，判定其是否正常运行。

2.2 环保工程项目本地集中监控

环保工程项目一般是由多台环保设备组成的系统，为每个环保设备配备相应的数采前置机和人机界面。本地采集到的数据通过工业以太网通信接入集线器再接入工业交换机、网络交换机，同时配备相应的网络服务器、数据库服务器、瘦客户机服务器等，可以实现在本地监控中心同时监控多台环保设备。

2.3 远程监控

远程数据传输采用GPRS通信网络，可以将本地监控中心的数据传输给设备维护人员或服务商。远程终端可以是智能手机、平板电脑等设备。设备维护人员即便不在现场也能及时了解设备运行状况。同时服务商也可根据设备运行状况安排售后服务、技术指导等。

3 系统软件设计

3.1 单个环保设备的智能控制

以兰宝废气智能净化处理系统为例，对于配备相关传感器的环保设备进行软件流程设计：

（1）系统开启后，先对进风口的传感器功能进行检测，如果运行正常，则对采集到的气体成分进行分析，选择性地打开相应的功能模块，关闭不需要的动能，以节省电耗。如果进风口传感器出现异常，无法判断气体成分，则需要开启所有功能模块，同时发出传感器异常报警。报警系统的设计参考文献：。

（2）气体进入功能模块1后，先对功能模块1所配备的传感器进行功能检测，如果不正常，则发出传感器异常报警信息。如果传感器工作正常，则对功能模块1排出的气体成分、浓度进行检测，对比该功能模块标准排放值，如果未达到标准，调用专家数据库进行原因分析，如果问题不严重，系统继续运行，同时发出报警信息。如果问题严重，则紧急制停。

（3）如果功能模块1排出物达到标准，可正常进入功能模块2，功能模块2的软件流程同模块1。

3.2 多个环保设备的动态控制

有些污染严重的废气处理，可能需要依次经过几个环保设备的处理才能达到排放标准，第一级处理如果达不到标准，就不能进行下一级的处理，强行进行会破坏设备。

传感器采集到的数据通过数采前置机、集线器、交换机等汇总到监控服务器端，通过WEB技术，在软件平台中图形化展示现场多个环保设备的运行状况，包括各灯管、控制器的状态，水箱液位变化，电磁阀的启停状态，电机的工作状态（包括启停、振动频率等），加热器工作状态，气体浓度等，判定设备运行状况，发出初期故障预警，记录运行日志和故障。在必要情况下，可远程、移动实现经特别授权的控制操作，如：紧急停机、禁止操作、自动温控加热、自动补水泵阀、自动清洗冲洗、自动液位控制等。

3.3 数据融合

系统采用冗余的传感网络设计，消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾，加以互补，降低其不确实性，从而提高系统决策的快速性和正确性。在传感器正常工作的情况下，如果系统发生故障，可对多个传感器采集到的数据进行综合分析，从而确定发生故障的位置，进行原因排查。

4 智能环保工程测控系统的应用

智能环保工程测控系统通过在既有的项目设备上增设传感器网络和控制模块，既可在中控室监控环保项目现场的环境、各环保设备的开关机、设备使用状况，又可以进行环境问题的综合分析，实现环保设备的故障诊断、预警，以及智能维护、保养等，预防项目“只上不用”。其内置逻辑算法，可以有效甄别“数据模拟作弊”。

智能环保工程测控系统为售后监控监管提供方便，例如：提早发现环保设备重点部位的初期故障，提供关键设备故障预警功能;通过多种网络和各类应用终端，向环保设备维护人员发出警报信息，从而达到降低设备重大故障发生率，延长设备寿命，消弭运行风险，有效减少甚至杜绝设备事故，保证生产安全，提高企业生产效益的目的，为企业设备管理提供准确的数据依据。该系统还可为环保监管组织机构提供一个信息化应用管理平台或数据接口，达到社会化宏观管理的目的。

参考文献：

[1] 刘少强.现代传感器技术——面向物联网应用[M].北京：电子工业出版社，2014

[2] 贺亮.基于CAN总线的数据采集系统的研究与实现[J].中国科技核心期刊，2008，（27）：23-25

（作者身份证：431081198211090495）