智慧环保管理系统设计与实现

车文华，王 强，崔 剑，杨彩燕

（马钢股份公司能源环保部，安徽马鞍山 243000）

前言

智慧环保管理系统基于传统的环境监测管理、环保视频、排污申报、异常申报、环境考评等功能条件下,从网络、设备和管理流程等多方面提升信息化系统，以新形势下的业务管理角度为出发点，进行系统设计、开发。

1 智慧环保管理系统总体设计

1.1 总体架构

系统最终目标是建设一个全企业级的环境信息化数据中心和综合管理平台，得以实现以下功能应用：基础数据管理、环保过程管控、环境监测管理、环境统计分析管理、综合管理、移动应用等主要功能模块，见图1。

图1 系统架构图

1.2 系统网络拓扑结构

系统物理网络架构见图2。对分布全企业各处的环境监测仪表数据，通过有线、无线网络相结合的方式通信，由架设在网络云上的DMZ 区域通信服务器进行集中采集。系统重点关注环保设施的状态，利用嵌入式工业采集设备，通过专网进入高性能实时数据库。所有以上数据通讯网络，还需有专业防火墙进行网络安全隔离，确保整个系统的信息安全。

图2 系统网络拓扑图

具体部署为：在环保管理系统建立独立的环保网络，通过防火墙将无线通信服务器、I/O 通信服务器、实时数据库服务器、关系数据库服务器、应用服务器进行联网管理，最后通过应用服务器将管理系统进行网络发布，供各管理人员使用，系统发布通过防火墙对环保网以及企业主干网络进行安全隔离。

1.3 环保管控功能需求分析

随着国家产业结构调整力度不断加大，节能减排升级改造范围不断扩展，不仅仅要求污染物总量排放和达标排放，实施排污监测和监控，更加注重事前预测、过程分析和风险管控，从环保管控发展趋势分析，业务流程管理正逐步走向信息化、可视化、自动化、定量化和高效化。因此，未来制造企业不仅要注重生产流程优化和污染物产生的过程控制，更要提前对生产环境中的各项风险进行预测、评价、管控，同时制定相应的应急方案和措施，快速应对环境问题避免引发社会问题，避免影响企业的正常生产和经营。

根据上述需求分析，需要实现以下管理功能。

（1）过程监控提升

通过对主要环保处理设施的运行、工艺参数实时监控，实现从末端治理向过程管控转变，尤其对重点工序中的环保处理设施进行过程监控。例如：当钢铁行业中的烧结、炼焦、炼铁、物料转运等产生单元发生二氧化硫、颗粒物等污染物超标排放时，就可以通过监控数据迅速判断脱硫脱硝、除尘设施运行状态、处理效率的优劣，及时采取措施减少污染物的排放总量。

（2）整合数据流

以往的环保管理系统与外部系统之间没有进行数据集成，存在数据链缺失问题。在新建系统中对各类数据流的接口进行统筹规划，在基于企业数据服务总线的数据集成，遵循数出一源的原则，实现各个系统之间的数据共享，整个过程从采集数据、审核、结果、统计、报表形成、信息发布等全程信息化，且数据可溯源。例如：对年度环境监测计划实现系统下发、监测数据收集、兑现率统计跟踪等业务流程的不落地式管理，随时掌握年度监测计划执行情况的同时，也便于及时修正计划偏差。

（3）建立基于总图的可视化系统

本着“一张图”的管理理念，借助GIS 地图的准确性可展示各类环保设施、监测点位的物理位置，图中同步各监测点位的实时数据，直观反映在线监测数据、空气站数据、环保设施运行状态（工艺流程）、监控视频等信息。其中，监控视频还可以对可视污染源形成自动图像判别、自动识别、报警、图像存储等一系列功能，提升调度人员处理环保事件的快速响应能力。

（4）面向移动端的信息公开服务

环保管控系统中融入应用展示功能后，具有移动终端同步环保管控系统的重要信息功能。例如：通过短信及微信平台，将企业污染源排放数据、空气质量状况、视频画面等信息，精准推送至相关责任单位和个人，有效缩短环境事件的处理时间。

（5）实现环保综合业务线上管理

环保管控的日常业务管理存在基础数据繁杂、流程不畅的问题，通过整合、优化综合业务流程，实现“一张表”、“一个库”的原则，不仅提高工作效率，还能为环境绩效分析、环保管控导向提供依据。

2 功能模块的设计与实现

2.1 基础数据管理

将企业所有工序的环保治理设施、排污口的基本信息，以及各监测点位、污染物因子的基本信息进行统一管理。

2.2 环保过程管控

接入主要环保设施运行工艺信号数据，数据接入完成后，绘制环保设施组态画面，展示在线监测、工艺信号数据。

针对重要有组织、无组织排口，实现视频自动判别分析功能。当发生异常排放时，通过图像分析模型进行自动识别，同时输出报警相关信息及图像，推送给相应管理人员。

对异常发生时的原因进行分类，例如：原燃料、煤气、生产运行情况。对上述分类异常情况导致的排放异常进行跟踪记录，最终形成管理统计结果。

2.3 环境监测管理

对所有监测数据进行统一数据采集，按照系统架构进行数据存储管理。

对所有在线监测数据可以方便直观的展示污染物排放概况，提供数据列表、趋势曲线管理功能。提供手工监测数据项目以及监测因子配置管理，提供数据监测计划编制、分解功能，同时对监测完成情况形成评价闭环管理。

提供在线监测超标数据统计、查询等管理功能，将超标数据集中梳理展示。

提供针对在线、手工监测数据的同站点不同因子、不同站点相同因子、不同站点不同因子数据趋势对比功能，同时提供同站点在线、手工监测数据趋势对比功能。

提供针对在线、手工监测数据的监测报表管理功能，提供报表下载导出功能。

2.4 环境统计分析

对企业污染物总量计划进行分解管理，对总量及公式提供配置功能，提供总量数据自动计算功能，计算结果提供分类、分权限查询，导出功能;按照国家及地方要求，进行环境税数据计算功能，同时生成环境税申报表;提供公司、厂部工序等总量数据、环境税数据同比、环比，实绩占比等功能，提供数据趋势分析功能;系统提供数据分析后的多种类型报表。

对部分生产工序，根据生产过程中的原燃料介质信息，生产工艺参数等信息，结合对应生产工序污染物排放总量与在线数据监测结果，建立对应关系，分析降低排污量的重要生产因素，为生产工艺优化、绿色制造服务提供支撑。

2.5 综合管理

对环保管理专业涉及的：工程建设跟踪、建设项目环评管理、竣工验收管理、投诉监察整改、环境事件管理、环保设施停运申报管理、环境因素识别管理、固废危废数据管理、放射源管理、综合绩效评价按照业务进行流程线上管理，提高管理效率。

2.6 移动应用

依托移动APP 技术，对公司范围污染源在线监测及异常数据，可以实时查询并分级推送。公司环境治理和排放的情况，也可以通过企业环境空气质量AQI数据，进行实时查询。

马钢股份公司自2020 年上半年起，通过全公司智慧制造的契机，开始着手根据以上设想建设新一代环保业务管理智慧化平台。到2021年上半年，已经初具规模。环保大屏、基础信息、环境监测、统计分析、综合管理、环保运行管理、移动应用7 个功能模块已上线运行5 个，系统接入环保设施62 套、视频监控30 套、在线监测点位104 个、空气质量监测2套。目前，通过对系统的不断完善，在线污染源数据的采集，重点环保设施的监控，视频识别技术等主要功能的平稳运行，完善了全公司范围的环保过程管控体系，给出生产节奏调整方向及生产技术优化方向。公司各生产单位也通过该系统，协调能环部实现了排放异常实时管控，预防并杜绝了环境事件的发生。例如：2020 年在线监测达标率98.48%，2021 年上半年99.98%，提升了1.5%；2021 年上半年因环保处理设施故障引起的无组织放散次数由去年的42 次减少为18 次。有效地提升了公司的信用等级，避免了政府部门的环保处罚。

环保管控系统的后续发展方向，一定是依托大数据分析及过程控制算法，进一步为企业提供各项排放指标的统计分析。通过这些数据分析的结果，指引企业逐年的环保投入和建设方向，有了针对性的方向，才能提高投资效率。

3 结论

随着环保管理系统的建立及今后不断改进，企业的环保管理必然向信息化、智能化发展：

（1）突破信息孤岛，建立统一环境数据中心

使用传感、传输、联动控制等物联网技术、设备，突破多源、高频、复杂数据流集成技术，通过全面整合企业的环境业务和空间数据，建立起集感知、监测、管理于一体的数据中心和海量空间数据库。

（2）集成各类应用，搭建环境综合管理平台

通过建立污染源在线监控、总量减排设施运行在线监控、厂区环境视频监控等信息化监控系统，进行有机集成，实现企业环境的全方位监控。将环境管理的相关专业与实时在线信息相结合，在统一的环境综合管理平台内实现多功能应用。通过实施数字化环保管理的技术支持措施，为公司实现节能减排、提高环境管理水平提供技术支撑。

（3）建立环境成本、分析评价模型，指导企业生产经营

通过对环境运行成本的计算分析和综合指标评价，对企业的原燃料采购、生产操作过程等方面提供专家指导性建议，为企业绿色制造的经营战略提供支撑，达到经济效益和环保效益的融合统一。