1．行业背景

1.1．现状
       随着工业化生产的发展，人类赖以生存的环境正遭受重大挑战，工业生产向空气中排放的气态污染物，如硫氧化物、氮氧化物；工业污水的大量任意排放，水资源受到严重的污染；城市噪音污染日益严重，对人类健康和生态环境都带来了极大的危害。“保护环境，净化地球”成了一件亟待解决的头等大事，是关系到子孙后代刻不容缓的大事。人类需要发展，但是发展的前提是不损伤我们赖以生存的环境。因此如何保护我们赖以生存的环境是人类须关注的首要大事。

1.2．需求分析

       为了保护环境，建设绿色家园，建立完整的污染源监测系统非常必要。近年来，我国的环境保护工作取得重要进展，但是环境形势依然严峻，我国的污染源监控信息化建设不仅起点低，覆盖面小，而且整体水平不高。已安装的污染源自动监控设备与环保部门的联网率不高，地方环保部门无法看到污染源自动监控设备采集的数据，国家环保部等上级环保部门无法看到下级环保部门对已监控企业污染物排放的情况。以在线自动分析仪器为核心，以移动通讯为传输媒介，运用现代传感技术、自动测量技术、自动控制技术、信息技术以及相关的监控分析软件和通迅网络组成一个综合性的在线自动监测系统，是建立环境监测系统的重要发展方向。

2．污染源在线自动监控系统的设计及开发
2.1．方案设计简介
       污染源在线监测系统是环保监测与环境预警的信息平台。系统采用先进的无线网络，涵盖水质监测、烟气自动监测、空气质量监测、环境噪声监测以及视频监测等多种环境在线监测应用;系统以污染源在线监测为基础，充分贯彻总量管理、总量控制的原则，包含了环境监理信息系统的许多重要功能，充分满足各级环保部门环境信息网络的建设要求，支持各级环保部门的环境监理与环境监测工作，满足不同层级用户的管理需求。

       整个系统充分体现总量控制的原则，为管理提供依据，为决策提供支持各种统计分析报表和图表都能分类汇总每种污染物的排放量，根据污染物的核定排污总量可以直观对比分析，跟踪每种污染物排放总量的发展变化趋势曲线，得出是否超过核定值的结论，同时结合目前企业的状况以及历史同期数据比对分析，对于排放总量趋势发展将要超过核定值的状况给予预警。汇总统计区域内所有污染物排放总量，掌握和量化污染物的排放趋势，为控制区域内污染物排放总量提供技术支持，为环保部门现场执法和排污收费提供依据。

2.2污染源在线自动监控系统建设目标
  ★ 基于污染源在线自动监控系统数据传输标准，实现传输现场监测站与环保局中心站的标准数据；
  ★ 增加现场监测站在线动态监测能力；
  ★ 现场监测站的历史数据存储与上传能力，环保局中心站的历史数据召唤与解析、插入存储能力。这两种能力解决了现场断线后，环保局中心站的数据完整性问题；
  ★ 实现环保局中心站对数据存储时间长、精度高(ms级)、多点并发及压缩能力等功能要求；
  ★ 环保局中心站的B／S体系结构，降低客户端软件安装配置的复杂度。

2.3 系统网拓扑图

图1：系统架构图

       污染源在线自动监控系统从底层向上可分为污染源现场监测站、传输网络和环保局中心站三个层次（如图示）。
        1） 现场监测站位于各个污染源现场监测点，又可分为现场仪表、现场通信网络、数据采集传输服务器三个部分。
        2） 传输网络负责将污染源现场监测站的数据传输到环保局中心站。分为基础传输层和应用层两个层次。
        3） 环保局中心站通过网络传输层和现场层相互通讯，交换数据、下达指令，实现对现场层的集中远程监控，并且可以通过其软件接口与视频系统、GIS系统无缝结合。

2.4 现场监测站

       现场通信网络负责将仪表采集到的数据汇总到数据采集传输服务器。标准RS232/485 电气接口，支持Modbus 通信协议及非标准通讯协议的开发。数据采集传输服务器负责对实时数据进行汇总、分析、存储并与上位机的数据交换。同时，数据采集传输服务器还可以负责实现本地监控的人机界面功能，是整个系统的中心环节，也是关键环节。

2.5 传输网络

       依据不同传输网络，基础传输层有两类实现方式：    

       一类是基于TCP/IP 协议，如通用无线分组业务（General Packet Radio Service 缩写GPRS）、非对称数字用户环路（Asymmetrical Digital Subscriber Loop 缩写ADSL）、码分多址（Code Division Multiple Access 缩写 CDMA）等。另一类是基于非TCP/IP 协议，如公共电话交换网（Public switched telephone network 缩写PSTN）、短消息数据通讯等。

       由于监测点分散，分布范围广，而且大多设置在环境较恶劣的地区，本方案采用GPRS无线网络进行无线数据传输。污染监测设备将采集到的污染数据和告警信息，通过GPRS网络及时发送到环保监察部门，可以及时管理排污单位或个人，大大提高了工作效率，为环境保护提供了新方式。

       环保局中心站安装有力控监控组态软件eForceCon，该软件利用自主开发的无线通信组件CommBridge通过公网和DTU通信，实现了现场无线控制和数据采集，显著的特点是数据并发处理、完全透明的解决方案，消除了一般国内组态软件将GPRS网络绑定虚拟串口的查询方式访问，造成数据传输不稳定的隐患。

2.6 环保局中心站

       如图1所示，环保局中心站由力控企业级实时数据库pSpace、关系数据库、Web服务器和实现各种查询、分析功能的客户端软件构成。
2.6.1环保中心实时数据库pSpace
       在环保中心，力控实时数据库pSpace负责汇集来自各现场监测站的实时数据，为客户端提供实时、可靠、安全的数据，并且给中心的关系数据库提供有效的数据。力控企业级实时数据库pSpace是一个高性能、高速度、高吞吐能力、可靠性强、跨网络系统的开放式实时数据库系统，产品为完全的分布式结构，可任意组建应用模式；支持C/S和B/S应用；它可以提供丰富的企业级信息系统客户端应用和工具；大容量支持企业级应用，内部实现高数据压缩率，可实现存储大量历史数据，灵活的扩展结构可满足各种需求，具备广泛的安全性和可跟踪性。

2.6.2客户端软件eForceCon
       客户端采用力控监控组态软件eForceCon，全面监测企业污染物排放状况，将企业现场的实时画面传送到环保局。

       ◆实时监控管理
       实现污染源可视化管理，实现了对污染源全面、实时、网络化的监测体系。只需观察屏幕上各个企业的图标样式或颜色，即可了解所有企业各个污染物排放口的设备运行情况；同时还可以通过表格和曲线浏览企业污染物排放的详细监测数据。这使得工作人员在同一个用户界面即可将企业所有排污口的设备运行状况、污染物排放浓度、流量、排放量等信息尽收眼底。

       ◆ 强大的报警与预警功能
       以声音、图标颜色变化、表格中数值的颜色、手机短信（向预先设定的手机上发送相应的报警信息）等形式提供多样化的报警功能。精确地给出具体的超标数值，超标时间，超标排放量、超标排放介质量，为强化监理工作提供了详实可靠的依据。

       ◆ 数据的统计与分析
       将污染源在线监测数据和报警信息进行全方位多角度的分类汇总与统计分析，充分满足各种统计要求。以图标、表格、图形等丰富多样的形式实时展现各排污口设备的运行状况、污染物排放浓度、流量、排放量等信息，以及污染物排放口的发展趋势与动态。从多种角度和层面来统计分析监测数据，提供全面的报表和统计图表。可以按辖区、行业种类、污染物种类等多种分类方式，生成统计分析报表和统计图表。

       ◆ 与地理信息系统(GIS)无缝集成
       本系统将地理信息系统(GIS) 融入其中,利用GIS 强大的地理信息分析功能,结合环境数学模型,实现基于地理信息基础上的数据查询、统计、环境制图、显示等功能，以及污染源分析、区域环境评价、预警应急、环境决策管理等。

       ◆ 系统管理

       系统管理的主要功能有:用户帐号管理、监测元素管理、污染行业管理、监测仪器管理、监测任务管理等等。

       本系统为了保障系统数据的安全性，对于用户的权限做了细致的区分。首先用户按其行政级别有一个基本的权限，如市级用户可以查询全市污染企业的排污情况，区镇级用户可以查询其辖区范围内污染企业的排污情况。在此基础上，每个用户又根据其工作性质得到相应的使用权限，如只读权限将让用户只能够查找信息而不能对资料进行任何修改，而编辑权限的用户对其所辖企业的信息有修改等权限。

3.力控监控组态软件eForceCon简介
       力控监控组态软件eForceCon是yl34511线路中心面向64位操作系统进行设计、规划的大型SCADA监控组态软件。支持服务器以基于linux和unix的操作系统进行实时和历史数据管理，适应了SCADA调度系统的数据安全与保障，该产品面向OO设计技术，不但继承了ForceControl系列软件产品的优点和特点，而且充分利用了当前IT行业新技术的发展成果。该产品的设计采用了多任务设计，不但可以充分发挥多核CPU的威力，而且极大的保证了系统的稳定性。
       与同类产品相比，由力控监控组态软件eForceCon构成的控制系统可以构成先进的、分布式冗余、容错架构，该产品采用分布式组件设计，适应网络多人协作与并行开发，软件的可“伸缩性”非常强，适应了“e”时代的要求，结合. NET平台技术，集成了web service技术，轻松构建小区实时信息门户，开发过程采用了先进软件工程方法，使产品品质得到充分保证，该产品的设计避免了目前市场上各类软件不是操作过于复杂就是功能过于简单的弊病，在提高产品功能的前提下，即保证了产品的灵活性，又保证了使用的易用性，可以使您快速构建工业项目，是web时代的杰作。

力控监控组态软件eForceCon的技术特点
       eForceCon系列软件完全符合远程大型工厂管理模式，根据大型工厂远程监控的需要，采用多种模型技术与软数据库总线技术进行模型设计，内置的分布式实时数据库支持多种工厂模型的信息数据类型及结构。

       eForceCon系列软件支持工厂数据模型、工程模型、窗口模型、智能单元模型、对象模型等多种技术，多种“脚本”技术嵌套保证系统集成。支持远程部署，在线修改参数，适合多人协作开发，可以构建典型的分布式应用，可以同步构建历史站、事件服务器、报警服务器等多种应用模式，适合大型SCADA系统和小区生产信息化应用。

       数据库的分层结构设计方便了大量的数据管理与历史数据归档，图形监控系统与数据归档采用分离结构，可以构造复杂灵活的分布式信息化系统，方便监控与管理，具备强大稳定的数据内核，内置的软件自诊断功能方便构造稳定的监控系统。
       “动态”数据源的设计保证了B/S和C/S等网络模式的数据访问，除了访问自己的实时历史数据库，同步也支持访问SQL关系数据库和国外大型实时历史数据库等多种数据库系统，系统的参数管理提供了参数的“动态”注册，方便负载调度，历史数据存储归档支持数据定时存储、条件存储、变化压缩存储、趋势压缩存储等多种技术，具备更强大的生产数据分析与统计功能，为工程组态提供便捷的组态方式。
       秉承方便灵活的开发环境，提供各种工程模板、大大降低了组态开发的工作量并加强了行业定制能力，支持大画面漫游，分辨率自动调整，方便工程组态，支持工程模板、画面模板、对象模板等功能，“模型对象”一次生成、多次使用，保证类似画面只需要组态一副画面即可，大大降低开发周期。
       强大的分布式报警、事件处理，支持报警、事件网络数据断线存储，恢复功能并增加声音、邮件和短信报警通知方式，全新的多线程IO调度程序，使通讯效率更高、速度更快。
       支持脚本在线调试，支持变量智能搜索功能，变量构件模板保证快速生成网络工程，支持多语言切换，保证多语言版本稳定内核，海外扩展更方便，可以充当力控小区实时历史数据库pSpace的客户端，与pSpace系统无缝集成，可以和地理信息系统（GIS）、ERP系统等诸多第三方软件系统进行无缝连接与集成，支持PDA掌上终端和IE浏览器访问力控的WEB服务器。

       开放式体系架构，全面支持DDE、OPC、ODBC/SQL、OLE DB XML、ActiveX等标准，以OLE、COM/DCOM、API等多种形式提供外部访问接口，便于用户利用各种常用开发工具（如：VC++、VB、.net等）进行深层的二次开发。
       全新的、灵活的Excel Addin工具，提供数据库实时和历史数据，还有事件和报警记录的操作向导函数、excel无缝结合，能够支持VBA复杂脚本控制，包括：脚本调用和事件脚本，可以为自定义报表、曲线和分析提供设计器。
       批次配方组件提供灵活的批量生产控制功能，用于提供一套完整的批量生产过程的历史记录并使其自动化，快速而轻松地创建配方并按照过程模型模拟实施过程。同时还提供完整的生产记录和材料的来龙去脉，您可以减少40%到60%的时间成本来实现批量生产的过程。批次配方组件将被广泛地应用于食品、医药、化工等任何涉及批量配方的领域。

4.总结
       将自动控制、网络通信、计算机以及GIS 等信息技术引入环境监测领域,采用力控监控组态软件eForceCon、力控实时数据库pSpace建立包括污染源在内的各环境要素在线监测系统,实现污染源在线监测系统的开发与建设,对重点污染源进行连续实时监测,动态掌握重点污染源企业的排污及超标情况,对加强重点污染企业、流域污染物排放的监督、总量控制、防止重大污染事故的发生,提高我国环境监测信息化水平以及环境决策与管理能力等都具有重大意义。