专利名称：一种环境监测现场监控cems系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及环境监测技术领域监测系统，尤其是一种在线监测CEMS系统。
背景技术：
CEMS (Continuous Emission Monitoring System),即固定连续排放污染烟气连续监测系统，它是对大气固定污染源排放的烟尘、气态污染物进行排放浓度连续监测，同时还连续测量烟气温度、烟气压力、烟气流速、烟气含氧量等参数，用于浓度折算和排放总量计算。目前环保部门已经在CEMS方面开展了大量工作，在主要的污染源已经投入大量设备进行连续监测，但是，在CEMS系统运行阶段也发现很多问题。例如根据中华人民共 和国环境保护行业标准HJ/T 75-2001《火电厂烟气排放连续监测技术规范》其中针对污染源的连续监测时间有明确的规定，精确到每个监测传感器每小时监测时间、连续监测时间占污染源运行时间比例以及CEMS系统响应时间、数据有效率、丢失数据等等，而目前的CEMS系统缺乏监测设备健康状态在线识别判定，污染源企业只能被动维护监测设备，一旦出现设备故障，还有可能因意外的数据中断导致巨额污染�？睿挥捎谌狈τ行У脑谙呤萦行陨蠛耸侄危姓喙芑苟栽谙呒嗖馐菡媸敌缘目己酥荒芤览涤诙ㄆ诶胂呤止け榷裕屑喙苄枨蠛艽蟮牡厍绕淦渌宋虻仍斐杉嗖饨峁耄鹨慌挪槲侍庀幕繁２糠执罅渴奔渚Γ虼四壳癈EMS系统运行的可靠性还有提高的余地，系统潜力尚未完全发掘。目前，污染源烟气在线监测系统或CEMS系统健康状态和监测数据有效性判别问题，是困扰污染源企业和行政监管机构的两大难题。由于缺乏监测设备健康状态在线识别判定，污染源企业只能被动维护监测设备，一旦出现设备故障，还有可能因意外的数据中断导致巨额污染罚款；由于缺乏有效的在线数据有效性审核手段，行政监管机构对在线监测数据真实性的考核只能依赖于定期离线手工比对。具体突出表现在( I)监测仪器分析周期较长，监控数据的实时性和采集密度较差。目前所使用的各种在线监测仪器大多需要经过比较复杂的化学反应，从开始采样到得出分析结果需要一定的时间周期，有些仪器需要几个小时才能完成分析过程，无法在第一时间内快速获取最新的环境数据，数据之间的时间间隔较长，不能完整反映环境的变化状况。(2)监测布点成本较高，布点密度较低，难以反映区域的整体环境状况。高温烟气通常处于几十米甚至更高的烟囱处，其工作环境恶劣，人工检测工作量大、繁琐而不安全。此外，现有的监测仪器大多体积庞大，对安装环境的要求也较高，需要配备专用的监测站房及相应的空调、电力等设施，仪器大多由国外进口，价格昂贵，部署和运营维护成本高，较难进行大规模、高密度的布设，同时也限制了监测点位的自由布设。在实际应用中，一般采用对典型点位进行监控的方法来代表某个区域的环境状况，无法反映区域内部环境的不同。(3)监测点位之间缺乏必要的沟通，未形成一套整体联动协调机制。不同点位、不同监测要素之间的环境状况有着非常复杂的相互影响关系，但在目前这种环境监控系统中，每个点位均只与监控中心进行单独交互，无法获取其它点位的监控数据并据此作出反应。
发明内容本实用新型所要解决的是提供一种专门适应环境CEMS使用要求的环境监测现场监控黑匣子系统；尤其是要加强有关主管部门或行政监管机构最关心的环境监测数据的可靠性和有效性。本实用新型的技术方案一种环境监测现场监控CEMS系统，包括现场监测层包括环境监测传感器，环境监测传感器设置无线传感器节点�？椋拱ɑ肪臣嗖庀殖〖嗫睾谙蛔酉低常捎梦尴叽衅魍缌樱荽洳惆ㄊ荽淠？椋殖〖嗖獠愕氖荽渲猎冻碳嗫夭悖弧ぴ冻碳嗫夭惆ㄍㄑ兜ピ荽娲⒌ピ菁嗫卮淼ピ幌殖〖嗖獠愕氖菥ㄑ兜ピ邮苤潦菁嗫卮淼ピ菰ど杼跫惺荽娲⒓笆莘治黾扑�。所述的环境监测现场监控黑匣子系统，包括单片机、存储模块、电源�？椋黄涮卣髟谟诨拱ㄎ尴叽淠？�、GPRS通信�？椋尴叽淠？榱拥谝惶煜撸珿PRS通信�？榱拥诙煜撸尴叽淠？橛牖肪臣嗖庀殖⊥缌樱珿PRS通信�？橛朐冻碳嗫刂行耐ㄑ�。所述的环境监测现场监控黑匣子系统，还包括RS232接口、RS485接口、数模转换接口、开关量接口中的一种或多种。存储�？樯柚肬SB连接口。现场监测层的无线传感网络布局均采用星型拓扑连接架构，相邻节点间距离为5 50米。采用本实用新型的技术方案，有益效果如下I)本实用新型不仅具有现有的或传统意义中的“黑匣子”具有的记录各设备仪器异常操作或状态的功能，同时还具有与远程监控中心进行双向无线通信或数据传输的功能，并且实时记录各设备仪器上监测传感器的参数，该参数不仅包括污染源的主要污染物指标数据，还包括污染物相关环境参数，例如污染源温度、在线监测的管道静压、动压、流速、烟气温度、湿度、污染源工作负荷等相关参数，为CEMS系统现场监测数据研判提供第一手、最准确的资料。2)现有的或传统意义中的“黑匣子”只有在设备仪器实效或不正常条件下起一个备份角色；本实用新型的“黑匣子”不仅具有这种备份角色，还具有一个连接远程监控中心与在线设备仪器之间双向交流的桥梁和现场监控中心的作用；在远程监控中心发现数据异常时或数据不合格时，能够及时调去黑匣子系统储存的数据，为后续处理保留下原始资料。3)本实用新型采用的低功耗、低成本、保密化的无线网络技术方案，将离散式的各种环境信息通过本实用新型的“黑匣子”实现无缝连接，可以解决目前传统的环境监测系统部署和维护成本高，难以自适应采集各种类型环境状态数据信息和实时、可靠地传输环境监测数据的难题。
图I为黑匣子系统的结构和原理示意图。图2为CEMS系统原理示意图。具体实施方 式实施例I :本实用新型的环境监测现场监控CEMS系统，包括现场监测层包括环境监测传感器，环境监测传感器设置无线传感器节点�？椋拱ɑ肪臣嗖庀殖〖嗫睾谙蛔酉低常捎梦尴叽衅魍缌� ，现场监测仪器参数等根据污染物及其对应国家标准设定，例如氮氧化物测定，参照标准《HJ/T 42固定污染源排期中氮氧化物的测定紫外分光光度法》，本实用新型不再赘述。随监测主要污染物指标时，同时设定环境参数仪器，例如测量现场温湿度、测量烟道烟气动压、静压、流速、烟温、湿度等参数仪器，系统均加装无线传感器节点�？椋牖肪臣嗖庀殖〖嗫睾谙蛔酉低匙宰槌晌尴叽衅魍纾莶捎眉用芪尴叽�。数据进入环境监测现场监控黑匣子系统储存封装。数据传输层包括数据传输�？椋殖〖嗖獠愕氖荽渲猎冻碳嗫夭悖唤诨肪臣嗖庀殖〖嗫睾谙蛔酉低持写⒋娣庾暗氖荽渲猎冻碳嗫夭悖∮肎PRS通讯传输。远程监控层包括通讯单元，数据存储单元，数据监控处理单元；现场监测层的数据经通讯单元接受至数据监控处理单元，根据预设条件进行数据存储及数据分析计算。在远程监控层，各单元根据需求设立服务器，必要的话，增加设立数据备份服务器。数据监控处理单元通过预设软件实现监控处理。其中所述的环境监测现场监控黑匣子系统，包括单片机、无线传输�？�、GPRS通信�？�、存储�？�、电源�？椋晃尴叽淠？榱拥谝惶煜撸珿PRS通信模块连接第二天线，无线传输�？橛牖肪臣嗖庀殖⊥缌樱珿PRS通信�？橛朐冻碳嗫刂行耐ㄑ叮幌低彻ぷ鞑街栉尴叽淠？榻邮芑肪臣嗖庀殖⊥绱涞奈廴驹词菁捌渌肪臣嗖庀殖∈荩涓テ� 单片机传输污染源数据及环境监测现场数据至存储�？榇⒋妫晃廴驹词菥璆PRS通讯�？榇渲猎冻碳嗫刂行模辉冻碳嗫刂行姆⑺褪莶檠肭缶璆PRS通信�？橹恋テテ魅ゴ娲⒛？橹械奈廴驹词菁捌渌肪臣嗖庀殖∈莘⑺突卦冻碳嗫刂行摹１臼涤眯滦屯ü肪臣嗖庀殖〖嗫睾谙蛔酉低常蠧EMS系统运行状态、如误操作、不按规范操作造成的结果等，在现场监控层的黑匣子系统中保存记录下来、并可直接下载或无线发送到远程监控中心进行随时监控或技术处理，实现了环境信息的实时、远程无线监控。黑匣子系统包括单片机、无线传输�？�、GPRS通信�？�、存储�？�、电源�？�。根据需要，“黑匣子”可安装在CEMS系统预处理机柜中，主要负责记录监测传感器参数、CEMS系统中各设备操作或运行状态，并储存。每个采样传感器都有序列号，这些序列号被写在芯片中，方便产品的跟踪。本实施例中，选用了 ARM系列中STM32F103单片机为处理器，作为黑匣子系统的主控机，管理协调监控中心节点的所有功能，完成与监测仪器或仪表等监控终端节点传感器和GPRS�？榈氖萃ㄑ叮笨刂艷PRS通信�？榉⑺秃徒邮帐�。GPRS�？樾枰ü谟氲テㄐ�。黑匣子通过无线/有线传输�？楹臀尴咄缁蛭尴逪ART网络，实现与各监测传感器双向通讯。同时，通过GPRS通信�？椋迪衷冻碳嗫刂行暮拖殖『谙蛔酉低持涞耐ㄐ呕蚴荽洹１臼涤眯滦偷摹昂谙蛔印辈捎昧肆礁鼋邮�/发射天线，让它们各负其责、以避免混淆，让各种类型信号在处理器中容易辨别或识辨无线传输�？榱拥谝惶煜吒涸鹩敫骷嗖獯衅魉蛲ㄑ叮籊PRS通信模块连接第二天线负责与远程监控中心之间的通信或数据传输；同时对STM32F103单片机进行了开发，增加了对各在线设备仪器上智能监测传感器�？楹臀尴叽淠？榇涔吹男畔⒔惺凳贝淼墓δ埽枇袅� 485总线接口和RS232接口，可以对多台设备仪器进行直接联络。利用各传感器�？椋赏ü尴叽涫荩憧稍诠净蛴没Ф耸凳钡牧私庀殖∽纯觯治鑫侍獾脑�。还采用了先进的强弱电隔离模块，增加接地、屏蔽、抗雷击和浪涌保护功能，提高在线监测系统的远程传感器网络的可靠性，解决高温烟气现场强电磁噪声干扰问题。无线传输�？槭怯蒀芯片经过开发做成的�？椋灰丫耸萑诤纤惴ê吐酚缮杓疲约岸酝ㄐ胖械耐轿侍獾奶乇鸫�。 GPRS通信�？楸臼涤眯滦脱∮肎PRS DTU — H7710作为GPRS通信�？椋梢越饩鱿殖∠殖〖嗫刂行摹昂谙蛔印庇朐冻碳嗫刂行乃蚴荽涞奈侍猓皇Ｗ籄D�？橛枇粲�16路模拟信号ADC_IN16入口通道。开关量入口 I/O:本实用新型还予留数字开关量16路输入口，可以为数字信号直接接入提供方便，增加了本实用新型的多种功能；存储�？槭鞘荽娲⒖ǎ捎靡恢执笕萘縎D卡；可以将各监测传感器参数、CEMS系统中各设备操作或运行状态记录或储存下来，以便需要时可以随时调出或下载；STM32F103处理器(单片机)是基于Cortex_M3内核和ARMv7_M体系结构的32位标准RISC (精简指令集)处理器；可提供很高的代码效率；该微处理器工作频率可达72MHz，内置512K字节的Flash存储器和64K字节的SRAM，具有丰富的通用I/O端口。处理器内部自带一个温度传感器，它感知到MPU周围的温度变化，将其转化为电压的变化。该传感器的温度适应范围很宽，可以测量_40°C —+125°C之间变化的温度值，转换精度为±1.5°C，能够较好的满足温度测量的任务。供电电压2. OV至3. 6V，具有一系列的省电模式，以保证低功耗应用的要求。如图2所示，为CEMS系统原理图,在线设备,包括各种监测仪表,例如水分仪、流速仪、其他仪表、黑匣子等，属于现场监测层；而数据传输层，通过通信服务�？�(网卡)提供在线设备的通信服务，提供实时在线交互和网络化功能；远端的远程监控层，包括数据接口服务�？橹饕峁┧懈鞲瞿？榈氖菘饨涌冢骋坏氖萁涌诳梢源蟠筇岣呦低嘲踩院驼宓睦┱剐裕恢悄苷锒戏衲？�(分析�？�)对智能产品提供数据分析处理，建立一套专家智能系统，为在线CEMS进行评估，并且提交评估报告，按照目前智能化产品系列，得出目前系统的评估结果；设备管理、用户管理模块对用户提供更为人性化的权限管理，可以解决客户维护人员的结构分配，提供系统使用的安全性，也符合客户分级要求；离线服务�？榭梢蕴峁┮恍┎吩谙殖∥薹ㄊ凳痹谙叩男枰梢远哉庑┎诽峁┙尤敕梦室螅诽峁├胂呖头滴�。另外，可以扩展到移动测量运维车使用；运营服务�？榭苫谌诵曰腢I界面，提供人机交互界面，为客户和自身提供完整的软件使用体验，并且在扩展方面，可以对iphone，等智能设备提供支持；这个系统用户UI，作为人机交互的主要通道，将提供基于SMART WEB方式的浏览技术，可以大大的提供系统使用效率，为不同用户提供集成化服务，并且可以为未来的业务需要提供扩展空间。DB是设在远程监控中心处的存储 服务器，通过数据接口服务�？椋阉性擞芾硎�、设备实时数据、短信信息等记录下来，随时调出使用。
权利要求1.一种环境监测现场监控CEMS系统，包括 现场监测层包括环境监测传感器，环境监测传感器设置无线传感器节点�？椋拱ɑ肪臣嗖庀殖〖嗫睾谙蛔酉低常捎梦尴叽衅魍缌樱� 数据传输层包括数据传输�？椋殖〖嗖獠愕氖荽渲猎冻碳嗫夭悖� 远程监控层包括通讯单元，数据存储单元，数据监控处理单元；现场监测层的数据经通讯单元接受至数据监控处理单元，根据预设条件进行数据存储及数据分析计算； 其特征在于 所述的环境监测现场监控黑匣子系统，包括单片机、存储�？�、电源�？椋换拱ㄎ尴叽淠？�、GPRS通信�？椋尴叽淠？榱拥谝惶煜撸珿PRS通信模块连接第二天线，无线传输�？橛牖肪臣嗖庀殖⊥缌樱珿PRS通信�？橛朐冻碳嗫刂行耐ㄑ�。
2.根据权利要求I所述的环境监测现场监控CEMS系统，其特征在于所述的环境监测现场监控黑匣子系统，还包括RS232接口、RS485接口、数模转换接口、开关量接口中的一种或多种。
3.根据权利要求I所述的环境监测现场监控CEMS系统，其特征在于存储�？樯柚肬SB连接口。
4.根据权利要求I所述的环境监测现场监控CEMS系统，其特征在于现场监测层的无线传感网络布局均采用星型拓扑连接架构，相邻节点间距离为5 50米。
专利摘要本实用新型涉及环境监测技术领域监测系统，尤其是一种环境监测现场监控CEMS系统，包括:现场监测层，数据传输层，远程监控层，现场监控黑匣子系统，包括单片机、存储模块、电源模块；其特征在于还包括无线传输�？�、GPRS通信模块，无线传输�？榱拥谝惶煜撸珿PRS通信�？榱拥诙煜撸尴叽淠？橛牖肪臣嗖庀殖⊥缌樱珿PRS通信模块与远程监控中心通讯。本实用新型采用的低功耗、低成本、保密化的无线网络技术方案，实时、可靠地传输环境监测数据。
文档编号G01D21/02GK202562522SQ20122018078
公开日2012年11月28日 申请日期2012年4月26日 优先权日2012年4月26日
发明者尹卫萍, 刘德允, 孙明伟, 陈莹, 李浙英 申请人:江苏省环境监测中心, 南京埃森环境技术有限公司
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