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空气质量自动监测技术

2019.5.09

  自动监测技术是随着上海市环境空气监测日报和预报业务工作的深入开展与进一步细化,从而不断发展起来的。现今的自动监测技术融合了当前较为成熟高效的信息采集;数据传输;仪器反控等技术,从而全面提升本市环境空气质量的信息化管理和应用水平,并为本市空气质量数据实时发布服务。 
  1 数据采集技术 
  上海空气自动站仪器类别多,但不是所有的仪器都支持数字量采集。像早期的气象五参数Visal等仪器只支持模拟输出。ESC8800是针对仪器模拟量采集的数据采集终端。 
  ESC8800数据记录器是基于微处理器的数据采集系统,专门采集,加工,储存和传送环境数据。一般标准的ESC8800由一个微处理器,模拟输入多工器;可编程增益放大器;模数转换器;随机存取记忆体;电源;时钟和数据存储的备用电池。EDAS是上位平台软件能够通过电话拨号的方式将ESC8800现场数据采集到中心。而随着计算机技术的飞速发展,越来越多的子站开始配置工控机,开发个性化的数据采集程序。工控机通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机,而工业现场一般具有强烈的震动,灰尘特别多,另有很高的电磁场力干扰等特点,且一般工厂均是连续作业即一年中一般没有休息。因此,工控机与普通计算机相比必须具有以下特点:1)机箱采用钢结构,有较高的防磁、防尘、防冲击的能力;2)机箱内有专用底板,底板上有PCI和ISA插槽;3)机箱内有专门电源,电源有较强的抗干扰能力;4)要求具有连续长时间工作能力;5) 一般采用便于安装的标准机箱(4U标准机箱较为常见)。 
  上海空气自动站仪器数据采集分为3种模式: 
  1)使用ESC8800采集模拟量数据,中心平台通过电话拨号的方式将数据收回; 
  2)使用工控机软件对仪器RS232或者LAN口发送仪器通讯协议命令索取数据,随后通过无线网络或者有线宽带将数据发送到中心平台; 
  3)使用工控机将ESC8800采集到的模拟量通过无线网络或者有线宽带转发到中心平台。 
  第一种模式以ESC8800为核心的早期数据采集方式优点与缺点同样明显。优点是不用取得仪器厂商的数字通讯协议且部署方便。缺点是模拟量采集数据会走偏没有数字量精确;数据分类固定无法再加工;现场数据储存量小;雷雨天气电话线路容易遭受雷击等一系列的问题。而第二种模式与第一种模式相反,只需要得到仪器的通讯协议,就可以采集数字量;现场工控机可以存储大量数据;不会因为天气而影响数据传输。第三种模式采用ESC8800数据转发模式结合了第一种模式和第二种模式的优点,但仍旧存在模拟量会走偏这个缺点。 
  2 通讯传输技术 
  现今的空气质量自动监测系统搭建模式更多为数字传输系统,工控机通过RS232串口通信方式对仪器进行数据采集,随后通过TCP/IP网络协议将数据发送到中心平台。为了加强空气质量自动监测系统仪器设备和中心平台之间的数据交换传输的规范性,上海市环境质量自动监控通讯传输技术规范诞生了。标准规定了数据传输的过程及系统对参数命令、交互命令、数据命令和控制命令的数据格式和代码定义,标准不限制系统扩展其他的信息内容。数字传输系统通信网络可以是宽带也可以是GPRS。 
  数字传输系统的搭建方式相比模拟传输更加稳定,发展空间更大。 
  3 自动化质控技术 
  对于空气质量自动监测业务而言,日常质控包括仪器的运维以及建立数据有效性的审核机制。而监测仪器在日常运维中发生的故障与波动是产生大量监测数据异常的主要原因,所以巡检人员需要至少每周巡检一次,其工作主要是负责仪器的精密度校准和仪器故障排除等。但对于仪器精密度检查而言一周一次密度过低,需要通过自动化技术将这个过程细化。为了实现自动校准功能,首先需要打开现场标气阀门进行检漏实验,确定不漏气的情况下再继续进行。 
  自动化质控技术不但能够仪器定标确保仪器数据的准确性,还能够规范运维人员的运维操作,给软件建立子站事件日志系统,子站除自动零跨、自动精度检查外发生的事件都形成记录上传并储存,同时在固定的监控窗口中显示,主要事件包括以下: 
  1)当子站巡检人员在现场进行零点、跨度校准操作,以及远程启动校准操作,系统应自动生成记录上传,记录可以是文本形式,校准相关的记录内容应包括: 
  2)校准参数名称和设置浓度,零点还是其它浓度点,在校准仪上每设定启动一个浓度点,就应产生一条记录; 
  3)每次校准开始时刻和结束时刻; 
  4)每次校准结束时分析仪的读数; 
  5)记录应明确是现场操作的校准还是通过远程启动实施的校准; 
  6) 现场校准是否对仪器进行了校准调节,如果实施了调节,应将调节好后的仪器的零点偏置和斜率两个参数读取出来,记录在该条记录中; 
  维护人员的日常操作规范和仪器状态一样重要。运用现场工控机软件,可以将运维人员的操作步骤都记录下来,从而实现运维表单的无纸化管理方便日后查阅归档。 
  4结论 
  通过本文的分析,自动监测技术有利于构建一套具有时效性;自动化质控;集成更多数据种类;自定义采集监测数据类型的数据管理平台,又满足了空气质量数据业务的实时性、丰富性、专业性要求,对相关系统的进一步发展都有着良好的借鉴意义。 
   

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