淺析基于GMS網(wǎng)絡(luò)的多通道水中油在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究論文
1 國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品和技術(shù)情況
發(fā)達(dá)國(guó)家的在線水中油監(jiān)測(cè)技術(shù)研究比較早，代表性企業(yè)有加拿大ARJAY 公司、美國(guó)Turner Designs公司和德國(guó)Deckma 公司。
在國(guó)內(nèi)，也有部分中小企業(yè)引用國(guó)外技術(shù)，進(jìn)行了自己的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。如北京利達(dá)科信環(huán)境安全技術(shù)有限公司的KS2902 水中油在線監(jiān)測(cè)儀，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于船舶、石油、化工、電力等多種行業(yè)中的循環(huán)水漏油在線監(jiān)測(cè)，以及江河、湖泊水體石油類物質(zhì)排放的實(shí)時(shí)、在線監(jiān)控。其現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)精確度、范圍以及技術(shù)水平等已經(jīng)接近美國(guó)、德國(guó)公司同類產(chǎn)品技術(shù)。綜上分析，不管是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，在水中油監(jiān)測(cè)技術(shù)上已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的水平，特別是在信號(hào)傳感上更是如此。但是這些現(xiàn)有產(chǎn)品都停留在單點(diǎn)本地監(jiān)測(cè)，無(wú)法滿足在線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及告警，更談不上遠(yuǎn)程集中管理。
2 多通道水中油在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成
2.1 系統(tǒng)主要功能
本項(xiàng)目的總體目標(biāo)是建立長(zhǎng)江及鄱陽(yáng)湖大范圍區(qū)域水體、濕地防范石油類污染物的高精度在線監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)報(bào)警系統(tǒng)管理網(wǎng)絡(luò)與平臺(tái)。該平臺(tái)監(jiān)測(cè)面積大，需10 臺(tái)儀器同時(shí)運(yùn)行，趨勢(shì)測(cè)量0～200ppm，精確度±1ppm，并具有自動(dòng)清洗等功能。另外，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)面的數(shù)據(jù)采集、傳輸與集成處理功能，即多臺(tái)水中油在線監(jiān)測(cè)儀的數(shù)據(jù)在中控室的一臺(tái)數(shù)據(jù)處理器上可實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、異常數(shù)據(jù)識(shí)別與報(bào)警、系統(tǒng)故障診斷和顯示等，還可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)水中油在線監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行集中、遠(yuǎn)距離數(shù)采與傳輸，信號(hào)衰減率小于10%。
2.2 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接框圖
多通道水中油在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體實(shí)現(xiàn)框圖所示。整個(gè)系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)、信號(hào)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和遠(yuǎn)程監(jiān)控終端四大部分，其中現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及信號(hào)傳輸系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心。下面將詳細(xì)介紹各主要模塊的設(shè)計(jì)。
2.3 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各組成部分主要性能
2.3.1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)
整個(gè)系統(tǒng)能容納100 個(gè)分布式煉油機(jī)組的數(shù)據(jù)采集，每個(gè)煉油機(jī)組可設(shè)置10 個(gè)采集點(diǎn)，采用非接觸傳感器進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，即時(shí)讀數(shù)，完成水中油各參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、采集、處理，并通過(guò)無(wú)線通信方式把數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控終端。
現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)原理框圖如圖二所示。它是利用光在通過(guò)清水和含油水時(shí)，透射和折射情況會(huì)發(fā)生較大差異的現(xiàn)象，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換元件將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大運(yùn)算電路處理，使之成為與水中含油量基本成線性變化的電壓信號(hào)。一方面，經(jīng)過(guò)A/D 變換器用數(shù)碼管顯示出來(lái);另一方面，經(jīng)過(guò)放大器放大的信號(hào)與基準(zhǔn)進(jìn)行比較，當(dāng)超過(guò)報(bào)警閥值時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警電路工作，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào);報(bào)警信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大，推動(dòng)報(bào)警器和閥門控制電路工作，關(guān)閉排放閥。
2.3.2 信號(hào)傳輸系統(tǒng)
由安裝在流域水體中的檢測(cè)儀(傳感器)采集水中含油狀況數(shù)據(jù)，然后傳遞給智能控制單元，同時(shí)按照Modbus 協(xié)議結(jié)構(gòu)封裝成數(shù)據(jù)包，最后將數(shù)據(jù)傳遞給無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送單元以GPRS 模式發(fā)送出去。由遠(yuǎn)程終端發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM 網(wǎng)絡(luò)接入到Internet網(wǎng)，再由Internet 網(wǎng)接入到內(nèi)部局域網(wǎng)中，首先實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)入主通訊服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，解析同時(shí)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)，然后提取部分檢測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)交由防漏與智能預(yù)警檢測(cè)服務(wù)進(jìn)行檢測(cè)。最后循環(huán)水監(jiān)測(cè)中心管理人員通過(guò)B/S 管理客戶端對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控、管理與維護(hù)。
2.3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器
本文提出一種異步接收異步處理方式，該方法是采用導(dǎo)步接收方式存入循環(huán)緩存，同時(shí)有另外的多個(gè)處理線程對(duì)循環(huán)隊(duì)列中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)解析、存儲(chǔ)與處理。接收線程與處理線程各自獨(dú)立處理，采用信號(hào)量方式進(jìn)行多線程同步。異步接收線程將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)隊(duì)列中的數(shù)據(jù)依次存入到數(shù)據(jù)循環(huán)緩存隊(duì)列中，然后對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)循環(huán)緩存隊(duì)列分配一個(gè)專用的處理線程進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而達(dá)到實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)的目的。
數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)中心主通訊服務(wù)的設(shè)計(jì)采用DelphiXE2 作為開(kāi)發(fā)環(huán)境，以控件編程模式編寫程序，大大減化編程過(guò)程，減少代碼編寫工作量，縮短開(kāi)發(fā)期。
2.3.4 遠(yuǎn)程監(jiān)控終端
本系統(tǒng)擬采用ASP.NET 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)異步數(shù)據(jù)獲取，進(jìn)行基于B/S 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的監(jiān)控平臺(tái)與管理平臺(tái)開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)Internet 網(wǎng)上實(shí)時(shí)監(jiān)控與數(shù)據(jù)處理。
3 多通道水中油在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
在研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們主要解決了以下關(guān)鍵問(wèn)題：
3.1 主通訊服務(wù)器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理
由于遠(yuǎn)程循環(huán)水含油監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量多，而且采集數(shù)據(jù)頻率要求高，導(dǎo)致了主通訊服務(wù)器承受著大容量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理的壓力，本研究采用多線程異步處理的.方式，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定實(shí)時(shí)的主通訊服務(wù)器功能。
3.2 循環(huán)水含油監(jiān)測(cè)防漏告警
從理論上深度研究并建立告警模型，同時(shí)結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，根據(jù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)，估算漏油的可能性，提高了檢測(cè)的效率。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文研制了一套基于GMS 網(wǎng)絡(luò)的新一代多通道水中油在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括水中含油量采集與控制器單元、監(jiān)控中心通信服務(wù)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)預(yù)警與遠(yuǎn)程自動(dòng)控制處理、基于B/S 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的監(jiān)控平臺(tái)與管理平臺(tái)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多臺(tái)水中油在線監(jiān)測(cè)儀的數(shù)據(jù)在中控室的一臺(tái)數(shù)據(jù)處理器上可實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，異常數(shù)據(jù)識(shí)別與報(bào)警、系統(tǒng)故障診斷和顯示等功能。系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于石油、化工廠廢水排放監(jiān)測(cè);鍋爐補(bǔ)給水及冷凝水的漏油監(jiān)測(cè);循環(huán)冷卻水漏油監(jiān)測(cè);水力發(fā)電站壩水坑水中油監(jiān)測(cè);江河、湖泊水體油污染監(jiān)測(cè)有助于企業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)，并帶動(dòng)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。
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