CN106054781B - 一种污染物排放总量监控仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污染物排放总量监控仪，其功能是用于实现污染物排放总量数据的获取、计算和管控，主要由数据采集单元、集成电路卡(简称“IC卡”)及读卡器单元、数据存储单元、中央处理单元和输出控制单元等组成。数据采集单元用于模拟量信号、开关量信号的采集；IC卡及读卡器单元用于IC卡现场储值；数据存储单元用于存储数据；中央处理单元用于读取采集信号和现场储值数据，并对其进行分析和处理；输出控制单元用于在中央处理单元的控制下实现报警、开关阀门的控制。数据采集单元与采样预处理系统和在线监测分析仪连接，二者在输出控制单元的控制下运行。本发明确保了污染物排放总量数据的准确性、可靠性、真实性、安全性。

Description

一种污染物排放总量监控仪

技术领域

本发明涉及污染物监控技术领域，具体地是涉及一种污染物排放总量监控仪。

背景技术

环境保护最终要落实到每个排污企业的污染物排放总量上。当所有企业的污染物排放总量超过环境的承载能力时，环境就会受到破坏，反之，环境就会维持一个动态的平衡。因此，污染物排放总量的监控是环境保护非常重要的一个抓手。2016年，国家已经开始着手制订《环保税法》，这可能成为中国环保排污收费的一项里程碑式的改革措施，而在这项改革措施实施过程中，污染物排放总量数据将直接决定企业缴纳税收的多少，因此该数据的准确性、可靠性、真实性、安全性、权威性需要从各个方面予以保证。

然而，在传统污染物排放总量数据的计算和获取手段中，却存在诸多的不足之处，使数据的准确性、可靠性、真实性、安全性、权威性大打折扣；另外，从排污企业的角度考虑：当自身交税后，需要收到一份合理化材料和证明，以证明自身的交税是必须且合法的，传统的方法无法实现此功能。

首先在传统的污染物排放总量数据的获取中，数据获取的依据是根据《HJ477污染源在线自动监控(监测)数据采集传输仪技术要求》。在这份技术要求中，没有规定从采集的数据中对数据的有效性进行识别的方法。这样采集数据的结果必然存在极大的不确定性，如果用来收费可能引起很多纠纷。这份技术要求的另一个不足之处是没有提到总量的计算问题，这样很多地方环保局对总量数据的计算功能是在环保主管部门的在线监控软件平台上实现的，这使得数据的权威性缺乏令人信服的证据。这和水表、电表、气表收费的道理是一致的，当只有环保主管部门那里有唯一数据时，企业是有质疑的理由的。另外，在数据的传输过程中，也没有采取任何传输加密措施，这对普通数据来说可能是无关紧要的，但当污染物排放总量数据成为与金融密切相关的数据时，数据的安全性必须得到有效的保证。

因此，传统的数据采集传输仪在数据的真实性、可靠性、安全性、权威性方面都没有相关措施，在数据的准确性方面也存在不足。不足之处描述如下：传统的隔离只是模拟量和数字量隔离，而现场实际情况是，当多台在线监测分析仪的模拟信号同时接入时，可能引起彼此干扰。多台分析仪的4mA～20mA输入共地，由于存在彼此之间地电势的不完全相同，因此导致在地线上有电流流动，这样将对测量结果造成影响，严重的可能无法测量。因此虽然在数字地和模拟地之间做了隔离，但仍然无法消除彼此之间的影响，这必然导致数据的准确性受到影响。

因此，本发明的发明人亟需构思一种新技术以改善其问题。

发明内容

本发明旨在提供一种污染物排放总量监控仪，其在对污染物排放总量数据的获取和计算过程中，实现污染物排放总量数据监测的准确性、可靠性、真实性、安全性、权威性。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种污染物排放总量监控仪，包括：

数据采集单元，用于实现模拟量信号、开关量信号的采集功能，获取采集信号并将其发送至中央处理单元；

IC卡及读卡器单元，用于实现IC卡现场储值功能，并将现场储值数据发送至所述中央处理单元；

所述数据存储单元，用于实现采集信号和现场储值数据的存储功能；

所述中央处理单元，用于读取采集信号和现场储值数据，并对其进行分析和处理，将采集信号和现场储值数据存储到所述数据存储单元，发送控制指令到输出控制单元；

所述输出控制单元，用于在所述中央处理单元的控制下实现报警、开关阀门的控制功能；

其中所述数据采集单元与一个采样预处理系统和一个或者多个在线监测分析仪连接，所述采样预处理系统和所述在线监测分析仪在所述输出控制单元的控制下运行。

优选地，所述采样预处理系统包括第一潜水泵、第一手动流量调节阀、第二潜水泵、第二手动流量调节阀、第一预留桶、第二预留桶、第一电磁阀、第二电磁阀、在线监测分析仪(例如：COD分析仪)采样口、采样器采样口，其中所述第一潜水泵通过所述第一手动流量调节阀与所述第一预留桶连通，所述第二潜水泵通过所述第二手动流量调节阀与所述第一预留桶连通；所述第一预留桶和所述第二预留桶之间设有所述第一电磁阀，所述第二电磁阀与所述第二预留桶连接，所述COD分析仪采样口和所述采样器采样口分别与所述第二预留桶连接；所述第一潜水泵和所述第二潜水泵通过开关阀门在所述输出控制单元的控制下运行；所述采样器采样口与所述数据采集单元连接，所述数据采集单元与所述在线监测分析仪的信号输出接口相连接。

优选地，还包括人机界面单元，与所述中央处理单元连接，用于实现人机交互功能。

优选地，所述中央处理单元通过数据传输加密器与所述IC卡及读卡器单元连接。

优选地，还包括监控中心和数据传输单元，所述中央处理单元通过所述数据传输单元与所述监控中心通信，实现数据传输。

优选地，所述采样预处理系统还包括第一手动压力调节阀、第二手动压力调节阀、第一溢流口、第二溢流口，其中所述第一手动压力调节阀与所述第一潜水泵连接，所述第二手动压力调节阀与所述第二潜水泵连接；所述第一溢流口与所述第一预留桶连接，所述第二溢流口与所述第二预留桶连接。

优选地，还包括数字量单元，与所述中央控制单元连接，用于实现数字接口的信号采集以及通信功能。

优选地，还包括电源单元，所述电源单元与所述中央处理单元连接，用于提供稳定的供电电源。

优选地，所述电源单元为不间断电源单元。

优选地，所述数字接口包括但不限于RS232接口、RS485接口、以太网接口。

采用上述技术方案，本发明至少包括如下有益效果：

本发明所述的污染物排放总量监控仪，在对污染物排放总量数据的获取和计算过程中，实现污染物排放总量数据的准确性、可靠性、真实性、安全性、权威性。

附图说明

图1为本发明所述的污染物排放总量监控仪的结构示意图；

图2为本发明所述的采样预处理系统的结构示意图；

图3为本发明所述的AI板卡的原理图。

其中：1.第一潜水泵，2.第一手动流量调节阀,3.第二潜水泵,4.第二手动流量调节阀，5.第一预留桶，6.第二预留桶，7.第一电磁阀，8.第二电磁阀，9.在线监测分析仪采样口，10.采样器采样口，11.第一手动压力调节阀，12.第二手动压力调节阀，13.第一溢流口，14.第二溢流口，15.模拟开关，16.V/F变换器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图2所示，为符合本发明的一种污染物排放总量监控仪，包括：

数据采集单元，用于实现模拟量信号、开关量信号的采集功能，获取采集信号并将其发送至中央处理单元；

IC卡及读卡器单元，用于实现IC卡现场储值功能，并将现场储值数据发送至所述中央处理单元；

所述数据存储单元，用于实现采集信号和现场储值数据的存储功能；

所述中央处理单元，用于读取采集信号和现场储值数据，并对其进行分析和处理，将采集信号和现场储值数据存储到所述数据存储单元，发送控制指令到输出控制单元；

所述输出控制单元，用于在所述中央处理单元的控制下实现报警、开关阀门的控制功能；

其中所述数据采集单元与一个采样预处理系统和一个或者多个在线监测分析仪连接，所述采样预处理系统和所述在线监测分析仪在所述输出控制单元的控制下运行。所述在线监测分析仪包括但不限于废水总量监控仪、废气总量监控仪、固废总量监控仪、扬尘总量监控仪、噪声监测仪、水质检测仪、大气检测仪、土壤检测仪等。所述采样预处理系统和所述在线监测分析仪的结合使用，可以使数据采集更加充分，数据更加精准。

众所周知，传统污染物排放总量在计算时，按照每间隔一段时间测量一个污染物浓度结果，然后由污染物浓度数据与流量数据积分，计算出污染物排放总量数据。这种传统方法，绝大多数情况是按照每间隔2小时计算一次，也有每间隔4小时计算一次的。以水样为例，这种分析结果是以一个时刻点的水样分析结果代表某段时间段的分析结果。例如在0:00点那个时刻采集一次水样，进行分析，分析结果代表0:00点到2:00点之间的污染物浓度，如果水质比较稳定，这种分析是没有太大误差的，例如污水处理厂的污水。但是，当水质不稳定时，这种计算方法必然引起很大的误差，因为一个时间点的数据不能代表一个时间段的数据。本实施例所述采样预处理系统，采用混合均匀采样功能，即在污染物浓度分析间隔周期内，采样是不间断的、是均匀的，这就保证了在线监测分析时，采用的是分析间隔周期内混合的、具有代表性的水样、废气样本等。

在优选实施例中，所述采样预处理系统为一个水样采样预处理系统，为了保证测量时，不影响下次采样分析，采用了双采样桶方案。具体地，所述采样预处理系统包括第一潜水泵1、第一手动流量调节阀2、第二潜水泵3、第二手动流量调节阀4、第一预留桶5、第二预留桶6、第一电磁阀7、第二电磁阀8、在线监测分析仪(例如：COD分析仪)采样口9、采样器采样口10，其中所述第一潜水泵1通过所述第一手动流量调节阀2与所述第一预留桶5连通，所述第二潜水泵3通过所述第二手动流量调节阀4与所述第一预留桶5连通；所述第一预留桶5和所述第二预留桶6之间设有所述第一电磁阀7，所述第二电磁阀8与所述第二预留桶6连接，所述在线监测分析仪(例如：化学需氧量COD分析仪)采样口9和所述采样器采样口10分别与所述第二预留桶6连接；所述第一潜水泵1和所述第二潜水泵3通过开关阀门在所述输出控制单元的控制下运行；所述采样器采样口10与所述数据采集单元连接，所述数据采集单元与所述在线监测分析仪的信号(模拟量或者数字量)输出接口相连接。

当然，还有针对其他污染物设计的预处理系统均在本实施例的保护范围之内，本实施例对此不再赘述，本领域技术人员在本实施例公开的基础上可以设计出其他的采样预处理系统。

优选地，还包括人机界面单元，与所述中央处理单元连接，用于实现人机交互功能。

优选地，所述中央处理单元通过数据传输加密器与所述IC卡及读卡器单元连接。数据传输加密器收到数据包后，将需要加密的部分摘取出来，根据需要采用的加密算法，发送给硬件加密芯片的不同加密组件，加密组件在加密结束后，将加密结果返给总量监控仪的中央处理单元。同样当中央处理单元收到数据包后，需要进行解密时，将需要解密的数据包发给加密器，加密器收到后发送给相应的组件进行解密，然后将解密结果返给中央处理单元。这样就保证了在网络上传输的数据全部是加密后的数据，安全性得以保证。所述中央处理单元优选为工业控制计算机。

优选地，还包括监控中心和数据传输单元，所述中央处理单元通过所述数据传输单元与所述监控中心通信，实现数据传输。

优选地，所述采样预处理系统还包括第一手动压力调节阀11、第二手动压力调节阀12、第一溢流口13、第二溢流口14，其中所述第一手动压力调节阀11与所述第一潜水泵1连接，所述第二手动压力调节阀12与所述第二潜水泵3连接；所述第一溢流口13与所述第一预留桶5连接，所述第二溢流口14与所述第二预留桶6连接。

优选地，还包括数字量单元，与所述中央控制单元连接，用于实现数字接口的信号采集以及通信功能。

优选地，还包括电源单元，所述电源单元与所述中央处理单元连接，用于提供稳定的供电电源。

优选地，所述电源单元为不间断电源单元。

优选地，所述数字接口包括但不限于RS232接口、RS485接口、以太网接口。

本实施例中，以AI板卡、DI板卡、DO板卡、COM板卡等为硬件载体，其中所述AI板卡上设有多组可供采集的模拟信号，如4mA～20mA，0V～1V，0V～5V，-5V～+5V等。所述数据采集单元集成在AI板卡和DI板卡上，所述中央处理单元集成于COM板卡上，所述输出控制单元设置在所述DO板卡上。COM板卡上的RS232/RS485接口和以太网接口，可以采集任何在线监测分析仪的各种工作状态。在采集时为了保证总量监控仪能够采集任何类型的分析仪器状态，而无需到现场进行程序升级，总量监控仪采用了透明封装协议的方式进行处理。

所述AI板卡还包括N个模拟开关15和一个V/F变换器16。当要测量模拟信号1的数据时，AI板卡控制第一模拟开关15导通，这时模拟信号1就被接入到内部电路。当要测量模拟信号N时，就接通第N模拟开关15。整个电路的设计保证在任何时刻只有1路信号能够被接入到内部电路。这样就实现了第一步的信号和信号之间的隔离。信号在进入内部电路后，采用V/F变换器16变换，将电压信号转换为频率，由于频率信号是数字信号，因此可以通过数字光耦很容易实现第二步模拟和数字地之间的隔离。这样两步的隔离保证了数据的准确性。

当要采集-5V～+5V模拟信号时，同时采集与该信号对应的电动阀门的状态，使二者相互关联(优选采用灰色关联分析法)，如果电动阀门是关闭的，则采集的数据应该是零，如果不是零则数据无效。同样当采集4mA～20mA时，同时对该4mA～20mA输出的仪器进行远程诊断，使诊断结果和测量数据相关联，如果诊断结果为仪器处于不正常工作状态，则将采集的数据带上数据标识，为排污主管部门进行数据审核提供依据。

所述输出控制单元设置在所述DO板卡上，DO板卡通过继电器输出控制如图2所示的采样预处理系统。每间隔10分钟，DO板卡控制采样预处理的第一潜水泵1或者第二潜水泵3(交替控制)抽水2分钟，这样2个小时后，共抽水12次，24分钟，这样获得的水样，能够代表2小时内企业排污的真实情况，从而获得真实数据。在在线监测分析仪(例如：COD分析仪)进行水样分析时，为了不影响采样预处理系统的连续采样，DO板卡可以控制采样预处理系统的第一电磁阀7，将水样流到第二预留桶6内，然后关闭第一电磁阀7。这样第一预留桶5继续存储后续采集的水样，而第二预留桶6则为分析仪分析数据提供长时间存储水样功能。当COM板卡通过与COD分析仪进行通信，获知COD分析仪已经分析结束时，通知DO板卡，DO板卡接到通知后，控制第二电磁阀8打开，将第二预留桶6内的水样排空，等待下次水样分析。

本实施例将模拟信号(例如4mA～20mA)之间进行隔离，这将保证数据极大的稳定和可靠性，同时避免了不同在线监测分析仪之间的相互干扰，导致工作不可靠的现象。如附图3所示，由于通过模拟开关(或者称为光耦继电器)，使信号之间在电气上全部隔离，那么就完全消除了通道之间的相互影响。同时，当由于存在高频信号，或者由于在传输过程中受到的干扰以及高频信号对测量数据有影响时，传统的AD转换很难将高频信号滤掉，有时需要通过软件数字滤波的方式过滤掉，但过滤掉的信号也可能是有用的信号。这样的信号可以通过V/F变换来有效消除，并且不会过滤掉有用的信号。有效保证了数据的准确性。

总量监控仪所采集的数据受各种因素的影响，当这些因素存在时，所采集的数据是不能使用的。因此需要对采集的数据和影响此数据的参数进行关联，并根据关联条件来判断数据的有效性，从而使采集的数据可靠，关联的方式有模拟量参数和数字状态参数相关联、模拟量参数和仪器状态参数相关联、模拟参数和仪器诊断状态相关联等，优选采用灰色关联分析法(本领域技术人员应当知晓)，有效保证了数据的可靠性。

由于污染物排放企业的在线监测分析仪器的分析周期比较长，因此分析数据浓度时，只能采集一个时间点的数据，作为某段时间的数据。例如COD分析仪每2小时测量一个数据，测量时采集污水的时间可能只有3分钟，那么这3分钟的污水是不可能代表2个小时整段时间的。总量监控仪具有非常丰富的输出控制功能，可以与采样预处理进行联动，保证采集的水样是2小时内真实的平均水样，有效保证了数据的真实性。

总量监控仪采用了国产、经过国家密码局安全认证的密码芯片，来完成数据的硬加密、硬解密功能。为了适应不同环保主管部门的安全需求，支持SM1、SM2、SM3、SM4国密算法，同时支持RSA、DES国际通用加密算法。有效保证了数据的安全性。

由于总量监控仪的测量数据在总量监控仪上存储，企业可以通过微型打印机打印各种污染物总量的原始数据。其次，总量监控仪的测量数据需要传输到环保主管部门，经过环保主管部门的相关审核流程，然后再返回到总量监控仪。这样在总量监控仪上既具有企业的原始测量数据，同时具有经过环保主管部门审核后的最终数据，且有审核依据可供企业查询和打印。这样就实现了测量数据的权威性，使企业没有疑义。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种污染物排放总量监控仪，其特征在于，包括：

数据采集单元，用于实现模拟量信号、开关量信号的采集功能，获取采集信号并将其发送至中央处理单元；

IC卡及读卡器单元，用于实现IC卡现场储值功能，并将现场储值数据发送至所述中央处理单元；

数据存储单元，用于实现采集信号和现场储值数据的存储功能；

所述中央处理单元，用于读取采集信号和现场储值数据，并对其进行分析和处理，将采集信号和现场储值数据存储到所述数据存储单元，发送控制指令到输出控制单元；

所述输出控制单元，用于在所述中央处理单元的控制下实现报警、开关阀门的控制功能；

其中所述数据采集单元与一个采样预处理系统和一个或者多个在线监测分析仪连接，所述采样预处理系统和所述在线监测分析仪在所述输出控制单元的控制下运行；

以AI板卡、DI板卡、DO板卡、COM板卡为硬件载体，所述数据采集单元集成在AI板卡和DI板卡上，所述中央处理单元集成于COM板卡上，所述输出控制单元设置在所述DO板卡上；COM板卡上的RS232/RS485接口和以太网接口，可以采集任何在线监测分析仪的各种工作状态；在采集时为了保证总量监控仪能够采集任何类型的分析仪器状态，而无需到现场进行程序升级，总量监控仪采用了透明封装协议的方式进行处理；所述AI板卡还包括N个模拟开关和一个V/F变换器；当要测量模拟信号1的数据时，AI板卡控制第一模拟开关导通，这时模拟信号1就被接入到内部电路；当要测量模拟信号N时，就接通第N模拟开关；整个电路的设计保证在任何时刻只有1路信号能够被接入到内部电路；这样就实现了第一步的信号和信号之间的隔离；信号在进入内部电路后，采用V/F变换器变换，将电压信号转换为频率，由于频率信号是数字信号，因此可以通过数字光耦很容易实现第二步模拟和数字地之间的隔离；这样两步的隔离保证了数据的准确性。

2.如权利要求1所述的污染物排放总量监控仪，其特征在于：所述采样预处理系统包括第一潜水泵、第一手动流量调节阀、第二潜水泵、第二手动流量调节阀、第一预留桶、第二预留桶、第一电磁阀、第二电磁阀、在线监测分析仪采样口、采样器采样口，其中所述第一潜水泵通过所述第一手动流量调节阀与所述第一预留桶连通，所述第二潜水泵通过所述第二手动流量调节阀与所述第一预留桶连通；所述第一预留桶和所述第二预留桶之间设有所述第一电磁阀，所述第二电磁阀与所述第二预留桶连接，所述在线监测分析仪采样口和所述采样器采样口分别与所述第二预留桶连接；所述第一潜水泵和所述第二潜水泵通过开关阀门在所述输出控制单元的控制下运行；所述采样器采样口与所述数据采集单元连接，所述数据采集单元与所述在线监测分析仪的信号输出接口相连接。

3.如权利要求1或2所述的污染物排放总量监控仪，其特征在于：还包括人机界面单元，与所述中央处理单元连接，用于实现人机交互功能。

4.如权利要求1所述的污染物排放总量监控仪，其特征在于：所述中央处理单元通过数据传输加密器与所述IC卡及读卡器单元连接。

5.如权利要求1所述的污染物排放总量监控仪，其特征在于：还包括监控中心和数据传输单元，所述中央处理单元通过所述数据传输单元与所述监控中心通信，实现数据传输。

6.如权利要求2所述的污染物排放总量监控仪，其特征在于：所述采样预处理系统还包括第一手动压力调节阀、第二手动压力调节阀、第一溢流口、第二溢流口，其中所述第一手动压力调节阀与所述第一潜水泵连接，所述第二手动压力调节阀与所述第二潜水泵连接；所述第一溢流口与所述第一预留桶连接，所述第二溢流口与所述第二预留桶连接。

7.如权利要求1所述的污染物排放总量监控仪，其特征在于：还包括数字量单元，与所述中央控制单元连接，用于实现数字接口的信号采集以及通信功能。

8.如权利要求1所述的污染物排放总量监控仪，其特征在于：还包括电源单元，所述电源单元与所述中央处理单元连接，用于提供稳定的供电电源。

9.如权利要求8所述的污染物排放总量监控仪，其特征在于：所述电源单元为不间断电源单元。

10.如权利要求7所述的污染物排放总量监控仪，其特征在于：所述数字接口包括但不限于RS232接口、RS485接口、以太网接口。