CN109541141A - 一种小型空气质量监测系统及分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型空气质量监测系统及分析方法。该系统包括气态物采集系统、标准气体生成系统、β射线法颗粒物采集系统、可编程逻辑控制器和工控机，可编程逻辑控制器与所述工控机相连接，气态物采集系统包括第一采样管道、第一采样泵、膜式过滤器和气体分析仪；标准气体生成系统包括标气输送管路、零气发生器、动态校准仪和标准气体罐；β射线法颗粒物监测系统包括TSP颗粒物监测仪、PM2.5颗粒物监测仪、PM10颗粒物监测仪、第二采样管道和第二采样泵，可编程逻辑控制器的输出端与第一电磁阀、第二电磁阀、第一采集泵和第二采集泵电性连接。本发明提供的小型空气质量监测系统及分析方法，既达到了监测空气质量的目的，又降低了空气监测系统的成本。

Description

一种小型空气质量监测系统及分析方法

技术领域

本发明涉及环境监测技术领域，特别是涉及一种小型空气质量监测系统及分析方法。

背景技术

在人们日益关注周围生活的环境的同时，希望更多的了解周围空气质量，环保部门为了满足人们的需求，需要完善原有空气质量监测系统，使环境空气质量更能如实反应实际空气质量，这样就需要增加大量空气质量监测系统，但是对于现有国家级空气质量监测系统造价昂贵，对于周围安装要求高，于是传统空气站的缺点和不足日益显示出来，主要表现在:

大型空气站体积庞大，结构复杂，价格昂贵，对环保门的经济支出造成了很大负担。传统大型空气站安装要求高，安装周期长。

大型空气站故障率高，维护量大。

发明内容

本发明提供一种小型空气质量监测系统及分析方法，采用整体式安装和模块化设计，既达到了监测空气质量的目的，又大大降低了空气监测系统的成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种小型空气质量监测系统，包括气态物采集系统、标准气体生成系统、β射线法颗粒物采集系统、可编程逻辑控制器和工控机，所述工控机集成有数据采集的组态软件，所述数据组态软件用于显示监测数据的参数、相关仪表的报警信息以及进行故障分析；可编程逻辑控制器通过通讯线缆与所述工控机相连接，所述可编程逻辑控制器内设置有数据采集模块，所述气态物采集系统包括第一采样管道、第一采样泵、多个膜式过滤器和多个气体分析仪，所述第一采样管道竖向布置，所述第一采样管道的上端穿过机柜顶部与大气直接连通，所述第一采样管道的下端通过第一电磁阀与所述第一采样泵相连接，所述第一采样管道上设置有多个输出支路，所述输出支路的输出端分别与所述膜式过滤器的输入端相连接，所述膜式过滤器的输出端分别与相应气体分析仪的进气端相连接；所述标准气体生成系统包括标气输送管路、零气发生器、动态校准仪和多个标准气体罐，所述标气输送管路的输出端与所述动态校准仪的标气输入口相连接，所述标气输送管路上设置有多个标气输入支路，所述标气输入支路的输入端分别与所述标准气体罐的出气口相连接，所述零气发生器的零气出口通过零气输送管路与所述动态标准仪的稀释气输入口相连接，所述动态标准仪的标气输出口与所述第一采样管道的标定接口相连接；β射线法颗粒物监测系统包括β射线法TSP颗粒物监测仪、β射线法PM2.5颗粒物监测仪、β射线法PM10颗粒物监测仪、第二采样管道和第二采样泵，所述第二采样管道竖向布置，所述第二采样管道的上端穿过机柜顶部与大气直接连通，所述第二采样管道的下端通过第二电磁阀与所述第二采样泵相连接，所述第二采样管道上设置有第一采样支路、第二采样支路和第三采样支路，所述第一采样支路、第二采样支路、第三采样支路分别与所述β射线法TSP颗粒物监测仪的输入端、β射线法PM2.5颗粒物监测仪输入端、β射线法PM10颗粒物监测仪输入端相连接；所述可编程逻辑控制器的数据采集端分别与所述β射线法TSP颗粒物监测仪、β射线法PM2.5颗粒物监测仪、β射线法PM10颗粒物监测仪、零气发生器、动态校准仪、气体分析仪电性连接，所述可编程逻辑控制器的输出端与所述第一电磁阀、第二电磁阀、第一采集泵和第二采集泵电性连接，所述可编程逻辑控制器用于发送第一电磁阀、第二电磁阀、第一采集泵和第二采集泵的控制命令。

可选的，所述质量监测系统还包括温湿度监测仪和保温套，所述保温套包括里层自限温电伴热带和外层保温层，所述里层自限温电伴热带包覆于所述第一采样管道、第二采样管道之外，所述温湿度监测仪分别设置在所述第一采样管道、第二采样管道的上端并尽量靠近机柜的顶部，所述温湿度监测仪、可编程逻辑控制器和自限温电伴热带依次顺序连接。

可选的，所述气体分析仪包括二氧化硫分析仪、二氧化氮分析仪、一氧化碳分析仪和臭氧分析仪，所述二氧化硫分析仪、二氧化氮分析仪、一氧化碳分析仪、臭氧分析仪分别与所述可编程逻辑控制器的数据采集端电性连接。

可选的，所述标准气体罐包括SO2标准罐、NO2标准罐、CO标准罐和 O2标准罐，所述标气输入支路包括第一标气输入支路、第二标气输入支路、第三标气输入支路和第四标气输入支路，所述SO2标准罐的出气口通过第三电磁阀与所述第一标气输入支路相连接，所述NO2标准罐的出气口通过第四电磁阀与所述第二标气输入支路相连接，所述CO标准罐的出气口处通过第五电磁阀与所述第三标气输入支路相连接，所述O2标准罐的出气口与所述臭氧发生器的输入口相连接，所述O2标准罐的出气口处设置有第六电磁阀，所述臭氧发生器的输出端与所述第四标气输入支路相连接，所述第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀分别于所述可编程逻辑控制器的输出端电性连接，所述可编程逻辑控制器用于发送第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀的控制命令。

可选的，所述质量监测系统还包括气象采集系统和竖直架，所述竖直架安装在机柜的顶部，所述气象采集系统包括风速传感器、雨雪传感器和风向传感器，所述风速传感器、雨雪传感器和风向传感器均设置在竖直架的顶部，所述风速传感器、雨雪传感器和风向传感器分别与所述可编程逻辑控制器的数据采集端电性连接。

可选的，所述第一采样泵、第二采样泵为恒流量隔膜采样泵。

可选的，所述质量监测系统还包括第一防雨帽、第一筛状过滤网、第二防雨帽和第二筛状过滤网，所述第一筛状过滤网与所述第一采样管道的顶端相连接，所述第一防雨帽设置在所述第一筛状过滤网的上方；所述第二筛状过滤网与所述第二采样管道的顶端相连接，所述第二防雨帽设置在所述第二筛状过滤网的上方。

可选的，所述质量监测系统还包括环保平台服务器，所述环保平台服务器用于向所述工控机发出质控指令，所述环保平台服务器通过无线通讯模块与所述工控机进行数据通讯。

可选的，所述动态校准仪采用的型号为AQMS-200。

一种小型空气质量监测系统的监测方法，包含以下步骤：

步骤1，环保平台服务器通过无线传输模块向工控机发出标定指令，工控机通过可编程逻辑控制器控制标准气体生成系统产生相应浓度的标准气体到相应的气体分析仪中对分析仪进行标定；

步骤2，环保平台服务器通过无线传输模块向工控机发出气态物采集指令，工控机通过可编程逻辑控制器控制气态物采集系统采集空气到相应的气体分析仪中对气体污染物进行分析；

步骤3，环保平台服务器通过无线传输模块向工控机发出温室度采集指令，工控机通过可编程逻辑控制器控制温湿度监测仪对进入采样管道内空气的温湿度进行温湿度控制；

步骤4，环保平台服务器通过无线传输模块向工控机发出颗粒物采集指令，工控机通过可编程逻辑控制器控制β射线法颗粒物采集系统采集空气到相应的颗粒物检测仪中对颗粒污染物进行分析；

步骤5，环保平台服务器通过无线传输模块向工控机发出气象采集指令，工控机通过可编程逻辑控制器控制气象采集系统对空气中的雨雪、风速、风向等气象参数进行分析。

该技术与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明提供的一种小型空气质量监测系统，所述气态物采集系统采用了带全程标定的功能的加热型采样管道，管道材料采用了不与被监测污染物发生化学反应和不释放有干扰物质的材料，为聚四氟乙烯，这样不仅能减少对空气中测量成分的吸附，而且能够使得气体分析仪克服空气中湿度高低的影响，使得在进行气体分析时更加准确；采样管道竖向布置，采样管道并排安装了5～6个不锈钢卡套接头，卡套接头通过螺纹连接到采样总管上，每个接头都接有一个0.1μm的膜式过滤器，膜式过滤器出口通过输气软管进入各气体分析仪的入气口。气体分析部分对于每种气体单独设计了气体分析仪，每个分析仪可分析一种气体浓度。气体分析仪能够满足空气质量监测相关要求。为了增加操作性，对气体分析配置了动态校准仪和零气发生器。两个仪表都采用了19英寸机柜式安装的方式。除此之外为了防止雨水、降雪、飞虫等影响，采用了特殊设计的设计的雨帽及过滤装置。系统数据采集传输部分分为软件部分和硬件部分，硬件部分为工业用工控机，采用了19英寸嵌入式安装，安装在分析机柜内。各气体、颗粒物、气象参数通过可编程逻辑控制器将数据信息通过传输线缆送入工控机内，工控机集成了数据采集的组态软件，软件可以显示气体浓度参数和相关仪表报警信息并进行故障分析，数据采集具有远程传输和控制功能，通过网络进行远程诊断和进行远程控制。软件与用户交互界面友好，对于维护人员技术要求低。该系统可整体安装于监测站房内或者直接安装在需要安装的位置，安装简单、方便、安装周期短。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图说明

图1为本发明实施例小型空气质量监测系统的结构示意图。

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。

本发明提供一种小型空气质量监测系统及分析方法，采用整体式安装和模块化设计，既达到了监测空气质量的目的，又大大降低了空气监测系统的成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例小型空气质量监测系统的结构示意图，如图1所示，一种小型空气质量监测系统，包括气态物采集系统、标准气体生成系统、β射线法颗粒物采集系统、可编程逻辑控制器13和工控机12，所述工控机12 集成有数据采集的组态软件，所述数据组态软件用于显示监测数据的参数、相关仪表的报警信息以及进行故障分析；可编程逻辑控制器13通过通讯线缆与所述工控机12相连接，所述可编程逻辑控制器13内设置有数据采集模块，所述气态物采集系统包括第一采样管道、第一采样泵、多个膜式过滤器和多个气体分析仪，所述第一采样管道竖向布置，所述第一采样管道的上端穿过机柜顶部与大气直接连通，所述第一采样管道的下端通过第一电磁阀14 与所述第一采样泵15相连接，所述第一采样管道上设置有多个输出支路，所述输出支路的输出端分别与所述膜式过滤器的输入端相连接，所述膜式过滤器的输出端分别与相应气体分析仪的进气端相连接；所述标准气体生成系统包括标气输送管路、零气发生器11、动态校准仪10和多个标准气体罐，所述标气输送管路的输出端与所述动态校准仪10的标气输入口相连接，所述标气输送管路上设置有多个标气输入支路，所述标气输入支路的输入端分别与所述标准气体罐的出气口相连接，所述零气发生器11的零气出口通过零气输送管路与所述动态标准仪10的稀释气输入口相连接，所述动态标准仪10的标气输出口与所述第一采样管道的标定接口相连接；β射线法颗粒物监测系统包括β射线法TSP颗粒物监测仪5、β射线法PM2.5颗粒物监测仪 6、β射线法PM10颗粒物监测仪7、第二采样管道和第二采样泵17，所述第二采样管道竖向布置，所述第二采样管道的上端穿过机柜顶部与大气直接连通，所述第二采样管道的下端通过第二电磁阀16与所述第二采样泵17相连接，所述第二采样管道上设置有第一采样支路、第二采样支路和第三采样支路，所述第一采样支路、第二采样支路、第三采样支路分别与所述β射线法 TSP颗粒物监测仪5的输入端、β射线法PM2.5颗粒物监测仪6输入端、β射线法PM10颗粒物监测仪7输入端相连接；所述可编程逻辑控制器13的数据采集端分别与所述β射线法TSP颗粒物监测仪5、β射线法PM2.5颗粒物监测仪6、β射线法PM10颗粒物监测仪7、零气发生器11、动态校准仪10、气体分析仪电性连接，所述可编程逻辑控制器13的输出端与所述第一电磁阀14、第二电磁阀16、第一采集泵15和第二采集泵17电性连接，所述可编程逻辑控制器13用于发送第一电磁阀14、第二电磁阀16、第一采集泵15和第二采集泵17的控制命令。所述质量监测系统还包括温湿度监测仪 8和保温套，所述保温套包括里层自限温电伴热带和外层保温层，所述里层自限温电伴热带包覆于所述第一采样管道、第二采样管道之外，所述温湿度监测仪分别设置在所述第一采样管道、第二采样管道的上端并尽量靠近机柜的顶部，所述温湿度监测仪8、可编程逻辑控制器13和自限温电伴热带依次顺序连接。所述气体分析仪包括二氧化硫分析仪1、二氧化氮分析仪2、一氧化碳分析仪3和臭氧分析仪4，所述二氧化硫分析仪1、二氧化氮分析仪2、一氧化碳分析仪3、臭氧分析仪4分别与所述可编程逻辑控制器13的数据采集端电性连接。所述标准气体罐包括SO2标准罐23、NO2标准罐24、CO 标准罐25和O2标准罐，所述标气输入支路包括第一标气输入支路、第二标气输入支路、第三标气输入支路和第四标气输入支路，所述SO2标准罐23 的出气口通过第三电磁阀18与所述第一标气输入支路相连接，所述NO2标准罐24的出气口通过第四电磁阀19与所述第二标气输入支路相连接，所述CO标准罐25的出气口处通过第五电磁阀20与所述第三标气输入支路相连接，所述O2标准罐的出气口与所述臭氧发生器26的输入口相连接，所述 O2标准罐的出气口处设置有第六电磁阀21，所述臭氧发生器的输出端与所述第四标气输入支路相连接，所述第三电磁阀18、第四电磁阀19、第五电磁阀20、第六电磁阀21分别与所述可编程逻辑控制器13的输出端电性连接，所述可编程逻辑控制器13用于发送第三电磁阀18、第四电磁阀19、第五电磁阀20、第六电磁阀21的控制命令。所述质量监测系统还包括气象采集系统和竖直架，所述竖直架安装在机柜的顶部，所述气象采集系统包括气象传感器9，气象传感器9包括风速传感器、雨雪传感器和风向传感器，所述风速传感器、雨雪传感器和风向传感器均设置在竖直架的顶部，所述风速传感器、雨雪传感器和风向传感器分别与所述可编程逻辑控制器13的数据采集端电性连接。所述第一采样泵15、第二采样泵17为恒流量隔膜采样泵。所述质量监测系统还包括第一防雨帽、第一筛状过滤网、第二防雨帽和第二筛状过滤网，所述第一筛状过滤网与所述第一采样管道的顶端相连接，所述第一防雨帽设置在所述第一筛状过滤网的上方；所述第二筛状过滤网与所述第二采样管道的顶端相连接，所述第二防雨帽设置在所述第二筛状过滤网的上方。所述质量监测系统还包括环保平台服务器，所述环保平台服务器用于向所述工控机发出质控指令，所述环保平台服务器通过无线通讯模块与所述工控机进行数据通讯。所述动态校准仪10采用的型号为AQMS-200。

一种小型空气质量监测系统的监测方法，包含以下步骤：

步骤1，环保平台服务器通过无线传输模块向工控机12发出标定指令，工控机12通过可编程逻辑控制器13控制标准气体生成系统产生相应浓度的标准气体到相应的气体分析仪中对分析仪进行标定；

步骤2，环保平台服务器通过无线传输模块向工控机12发出气态物采集指令，工控机12通过可编程逻辑控制器13控制气态物采集系统采集空气到相应的气体分析仪中对气体污染物进行分析；

步骤3，环保平台服务器通过无线传输模块向工控机12发出温室度采集指令，工控机12通过可编程逻辑控制器13控制温湿度监测仪8对进入采样管道内空气的温湿度进行温湿度控制；

步骤4，环保平台服务器通过无线传输模块向工控机12发出颗粒物采集指令，工控机12通过可编程逻辑控制器13控制β射线法颗粒物采集系统采集空气到相应的颗粒物检测仪中对颗粒污染物进行分析；

步骤5，环保平台服务器通过无线传输模块向工控机12发出气象采集指令，工控机12通过可编程逻辑控制器13控制气象采集系统对空气中的雨雪、风速、风向等气象参数进行分析。

系统机柜采用了双开门设计，机柜的尺寸为1100cm*800cm*1600cm，内部分割成五个部分，这五个部分分别为气态物采集系统、颗粒物采集系统、气象采集系统、温湿度监测系统和工控机数据采集传输部分。零气发生器11 采用的型号为Model 111型，零气发生器11是空气自动监测系统中一台关键设备。零气发生器11包括空气压缩机及除水、过滤和通过化学反应除去空气中对于测量参数有影响的气体成分。零气发生器11通过含有硅胶颗粒的干燥筒进行除水，通过活性炭对空气中的颗粒物进行吸附，通过化学反应除去空气中对测量参数有影响的气体成分，三种处理方式采用串联方式的过滤桶，过滤桶内部装盛滤料。零气发生器11的气体来源为空气压缩机产生的气体，零气发生器11产生不含被测污染气体(如SO2、CO、O3、NO、 NO2和HC等)的零气。Model 111型零气发生器11可以为各种空气自动监测系统提供足够稳定的零气。空气经压缩机压缩后，经过聚结过滤器将空气中的水份滤掉。零气是指调整气体分析仪最小刻度的气体，以及进入分析仪时显示为零的气体，零气应该不含有待测成分或干扰物质，但可以含有与测定无关的成分。

β射线法颗粒物浓度测定仪利用能量C14作为β射线源，环境空气由采样泵吸入采样管道，经过滤膜后排出，颗粒物沉淀在滤膜上，当β射线通过沉积着颗粒物的滤膜时，β射线的能量衰减，通过对衰减量的测定便可计算出颗粒物的浓度。

β射线法PM2.5颗粒物监测仪6包括PM2.5采样头、PM2.5切割器、样品动态加热系统、采样泵和仪器主机组成。流量为1m3/h的环境空气样品进入PM2.5采样头和PM2.5切割器后成为符合技术要求的颗粒物样品气体。在样品动态加热系统中，样品气体的相对湿度被调整到35％以下，样品进入仪器主机后颗粒物被收集在可以自动更换的滤膜上。在仪器中滤膜的两侧分别设置了β射线源和β射线检测器。随着样品采集的进行，在滤膜上收集的颗粒的变化影响着β射线衰减量的变化，通过对衰减量的测定计算出颗粒物的浓度。

β射线法PM10颗粒物监测仪7包括PM10采样头、PM10切割器、样品动态加热系统、采样泵和仪器主机组成。流量为1m3/h的环境空气样品进入PM10采样头和PM10切割器后成为符合技术要求的颗粒物样品气体。在样品动态加热系统中，样品气体的相对湿度被调整到35％以下，样品进入仪器主机后颗粒物被收集在可以自动更换的滤膜上。在仪器中滤膜的两侧分别设置了β射线源和β射线检测器。随着样品采集的进行，在滤膜上收集的颗粒的变化影响着β射线衰减量的变化，通过对衰减量的测定计算出颗粒物的浓度。

β射线法TSP颗粒物监测仪5包括TSP采样头、TSP切割器、样品动态加热系统、采样泵和仪器主机组成。流量为1m3/h的环境空气样品进入TSP 采样头和TSP切割器后成为符合技术要求的颗粒物样品气体。在样品动态加热系统中，样品气体的相对湿度被调整到35％以下，样品进入仪器主机后颗粒物被收集在可以自动更换的滤膜上。在仪器中滤膜的两侧分别设置了β射线源和β射线检测器。随着样品采集的进行，在滤膜上收集的颗粒的变化影响着β射线衰减量的变化，通过对衰减量的测定计算出颗粒物的浓度。

首先对气体分析仪进行校准，步骤如下：

可编程逻辑控制器13控制零气发生器11、动态校准仪10和气体分析仪开启，所述零气发生器11、动态校准仪10、气体分析仪的电源端与可编程逻辑控制器13电性连接；

对二氧化硫分析仪1进行标定时，可编程逻辑控制器13控制第三电磁阀18打开，二氧化硫从SO2标准罐23中通过第一标气输入支路进入标气输送管路，标气输送管路将SO2标气送入动态校准仪10的标气输入口，零气发生器11产生的零气进入动态校准仪10的稀释气输入口，SO2标气和零气通入动态校准仪10按一定比例进行配比混合后通过第一采样管道的标定接口进入第一采样管道，混合标准气体迅速充满气路第一采样管道后在二氧化硫分析仪内置抽气装置作用下，经由输出支路经过膜式过滤器进入二氧化硫分析仪1中进行分析，并根据曲线线性相关系数精度对仪器进行校准，同时可据此判断气路通道是否漏气和堵塞。

对二氧化氮分析仪2进行标定时，可编程逻辑控制器13控制第四电磁 19阀打开，二氧化氮从NO2标准罐24中通过第二标气输入支路进入标气输送管路，标气输送管路将NO2标气送入动态校准仪10的标气输入口，零气发生器11产生的零气进入动态校准仪的稀释气输入口，NO2标气和零气通入动态校准仪按一定比例进行配比混合后通过第一采样管道的标定接口进入第一采样管道，混合标准气体迅速充满气路第一采样管道后在二氧化氮分析仪2内置抽气装置作用下，经由输出支路经过膜式过滤器进入二氧化氮分析仪2中进行分析，并根据曲线线性相关系数精度对仪器进行校准，同时可据此判断气路通道是否漏气和堵塞。

对一氧化碳分析仪3进行标定时，可编程逻辑控制器13控制第五电磁阀20打开，一氧化碳从CO标准罐中通过第三标气输入支路进入标气输送管路，标气输送管路将CO标气送入动态校准仪10的标气输入口，零气发生器11产生的零气进入动态校准仪10的稀释气输入口，CO标气和零气通入动态校准仪按一定比例进行配比混合后通过第一采样管道的标定接口进入第一采样管道，混合标准气体迅速充满气路第一采样管道后在一氧化碳分析仪3内置抽气装置作用下，经由输出支路经过膜式过滤器进入一氧化碳分析仪3中进行分析，并根据曲线线性相关系数精度对仪器进行校准，同时可据此判断气路通道是否漏气和堵塞。

对臭氧分析仪4进行标定时，可编程逻辑控制器13控制第六电磁阀21 打开，因为没有O3标气罐，需要利用臭氧发生器制备臭氧标气，臭氧发生器产生的臭氧通过第四标气输入支路进入标气输送管路，标气输送管路将 O3标气送入动态校准仪的标气输入口，零气发生器11产生的零气进入动态校准仪10的稀释气输入口，O3标气和零气通入动态校准仪按一定比例进行配比混合后通过第一采样管道的标定接口进入第一采样管道，混合标准气体迅速充满气路第一采样管道后在臭氧分析仪4内置抽气装置作用下，经由输出支路经过膜式过滤器进入臭氧分析仪4中进行分析，并根据曲线线性相关系数精度对仪器进行校准，同时可据此判断气路通道是否漏气和堵塞。

气态物采集系统开始进行采气工作，步骤如下：

可编程逻辑控制器13控制零气发生器11和动态校准仪10停止工作以及标准气体罐上的电磁阀均关闭；

可编程逻辑控制器13控制第一采样管道下的第一电磁阀14打开和第一采样泵15工作，在第一采样泵15的动力作用下，空气通过设置在机柜外部的第一筛状过滤网进入第一采样管道中，在各分析仪器内设的抽气装置的作用下，空气经由输出支路经过膜式过滤器过滤去除其中的颗粒物之后进入各分析仪器中进行分析，并输出实时分析数据。

β射线法颗粒物监测系统进行采集工作，步骤如下：

可编程逻辑控制器13控制β射线法TSP颗粒物监测仪5、β射线法 PM2.5颗粒物监测仪6和β射线法PM10颗粒物监测仪7开启，所述β射线法TSP颗粒物监测仪5、β射线法PM2.5颗粒物监测仪6和β射线法PM10 颗粒物监测仪7的电源端与可编程逻辑控制器13电性连接；

可编程逻辑控制器13控制第二采样管道下端的第二电磁阀16打开和第二采样泵工作，在第二采样泵17的动力作用下，空气通过设置在机柜外部的第二筛状过滤网进入第二采样管道中，在各颗粒物监测仪内置的采样泵的作用下，环境空气由采样泵吸入到各颗粒物监测仪的滤膜上，气体经过滤膜后排出，颗粒物沉淀在滤膜上，当β射线通过沉积着颗粒物的滤膜时，β射线的能量衰减，通过对衰减量的测定便可计算出颗粒物的浓度。

气象采集系统进行采集工作，步骤如下：

所述气象采集系统包括风速传感器、雨雪传感器和风向传感器，所述风速传感器、雨雪传感器和风向传感器均设置在竖直架的顶部，所述风速传感器、雨雪传感器和风向传感器分别与所述可编程逻辑控制器13的数据采集端电性连接。

温湿度采集系统进行采集工作，步骤如下：

为了克服空气中湿度高低的影响，对采样总管进行了加热措施。采样管道加热采用了自限温电伴热带均匀缠绕在采样管外，为了防止温度降低，电加热带外层缠绕保温和隔热材料。可以设定进入采样管道内空气的温湿度标准值，通过温湿度检测仪测定到进入空气的温湿度值并将其传输给可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器13将测量值与内部的标准值进行比较，控制电伴热带的工作状态。

本发明提供的一种小型空气质量监测系统，所述气态物采集系统采用了带全程标定的功能的加热型采样管道，管道材料采用了不与被监测污染物发生化学反应和不释放有干扰物质的材料，为聚四氟乙烯，这样不仅能减少对空气中测量成分的吸附，而且能够使得气体分析仪克服空气中湿度高低的影响，使得在进行气体分析时更加准确；采样管道竖向布置，采样管道并排安装了5～6个不锈钢卡套接头，卡套接头通过螺纹连接到采样总管上，每个接头都接有一个0.1μm的膜式过滤器，膜式过滤器出口通过输气软管进入各气体分析仪的入气口。气体分析部分对于每种气体单独设计了气体分析仪，每个分析仪可分析一种气体浓度。气体分析仪能够满足空气质量监测相关要求。为了增加操作性，对气体分析配置了动态校准仪和零气发生器。两个仪表都采用了19英寸机柜式安装的方式。除此之外为了防止雨水、降雪、飞虫等影响，采用了特殊设计的设计的雨帽及过滤装置。系统数据采集传输部分分为软件部分和硬件部分，硬件部分为工业用工控机，采用了19英寸嵌入式安装，安装在分析机柜内。各气体、颗粒物、气象参数通过可编程逻辑控制器将数据信息通过传输线缆送入工控机内，工控机集成了数据采集的组态软件，软件可以显示气体浓度参数和相关仪表报警信息并进行故障分析，数据采集具有远程传输和控制功能，通过网络进行远程诊断和进行远程控制。软件与用户交互界面友好，对于维护人员技术要求低。该系统可整体安装于监测站房内或者直接安装在需要安装的位置，安装简单、方便、安装周期短。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种小型空气质量监测系统，其特征在于，包括气态物采集系统、标准气体生成系统、β射线法颗粒物采集系统、可编程逻辑控制器和工控机，所述工控机集成有数据采集的组态软件，所述数据组态软件用于显示监测数据的参数、相关仪表的报警信息以及进行故障分析；可编程逻辑控制器通过通讯线缆与所述工控机相连接，所述可编程逻辑控制器内设置有数据采集模块，所述气态物采集系统包括第一采样管道、第一采样泵、多个膜式过滤器和多个气体分析仪，所述第一采样管道竖向布置，所述第一采样管道的上端穿过机柜顶部与大气直接连通，所述第一采样管道的下端通过第一电磁阀与所述第一采样泵相连接，所述第一采样管道上设置有多个输出支路，所述输出支路的输出端分别与所述膜式过滤器的输入端相连接，所述膜式过滤器的输出端分别与相应气体分析仪的进气端相连接；所述标准气体生成系统包括标气输送管路、零气发生器、动态校准仪和多个标准气体罐，所述标气输送管路的输出端与所述动态校准仪的标气输入口相连接，所述标气输送管路上设置有多个标气输入支路，所述标气输入支路的输入端分别与所述标准气体罐的出气口相连接，所述零气发生器的零气出口通过零气输送管路与所述动态标准仪的稀释气输入口相连接，所述动态标准仪的标气输出口与所述第一采样管道的标定接口相连接；β射线法颗粒物监测系统包括β射线法TSP颗粒物监测仪、β射线法PM2.5颗粒物监测仪、β射线法PM10颗粒物监测仪、第二采样管道和第二采样泵，所述第二采样管道竖向布置，所述第二采样管道的上端穿过机柜顶部与大气直接连通，所述第二采样管道的下端通过第二电磁阀与所述第二采样泵相连接，所述第二采样管道上设置有第一采样支路、第二采样支路和第三采样支路，所述第一采样支路、第二采样支路、第三采样支路分别与所述β射线法TSP颗粒物监测仪的输入端、β射线法PM2.5颗粒物监测仪输入端、β射线法PM10颗粒物监测仪输入端相连接；所述可编程逻辑控制器的数据采集端分别与所述β射线法TSP颗粒物监测仪、β射线法PM2.5颗粒物监测仪、β射线法PM10颗粒物监测仪、零气发生器、动态校准仪、气体分析仪电性连接，所述可编程逻辑控制器的输出端与所述第一电磁阀、第二电磁阀、第一采集泵和第二采集泵电性连接，所述可编程逻辑控制器用于发送第一电磁阀、第二电磁阀、第一采集泵和第二采集泵的控制命令。

2.根据权利要求1所述的小型空气质量监测系统，其特征在于，所述质量监测系统还包括温湿度监测仪和保温套，所述保温套包括里层自限温电伴热带和外层保温层，所述里层自限温电伴热带包覆于所述第一采样管道、第二采样管道之外，所述温湿度监测仪分别设置在所述第一采样管道、第二采样管道的上端并尽量靠近机柜的顶部，所述温湿度监测仪、可编程逻辑控制器和自限温电伴热带依次顺序连接。

3.根据权利要求1所述的小型空气质量监测系统，其特征在于，所述气体分析仪包括二氧化硫分析仪、二氧化氮分析仪、一氧化碳分析仪和臭氧分析仪，所述二氧化硫分析仪、二氧化氮分析仪、一氧化碳分析仪、臭氧分析仪分别与所述可编程逻辑控制器的数据采集端电性连接。

4.根据权利要求1所述的小型空气质量监测系统，其特征在于，所述标准气体罐包括SO2标准罐、NO2标准罐、CO标准罐和O2标准罐，所述标气输入支路包括第一标气输入支路、第二标气输入支路、第三标气输入支路和第四标气输入支路，所述SO2标准罐的出气口通过第三电磁阀与所述第一标气输入支路相连接，所述NO2标准罐的出气口通过第四电磁阀与所述第二标气输入支路相连接，所述CO标准罐的出气口处通过第五电磁阀与所述第三标气输入支路相连接，所述O2标准罐的出气口与所述臭氧发生器的输入口相连接，所述O2标准罐的出气口处设置有第六电磁阀，所述臭氧发生器的输出端与所述第四标气输入支路相连接，所述第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀分别于所述可编程逻辑控制器的输出端电性连接，所述可编程逻辑控制器用于发送第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀的控制命令。

5.根据权利要求1所述的小型空气质量监测系统，其特征在于，所述质量监测系统还包括气象采集系统和竖直架，所述竖直架安装在机柜的顶部，所述气象采集系统包括风速传感器、雨雪传感器和风向传感器，所述风速传感器、雨雪传感器和风向传感器均设置在竖直架的顶部，所述风速传感器、雨雪传感器和风向传感器分别与所述可编程逻辑控制器的数据采集端电性连接。

6.根据权利要求1所述的小型空气质量监测系统，其特征在于，所述第一采样泵、第二采样泵为恒流量隔膜采样泵。

7.根据权利要求1所述的小型空气质量监测系统，其特征在于，所述质量监测系统还包括第一防雨帽、第一筛状过滤网、第二防雨帽和第二筛状过滤网，所述第一筛状过滤网与所述第一采样管道的顶端相连接，所述第一防雨帽设置在所述第一筛状过滤网的上方；所述第二筛状过滤网与所述第二采样管道的顶端相连接，所述第二防雨帽设置在所述第二筛状过滤网的上方。

8.根据权利要求1所述的小型空气质量监测系统，其特征在于，所述质量监测系统还包括环保平台服务器，所述环保平台服务器用于向所述工控机发出质控指令，所述环保平台服务器通过无线通讯模块与所述工控机进行数据通讯。

9.根据权利要求1所述的小型空气质量监测系统，其特征在于，所述动态校准仪采用的型号为AQMS-200。

10.一种基于权利要求1所述的小型空气质量监测系统的监测方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1，环保平台服务器通过无线传输模块向工控机发出标定指令，工控机通过可编程逻辑控制器控制标准气体生成系统产生相应浓度的标准气体到相应的气体分析仪中对分析仪进行标定；

步骤2，环保平台服务器通过无线传输模块向工控机发出气态物采集指令，工控机通过可编程逻辑控制器控制气态物采集系统采集空气到相应的气体分析仪中对气体污染物进行分析；

步骤3，环保平台服务器通过无线传输模块向工控机发出温室度采集指令，工控机通过可编程逻辑控制器控制温湿度监测仪对进入采样管道内空气的温湿度进行温湿度控制；

步骤4，环保平台服务器通过无线传输模块向工控机发出颗粒物采集指令，工控机通过可编程逻辑控制器控制β射线法颗粒物采集系统采集空气到相应的颗粒物检测仪中对颗粒污染物进行分析；

步骤5，环保平台服务器通过无线传输模块向工控机发出气象采集指令，工控机通过可编程逻辑控制器控制气象采集系统对空气中的雨雪、风速、风向等气象参数进行分析。