CN207650676U - 空气质量自动监测站点智能测控与诊断装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空气质量自动监测站点智能测控与诊断装置，其特征在于：包括采集与诊断系统，所述采集与诊断系统通过通讯与控制器与各个指示器通讯，并采集各个指示器的监控数值，通过预定义的阈值进行诊断分析，当超出阈值时，通过物联网向用户推送报警信息；用于将影响空气质量监测结果质量的站房环境、仪器运行辅助设备和质控设备，通过不改变其结构的方式，将关键参数节点进行实时监控和诊断。本实用新型解决了以往无法实时掌控空气质量自动监测站房环境和电源供应等辅助设备、零气源和标气源等质控设备的难题。该装置还可自动根据实际运行情况控制站房环境温度和湿度，并能根据设定的阈值自行判断所以受监控的参数并推送报警信息。

Description

空气质量自动监测站点智能测控与诊断装置

技术领域

本实用新型属于环境空气(大气)监测技术领域，具体涉及一种空气质量自动监测站点智能测控与诊断装置。

背景技术

由于我国空气质量污染态势不容乐观，重污染事件频发。为了防治环境空气污染，我国已建成全世界最密集的空气质量自动监测站点。这些站点目前仅将仪器内部状态参数进行监控，但是用于支撑在线污染监测仪器正常运行的站房环境、辅助和质控等设备的现有技术，都是独立运作，互不关联，并且无法实时获取其工作状态，跟踪诊断其对监测仪器稳定运行所造成的影响。例如，质控源等的异常造成仪器监测数据的异常，在仪器运行参数监控中是无法得知的。上述情况极容易出现仪器正常，但数据异常，把无效数据作为有效数据来处理，加重或者减轻了污染的实际情况，并且无法追溯异常数据发生的时间节点。

显然，原有的空气自动监测站点，无法对影响监测数据质量的周边情况进行掌控。比如监测仪器设备运行时需要稳定的电压和电流供应，当电压和电流出现突变的时候，会导致仪器出现间隔不等的异常监测结果，而这些结果是无法从外部了解得知，导致数据分析人员将这些异常结果作为有效监测数据进行分析，从而干扰了对真是环境空气质量的认知。除了供应仪器运行的电流电压，还有仪器正常运行时所需要的站房温度和湿度的稳定性，过热过冷的站房温度、湿度过高都会影响到仪器的运行，导致仪器出现一些不可理解的凹凸数据节点。长时间运行在高数据、低温或高温的环境，甚至降低其使用寿命，这对于造价高昂的自动监测分析仪器来说，潜在损失是可以预见的。对于质控设备，其直接决定了仪器的定量分析的质量结果，作为仪器的质量溯源，原有的空气质量自动监测站点无法直接监控其质控设备的情况，包括校准气来源的零气发生器反应炉工作状态、零气输出压力，以及标准气来源的输出压力，上述的状态和压力数值，直接影响到输送给分析仪器进行定量校准的标准来源质量或浓度水平。结果导致日常校准仪器设备零点水平或跨度水平的时候出现严重的偏差，但工作人员因无法第一手掌控这些参数的情况，误认为整个质量控制过程是合理合规的。一旦质量控制过程出现的偏差，分析仪器对环境空气质量分析所得出的结果就脱离了真是环境空气质量的结果，用错误的结果分析空气质量，得到的结果可想而知。除了上面提到的，对于仪器采样口开孔处的雨漏和烟雾报警等，旧的自动监测站点也缺少监控。经常发生仪器采样口屋顶防水没有做好，导致雨水沿着采样管进入仪器内部，烧毁价值几十万甚至上百万的分析仪器。

由此可见，为了普遍提高环境空气监测数据质量控制水平，避免因监测仪器正常运行所依赖的站房环境、辅助设备和质控设备的异常造成监测数据的异常，及时纠正异常点，使监测数据的准确性、可靠性对巨大的人力、物力资源开销的回报是划算的(至少是不浪费)，就迫切需要研创一种能解决上述难题，且能普遍推广的新技术。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种空气质量自动监测站点智能测控与诊断装置，解决因环境监测仪器正常运行所依赖的站房环境、辅助设备和质控设备的异常造成监测数据的异常，及时纠正异常点，提高环境空气监测数据质量控制水平。

本实用新型的技术方案：一种空气质量自动监测站点智能测控与诊断装置，包括采集与诊断系统，所述采集与诊断系统通过通讯与控制器与各个指示器通讯，并采集各个指示器的监控数值，通过预定义的阈值进行诊断分析，当超出阈值时，通过物联网向用户推送报警信息；用于将影响空气质量监测结果质量的站房环境、仪器运行辅助设备和质控设备，通过不改变其结构的方式，将关键参数节点进行实时监控和诊断。

所述指示器包括机柜温湿度指示器、烟雾和雨漏感应线、供电电压/电流指示器、SO2/CO/NO标准气输出压力指示器、零气压力输出指示器和零气发生器反应炉表工作温度指示器。

所述采集与诊断系统通过采集的机柜温湿度指示器的数值，判断是否需要调整空调的控制温度或制冷制热的工作模式。

所述采集与诊断系统通过采集烟雾和雨漏感应线的状态，监控是否有烟雾产生和雨漏进站房内部，如有，通过物联网推送报警信息。

所述采集与诊断系统通过采集供电电压/电流指示器数值，获得当前仪器工作的电压电流情况，如电压和电流发生异常情况，通过物联网推送报警信息。

所述采集与诊断系统通过采集SO2/CO/NO标准气输出压力指示器对SO2/CO/NO标准气的压力监控数值，判断是否低于规定压力值和是否有漏气情况发生，如有，通过物联网推送报警信息。

所述采集与诊断系统通过零气压力输出指示器和零气发生器反应炉表工作温度指示器对零气发生器进行监控，由通讯与控制器和物联网进行采集和诊断分析，如压力超出或者低于规定数值，反应炉表温度低于正常工作时的规定数值，通过物联网推送报警信息。

所述通讯与控制器安装有采集各路指示器的16路数模转换模块，对供电电源进行监控的模块，以及安装在机箱后部的机柜温湿度监控模块，并有24V/5V/12V开关电源提供给各路指示器的工作电源，并通过RS232或RS485或RJ45接口与采集与诊断系统进行实时通讯。

所述采集与诊断系统通过通讯与控制器与各个指示器通讯，每隔5秒采集各个指示器的监控数值。

本实用新型具有以下显著特点：

本实用新型所述空气质量自动监测站点智能测控与诊断装置，解决了以往无法实时掌控空气质量自动监测站房环境和电源供应等辅助设备、零气源和标气源等质控设备的难题，上述设备、装置和标准源直接和间接影响空气质量自动监测仪器的正常运行和监测数据的质量。空气质量自动监测站点智能测控与诊断装置的出现，贯通了空气质量自动监测系统走向全面自动化监控的最后“一公里”。该装置还可自动根据实际运行情况控制站房环境温度和湿度，并能根据设定的阈值自行判断所以受监控的参数并推送报警信息。

另外，该空气质量自动监测站点智能测控与诊断装置易于加工制造，安装、拆卸操作简便；表面接触式和旁听式监控，不用改变站点设备的结构即可实现监控的目的，无需针对特定仪器设备进行二次改装，适用性极强。各个部件、指示器等，能够以市售规格化通用器件集成，数据精确、可靠，测控完全自动化、智能化，性能稳定、耐用。

附图说明

图1是本实用新型实施例所述空气质量自动监测站点智能测控与诊断装置的总装示意图。

图2是本实用新型实施例所述空气质量自动监测站点智能测控与诊断装置的关键节点结构示意图。

图3是本实用新型实施例所述空气质量自动监测站点智能测控与诊断装置的应用实例图。

图中：

1、SO2/CO/O3/NO2监测仪；2、PM10监测仪；3、PM2.5监测仪；4、校准仪；5、零气发生器；6、SO2/CO/NO标准气；7、采样系统；8、空调；9、空调；10、空调控制器；11、空调控制器；12、雨漏感应线；13、SO2/CO/NO标准气输出压力指示器；14、零气压力输出指示器；15、零气发生器反应炉表工作温度指示器；16、监测仪器稳压电源；17、供电电压/电流指示器；18、机柜温湿度指示器；19、烟雾指示器；20、通讯与控制器；21、采集与诊断系统；22、物联网；23、用户。

具体实施方式

如图1、2所示，本实用新型实施例所述的空气质量自动监测站点智能测控与诊断装置，包括采集与诊断系统，所述采集与诊断系统通过通讯与控制器与各个指示器通讯，并采集各个指示器的监控数值，通过预定义的阈值进行诊断分析，当超出阈值时，通过物联网向用户推送报警信息；用于将影响空气质量监测结果质量的站房环境、仪器运行辅助设备和质控设备，通过不改变其结构的方式，将关键参数节点进行实时监控和诊断。其中，所述指示器包括但不限于机柜温湿度指示器、烟雾和雨漏感应线、供电电压/电流指示器、SO2/CO/NO标准气输出压力指示器、零气压力输出指示器和零气发生器反应炉表工作温度指示器等。

本实用新型将影响空气质量监测结果质量的站房环境、仪器运行辅助设备和质控设备，通过不改变其结构的方式，将关键参数节点进行实时监控和诊断。其中：

通过一个温度和湿度指示器获取仪器机柜中的温度和湿度，而不是整个站点的温度和湿度，来诊断是否达到国际技术规范中所要求达到的工作温度范围。对湿度的监控是为了避免湿度过高影响质控设备中的零气发生器产生的零气干燥水平，还为了避免仪器运行在湿度较高的工作环境而出现异常的情况。如果温度和湿度超出国家技术规范的要求，装置会自动通过一个远程控制器遥控空调调整温度或工作模式，从而达到稳定控制机柜内部温度和湿度的目的。

通过旁路监听的方式，对提供给仪器正常运行的稳压器输出的电流和电压进行监控，当超出阈值范围时，装置会自动发出报警信息给设定的技术人员，提醒进行现场排查，以免仪器长时间运行在不稳定的电压电流中而损伤设备。

通过旁路接入到装有标气的钢瓶二级压力调节阀的高压监控口，获取钢瓶气内的气体压力。当压力低于技术规范中要求的不低于3MPA的时候，提醒技术人员更换标气瓶。一般情况，更换标气瓶后技术人员都会在现场进行验漏，验漏可解决大部分大漏的情况，但无法得知微漏情况。本装置当压力出现微降的时候，装置自动根据算法判断是否为漏气现象发生，与日常质控过程使用标气导致压力慢慢下降的情况区分开，如诊断为漏气即可推送报警信息给技术人员。

本装置同时也通过旁路监听的方式，监控了质控设备中的零气发生器零气输出压力，通过监控反应炉表面温度，来实现不改变内部结构就能获取所要的关键节点数据。提供零级气体来源的零气发生器，装置监控其压力输出是否在技术要求中的20～30psi之间，并且保持稳定，以免影响质控设备中的质量流量控制器的工作。

分析仪器的采样管，主要是颗粒物分析仪器的采样管，经常发生采样管屋顶开孔处密封不良，雨水通过渗漏点沿着采样管进入仪器内部，造成仪器电路板烧毁的情况发生。本装置通过缠绕在各分析仪器垂直采样管上的高灵敏度水滴传感线来监控微小雨漏的情况。感应线通过两条平行的通电的金属细丝，一旦有水迹通过感应线，造成感应线的短路从而实现对微小雨漏的监控，在雨漏对仪器造成更大的损伤前，通知技术人员快速到现场排除。

同时，本装置还通过设置在仪器机柜上方的烟雾指示器监控是否有烟雾产生，一旦感应到烟雾，装置自动将监控到的报警信息快速推送给相关技术人员，避免损失进一步扩大。

本装置通过一个自行开发，安装在站点端的监控诊断系统，获取上述各个参数的秒级监控数据并进行实时分析诊断，一旦监控的目标低于所要求的阈值范围，就会推送报警信息给设定的接收人员，提醒技术人员第一时间到现场进行处理，将风险控制在最低水平。该系统同时通过一个温湿度控制算法，使用监控仪器机柜内温湿度的实时数据，动态调整站房内的空调系统，使机柜温度稳定保持在预期的目标内，并且可在空调系统发生故障时以发出报警信息，最大程度使站房内运行的昂贵的分析仪器设备健康稳定的运行，确保监测结果真实反映大气质量状况。

综上所述，本装置将影响空气质量自动监测数据质量的站房环境、辅助和质控等设备统一纳入监控和诊断，为空气质量自动监测数据的审核提供了更丰富的技术支撑，并能自动针对监控的结果实时推送报警信息给技术人员，避免或者缩短了站点仪器宕机的时间，提高了整个空气质量自动监测系统运行的稳定性和数据可靠性。

本实用新型的工作原理为：采集与诊断系统21通过通讯与控制器20与各个指示器通讯，每隔5秒采集各个指示器的监控数值，通过预定义的阈值进行诊断分析，如超出阈值，通过物联网22向用户23推送报警信息。通过采集的机柜温湿度指示器18的数值，自行判断是否需要调整空调8或空调9的控制温度或制冷制热的工作模式，如需要，则通过空调控制器10和空调控制器11调整空调工作模式和控制温度。同时，通过空调控制器10和11每隔24小时轮换空调运作，达到空调软关机而不是硬掉电轮换的操作(硬掉电轮换操作对空调容易造成损伤)。通过采集烟雾和雨漏感应线的状态，监控是否有烟雾产生和雨漏进站房内部，如有，通过物联网22推送报警信息。通过采集供电电压/电流指示器17数值，获得当前仪器工作的电压电流情况，如电压和电流发生异常情况，通过物联网22推送报警信息。通过采集SO2/CO/NO标准气输出压力指示器13对SO2/CO/NO标准气6的压力监控数值，判断是否低于规定压力值和是否有漏气情况发生，如有，通过物联网22推送报警信息。通过零气压力输出指示器14和零气发生器反应炉表工作温度指示器15对零气发生器5进行监控，由通讯与控制器20和物联网22进行采集和诊断分析，如压力超出或者低于规定数值，反应炉表温度低于正常工作时的规定数值，通过物联网22推送报警信息。其中：

通讯与控制中心：定制机箱，安装有采集各路指示器的16路数模转换模块，对供电电源进行监控的模块，以及安装在机箱后部的机柜温湿度监控模块，并有24V/5V/12V开关电源提供给各路指示器的工作电源。通讯与控制中心通过RS232/RS485/RJ45接口与采集与诊断系统进行实时通讯。

监控标准气压力和零气压力输出的压力指示器：选用市售规格化产品，孔径约1/4英寸,对应空气自动监测系统中常用的两级压力减压阀接口，量程为0-25MPA，精度为1％。

监控机柜温湿度的指示器：选用市售规格化产品，温度量程为0～100度，湿度0-100％，采用RS232通讯模式，精度为1％。

监控稳压电源的工作电压、电流指示器：选用市售规格化产品，电压量程为0-380V，电流量程为0-20A，模拟信号输出，精度2％。

监控烟雾的指示器：采用高灵敏度的红外传感器，对轻烟雾级别响应灵敏，除了声光报警外，具备开关量报警。

监控零气发生器反应炉表工作温度的指示器：监控温度可动态调整，精度为满量程的1％，线性输出。

如图3为本实用新型的应用实例图，该装置易于加工制造，安装、拆卸操作简便；表面接触式和旁听式监控，不用改变站点设备的结构即可实现监控的目的，无需针对特定仪器设备进行二次改装，适用性极强。各个部件、指示器等，能够以市售规格化通用器件集成，数据精确、可靠，测控完全自动化、智能化，性能稳定、耐用。本实用新型的推广应用将根本解决原有技术不足所造成的技术难题，具有显著的技术效果。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种空气质量自动监测站点智能测控与诊断装置，其特征在于：包括采集与诊断系统，所述采集与诊断系统通过通讯与控制器与各个指示器通讯，并采集各个指示器的监控数值，通过预定义的阈值进行诊断分析，当超出阈值时，通过物联网向用户推送报警信息；用于将影响空气质量监测结果质量的站房环境、仪器运行辅助设备和质控设备，通过不改变其结构的方式，将关键参数节点进行实时监控和诊断。

2.根据权利要求1所述空气质量自动监测站点智能测控与诊断装置，其特征在于：所述指示器包括机柜温湿度指示器、烟雾和雨漏感应线、供电电压/电流指示器、SO2/CO/NO标准气输出压力指示器、零气压力输出指示器和零气发生器反应炉表工作温度指示器。

3.根据权利要求2所述空气质量自动监测站点智能测控与诊断装置，其特征在于：所述采集与诊断系统通过采集的机柜温湿度指示器的数值，判断是否需要调整空调的控制温度或制冷制热的工作模式。

4.根据权利要求2所述空气质量自动监测站点智能测控与诊断装置，其特征在于：所述采集与诊断系统通过采集烟雾和雨漏感应线的状态，监控是否有烟雾产生和雨漏进站房内部，如有，通过物联网推送报警信息。

5.根据权利要求2所述空气质量自动监测站点智能测控与诊断装置，其特征在于：所述采集与诊断系统通过采集供电电压/电流指示器数值，获得当前仪器工作的电压电流情况，如电压和电流发生异常情况，通过物联网推送报警信息。

6.根据权利要求2所述空气质量自动监测站点智能测控与诊断装置，其特征在于：所述采集与诊断系统通过采集SO2/CO/NO标准气输出压力指示器对SO2/CO/NO标准气的压力监控数值，判断是否低于规定压力值和是否有漏气情况发生，如有，通过物联网推送报警信息。

7.根据权利要求2所述空气质量自动监测站点智能测控与诊断装置，其特征在于：所述采集与诊断系统通过零气压力输出指示器和零气发生器反应炉表工作温度指示器对零气发生器进行监控，由通讯与控制器和物联网进行采集和诊断分析，如压力超出或者低于规定数值，反应炉表温度低于正常工作时的规定数值，通过物联网推送报警信息。

8.根据权利要求1所述空气质量自动监测站点智能测控与诊断装置，其特征在于：所述通讯与控制器安装有采集各路指示器的16路数模转换模块，对供电电源进行监控的模块，以及安装在机箱后部的机柜温湿度监控模块，并有24V/5V/12V开关电源提供给各路指示器的工作电源，并通过RS232或RS485或RJ45接口与采集与诊断系统进行实时通讯。

9.根据权利要求1或2所述空气质量自动监测站点智能测控与诊断装置，其特征在于：所述采集与诊断系统通过通讯与控制器与各个指示器通讯，每隔5秒采集各个指示器的监控数值。