煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)

摘    要：本文提出了一種基于CDMA 的煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方案，簡要介紹了CDMA 技術(shù)的基本知識，描述了CDMA 無線傳輸應(yīng)用于環(huán)保數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方法。通過實(shí)際應(yīng)用，獲得了理想的效果。

關(guān)鍵詞：CDMA；VPDN；環(huán)保；煙氣；在線；監(jiān)測；
 
一、背景介紹

以前我國絕大部分地區(qū)采用人工采樣和實(shí)驗(yàn)室分析為主的大氣監(jiān)測手段，這種方式不能及時、準(zhǔn)確地監(jiān)測到污染物的實(shí)時排放情況，使得環(huán)境管理人員很難在短時間內(nèi)摸清所有污染區(qū)的實(shí)際情況，使有些企業(yè)得以偷排、漏排污染物。另外對各種突發(fā)性 污染源及污染現(xiàn)場，也不能做到即時準(zhǔn)確的監(jiān)測和處理。針對以上情況我公司研發(fā)出無線數(shù)傳（CDMA DTU）配合工業(yè)廢氣無線監(jiān)測系統(tǒng)軟件，可對污染物濃度進(jìn)行實(shí)時無線監(jiān)測。通過無線數(shù)傳將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心和環(huán)境管理部門。工作人員可以在監(jiān)控中心或辦公室進(jìn)行監(jiān)測，隨時得到即時數(shù)據(jù)報告，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端無人值守。

二、同類方案對比

煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)除了各種采樣、監(jiān)控和管理的軟、硬件以外，重要的一個部分就是從數(shù)據(jù)現(xiàn)場至管理中心的通信傳輸。該系統(tǒng)對通信網(wǎng)絡(luò)的需求：

1、目前煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)現(xiàn)場至管理中心的通信方式是以基于TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)通信為主；

2、累計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸量不大，但要求在系統(tǒng)發(fā)送和接受數(shù)據(jù)時，傳輸?shù)难訒r和丟包率越低越好，以確保信息上報及控制指令下發(fā)的及時性；

3、因煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)會對數(shù)據(jù)現(xiàn)場的設(shè)備如監(jiān)測設(shè)備等發(fā)送控制信息，為保證設(shè)備的安全運(yùn)行，該系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)的安全性要求很高，必須通過專網(wǎng)的方式實(shí)現(xiàn)，并保證和其他網(wǎng)絡(luò)的有效隔離，以免因網(wǎng)絡(luò)攻擊造成的事故；

4、煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)中需要監(jiān)控和管理的設(shè)備很多，因此要求通信網(wǎng)絡(luò)要有足夠的網(wǎng)絡(luò)容量，以滿足監(jiān)控點(diǎn)不斷增加的情況；

5、通信傳輸部分投資要小，開通要快，布點(diǎn)靈活，維護(hù)簡單。

無線負(fù)載控制、中壓載波方式、以太網(wǎng)、短信息以及CDMA。以下就這幾種通信方式進(jìn)行對比。 

三、本方案優(yōu)勢

在以上的分析中我們可以明顯看到傳統(tǒng)的方式和網(wǎng)絡(luò)連接方式已經(jīng)不能滿足企業(yè)低投入高的效益的需求，并且已經(jīng)阻礙企業(yè)的大膽決策了。網(wǎng)絡(luò)改造迫在眉睫，但是如果采用CDMA無線方式傳輸數(shù)據(jù)則有情況就大不一樣了，具有以下優(yōu)勢：

1、安全保密性高。一方面與傳統(tǒng)有線傳輸方式相比較，無線傳輸僅僅指的是從用戶端到CDMA基站，而從基站到用戶數(shù)據(jù)中心都是通過有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。另一方面，由于CDMA所采用的無線通信技術(shù)也決定了較其他無線通信方式具有更大的安全保障；

2、資費(fèi)便宜，計(jì)費(fèi)合理。CDMA應(yīng)用套餐方式，由于沒有大數(shù)據(jù)量的傳輸，所以沒有必要采用資費(fèi)很高的專線（DDN等）。而CDMA可以根據(jù)通信的數(shù)據(jù)量進(jìn)行計(jì)費(fèi)。在CDMA網(wǎng)中，沒有數(shù)據(jù)傳輸時是不被計(jì)費(fèi)的。所以營業(yè)網(wǎng)點(diǎn)不需要頻繁建立連接，當(dāng)然也不必支付傳輸空閑時的專線費(fèi)用，而客戶再也不用不耐煩地等待電話撥號登錄的過程；

3、設(shè)備投資低。傳統(tǒng)的DDN等專線，需要購買專線Modem，撥號方式則需要購買Modem Pool 、普通Modem、ISDN Modem等設(shè)備。而采用CDMA無線方式只需要購買無線數(shù)傳即可，投資要小得多；

4、新增和改變網(wǎng)點(diǎn)方便。如果采用了CDMA方式，用戶可隨意改變自己的營業(yè)網(wǎng)點(diǎn)，而無須擔(dān)心線路的維護(hù)或在移動時導(dǎo)致的通訊中斷。新增新的營業(yè)點(diǎn)時也無需進(jìn)行布線，埋線等牽涉多方的工作；

5、線路穩(wěn)定，永不掉線。CDMA采用的分組技術(shù)，所以能夠很好地支持頻繁的或少量突發(fā)型的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；

6、網(wǎng)絡(luò)接入速度快。CDMA登錄網(wǎng)絡(luò)的時間時很短暫，相對撥號方式的1、2分鐘，它只需要5-6秒，而且一旦連接，則時刻在線，因此可以提供與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無縫連接；

7、傳輸速率高。提供高達(dá)153.6Kbps的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，可以開展無線INTERNET、無線多媒體、無線電子商務(wù)、視頻點(diǎn)播等業(yè)務(wù)；

8、網(wǎng)絡(luò)覆蓋好。由于CDMA使用是800M的頻段，它的覆蓋廣度和深度都很不錯，**聯(lián)通從2001年開始建設(shè)CDMA網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過三年共三期的建設(shè)，到2003年，CDMA網(wǎng)絡(luò)總?cè)萘窟_(dá)到5000萬戶以上，網(wǎng)絡(luò)覆蓋包括西藏在內(nèi)的全國31個省、自治區(qū)、直轄市的300個以上地級市，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)覆蓋到鄉(xiāng)，中等發(fā)達(dá)地區(qū)覆蓋到縣。與此同時CDMA提供覆蓋全國大多數(shù)地域范圍的可漫游、移動無線數(shù)據(jù)服務(wù)。

四、 系統(tǒng)組成

1、本系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件的主站、東方訊 CDMA DTU 傳輸終端的采集器和若干個固定監(jiān)測站組成。監(jiān)測中心對各個監(jiān)測站進(jìn)行控制指揮，各監(jiān)測站采集各種污染參數(shù)，兩者間的控制信息和監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線 DTU 完成。監(jiān)測中心既是各監(jiān)測站的指揮中心，又是監(jiān)測站監(jiān)測數(shù)據(jù)的匯集、處理和存貯的數(shù)據(jù)庫。各監(jiān)測站可設(shè)置為自動定時向監(jiān)測中心發(fā)送信息，也可設(shè)置為平時處于待機(jī)狀態(tài)，在收到監(jiān)測中心的指令后才開始啟動工作，將信息發(fā)送給監(jiān)測中心，各監(jiān)測站有數(shù)據(jù)采集，命令識別，數(shù)據(jù)發(fā)送的功能。

 
（圖一）煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

2、監(jiān)測中心由功能比較齊全的計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備如顯示器、打印機(jī)、繪圖機(jī)等和與各監(jiān)測站系統(tǒng)的無線數(shù)傳系統(tǒng)組成。

(圖二）監(jiān)控中心示意圖

其中監(jiān)測中心有如下功能：

• 實(shí)時功能：遙測、遙控功能；遙測包括有定時巡測和隨機(jī)點(diǎn)測；

• 數(shù)據(jù)處理功能：數(shù)據(jù)管理和存儲、數(shù)據(jù)顯示、事故報警；

• 管理功能：打印功能、參數(shù)管理、其中參數(shù)管理包括查詢修改通道連接狀態(tài)參數(shù)設(shè) 置等功能；

• 圖形功能：繪制各種參數(shù)曲線，圖形檢索修改再生等；

• 組態(tài)功能：再調(diào)度主站設(shè)置監(jiān)測站屬性、數(shù)量、站號各路編號、定義、上下限值， 以便組成開放式系統(tǒng)，以利擴(kuò)展互換；

• 終端由電化學(xué)傳感器和獨(dú)立的測量模塊組成的綜合煙氣分析儀及東方訊無線數(shù)傳產(chǎn)品CDMA DTU組成。

監(jiān)測站的功能為：

• 模塊化設(shè)計(jì)：根據(jù)用戶的需要設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)測參數(shù)，獨(dú)立的測量模塊對傳感器 進(jìn)行自動校準(zhǔn)，儀器自動進(jìn)行交叉干擾修正；

• 水收集器：塵過濾器和傳感器濾膜多層保護(hù)，自動空氣清洗和自動停機(jī)保護(hù)功 能有效保護(hù)了整個測量系統(tǒng)，自動排水器自動排除凝結(jié)水；

• 命令認(rèn)別功能：可以自行設(shè)定采樣、數(shù)據(jù)采集周期，也可以在接收到監(jiān)控中心 的指令后自動啟動開關(guān)，測得監(jiān)測數(shù)據(jù)；

• 數(shù)據(jù)發(fā)送功能：把所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)通過無線數(shù)傳發(fā)送出去。

3、中心所需設(shè)備

• 有線的寬帶網(wǎng)絡(luò)；

• Window2000/XP 軟件平臺；

• 支持 TCP/IP NetBEUI 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；

• 支持自定義通訊協(xié)議；

• 組態(tài)軟件；

4、數(shù)據(jù)現(xiàn)場所需設(shè)備

• 綜合煙氣測試儀；

• 標(biāo)準(zhǔn)探針：350mm X 8mm，3m 煙氣導(dǎo)管（根據(jù)用戶需要設(shè)置）；

• 各種電化學(xué)傳感器；

五、 結(jié)論

該系統(tǒng)和傳統(tǒng)監(jiān)測方式相比，實(shí)現(xiàn)了煙氣排放量及理化參數(shù)量數(shù)據(jù)的自動提取和實(shí)時監(jiān)測。從經(jīng)濟(jì)效益和社會效益來說，系統(tǒng)造價不高，不需要太多的投資，企業(yè)能夠承受，便于大規(guī)模推廣。