《電子技術(shù)應(yīng)用》
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奧運期間空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)

2009-02-20
作者:常 建

??? 奧運期間的空氣質(zhì)量監(jiān)測是奧運會舉辦的重要環(huán)節(jié)之一,北京已從2007年開始對空氣質(zhì)量進行系統(tǒng)監(jiān)測,尤其是奧運場館周邊,每天都會對二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物進行監(jiān)測。這些監(jiān)測子站都配備著各種空氣采樣設(shè)備,這些設(shè)備能夠定期自動采集空氣樣本,然后由儀器進行分類檢測,隨后把得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街锌厥?,最后由中控室對從各個子站傳回的數(shù)據(jù)進行分析,得出北京市當天的空氣質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果。
??? 本文所述環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)" title="空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)">空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)是一套以自動監(jiān)測儀器為核心的自動測控系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于物理光學測量原理,使樣品始終保持在氣體狀態(tài),沒有試劑的損耗,維護量較小。結(jié)合長光程測控系統(tǒng)共同組成。

????????????????????????????? 系統(tǒng)構(gòu)成及功能
??? 環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)測子站、監(jiān)測中心站、質(zhì)量保證實驗室和系統(tǒng)支持實驗室等部分組成。

??????????????????????????????????? 監(jiān)測子站
?? ?監(jiān)測子站具有以下功能:對環(huán)境空氣質(zhì)量和氣象狀況進行連續(xù)自動監(jiān)測;采集、處理和存儲監(jiān)測數(shù)據(jù);按中心計算機指令定時或?qū)崟r向中心計算機傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)和設(shè)備工作狀態(tài)信息。
??? 監(jiān)測子站主要由樣品采集系統(tǒng)、空氣自動分析儀、氣象參數(shù)傳感器、動態(tài)自動校準系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)以及條件保證系統(tǒng)等組成。

???????????????????????????????????? 監(jiān)測中心站
??? 監(jiān)測中心站通過有線或無線通訊設(shè)備收集各子站的監(jiān)測數(shù)據(jù)和設(shè)備工作狀態(tài)信息,主要有以下功能:
?? ?· 數(shù)據(jù)采集與處理功能:查看實時數(shù)據(jù)、分鐘數(shù)據(jù)、小時數(shù)據(jù)等,創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)編輯、單站多參數(shù)數(shù)據(jù)報告及圖表、多站單參數(shù)數(shù)據(jù)報告及圖表、多站多參數(shù)數(shù)據(jù)報告及圖表,復制子站信息、復制儀器信息,設(shè)置污染標準、設(shè)置API指數(shù)、多種圖表設(shè)置。
?? ?· 報警及診斷功能:報警設(shè)置、顯示方式設(shè)置、報警內(nèi)容查尋。
?? ?· 遠程測控功能:子站設(shè)置、通信設(shè)置、校準設(shè)置、氣象參數(shù)設(shè)置、子站界面進入并測控、單臺設(shè)備界面進入并測控、子站站房設(shè)備測控,并對所收到的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行判別、檢查和存儲,對采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理、分析,對監(jiān)測子站的監(jiān)測儀器進行遠程診斷和校準。


??????????????????????????????????質(zhì)量保證實驗室
??? 質(zhì)量保證實驗室對系統(tǒng)所用監(jiān)測設(shè)備進行標定、校準和審核,對檢修后的儀器設(shè)備進行校準和主要技術(shù)指標的運行考核,制定和落實系統(tǒng)有關(guān)監(jiān)測質(zhì)量控制的措施。

??????????????????????????????????系統(tǒng)支持實驗室
??? 系統(tǒng)支持實驗室根據(jù)儀器設(shè)備的運行要求,對系統(tǒng)儀器設(shè)備進行日常保養(yǎng)、維護,及時對發(fā)生故障的儀器設(shè)備進行檢修、更換。


????????????????????????????? 系統(tǒng)工作原理
?? ?一套較完整的空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)的配置應(yīng)包括:采樣系統(tǒng)、長光程測量系統(tǒng)、標氣校準系統(tǒng)、分析系統(tǒng)(PM10、SO2、NO2、CO、O3等)、氣象參數(shù)測量系統(tǒng)(風速、風向、氣壓、室內(nèi)溫度、室外溫度、室內(nèi)濕度、室外濕度、光輻射和雨量等)、RS232變換器、控制器(8~16路開關(guān)量輸出、8~16路模擬量輸出)、鋼瓶減壓器及控制閥組及子站和中心站計算機系統(tǒng)。系統(tǒng)組成如圖1所示。

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??? 子站的分析儀器直接測量空氣中的污染物,測定結(jié)果(濃度值)經(jīng)量程設(shè)定轉(zhuǎn)換成模擬量后輸入數(shù)據(jù)采集器,數(shù)據(jù)采集器對所采集的數(shù)據(jù)進行分類保存。分析儀器與長光程測控系統(tǒng)使用串行接口分配器通過RS-232接口將每臺測量儀器的所有數(shù)據(jù)輸入子站計算機進行處理,通過調(diào)制解調(diào)器用電話線與中心站計算機系統(tǒng)相連。


???????????????????????????????系統(tǒng)實現(xiàn)
??? 子站計算機系統(tǒng)需要長期安全可靠運行,故障率低,選用研祥特種計算機產(chǎn)品和測控自動化產(chǎn)品作為子站主控設(shè)備。配置如下:
?? ?· 機箱:IPC-2402
?? ?· 主板:FSC-1713VNA(B)
?? ?· 配件:P4 2.4/512M DDR/80G
?? ?· 控制卡:PCI-16ADT(16路A/D輸入,16位I/O)
?? ?中心控制站一般應(yīng)配備兩臺能滿足系統(tǒng)軟件工作要求的特種計算機,一臺作為主機,另一臺作為輔機。系統(tǒng)采用有線或無線通訊方式。數(shù)據(jù)傳輸速率應(yīng)在2 400b/s 以上,誤碼率為10-6以下。配置如下:
?? ?· 機箱:IPC-2402
?? ?· 主板:FSC-1713VNA(B)
?? ?· 配件:P4 3.0/1.0G DDR/160G
?? ?系統(tǒng)中所采用的機箱IPC-2402可兼容全長CPU卡,前面板采用鋁合金材料,箱體為優(yōu)質(zhì)鋼材成型,具有良好的密封防塵、散熱、抗振及EMC性能。整機采用優(yōu)良的散熱設(shè)計,適合于各種不同的標準上架型工業(yè)現(xiàn)場。其實物如圖2所示。

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??? IPC-2402具有以下特性:
?? ?· 優(yōu)良的進風散熱設(shè)計,整機溫度實時監(jiān)控;
?? ?· 超凡脫俗的工業(yè)造型設(shè)計;
?? ?· 可以兼容13、14槽無源底板,全長CPU卡;
?? ?· 可支持最新酷睿2雙核主板,支持HDMI接口,支持UPS功能;
?? ?· 支持研祥獨有EPI總線及其連接方式,整機運行更穩(wěn)定可靠。
?? ?IPC-2402產(chǎn)品規(guī)格如下:
?? ?· 外形尺寸:D×W×H=461×482×177(mm);
?? ?· 主板:可以兼容全系列全長卡;
?? ?· 底板:兼容13槽、14槽底板;
?? ?· 前面板:帶LCD屏,可實現(xiàn)溫度監(jiān)控以及電源硬盤的運行狀態(tài)顯示及超溫報警功能;
?? ?· 驅(qū)動器空間:提供三個硬盤位,一個光驅(qū)位;
?? ?· 電源:支持PS/2規(guī)格AT/ATX電源;
?? ?· 其他:采用兩個防震壓條,防止震動/安全門帶鎖保護控制部件/整機前后帶鍵盤接口。
?? ?研祥特種計算機在空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用,發(fā)揮了產(chǎn)品在穩(wěn)定性、可靠性方面的優(yōu)勢,測量子站作為獨立系統(tǒng)不間斷地測試并向上傳輸,能滿足長時間工作的要求。在中心控制系統(tǒng)中,中心站主機有較好的可擴充性,可根據(jù)實際監(jiān)測工作的需要,增加對固定污染源在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集,自動監(jiān)測車的數(shù)據(jù)采集和交通噪聲自動監(jiān)測,道路空氣污染自動監(jiān)測站的遠程測控,并兼容水質(zhì)自動監(jiān)測。該系統(tǒng)在奧運期間的空氣質(zhì)量監(jiān)測工作中發(fā)揮了重要作用。

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