淺析基於GMS網路的多通道水中油線上監測系統研究論文
淺析基於GMS網路的多通道水中油線上監測系統研究論文
1 國內外同類產品和技術情況
發達國家的線上水中油監測技術研究比較早，代表性企業有加拿大ARJAY 公司、美國Turner Designs公司和德國Deckma 公司。
在國內，也有部分中小企業引用國外技術，進行了自己的產品開發。如北京利達科信環境安全技術有限公司的KS2902 水中油線上監測儀，已經廣泛應用於船舶、石油、化工、電力等多種行業中的迴圈水漏油線上監測，以及江河、湖泊水體石油類物質排放的實時、線上監控。其現場檢測精確度、範圍以及技術水平等已經接近美國、德國公司同類產品技術。綜上分析，不管是國內還是國外，在水中油監測技術上已經達到相當高的水平，特別是在訊號感測上更是如此。但是這些現有產品都停留在單點本地監測，無法滿足線上遠端監測及告警，更談不上遠端集中管理。
2 多通道水中油線上監測系統的組成
2.1 系統主要功能
本專案的總體目標是建立長江及鄱陽湖大範圍區域水體、溼地防範石油類汙染物的高精度線上監測與實時報警系統管理網路與平臺。該平臺監測面積大，需10 臺儀器同時執行，趨勢測量0～200ppm，精確度±1ppm，並具有自動清洗等功能。另外，系統可實現點對面的資料採集、傳輸與整合處理功能，即多臺水中油線上監測儀的資料在中控室的一臺資料處理器上可實時顯示監測資料、歷史資料儲存、異常資料識別與報警、系統故障診斷和顯示等，還可實現多臺水中油線上監測儀監測資料同時進行集中、遠距離數採與傳輸，訊號衰減率小於10%。
2.2 線上監測系統連線框圖
多通道水中油線上監測系統總體實現框圖所示。整個系統包括現場監測採集系統、訊號傳輸系統、資料庫伺服器和遠端監控終端四大部分，其中現場監測系統及訊號傳輸系統是整個系統的核心。下面將詳細介紹各主要模組的設計。
2.3 線上監測系統各組成部分主要效能
2.3.1 現場監測採集系統
整個系統能容納100 個分散式煉油機組的資料採集，每個煉油機組可設定10 個採集點，採用非接觸感測器進行線上監測，即時讀數，完成水中油各引數的實時監測、採集、處理，並透過無線通訊方式把資料傳輸到遠端監控終端。
現場監測採集系統原理框圖如圖二所示。它是利用光在透過清水和含油水時，透射和折射情況會發生較大差異的現象，透過光電轉換元件將其轉換成電訊號，再經過放大運算電路處理，使之成為與水中含油量基本成線性變化的電壓訊號。一方面，經過A/D 變換器用數碼管顯示出來;另一方面，經過放大器放大的訊號與基準進行比較，當超過報警閥值時，啟動報警電路工作，產生報警訊號;報警訊號經過功率放大，推動報警器和閥門控制電路工作，關閉排放閥。
2.3.2 訊號傳輸系統
由安裝在流域水體中的檢測儀(感測器)採集水中含油狀況資料，然後傳遞給智慧控制單元，同時按照Modbus 協議結構封裝成資料包，最後將資料傳遞給無線資料傳送單元以GPRS 模式傳送出去。由遠端終端傳送的資料經GSM 網路接入到Internet網，再由Internet 網接入到內部區域網中，首先實時資料進入主通訊伺服器進行資料接收，解析同時儲存到資料庫，然後提取部分檢測點資料交由防漏與智慧預警檢測服務進行檢測。最後迴圈水監測中心管理人員透過B/S 管理客戶端對整個系統進行監控、管理與維護。
2.3.3 資料庫伺服器
本文提出一種非同步接收非同步處理方式，該方法是採用導步接收方式存入迴圈快取，同時有另外的多個處理執行緒對迴圈佇列中的資料進行實時解析、儲存與處理。接收執行緒與處理執行緒各自獨立處理，採用訊號量方式進行多執行緒同步。非同步接收執行緒將網路資料佇列中的資料依次存入到資料迴圈快取佇列中，然後對每個資料迴圈快取佇列分配一個專用的處理執行緒進行資料處理，從而達到實時處理資料的目的。
資料監測中心主通訊服務的設計採用DelphiXE2 作為開發環境，以控制元件程式設計模式編寫程式，大大減化程式設計過程，減少程式碼編寫工作量，縮短開發期。
2.3.4 遠端監控終端
本系統擬採用ASP.NET 技術，實現非同步資料獲取，進行基於B/S 結構設計的監控平臺與管理平臺開發，實現Internet 網上實時監控與資料處理。
3 多通道水中油線上監測系統關鍵技術
在研究開發過程中，我們主要解決了以下關鍵問題：
3.1 主通訊伺服器實時資料處理
由於遠端迴圈水含油監測點數量多，而且採集資料頻率要求高，導致了主通訊伺服器承受著大容量資料實時處理的壓力，本研究採用多執行緒非同步處理的.方式，實現穩定實時的主通訊伺服器功能。
3.2 迴圈水含油監測防漏告警
從理論上深度研究並建立告警模型，同時結合實時資料處理，根據監測的資料變化趨勢，估算漏油的可能性，提高了檢測的效率。
4 結束語
本文研製了一套基於GMS 網路的新一代多通道水中油線上監測系統，包括水中含油量採集與控制器單元、監控中心通訊服務軟體、資料庫服務系統、實時預警與遠端自動控制處理、基於B/S 結構設計的監控平臺與管理平臺。系統實現了多臺水中油線上監測儀的資料在中控室的一臺資料處理器上可實時顯示監測資料、歷史資料儲存，異常資料識別與報警、系統故障診斷和顯示等功能。系統廣泛應用於石油、化工廠廢水排放監測;鍋爐補給水及冷凝水的漏油監測;迴圈冷卻水漏油監測;水力發電站壩水坑水中油監測;江河、湖泊水體油汙染監測有助於企業的產業升級，並帶動相關行業的發展。