天津市工況用電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與功能分析

劉佳泓 李曉曼 孫猛 楊繼東 張瑩 郜計欣

(1.天津市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心 天津 300384;2.天津天濱同盛環(huán)境技術(shù)工程有限公司 天津 300384;3.中海油天津化工研究設(shè)計院 天津 300131)

近年來，我國持續(xù)加大生態(tài)環(huán)境保護力度，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有所改善?！笆晃濉钡健笆濉逼陂g我國大力開展國控重點污染源自動監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，將提高環(huán)境質(zhì)量，加強生態(tài)環(huán)境綜合治理，加快補齊生態(tài)環(huán)境短板，作為當(dāng)前核心任務(wù)。2015年國家電網(wǎng)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)推動智能電能表應(yīng)用于用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)，而在國外，用電信息采集系統(tǒng)研究較早，西方的一些國家1980年開始就將用電信息采集系統(tǒng)應(yīng)用到電力行業(yè)。天津市將電信息采集系統(tǒng)應(yīng)用到工況用電上，通過電力監(jiān)測裝置采集電壓、電流信號并對各項指標(biāo)進行分析計算后與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合建設(shè)工況用電監(jiān)控系統(tǒng)，從而彌補監(jiān)測部門無法對中小型企業(yè)污染防治設(shè)施有效監(jiān)管的不足,助力生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善，為打好污染防治攻堅戰(zhàn)提供有力支撐[1-2]。

1 系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)與結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)

建設(shè)具備電量數(shù)據(jù)采集、匯總、傳輸、接收、儲存、分析、展示等多種功能的工況用電監(jiān)測系統(tǒng)的目標(biāo)是，站在“用電分析”的角度摸清各個污染源企業(yè)的生產(chǎn)、污染防治環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián)關(guān)系；通過采集上傳企業(yè)生產(chǎn)、污染防治設(shè)施用電量，實現(xiàn)對污染源企業(yè)（尤其是中小型污染源企業(yè)）生產(chǎn)設(shè)施、污染防治設(shè)施的工況用電遠程監(jiān)控，同時也可以為重污染天氣應(yīng)急監(jiān)管等提供精準(zhǔn)技術(shù)支持，真正實現(xiàn)環(huán)境問題的“防”與“治”的有效結(jié)合[2]，為環(huán)境保護部門準(zhǔn)確掌握污染企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)律提供有效技術(shù)手段[3]。

1.2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

工況用電監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)測終端和系統(tǒng)平臺兩部分組成，具體內(nèi)容見圖1。

圖1 天津市工況用電監(jiān)控系統(tǒng)組成

1.2.1 監(jiān)測終端

監(jiān)測終端通常采用串接型監(jiān)測終端和互感器型監(jiān)測終端，監(jiān)測參數(shù)包括三相電流、三相電壓、有功功率和電量。在不影響企業(yè)生產(chǎn)情況下通過對生產(chǎn)設(shè)施和污染防治設(shè)施進行監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)采集和匯總后傳輸?shù)较到y(tǒng)平臺。

1.2.2 系統(tǒng)平臺

系統(tǒng)平臺是對監(jiān)測終端傳輸數(shù)據(jù)進行接收、分析、儲存、展示的管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、數(shù)據(jù)庫建設(shè)、應(yīng)用系統(tǒng)。

（1）基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是系統(tǒng)建設(shè)所需要的硬件環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和工作環(huán)境。采用的Web服務(wù)器操作系統(tǒng)為linux CentoS 6.5；數(shù)據(jù)庫為Oracle11g 或Oracle12c ；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器操作系統(tǒng)為linux CentoS 6.5。

（2）數(shù)據(jù)庫的建設(shè)主要是為平臺應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。各區(qū)平臺自行建立數(shù)據(jù)中間庫向市局平臺傳輸企業(yè)基本情況、生產(chǎn)工藝、監(jiān)測點、治污備用組、生產(chǎn)治污、報警信息處理、預(yù)警指標(biāo)管理、預(yù)警指標(biāo)生產(chǎn)企業(yè)、應(yīng)急啟動、企業(yè)生產(chǎn)線工藝和設(shè)備的停產(chǎn)情況、監(jiān)測數(shù)據(jù)、報警等信息。天津市數(shù)據(jù)庫通過環(huán)保專網(wǎng)讀取各區(qū)數(shù)據(jù)中間庫的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并定時每天抽取數(shù)據(jù)。

（3）應(yīng)用系統(tǒng)主要包含5 塊子系統(tǒng)，即情況總覽、報警信息、應(yīng)急管控、綜合統(tǒng)計分析、管理應(yīng)用。其中，情況總覽系統(tǒng)主要展現(xiàn)問題企業(yè)數(shù)量及企業(yè)報警信息分布情況；報警信息系統(tǒng)通過對各類報警模式進行分析，對超標(biāo)排污、治污不利、限產(chǎn)不達標(biāo)等信息發(fā)出報警；綜合系統(tǒng)對用電量環(huán)節(jié)及報警趨勢進行分析；統(tǒng)計分析系統(tǒng)則是對企業(yè)報警情況進行匯總統(tǒng)計；應(yīng)急管控系統(tǒng)是對應(yīng)急過程中對企業(yè)執(zhí)行情況進行監(jiān)督。

2 系統(tǒng)平臺的功能分析

天津市工況用電監(jiān)測系統(tǒng)平臺中的5塊子系統(tǒng)中共包含企業(yè)基礎(chǔ)信息、用電信息、報警信息、應(yīng)急啟動、應(yīng)急報告、報警處理情況統(tǒng)計等23個功能模塊。各子系統(tǒng)的具體功能模塊見圖2。

圖2 天津市工況用電監(jiān)控系統(tǒng)功能圖

2.1 情況總覽系統(tǒng)

情況總覽系統(tǒng)可以通過首頁對采集的電量數(shù)據(jù)進行宏觀上展現(xiàn)，使電量監(jiān)控企業(yè)、限產(chǎn)企業(yè)和問題企業(yè)的數(shù)量一目了然，同時也可通過企業(yè)視角展現(xiàn)每個企業(yè)的企業(yè)信息、工藝流程、排污曲線、負荷曲線及報警信息等。

2.2 報警信息系統(tǒng)

報警信息系統(tǒng)的主要功能是當(dāng)企業(yè)污染防治設(shè)施與生產(chǎn)設(shè)施未同時開啟，或污染防治設(shè)施因某些原因未正常開啟時，系統(tǒng)通過監(jiān)測終端采集到的用電數(shù)據(jù)對企業(yè)各生產(chǎn)線上生產(chǎn)、污染防治設(shè)施的關(guān)系及運行周期進行智能分析得出污染防治設(shè)施異常關(guān)停時段，從而提取異常數(shù)據(jù)進行報警。主要分為實時報警和歷史報警。

2.2.1 實時報警

實時報警分為兩種情況：一種是對生產(chǎn)、污染防治設(shè)施運行異常、減排不利、限產(chǎn)不達標(biāo)的企業(yè)進行報警；另一種是對聯(lián)網(wǎng)異?；蛴捎谕ｋ姟⒃O(shè)備故障、人為破壞或其他情況進行報警。

2.2.2 歷史報警

歷史報警系統(tǒng)是從企業(yè)用電情況、停限產(chǎn)情況、減產(chǎn)減排情況、生產(chǎn)負荷情況、投運率等多角度進行數(shù)據(jù)邏輯關(guān)系分析，為綜合系統(tǒng)中報警趨勢及企業(yè)報警排名等提供依據(jù)。歷史報警系統(tǒng)也可以對治污不利、停限產(chǎn)不達標(biāo)等歷史報警信息是否已處理進行記錄并標(biāo)注處置理由，從而使報警處理情況更清晰具體。

2.3 應(yīng)急管控系統(tǒng)

應(yīng)急管控系統(tǒng)可實現(xiàn)重污染天氣下企業(yè)是否嚴(yán)格落實“一廠一策”應(yīng)急措施的遠程監(jiān)管要求?？深A(yù)先將“一廠一策”措施錄入監(jiān)控平臺，在重污染天氣應(yīng)急響應(yīng)期間，通過企業(yè)用電情況精準(zhǔn)分析判斷應(yīng)急措施落實情況。對于未落實應(yīng)急措施的企業(yè)，系統(tǒng)會進行報警，為環(huán)境執(zhí)法提供線索。重污染天氣應(yīng)急響應(yīng)期結(jié)束后可在系統(tǒng)生成并導(dǎo)出重污染天氣應(yīng)急效果評估報告[4]。

2.4 綜合統(tǒng)計分析系統(tǒng)

綜合統(tǒng)計分析系統(tǒng)按功能可分為兩大類：一是通過收集到的各區(qū)企業(yè)分布信息、用電量信息及報警信息等進行綜合分析，然后對各區(qū)以上信息情況進行排名通過曲線圖及柱形圖等對排名結(jié)果進行宏觀展示；二是將企業(yè)報警情況、應(yīng)急預(yù)案達標(biāo)情況及用電情況等進行歸納匯總，最終以報表的形式展現(xiàn)各區(qū)企業(yè)情況，報表展現(xiàn)出的數(shù)據(jù)結(jié)果可以通過導(dǎo)出的方式保存為Excel或Word文檔。

2.5 管理系統(tǒng)

管理系統(tǒng)主要是對系統(tǒng)權(quán)限以及相關(guān)設(shè)置進行后臺維護與管理，包括系統(tǒng)監(jiān)控模塊、個人管理模塊、機構(gòu)用戶模塊、系統(tǒng)設(shè)置模塊、報警規(guī)則模塊、摸底排查模塊。系統(tǒng)監(jiān)控模塊主要對日志內(nèi)容進行管理；個人管理模塊可對用戶信息和用戶密碼進行修改；機構(gòu)用戶模塊可以實現(xiàn)用戶的新增與刪除；系統(tǒng)設(shè)置模塊可以對系統(tǒng)顯示界面的菜單和不同級別用戶進行系統(tǒng)相關(guān)功能使用權(quán)限的設(shè)置；報警規(guī)則模塊主要是針對報警處理人制定的管理設(shè)置；摸底排查模塊則是可以實現(xiàn)對企業(yè)基本信息和企業(yè)設(shè)備信息等進行手動錄入及修改的功能。

3 系統(tǒng)的作用和特點

工況用電監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊致、智能化程度高，實現(xiàn)了從數(shù)據(jù)源的收集、儲存、處理、可視化到監(jiān)控的過程[5]，其建設(shè)進一步推動了企業(yè)污染治理設(shè)施的規(guī)范化運行，提升了環(huán)保監(jiān)管的效率，也為企業(yè)環(huán)保設(shè)施的信息化管理提供有效的技術(shù)支持。通過建立對企業(yè)從生產(chǎn)、治污到排污的全過程監(jiān)控模式，改善了由于工業(yè)污染源企業(yè)眾多、企業(yè)分布廣泛、企業(yè)工藝流程大不相同而引起的現(xiàn)場檢查工作量大等問題。同時也可實現(xiàn)環(huán)保部門對企業(yè)的遠程智能化監(jiān)管，解決環(huán)境監(jiān)管效率低的難題[6]。

4 結(jié)語

天津市工況用電監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)，實現(xiàn)了排污單位生產(chǎn)設(shè)施及污染防治設(shè)施用電量的數(shù)據(jù)采集、管理、報警、查詢、統(tǒng)計、分析等功能，用電監(jiān)測數(shù)據(jù)也可以做到“可評價、可統(tǒng)計、可分析”。伴隨著物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)、人工智能的發(fā)展與應(yīng)用，工況用電監(jiān)控系統(tǒng)作為創(chuàng)新環(huán)境監(jiān)管模式，不僅提升了環(huán)境監(jiān)督與管理的水平，同時也為實現(xiàn)科學(xué)精準(zhǔn)執(zhí)法提供可靠依據(jù)。