奥运期间空气质量自动监测系统
2009-02-20
作者：常 建
奥运期间的空气质量监测是奥运会举办的重要环节之一，北京已从2007年开始对空气质量进行系统监测，尤其是奥运场馆周边，每天都会对二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物进行监测。这些监测子站都配备着各种空气采样设备，这些设备能够定期自动采集空气样本，然后由仪器进行分类检测，随后把得到的数据传输到中控室，最后由中控室对从各个子站传回的数据进行分析，得出北京市当天的空气质量监测结果。
本文所述环境自动监测系统" title="空气质量自动监测系统">空气质量自动监测系统是一套以自动监测仪器为核心的自动测控系统。该系统基于物理光学测量原理，使样品始终保持在气体状态，没有试剂的损耗，维护量较小。结合长光程测控系统共同组成。
系统构成及功能
环境空气质量自动监测系统由监测子站、监测中心站、质量保证实验室和系统支持实验室等部分组成。
监测子站
监测子站具有以下功能：对环境空气质量和气象状况进行连续自动监测；采集、处理和存储监测数据；按中心计算机指令定时或实时向中心计算机传输监测数据和设备工作状态信息。
监测子站主要由样品采集系统、空气自动分析仪、气象参数传感器、动态自动校准系统、数据采集和传输系统以及条件保证系统等组成。
监测中心站
监测中心站通过有线或无线通讯设备收集各子站的监测数据和设备工作状态信息，主要有以下功能：
· 数据采集与处理功能：查看实时数据、分钟数据、小时数据等，创建数据库、数据编辑、单站多参数数据报告及图表、多站单参数数据报告及图表、多站多参数数据报告及图表，复制子站信息、复制仪器信息，设置污染标准、设置API指数、多种图表设置。
· 报警及诊断功能：报警设置、显示方式设置、报警内容查寻。
· 远程测控功能：子站设置、通信设置、校准设置、气象参数设置、子站界面进入并测控、单台设备界面进入并测控、子站站房设备测控，并对所收到的监测数据进行判别、检查和存储，对采集的监测数据进行统计处理、分析，对监测子站的监测仪器进行远程诊断和校准。
质量保证实验室
质量保证实验室对系统所用监测设备进行标定、校准和审核，对检修后的仪器设备进行校准和主要技术指标的运行考核，制定和落实系统有关监测质量控制的措施。
系统支持实验室
系统支持实验室根据仪器设备的运行要求，对系统仪器设备进行日常保养、维护，及时对发生故障的仪器设备进行检修、更换。
系统工作原理
一套较完整的空气质量自动监测系统的配置应包括：采样系统、长光程测量系统、标气校准系统、分析系统(PM10、SO2、NO2、CO、O3等)、气象参数测量系统(风速、风向、气压、室内温度、室外温度、室内湿度、室外湿度、光辐射和雨量等)、RS232变换器、控制器(8～16路开关量输出、8～16路模拟量输出)、钢瓶减压器及控制阀组及子站和中心站计算机系统。系统组成如图1所示。
子站的分析仪器直接测量空气中的污染物，测定结果（浓度值）经量程设定转换成模拟量后输入数据采集器，数据采集器对所采集的数据进行分类保存。分析仪器与长光程测控系统使用串行接口分配器通过RS-232接口将每台测量仪器的所有数据输入子站计算机进行处理，通过调制解调器用电话线与中心站计算机系统相连。
系统实现
子站计算机系统需要长期安全可靠运行，故障率低，选用研祥特种计算机产品和测控自动化产品作为子站主控设备。配置如下：
· 机箱：IPC-2402
· 主板：FSC-1713VNA（B）
· 配件：P4 2.4/512M DDR/80G
· 控制卡：PCI-16ADT（16路A/D输入，16位I/O）
中心控制站一般应配备两台能满足系统软件工作要求的特种计算机，一台作为主机，另一台作为辅机。系统采用有线或无线通讯方式。数据传输速率应在2 400b/s 以上，误码率为10-6以下。配置如下：
· 机箱：IPC-2402
· 主板：FSC-1713VNA（B）
· 配件：P4 3.0/1.0G DDR/160G
系统中所采用的机箱IPC-2402可兼容全长CPU卡，前面板采用铝合金材料，箱体为优质钢材成型，具有良好的密封防尘、散热、抗振及EMC性能。整机采用优良的散热设计，适合于各种不同的标准上架型工业现场。其实物如图2所示。
IPC-2402具有以下特性：
· 优良的进风散热设计，整机温度实时监控；
· 超凡脱俗的工业造型设计；
· 可以兼容13、14槽无源底板，全长CPU卡；
· 可支持最新酷睿2双核主板，支持HDMI接口，支持UPS功能；
· 支持研祥独有EPI总线及其连接方式，整机运行更稳定可靠。
IPC-2402产品规格如下：
· 外形尺寸：D×W×H＝461×482×177（mm）；
· 主板：可以兼容全系列全长卡；
· 底板：兼容13槽、14槽底板；
· 前面板：带LCD屏，可实现温度监控以及电源硬盘的运行状态显示及超温报警功能；
· 驱动器空间：提供三个硬盘位，一个光驱位；
· 电源：支持PS/2规格AT/ATX电源；
· 其他：采用两个防震压条，防止震动/安全门带锁保护控制部件/整机前后带键盘接口。
研祥特种计算机在空气质量自动监测系统中的应用，发挥了产品在稳定性、可靠性方面的优势，测量子站作为独立系统不间断地测试并向上传输，能满足长时间工作的要求。在中心控制系统中，中心站主机有较好的可扩充性，可根据实际监测工作的需要，增加对固定污染源在线监测数据的采集，自动监测车的数据采集和交通噪声自动监测，道路空气污染自动监测站的远程测控，并兼容水质自动监测。该系统在奥运期间的空气质量监测工作中发挥了重要作用。