浅析基于GMS网络的多通道水中油在线监测系统研究

1 国内外同类产品和技术情况

发达国家的在线水中油监测技术研究比较早，代表性企业有加拿大ARJAY 公司、美国Turner Designs公司和德国Deckma 公司。

在国内，也有部分中小企业引用国外技术，进行了自己的产品开发。如北京利达科信环境安全技术有限公司的KS2902 水中油在线监测仪，已经广泛应用于船舶、石油、化工、电力等多种行业中的循环水漏油在线监测，以及江河、湖泊水体石油类物质排放的实时、在线监控。其现场检测精确度、范围以及技术水平等已经接近美国、德国公司同类产品技术。综上分析，不管是国内还是国外，在水中油监测技术上已经达到相当高的水平，特别是在信号传感上更是如此。但是这些现有产品都停留在单点本地监测，无法满足在线远程监测及告警，更谈不上远程集中管理。

2 多通道水中油在线监测系统的组成

2.1 系统主要功能

本项目的总体目标是建立长江及鄱阳湖大范围区域水体、湿地防范石油类污染物的高精度在线监测与实时报警系统管理网络与平台。该平台监测面积大，需10 台仪器同时运行，趋势测量0 200ppm，精确度1ppm，并具有自动清洗等功能。另外，系统可实现点对面的数据采集、传输与集成处理功能，即多台水中油在线监测仪的数据在中控室的一台数据处理器上可实时显示监测数据、历史数据存储、异常数据识别与报警、系统故障诊断和显示等，还可实现多台水中油在线监测仪监测数据同时进行集中、远距离数采与传输，信号衰减率小于10%。

2.2 在线监测系统连接框图

多通道水中油在线监测系统总体实现框图所示。整个系统包括现场监测采集系统、信号传输系统、数据库服务器和远程监控终端四大部分，其中现场监测系统及信号传输系统是整个系统的核心。下面将详细介绍各主要模块的设计。

2.3 在线监测系统各组成部分主要性能

2.3.1 现场监测采集系统

整个系统能容纳100 个分布式炼油机组的数据采集，每个炼油机组可设置10 个采集点，采用非接触传感器进行在线监测，即时读数，完成水中油各参数的实时监测、采集、处理，并通过无线通信方式把数据传输到远程监控终端。

现场监测采集系统原理框图如图二所示。它是利用光在通过清水和含油水时，透射和折射情况会发生较大差异的现象，通过光电转换元件将其转换成电信号，再经过放大运算电路处理，使之成为与水中含油量基本成线性变化的电压信号。一方面，经过A/D 变换器用数码管显示出来;另一方面，经过放大器放大的信号与基准进行比较，当超过报警阀值时，启动报警电路工作，产生报警信号;报警信号经过功率放大，推动报警器和阀门控制电路工作，关闭排放阀。

2.3.2 信号传输系统

由安装在流域水体中的检测仪(传感器)采集水中含油状况数据，然后传递给智能控制单元，同时按照Modbus 协议结构封装成数据包，最后将数据传递给无线数据发送单元以GPRS 模式发送出去。由远程终端发送的数据经GSM 网络接入到Internet网，再由Internet 网接入到内部局域网中，首先实时数据进入主通讯服务器进行数据接收，解析同时存储到数据库，然后提取部分检测点数据交由防漏与智能预警检测服务进行检测。最后循环水监测中心管理人员通过B/S 管理客户端对整个系统进行监控、管理与维护。

2.3.3 数据库服务器

本文提出一种异步接收异步处理方式，该方法是采用导步接收方式存入循环缓存，同时有另外的多个处理线程对循环队列中的数据进行实时解析、存储与处理。接收线程与处理线程各自独立处理，采用信号量方式进行多线程同步。异步接收线程将网络数据队列中的数据依次存入到数据循环缓存队列中，然后对每个数据循环缓存队列分配一个专用的处理线程进行数据处理，从而达到实时处理数据的目的。

数据监测中心主通讯服务的设计采用DelphiXE2 作为开发环境，以控件编程模式编写程序，大大减化编程过程，减少代码编写工作量，缩短开发期。

2.3.4 远程监控终端

本系统拟采用ASP.NET 技术，实现异步数据获取，进行基于B/S 结构设计的监控平台与管理平台开发，实现Internet 网上实时监控与数据处理。

3 多通道水中油在线监测系统关键技术

在研究开发过程中，我们主要解决了以下关键问题：

3.1 主通讯服务器实时数据处理

由于远程循环水含油监测点数量多，而且采集数据频率要求高，导致了主通讯服务器承受着大容量数据实时处理的压力，本研究采用多线程异步处理的方式，实现稳定实时的主通讯服务器功能。

3.2 循环水含油监测防漏告警

从理论上深度研究并建立告警模型，同时结合实时数据处理，根据监测的数据变化趋势，估算漏油的可能性，提高了检测的效率。

4 结束语

本文研制了一套基于GMS 网络的新一代多通道水中油在线监测系统，包括水中含油量采集与控制器单元、监控中心通信服务软件、数据库服务系统、实时预警与远程自动控制处理、基于B/S 结构设计的监控平台与管理平台。系统实现了多台水中油在线监测仪的数据在中控室的一台数据处理器上可实时显示监测数据、历史数据存储，异常数据识别与报警、系统故障诊断和显示等功能。系统广泛应用于石油、化工厂废水排放监测;锅炉补给水及冷凝水的漏油监测;循环冷却水漏油监测;水力发电站坝水坑水中油监测;江河、湖泊水体油污染监测有助于企业的产业升级，并带动相关行业的发展。