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浅论数据采集传输仪在环保物联网中的应用

来源:《数字技术与应用》 编辑:梁扬志 时间:2018-08-22

摘要:本文简要介绍数据采集传输仪的原理和结构,提出了满足HJ/T212标准的环境自动监测系统通用数据采集传输仪的技术指标和使用要求。阐述它在环保物联网中的应用,实现感知层的各类监测仪器的数据汇总、处理和传输上传等重要功能,推动环保物联网的发展。

关键词:数据采集传输仪;环保物联网;应用

中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2018)04-0225-02

由于各类水、气、声等现场自动监测设备生产厂商繁多,监测设备没有统一的接口协议和传输标准,以及不同厂家的数据采集传输仪也是指标和协议各异,这些因素在一定的程度上影响了物联网技术在环境监测应用的成效。

为此,国家环保总局发布了《HJ/T212污染源在线自动监控(监测)系统数据传输标准》,为污染源在线自动监测(监控)系统的建设提供了统一数据传输标准和相关的通讯协议。基于该标准的数据采集传输仪改善了仪表设备通讯协议和接口不统一性的局面,以及不同数据采集传输仪之间的兼容性和统一性,使建立一个统一的环保物联网成为可能。

1 数据采集传输仪的原理和传输协议

数据采集传输仪是由数据记录仪发展而来,它在数据储存的基础上增加了统计分析和传输功能。其原理结构图如图1所示,有对外接口、数据采集处理、存储、显示和数据传输等主要核心单元,分别实现数据采集、汇总处理、存储和向上位机传输数据的功能,起到承上启下的作用。

HJ/T212中规定了基础传输层依据不同的传输网络可有两类实现方式:基于TCP/IP协议的和基于非TCP/IP协议的。TCP/IP协议具有良好的传输硬件适应性,同时也具有面向建立连接的特点。数据采集传输仪与上端的通讯服务器之间的通讯协议是ISO/OSI中的应用层,即是第7层协议,保证即使出于不同传输网络数据采集传输仪与通讯服务器自己提供交互通讯。目前,市场上数据采集传输仪种类很多,有单片机系统、工控机系统、嵌入式计算机系统或可编程控制器等类型。

2 数据采集传输仪在环保物联网中的应用

2.1 技术指标要求

根据环保总局对自动监测技术规范的最新要求,适用自动监测系统的数据采集传输仪应满足如下的最低基本技术指标要求:

(1)具有較高的稳定性和安全性,符合HJ/T212数据传输标准中的通讯、控制和报警等的协议要求。性能要求:采集误差≤1‰,系统时钟误差±51‰,能实现反控制功能。

(2)数据采集单元:数采端口兼容,采集精度应至少达到12位分辨率,应具备RS232/RS485数字输入通道4个以上,至少具备8个模拟量输入通道,实现数据、命令双向传输。开关量I/O端口:至少具备4个开关量输入输出通道。

(3)数据储存单元:存储容量应满足实时数据和各类均值数据存储时间和传输的有关要求,至少存储14400条记录。

(4)数据传输单元:具备无线和有线两种兼容方式:GPRS、3/4G等无线方式;局域网(以太网)、Internet等有线方式;显示单元:能显示分、时、日均值和月均值等数据,能以图形的形式查看实时值。

2.2 在环境监测物联网中的应用

环保物联网分为感知层、传输网络层和应用层,主要由水、气、声和污染源等现场的各种自动监测仪器组成的监测感知网络、传输网络、监控中心和数据应用组成,如图2所示。数据采集传输仪是物联网的核心必备核心组件之一,它位于感知层和传输网络层之间,起到承上启下的连接作用。

(1)在感知层中的作业:它与具有RS232/RS485输出接口的现场仪器设备相连和进行通讯,采集监测设备原始数据,通过数字通道、模拟通道采集获取各类监测数据和设备状态信息,并对数据进行汇总和储存,实现各类数据的汇总和归一化管理,并根据HJ/T212的协议进行编码、打包和封装,以及向上端上传数据。

(2)对传输网络层的作用:根据HJ/T212的数据传输标准,如TCP/IP传输协议,利用3/4G、VPN、光纤等有线或无线网络,通过各种通讯信道与环境监控中心的通信服务器相连,实现在线实时通讯,监测数据源源不断地上传和存储在海量数据库服务器上,以供环保信息化各种应用系统使用。

(3)通过数据采集传输仪的数据管理和分析功能,实现对在线设备的故障自动诊断和实时报警功能。此外,它还完成上端反向控制下端设备,实现远距离监控、监测的功能。

3 结语

基于HJ/T212的数据采集传输仪在环保物联网中的应用有如下优点:

(1)管理归一化:符合国家标准的“现场仪表+数采仪”模式,很好地实现了感知层的各类数据的汇总和封装处理。

(2)运维规范化:使用稳定的数据采集传输仪,就可实现运维工作程式化、规范化,以提高系统维护、应急处理的效率。

(3)传输标准化:所有上位机监控平台供应商均采用了标准的HJ/T212-2005协议与现场机进行通讯,数据采集传输仪兼容这些通讯方式,将仪表输出信号或数据进行标准化数据处理,使得不同种类的仪表与各个数据监控平台都可实现“透明传输”。

参考文献

[1]HJ/T212-2005,污染源在线自动监控(监测)系统数据传输标准[S].

[2]张宏伟.物联网在环境监测和保护中的应用研究[J].物联网技术,2011,1(06):73-76.

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