污染源現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和傳輸

1、1Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 污染源現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和傳輸污染源現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和傳輸中國環(huán)境監(jiān)測總站中國環(huán)境監(jiān)測總站 2014年年8月月2Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 目錄數(shù)據(jù)采集傳輸儀介紹一一污染源現(xiàn)場數(shù)采儀數(shù)據(jù)造假的檢查二二3Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 一、數(shù)據(jù)采集傳輸儀介紹1背景背景2發(fā)展史發(fā)展史3儀器構造和工作原理儀器構造和工作原理4環(huán)境監(jiān)測領域的應用環(huán)境監(jiān)測領域的應用1、背景2007年, 國務院關于印發(fā)

2、節(jié)能減排綜合性工作方案的通知(國發(fā) 2007 15號)污染物減排三大體系能力建設國控重點污染源城鎮(zhèn)污水處理廠數(shù)據(jù)采集傳輸儀實時、準確的核定污染源排放狀況加強管理4自動監(jiān)控國控重點污染源自動監(jiān)控項目的深入開展環(huán)保部重點污染源核心應用軟件的廣泛使用排污現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集傳輸儀監(jiān)控中心上位機平臺必選設備5截止20122012年全國共建成省市級監(jiān)控中心344個；共對13248家企業(yè)現(xiàn)場端實施了自動監(jiān)控，其中國控重點污染源9213家61999 環(huán)境保護部開展污染源自動監(jiān)控系統(tǒng)建設項目2004 2004年將環(huán)境監(jiān)理適配器和污染處理設施運行記錄儀兩個產(chǎn)品功能合并2005 HJ/T 212-2005出臺，明確了自動

3、監(jiān)控系統(tǒng)功能結構的劃分、明確了數(shù)采儀概念2009 頒布了數(shù)據(jù)采集傳輸儀技術要求（HJ 477-2009）標準 環(huán)境監(jiān)理適配器污染處理設施運行記錄儀2、發(fā)展史7Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 COD在線監(jiān)測儀氨氮在線監(jiān)測儀CEMS數(shù)據(jù)采集傳輸儀監(jiān)控中心上位機平臺數(shù)字量信號模擬量信號傳輸網(wǎng)絡流量計pH計在線自動監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)、GPRS、光纖、3G、衛(wèi)星反控控制3、環(huán)境監(jiān)測領域的應用反控控制83.1 確保在線儀器與平臺之間數(shù)據(jù)的準確性1、采集準確模擬量數(shù)采儀對在線儀器輸出的信號，根據(jù)量程僅做A/D轉化，不做其他處理數(shù)字量數(shù)采儀對串口輸出的數(shù)

4、字量信號，僅按照串口協(xié)議解析數(shù)據(jù)部分，不做其他處理2、單位統(tǒng)一保證儀器和平臺數(shù)據(jù)單位統(tǒng)一93.2 數(shù)據(jù)可追溯性 根據(jù)HJ/T212和HJ477標準，數(shù)采儀存儲了至少14400條歷史數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)有三種類型：分鐘歷史數(shù)據(jù)（按照每十分鐘存儲一條，存儲一個月）；小時歷史數(shù)據(jù)（按照每一個小時存儲一條，存儲一年）；日歷史數(shù)據(jù)（按照每天存儲一條，存儲一年）。并且存儲的數(shù)據(jù)為上報的數(shù)據(jù)，不能對已存在的歷史數(shù)據(jù)進行修改、刪除等操作。3.3 完成平臺控制功能項目指令列舉實現(xiàn)方式響應方為數(shù)采儀提取/設置現(xiàn)場機時間；提取/設置報警門限；提取/設置實時數(shù)據(jù)上報間隔；提取歷史分鐘/小時/日數(shù)據(jù)等等監(jiān)控平臺下法指令，數(shù)采

5、儀直接響應執(zhí)行，并發(fā)送執(zhí)行結果，具體的功能由數(shù)采儀來完成。響應方為在線儀器校零校滿；及時采樣；設置采樣周期等等 104、儀器構造和工作原理4.1 儀器分類一般由8 8位或1616位單片機為核心，加上存儲芯片、A/DA/D芯片、串擴展芯片、顯示屏等外圍設備組成數(shù)據(jù)采集傳輸儀一般由低功耗、高性能的ARMARM芯片為核心，外擴A/DA/D芯片、大容量的FlashFlash存儲芯片、串口芯片等外圍設備組成數(shù)據(jù)采集傳輸儀基于工控機的系統(tǒng)：有工業(yè)級板卡為核心，加上A/DA/D模塊、串口擴展板卡等組成11數(shù)采儀結構示意圖4.2 儀器組成124.3 工作原理數(shù)采儀的主要工作是完成現(xiàn)場在線設備的數(shù)據(jù)采集、處理、

6、存儲、展示與上報功能數(shù)據(jù)采集接口類型采集方法備注模擬量通過AI采集，采集的精度由AD位數(shù)和轉換的精度來決定流量計；pH計等數(shù)字量串口接口定義使用RS232/RS485來采集數(shù)據(jù)，直接提取儀器串口輸出數(shù)據(jù)，不作任何轉換COD；氨氮；CEMS等第三方系統(tǒng)采集后通過網(wǎng)絡轉發(fā)使用RJ45口來采集數(shù)據(jù)部分CEMS。13數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)類型計算方法計算類數(shù)據(jù)根據(jù)212協(xié)議的要求，計算污染參量與污染物的10分鐘、1小時、1天的最大值、最小值、平均值、累計值。折算類數(shù)據(jù)根據(jù)212協(xié)議的要求，煙氣污染物除過需要上報實測數(shù)據(jù)（實測實時、分鐘、小時、日數(shù)據(jù)）還需要上報折算數(shù)據(jù)（折算實時、分鐘、小時、日數(shù)據(jù)）超標數(shù)據(jù)根據(jù)

7、設置的超標上限值，數(shù)采儀實時判斷數(shù)據(jù)是否超標，如果超標則存儲超標數(shù)據(jù)，并上報CN=2071給平臺數(shù)據(jù)存儲和上報存儲數(shù)據(jù)212協(xié)議中不涉及對實時數(shù)據(jù)的存儲，只存儲分鐘/小時/日最大、最小、平均和累計值以及報警數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)上報實時數(shù)據(jù)、分鐘數(shù)據(jù)、小時數(shù)據(jù)和日數(shù)據(jù)等14Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 二、污染源現(xiàn)場數(shù)采儀數(shù)據(jù)造假的檢查 關于現(xiàn)場數(shù)據(jù)造假污染源在線監(jiān)測的根本意義是：真實的數(shù)據(jù)反映現(xiàn)場真實的排放狀況15Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 排污口造假1、私設暗管，開通旁路2、稀

8、釋進樣3、偷換水樣4、間歇性時差集中排放16Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 分析儀器造假1、修改標準曲線2、設定系數(shù)(輸出的監(jiān)測數(shù)據(jù)=K*實際測試數(shù)據(jù)+B)3、量程雙標準 3.1 分析儀器量程雙標準，測試量程和數(shù)據(jù)輸出量程 3.2 數(shù)采儀量程比在線分析儀器量程低（針對模擬量接入）17數(shù)據(jù)采集傳輸儀數(shù)據(jù)造假數(shù)據(jù)采集階段造假 模擬量-修改數(shù)采儀量程和信號范圍造假 模擬量-修改采集公式系數(shù)法造假 串口量-增加通訊協(xié)議系數(shù)法造假數(shù)據(jù)處理傳輸階段造假 數(shù)采儀超標數(shù)據(jù)造假上報法造假 數(shù)采儀模擬數(shù)據(jù)上報法造假18Copyright 2012 And

9、y Guo. All rights reserved。 數(shù)據(jù)采集階段造假1、修改數(shù)采儀量程和信號范圍（針對模擬量接入）例：分析儀器輸出4-20mA模擬信號，對應量程為0-1000， 假如此時數(shù)采儀采集到12mA信號通過A/D轉換，顯示數(shù)據(jù)應為A值，如果此時人為設定數(shù)采儀的量程為0-500，雖然數(shù)采儀采集到的仍是12mA信號，但經(jīng)過A/D轉換后顯示數(shù)值約為A/2；同理信號范圍也類似。19Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 產(chǎn)生影響：該手段影響的將是全部數(shù)據(jù)，較容易被發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場檢查：查看數(shù)采儀量程和分析儀器量程是否一致； 數(shù)采儀信號范圍是否與分

10、析儀器一致 對比數(shù)采儀和分析儀的歷史數(shù)據(jù)20數(shù)采儀量程和信號范圍現(xiàn)場檢查步驟第一步：查看分析儀器的信號范圍與量程范圍（一般需要密碼進入，量程范圍在驗收時應有備案）第二步：查看數(shù)采儀的信號范圍與量程范圍信號范圍量程范圍第三步：比對分析，如果一致則正常，不一致則異常注意：該種作弊手段比較常見，并且實現(xiàn)簡單，僅需要修改數(shù)采儀的參數(shù)即可。21Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 數(shù)據(jù)采集階段造假2、修改采集公式系數(shù)（針對模擬量接入）一般常見的修正方法為一次線性方法，通過設置斜率、截距的值對數(shù)據(jù)進行修正，即y=k*x+b（修改k，b值），對于模擬量數(shù)

11、據(jù)采集方式，設置合理的修正系數(shù)，能夠更好的保證采集數(shù)據(jù)的準確性以及與分析儀表數(shù)據(jù)的一致性，但如果為了將數(shù)據(jù)“造”成合格數(shù)據(jù)而去調整公式系數(shù)，即為非法操作，存在數(shù)據(jù)造假嫌疑。22Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 產(chǎn)生影響：該手段影響的將是全部數(shù)據(jù)，較容易被發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場檢查：使用萬用表測量分析儀器實際輸出信號并換算 對比數(shù)采儀和儀表的歷史數(shù)據(jù)23使用萬用表測量分析儀器實際輸出信號并換算現(xiàn)場檢查步驟第一步：獲取數(shù)采儀的信號范圍與量程范圍第二步：用萬用表測得進入數(shù)采儀的電壓或電流值（即儀器實際輸出值）以萬用表的測試結果為準24現(xiàn)場檢查步驟第三步：用

12、A/D轉換公式，看數(shù)采儀顯示結果與計算的是否一致注意：該種作弊手段是在數(shù)采儀廠家的支持下才能完成。使用萬用表測量分析儀器實際輸出信號并換算現(xiàn)場檢查步驟25Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 數(shù)據(jù)采集階段造假3、增加系數(shù)（針對串口接入） 如果信號為數(shù)字量則通過增加系數(shù)的方式來控制上報給監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)26Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 產(chǎn)生影響：該手段影響的將是全部數(shù)據(jù)，較容易被發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場檢查：通過截獲在線儀器輸出報文的方式來核查 對比數(shù)采儀和儀表的歷史數(shù)據(jù)27Copyright 20

13、12 Andy Guo. All rights reserved。 數(shù)據(jù)比對 檢查并記錄儀表數(shù)值，同時核對、記錄數(shù)采儀和平臺數(shù)值； 對于儀表數(shù)值和數(shù)采儀數(shù)值，若存在示值誤差，說明數(shù)采儀在數(shù)據(jù)采集部分已經(jīng)進行了數(shù)據(jù)修正； 對于數(shù)采儀數(shù)值和平臺數(shù)值，若存在示值誤差，說明數(shù)采儀在數(shù)據(jù)傳輸部分進行了數(shù)據(jù)修正。記錄儀表示值比對數(shù)采儀示值核對平臺數(shù)據(jù)28Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 數(shù)采儀通過模擬量采集數(shù)據(jù)時，允許存在數(shù)采儀量程1以內的誤差，數(shù)采儀和平臺數(shù)據(jù)一致，但和儀表可能會存在偏差。應采用分鐘數(shù)據(jù)（十分鐘數(shù)據(jù)）去做數(shù)據(jù)比對數(shù)采儀不存儲實時數(shù)

14、據(jù)，如采用實時數(shù)據(jù)，只能比較平臺和分析儀器數(shù)據(jù)的一致性，同時應以儀表存儲數(shù)據(jù)的時間點為準（平臺數(shù)據(jù)顯示時間存在延后的可能性，但最多延后時間為數(shù)采儀的一個上報間隔）小時數(shù)據(jù)比對時，平臺和數(shù)采儀的數(shù)據(jù)一致，但與儀表數(shù)據(jù)會產(chǎn)生偏差例：假定分析儀2小時測定一次，從0點開始采樣，0：20測試完成，結果為A值。如果此時選取數(shù)采儀的小時數(shù)據(jù)（0-1點），數(shù)采儀在0點至0：20之間采集到的數(shù)據(jù)并非為A值，而應是儀表上次測量的數(shù)據(jù)B值，故數(shù)采儀的小時數(shù)據(jù)（0-1點）是根據(jù)儀表上一次的測定值B以及本次的測定值A綜合得出。采用分鐘數(shù)據(jù)去做比對時，應以分析儀器數(shù)據(jù)時間為起點，從該時間點往后推10分鐘（如分析儀記錄時間

15、的是采樣開始時間，則時間起點還應將整個采樣，測試周期的時間考慮進去），比較該時間段內的三方的分鐘數(shù)據(jù)（分析儀數(shù)據(jù)為選取時間點A點的數(shù)據(jù)，數(shù)采儀和平臺為A點A點+10分鐘時間段內的分鐘數(shù)據(jù)，用這三個數(shù)據(jù)作為本次測量數(shù)據(jù)的比對數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)比對需注意的問題29Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 數(shù)據(jù)處理傳輸造假1、數(shù)采儀超標數(shù)據(jù)造假上報 如果數(shù)據(jù)在正常范圍內則不作處理，如果超過設定的某個值則對采集到的數(shù)據(jù)進行屏蔽，保持為上一次采集到的正常數(shù)據(jù)（或對超標數(shù)據(jù)進行修正）上報給監(jiān)控中心。30Copyright 2012 Andy Guo. All ri

16、ghts reserved。 產(chǎn)生影響：該種作假手段影響不是所有數(shù)據(jù)，僅僅是針對個別數(shù)據(jù)而言，比較隱蔽，基本無法通過過數(shù)據(jù)比對來發(fā)現(xiàn)。超標數(shù)據(jù)造假上報一般有三種方式1）在數(shù)采儀內部設置不合理的超標限值及上報程序，當采集到的數(shù)據(jù)超過該限值則顯示并上報該設定的值的方式。報警限值31現(xiàn)場檢查步驟第一步：通過數(shù)采儀的顯示屏找到報警的限值第二步：直接修改該“限值”使其低于當時數(shù)采儀顯示的的實際數(shù)值第三步：觀察結果 結果一：修改完后數(shù)采儀顯示的數(shù)值為實際的數(shù)值則正常 如果二：如修改完后數(shù)采儀顯示的數(shù)值是我們剛才設置的“限值”則異常注意：設置數(shù)采儀的報警上下線的目的是：當超過此限值時需要記錄數(shù)據(jù)并上報給平臺

17、CN=2072，而不是限制讓其輸出的數(shù)據(jù)不超過此數(shù)據(jù)。32Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 2）數(shù)采儀采集到數(shù)據(jù)后未直接報送到監(jiān)控中心平臺而是通過其他設備/服務器中轉處理后再發(fā)送到監(jiān)控中心平臺。現(xiàn)場檢查：首先了解本區(qū)域數(shù)采儀設備需上報中心的IP地址和端口信息。然后在現(xiàn)場查看數(shù)采儀的服務器IP和端口配置，通過比較即可知道是否經(jīng)過第三方設備/服務器中轉。33Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 3）分析儀器的測試數(shù)據(jù)測定完成后，首先通過儀器內部工控機處理（造假）數(shù)據(jù)，將處理（造假）后的數(shù)

18、據(jù)存儲在分析儀器上，再將此數(shù)據(jù)通過串口或模擬量輸出給數(shù)采儀?，F(xiàn)場檢查：可以隨身攜帶超標濃度的標準物質（儀器量程范圍內），現(xiàn)場做樣，檢查在線儀器、數(shù)采儀、平臺數(shù)據(jù)是否超標，并且是否一致。34Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 數(shù)據(jù)處理傳輸造假2、報送模擬數(shù)據(jù)1）直接報送模擬數(shù)據(jù)；2）某些特定時段斷開數(shù)采儀與分析儀的連接，但數(shù)采儀仍“正?！鄙蠄髷?shù)據(jù)給平臺。35Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 數(shù)字量或模擬量通信模擬數(shù)據(jù)現(xiàn)場檢查步驟： 將儀器和數(shù)采儀之間的通信斷開。 看數(shù)采儀是否依然顯示正常數(shù)據(jù)，是否提示設備通信中斷。一般數(shù)采儀為了防止偶發(fā)的數(shù)據(jù)通信異常，都會有一個通信異常次數(shù)的容錯（根據(jù)數(shù)采儀自身特性，可要求廠商提供該參數(shù)） 經(jīng)過一段時間等待后若數(shù)采儀依然保持正常狀態(tài)數(shù)據(jù)，說明數(shù)采儀可能存在數(shù)據(jù)模擬造假的嫌疑。 同時核對平臺數(shù)據(jù)驗證是否存在傳輸數(shù)據(jù)模擬造假的情況。斷電