Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I Состояние проблемы автоматизированного мониторинга воздуха 10
1.1 Структура систем мониторинга загрязнения воздуха промышленно развитых территорий
1.2 Обзор автоматизированных систем мониторинга воздуха, используемых на промышленных предприятиях
1.3 Методы оценки состояния воздуха промышленно опасных объектов применяемые в автоматизированных системах мониторинга воздуха 31
1.4 Постановка задачи 41
ГЛАВА II Структура и математическое обеспечение автоматизированной системы сбора и анализа экологической информации 43
2.1 Разработка обобщенной структуры автоматизированной системы сбора и анализа экологической информации
2.2 Структура математической модели системы сбора, обработки и отображения экологической информации
2.3 Методика определения расположения постов проводящих измерения
2.4 Выводы 61
ГЛАВА III Алгоритмическое и программное обеспечение системы сбора, обработки и отображения экологической информации 62
3.1 Основные элементы системы 62
3.2 Подсистема сбора информации 66
3.3 Подсистема передачи и хранения информации 71
3.4 Подсистема выдачи рекомендаций и отображения информации 77
3.5 Алгоритмы аппаратной части системы 85
3.6 Выводы 87
ГЛАВА IV Описание и результаты внедрения системы сбора, обработки и отображения информации
4.1 Основные элементы программного комплекса 88
4.2 Внедрение системы на ОАО "Тулачермет" 93
4.3 Внедрение модуля расчета и отображения распространения загрязнений в Главном управление по делам ГО и ЧС по Тульской области
4.4 Внедрение системы в учебный процесс кафедры АОТиОС 108
4.5. Выводы 108
Заключение по
Список использованных источников 112
Приложение А Текст программы 123
Приложение В Копии актов внедрения
- Структура систем мониторинга загрязнения воздуха промышленно развитых территорий
- Разработка обобщенной структуры автоматизированной системы сбора и анализа экологической информации
- Основные элементы системы
- Основные элементы программного комплекса
Введение к работе
В результате различных процессов происходящих на современных производствах, в атмосферу выбрасывается огромное количество загрязняющих веществ, оказывающих вредное воздействие на человека. Со стороны экологических служб предприятий все большее внимание уделяется проблеме оценки степени воздействия производственных процессов на окружающую среду. Так на предприятиях внедряются различные системы мониторинга атмосферного воздуха, в том числе и автоматизированные, которые позволяют определить картину загрязнения прилежащих территорий.
Для регулирования выбросов вредных веществ на основании информации о распределении их концентраций необходимо, чтобы полученная информация о распределении концентрации была достоверной. Достоверность полученной информации обеспечивается использованием высокоточных датчиков на постах измерения, методикой расположения этих постов, а также моделями позволяющими определять поля распространения загрязнения по точечным замерам при различных метеорологических параметрах.
В современных автоматизированных системах мониторинга состояния загрязнения воздуха используются модели, разработанные такими известными учеными как М.Е. Берлянд, Р.И. Оникул, Л.Р. Сонькин, Н.Н. Калиткин, Н.В. Карпенко, Ю.С. Беликов, А.Б. Дьякова, Г.А. Тульчинский. Модели позволяют по точечным замерам концентраций восстанавливать текущую картину распределения вредных веществ в атмосфере и на основе этих данных установить взаимосвязь между параметрами технологического процесса и состоянием территории, над которой распространяется выброс, что в будущем может быть использовано для принятия решений направленных на регулирование выбросов предприятием. Разработке автоматизированных систем мониторинга состояния воздуха посвящены работы А.А. Любимова, О.В. Кондракова, A.M. Погорелого.
На большинстве производств существует несколько источников загрязнения, поэтому еще одной важной задачей при регулировании выбросов в атмосферу, является определение вклада каждого источника в общий выброс - это необходимо для однозначного определения источника, параметры которого необходимо регулировать.
Основным недостатком использования систем мониторинга на предприятиях, является то, что полученная с их помощью информация не учитывается при управлении технологическими процессами, что связано с отсутствием моделей, описывающих взаимосвязь между параметрами технологического процесса и распределением концентрации вредных веществ, выделяемых в атмосферу в результате этого процесса, а так же с отсутствием диалоговых подсистем, включенных в состав автоматизированных систем управления технологическими процессами, позволяющих на основе полученных данных о концентрации вредных веществ обеспечить поддержку принятия решений по регулированию выбросов в атмосферу.
Целью работы является снижение выбросов в атмосферу производственными процессами, использующими автоматизированные системы управления, на основании информации, полученной с помощью автоматизированной системы мониторинга состояния загрязнения воздуха, определяющей степень загрязнения территории по показаниям метеостанции и постов мониторинга, осуществляющих непрерывные замеры концентраций вредных веществ.
Задачи. Для достижения указанной цели решаются следующие задачи:
1. Обзор существующих систем мониторинга состояния загрязнения воздуха, используемых в составе систем управления производственным процессом для принятия решений по регулированию выбросов.
2. Разработка методики для поддержки принятия решений в автоматизированной системе управления производственным процессом, направленных на снижение концентрации вредных веществ, учитывающая ой территории, в соответствии с метеорологическими параметрами и показаниями непрерывных точечных замеров датчиков, осуществляемых автоматизированной системой мониторинга состояния загрязнения воздуха.
3. Разработка метода определения вклада каждого источника выброса вредных веществ в общий выброс в атмосферном воздухе, позволяющего выделить источники с предельно допустимыми выбросами и использовать полученную информацию при принятии решений в автоматизированной системе управления технологическим процессом, направленных на снижение концентрации вредных веществ, выбрасываемых этими источниками.
5. Разработка метода определения расположения постов измерения концентрации вредных веществ в приземном слое атмосферного воздуха, который позволяет определять степень загрязнения территории при изменяющейся мощности выброса источника и меняющихся метеорологических параметрах.
6. Разработка алгоритмического и программного обеспечения автоматизированной системы мониторинга состояния загрязнения воздуха, проведение экспериментальных исследований
7. Внедрение автоматизированной системы мониторинга состояния загрязнения воздуха, в производственный процесс для повышения эффективности процедур принятия решений, направленных на снижение концентрации вредных веществ.
Объектом исследования является взаимосвязь между процессами загрязнения атмосферы вредными веществами, выделяемых промышленными производствами над прилегающей территорией и механизмами регулирования выбросов вредных веществ с помощью изменения параметров технологических процессов в автоматизированной системе управления технологическими процессами на производствах.
Предметом исследования являются алгоритмы, методы и модели, описывающие процесс учета вредного воздействия загрязняющих веществ на атмосферу прилегающих территорий при управлении производством с помощью автоматизированных систем управления технологическим процессами.
Методы исследования. В диссертационной работе использованы методы теории автоматического управления, теории информационных систем и процессов, математического моделирования, теории принятия решений, методов оптимизации, имитационного и натурного экспериментов.
Наиболее существенные результаты, полученные лично соискателем:
1. Методика для поддержки принятия решений в автоматизированной системе управления производственным процессом, направленных на снижение концентрации вредных веществ, учитывающая распределение концентраций по загрязняемой территории, в соответствии с метеорологическими параметрами и показаниями непрерывных точечных замеров датчиков, осуществляемых автоматизированной системой мониторинга состояния загрязнения воздуха.
2. Метод определения вклада каждого источника выброса вредных веществ в общий выброс в атмосферном воздухе, позволяющий выделить источники с предельно допустимыми выбросами и использовать полученную информацию при принятии решений в автоматизированной системе управления технологическим процессом, направленных на снижение концентрации вредных веществ, выбрасываемых этими источниками.
3. Метод определения расположения постов измерения концентрации вредных веществ в приземном слое атмосферного воздуха, который позволяет определять степень загрязнения территории при изменяющейся мощности выброса источника и меняющихся метеорологических параметрах.
Новизна научных результатов заключается в раскрытии структурно-функциональной взаимосвязи между процессом автоматизированного мониторинга состояния загрязнения воздуха, контролируемого распределенными по подвергаемой загрязнению территории постами измерения концентрации вредных веществ с учетом метеорологических параметров и процедурами принятия решений в автоматизированной системе управления производственным процессом, направленных на снижение концентрации вредных веществ, выделяемых различными источниками, с учетом вклада каждого из них ъ общий выброс.
Достоверность полученных в работе положений, выводов и рекомендаций обосновывается математической корректностью постановки задач и методов их решения, высокой сходимостью расчетных и экспериментальных данных и положительным опытом внедрения разработанной автоматизированной системы.
Отличие результатов работ от работ других авторов. Разработанная методика для поддержки принятия решений в автоматизированной системе управления производственным процессом, направленных на снижение концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе, отличается от методики предложенной А.А. Любимовым, тем что, учитывает процессы рассеивания вредных веществ над прилежащей территорией и не основывается только на результатах точечных замеров, производимых непосредственно в местах выброса вредных веществ.
Значение работы для теории и практики. Разработана новая методика поддержки принятия решений, направленных на регулирование выбросов вредных веществ в атмосферу промышленными предприятиями, учитывающая распределение вредных веществ по загрязняемой территории в зависимости от метеорологических параметров с использованием информации непрерывных точечных замеров.
Рекомендации об использовании результатов диссертационного исследования. Проведенные в работе теоретические исследования представляют собой методическую основу для создания автоматизированных систем мониторинга состояния загрязнения воздуха, с распределенными по загрязненной территории постами измерения концентрации вредных веществ и возможностью выделения источника-загрязнителя из группы, используемых в составе автоматизированных систем управления производствами для принятия решений направленных на снижение концентрации выбросов вредных веществ. Разработанный метод определения расположения постов измерения концентрации вредных веществ, позволяет получать достоверные данные при изменяющихся метеорологических параметрах и мощностях источников выбросов, во время анализа загрязнения территории экологическими службами.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научных конференциях и семинарах: «Современные проблемы экологии и рационального природопользования» (Тула, 2006 г); «Информационные системы и модели в научных исследованиях» (Тула, 2005 г); «Информационные системы и модели в научных исследованиях промышленности и экологии» (Тула, 2008 г); «Экологически устойчивое развитие центрального федерального округа» (Тула, 2008 г).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 12 печатных работах, из них 6 в изданиях из списка рекомендованных ВАК.
Структура систем мониторинга загрязнения воздуха промышленно развитых территорий
Для выявления загрязнения воздуха вредными веществами, выбрасываемыми промышленными предприятиями используется специальная система наблюдений. Такую систему в настоящее время общепринято называть мониторингом. Мониторинг включает следующие основные направления деятельности: - наблюдения за факторами, воздействующими на окружающую природную среду и за ее состоянием; - оценку фактического состояния природной среды; - прогноз развития состояния природной среды и оценку этого развития.
Таким образом, мониторинг - это система наблюдений, оценки и прогноза состояния природной среды, не включающая управление качеством окружающей среды, но дающая необходимую информацию для такого управления и выработки инженерных методов защиты окружающей среды [76].
Мониторинг может охватывать как локальные районы, так и земной шар в целом (глобальный мониторинг). Чтобы обеспечить эффективную оценку и прогноз, мониторинг должен включать наблюдения за источниками загрязнения, загрязнением природной среды и следствиями от этого загрязнения.
Наиболее универсальным подходом к определению структуры системы мониторинга антропогенных изменений является его разделение на блоки: "Наблюдения", "Оценка фактического состояния", "Прогноз состояния", "Оценка прогнозируемого состояния".
Блоки "Наблюдения" и "Прогноз состояния" тесно связаны между собой, так как прогноз состояния окружающей среды возможен лишь при наличии достаточно репрезентативной информации о фактическом состоянии (прямая связь). Построение прогноза, с одной стороны, подразумевает знание закономерностей изменений состояния природной среды, наличие схемы и возможностей численного расчета этого состояния, с другой - направленность прогноза в значительной степени должна определять структуру и состав наблюдательной сети (обратная связь).
Данные, характеризующие состояние природной среды, полученные в результате наблюдений или прогноза, должны оцениваться в зависимости от того, в какой области человеческой деятельности они используются (с помощью специально выбранных или выработанных критериев). Оценка подразумевает, с одной стороны, определение ущерба от воздействия, с другой - выбор оптимальных условий для человеческой деятельности, определение существующих экологических резервов. При такого рода оценках рассчитываются возможные значения допустимых нагрузок на окружающую природную среду.
Информационные геофизические системы, так же как и информационная система мониторинга антропогенных изменений, являются составной частью системы управления, взаимодействия человека с окружающей средой (системы управления состоянием окружающей среды), поскольку информация о существующем состоянии природной среды и тенденциях ее изменения должна быть положена в основу разработки мер по охране природы и учитываться при планировании развития экономики. Результаты оценки существующего и прогнозируемого состояния биосферы в свою очередь дают возможность уточнить требования к подсистеме наблюдений (это и составляет научное обоснование мониторинга, обоснование состава, структуры сети и методов наблюдений) [41].
Сброс загрязняющих веществ может осуществляться в различные среды: атмосферу, воду, почву. Выбросы в атмосферу являются основными источниками последующего загрязнения вод и почв в региональном масштабе, а в ряде случаев и в глобальном. Промышленные источники загрязнения атмосферного воздуха подразделяются на источники выделения и источники выбросов. К первым относятся технологические устройства (аппараты установки и т.п.), в процессе эксплуатации которых выделяются примеси. Ко вторым - трубы, вентиляционные шахты, аэрационные фонари и другие устройства, с помощью которых примесь поступает в атмосферу.
Промышленные выбросы подразделяются на организованные и неорганизованные. Организованный промышленный выброс поступает в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды и трубы, что позволяет применять для очистки от загрязняющих веществ соответствующие установки. Неорганизованный промышленный выброс поступает в атмосферу в виде ненаправленных потоков газа в результате нарушений герметичности оборудования, отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу газа в местах загрузки, выгрузки или хранения продукта. Неорганизованные выбросы характерны для очистных сооружений, хвостохранилищ, золоотвалов, участков погрузочно-разгрузочных работ, сливно-наливных эстакад, резервуаров и других объектов.
К основным источникам промышленного загрязнения атмосферного воздуха относятся предприятия энергетики, металлургии, стройматериалов, химической и нефтеперерабатывающей промышленности, производства удобрений.
Вещества, находящиеся в атмосферном воздухе, попадают в организм человека главным образом через органы дыхания. Вдыхаемый загрязненный воздух через трахею и бронхи попадает в альвеолы легких, откуда примеси поступают в кровь и лимфу.
В нашей стране проводятся работы по гигиенической регламентации (нормированию) допустимого уровня содержания примесей в атмосферном воздухе. Обоснованию гигиенических нормативов предшествуют многоплановые комплексные исследования на лабораторных животных, а в случае оценки ольфакторных реакций организма на действия загрязняющих веществ и на добровольцах. При таких исследованиях используются самые современные методы, разработанные в биологии и медицине. В настоящее время определены предельно допустимые концентрации в атмосферном воздухе более чем пятьсот веществ.
Предельно допустимая концентрация (ПДК) - это максимальная концентрация примеси в атмосферном воздухе, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает и не окажет на него вредного влияния (включая отдаленные последствия) и на окружающую среду в целом.
Разработка обобщенной структуры автоматизированной системы сбора и анализа экологической информации
Технологический процесс с учетом экологических параметров можно представить, как взаимодействие подсистемы сбора экологической информации и самого технологического процесса, выступающего в роли объекта управления. Сотрудники экологической службы, входящие в подсистему сбора экологической информации с помощью замеров контролируют выбросы предприятия, затем анализируют полученную информацию и предоставляют ее инженерам контролирующим техпроцесс. Т.к. концепция воздухоохранной деятельности основана на понятиях предельно-допустимой концентрации (ПДК) и предельно-допустимого выброса (ПДВ). ПДВ устанавливается для каждого природопользователя и для каждого источника выброса загрязняющих веществ в атмосферу (ЗВ) в атмосферу. ПДВ устанавливается так, чтобы на границе СЗЗ концентрации ЗВ не превышали ПДК. При превышении допустимой доли выброса инженеры меняют параметры техпроцесса с помощью системы управления технологическим процессом, что приводит к уменьшению выброса вредных веществ. При изменении возмущающего или задающего воздействия начинается переходный процесс, при котором возрастает рассогласование [6]. Существующая система мониторинга не позволяет оперативно получать и анализировать информацию, т.к. время измерений Ттм много больше времени переходного процесса т (Тизл1»т). Поэтому, чтобы своевременно контролировать экологические параметры техпроцесса необходимо осуществлять непрерывный сбор и анализ экологической информации, а это возможно только при использовании автоматизированной системы, с пунктами автоматического сбора информации [8].
В автоматизированной системе экологического мониторинга можно выделить следующие элементы: - экологические данные (замеры концентрации вредных веществ); - метеорологические данные (температура воздуха, скорость и направление ветра, давление, влажность); - данные о предприятии; - датчики для осуществления замеров; - метеостанции; - сетевое и оконечное оборудование; - пункт сбора данных; - подсистема обработки информации; - карта или схема местности; - данные о выбросах; - оператор или лицо, принимающее решение. Экологические, метеорологические и данные о предприятии являются входными данными. Данные, о выбросах отображенные на карте или схеме местности являются выходными данными.
В автоматизированной системе постоянно идет процесс преобразования, в ходе которого элементы изменяют свое состояние, т.е. входные элементы трансформируются в выходные. При этом ценность и полезность входных элементов увеличивается, что и наблюдается при использовании автоматизированных систем мониторинга, когда информация по замерам преобразуется в более удобную и наглядную форму представления для человека [10].
В разрабатываемой системе процесс преобразования информации организуется с привлечением определенных правил, методик и алгоритмов, которые состоят из совместимых элементов, объединенных для достижения поставленной цели.
Еще одним важным понятием является окружающая среда системы, которая в системе мониторинга представлена как среда обитания человека. Среда обитания тесно взаимодействует с системой мониторинга. Параметры среды поступают в систему в виде входных элементов.
Система получает специфическое назначение, или наделяются функцией, когда вступает во взаимоотношения с другими подсистемами в рамках большой системы. Функция системы - непрерывное предоставление актуальной информации лицу, принимающему решения.
При проектировании систем первостепенное значение имеет определение их задач и целей. К основным задачам автоматизированной системы относят: - непрерывный сбор экологической и метеоинформации; - запись и хранение информации; - преобразование информации в вид, наиболее удобный для анализа. Целью работы автоматизированной системы является обеспечение экологических служб информацией о загрязнении воздуха.
После того как определены и сформулированы цели данной, действия, направленные на достижение таких целей или выполнение связанных с этим функций, можно организовать представлением отношений всех элементов системы в соответствии с теми функциями, которые они выполняют независимо от их территориальных, юридических и формально-организационных границ.
Основные элементы системы
После того, как разработана методика поддержки принятия решений, направленных на снижение концентрации выбросов в атмосферу вредных веществ в автоматизированной системе управления технологическими процессами, разработан метод определения эффективного расположения постов проводящих замеры концентраций вредных веществ и разработан метод выявления предприятия-загрязнителя, необходимо на основе полученных методик реализовать алгоритмы для использования в автоматизированной системе мониторинга состояния загрязнения воздуха и подсистеме выдачи рекомендаций по поддержке принятия решений, направленных на снижение концентрации выбросов веществ.
Согласно [96] автоматизированная система мониторинга воздуха должна накапливать, систематизировать и анализировать информацию: - о состоянии окружающей среды; - о причинах наблюдаемых и вероятных изменений состояния (т.е., об источниках и факторах воздействия); - о допустимости изменений и нагрузок на среду в целом; - о существующих резервах биосферы. Таким образом, в систему экологического мониторинга входят наблюдения за состоянием элементов биосферы и наблюдения за источниками и факторами антропогенного воздействия. В соответствии с приведенными определениями и возложенными на систему функциями мониторинг включает три основных направления деятельности: - наблюдения за факторами воздействия и состоянием среды; - оценку фактического состояния среды; - прогноз состояния окружающей природной среды и оценку прогнозируемого состояния [82]. Исходя из основных задач экологического мониторинга в структуре автоматизированной системы мониторинга можно выделить нескольких частей: - программно-аппаратный пост сбора экологической информации, который представляет из себя группу датчиков для осуществления измерений и компьютер со специальным программным обеспечением (ПО) управляющим постом; - подсистема передачи и хранения информации на центральном сервере (подсистема сбора и передачи), которая представляет из себя компьютер, на котором установлен сервер баз данных (БД) и специализированное ПО; - подсистема обработки, анализа и отображения информации, представляет из себя компьютер, на котором установлено специализированное ПО для обработки и анализа информации (рис. 3.1). Пост сбораинформации 1 Юдсистемапередачи и храненияинформации Подсистемаобработки и анализаинформации
Система разработана с помощью современных технологий (платформа .NET). Для хранения данных система использовать два вида СУБД Microsoft SQL Server или Oracle.
На стационарных постах происходит сбор информации посредством считывания данных посылаемых датчиками на порт персонального компьютера. На компьютере происходит разбор данных и первичная обработка, после чего они записываются в локальную БД. Датчики, входящие в аппаратную часть данной системы, позволяют осуществлять замеры концентрации таких веществ как: оксид углерода (СО), диоксид серы (SO2), оксиды азота (NO2), пыли и других газов. Посты мониторинга должны располагаться как вблизи источников выбросов (заводов, ТЭЦ, автомобильных и железных дорог), так и вблизи социально-значимых объектов региона - детскими садами, школами, больницами.
Подсистема передачи и хранения информации в виде специальной службы через определенный интервал времени осуществляет опрос постов и записывает данные из локальной БД на сервер. После чего, удаляет данные из локальной БД.
Сервер представляет из себя мощный компьютер со специальным ПО и может располагаться на предприятии, в администрации области природоохранных службах, который является центром сбора и первичной обработки экологической информации. На нем ведется база данных содержащая информацию о действии различных вредных веществ на здоровье человека и данные о заболеваемости в конкретных районах области, функциям центра мониторинга относятся: сбор и накопление информации, поступающей из информационно-измерительной сети. Таким образом, обрабатывается информация, поступающая со всех экологических постов. С аппаратной точки зрения передача информации происходит по различным каналам связи и с помощью различного оборудования.
Подсистема обработки и анализа информации состоит из "толстого" и "тонкого" клиента. "Толстый" клиент представляет из себя программу, которая устанавливается на рабочее место оператора и отображает информацию о состоянии атмосферного воздуха в городе в более наглядном виде. На мониторе оператора отображается электронная карта или схема, на которых отображаются точки мониторинга, расположение которых соответствует расположению стационарных экологических постов, находящихся в различных местах. Основная часть "тонкого" клиента расположена на центральном сервере и позволяет через Интернет-браузер получать туже экологическую информацию, которую предоставляет толстый клиент, но из любой точки мира, где есть доступ в Интернет. Отличие клиентов заключается в том, что у "толстого" клиента алгоритмы обработки и основная часть расположены на стороне клиента, а у тонкого стороне сервера.
Подсистема строится на базе персонального компьютера, укомплектованного современным программным обеспечением, позволяющим в режиме реального времени получать экологическую информацию о картине загрязнения атмосферного воздуха, моделировать процессы загрязнения и отображать результаты моделирования на электронной карте или схеме, а также в виде диаграмм, графиков и таблиц.
Датчик в системе представлен в виде таблицы из четырех колонок. В первом столбце таблице приводится список вредных веществ соответствующей точки мониторинга на электронной карте области. Во втором столбце приводятся численные значения концентраций соответствующих вредных веществ и метеорологических параметров окружающей среды в реальный момент времени. В третьем столбце представлена шкала, показывающая отношение значения фактической концентрации вредного вещества к его ПДК. Четвертый столбец таблицы содержит информацию о ПДК для каждого из измеряемых параметров.
Для удобства анализа информации пользователем при отображении данных введена зависимость концентрации вредных веществ от цвета. Зеленый цвет свидетельствует о том, что концентрация веществ в месте расположения поста находится ниже уровня ПДК. Желтый цвет свидетельствует о том, что концентрация какого-либо вещества или группы веществ приближается к значению ПДК для этого (этих) веществ. Красный цвет сигнализирует о превышении ПДК. Кроме датчиков подсистемой отображаются метеорологические параметры, такие как температура воздуха, скорость ветра и направление, давление, точка росы.
Основные элементы программного комплекса
На основе разработанных алгоритмов был создан программно-аппаратный комплекс, включающий в себя автоматизированную систему сбора, обработки и отображения информации и объединен с комплексом аппаратуры для измерения концентраций вредных веществ. Программно-аппаратный комплекс состоит из нескольких частей: - программа настройки - серверная часть - программа сбора на локальном посту. Программный комплекс экологического мониторинга состоит из нескольких частей. На компьютере экологического поста устанавливается программа " Wingasan" (рис. 4.1) Программа "WinGasan.exe" В данном окне отображаются название веществ и их значения и имеется возможность отображения данных снимаемых с метеостанции, таких как направление ветра, температура и т.п. "Интервал съема данных" - интервал через который осуществляется считывание данных с датчика и производится их запись в локальную БД и центральную БД. Причем если нет связи с центральной БД, то программа автоматически запоминает данные во время её отсутствия и как только связь появляется, данные передаются на центральную БД. 3. Для отображения экологической информации используется программа "Monitor" (рис. 4.3). Как видно из рисунка, главное окно программы состоит из: - панели меню; - списка всех датчиков; - панели метеоданных; - карты с постами.
Благодаря Интернет-сайту система обладает определенными преимуществами по сравнению с другими системами. Т.к. к данной информации можно организовать доступ (в том числе и платный) из любой точки мира.
Основным заказчиком созданной системы является ОАО "Тулачермет". Первым шагом при инсталляции системы был выбор оборудования для постов мониторинга осуществляющих замер. Выбор точек мониторинга и программы осуществлялись экологической службой предприятия и работниками Тульского государственного университета по результатам сводных расчетов рассеивания загрязняющих веществ. Для каждой точки мониторинга была разработана программа наблюдений, включающая перечень веществ, подлежащих контролю, состав средств и методов измерения или расчета, частоту и сроки. Была предложена аппаратная часть системы, которая состоит из нескольких блоков, таких как блок управления, газоанализаторы, метеостанция, персональный компьютер для сбора локальной информации. Блок управления "Сирена". К блоку подключаются датчики, а тот в свою очередь к рабочей станции, которая передает информацию на сервер (рис. 4.7). Датчик "Сирена-А-01.8" предназначен для измерения концентрации оксида серы SO2 и имеет диапазон измерения 0,05-1,25 мг/м3 (рис. 4.8). Рисунок 4.8 - Датчик "Сирена-А-01.8" Датчик "Сирена-А-01.3" предназначен для измерения концентрации оксида азота NO2 и имеет диапазон измерения 0,02-0,5 мг/м3 (рис. 4.9). Рисунок 4.9 - Датчик "Сирена-А-01.3" Датчик "Палладий-3" предназначен для измерения концентрации углекислого газа СО и имеет диапазон измерения 0,01-50 мг/м3 (рис.4.10). Рисунок 4.10- Датчик "Палладий" Метеостанция предназначена для измерения метеопараметров, таких как скорость и направление ветра, температура воздуха, влажность, атмосферное давление (рис. 4.11).
Кроме датчиков, блока управления и метеостанции в комплексе присутствует станция для управления датчиками, сервер Oracle или Microsoft SQL Server и рабочая станция оператора.
Корпус автоматического пункта сбора информации системы мониторинга. Автоматический пункт сбора информации комплектуется современными газоанализаторами отечественного производства для контроля содержания в атмосферном воздухе концентраций оксида углерода (СО), диоксида серы (SO2), диоксида азота (ЫОг). Данные газоанализаторы размещаются стационарно в металлическом корпусе. Данный корпус представляет собой куб, сделанный из металла.
Корпус представляет собой полый металлический каркас, выполненный из 3-х миллиметровой стали в виде прямоугольного параллепиппеда. Для стационарного размещения газоанализаторов предусмотрены металлические полки вваренные внутри корпуса, а для возможности установки и эксплуатации приборов на петли надевается дверь. Также предусмотрен замок и два отверстия диаметром по 40 мм для осуществления прокачки воздуха.
Корпус выполнен таким образом, что позволяет стационарно разместить газоанализаторы на три контролируемых газа: Палладий - 3 (оксид углерода СО), «Сирена А» (диоксид серы SO2), «Сирена А» (диоксид азота NO2). Через два боковых отверстия в стенке корпуса протягиваются шланги по которым осуществляется прокачка воздуха. Для обеспечения эксплуатации, стационарности и безопасности оборудования к корпусу приварена металлическая дверь.
Корпус с размещенным в нем газоаналитическим оборудованием представляет собой автоматическую станцию сбора информации о загрязнении воздуха. Требования к рабочей станции: - процессор: минимальное требование - Pentium III 600 МГц, рекомендуемое - Celeron 1.7 МГц. - оперативная память: минимальное требование - 64 Мбайт, рекомендуемое - 128 Мбайт. - жесткий диск объемом не менее 20 Гбайт. Требования к компьютеру оператора: - процессор: минимальное требование - Pentium III 600 МГц, рекомендуемое - Celeron 1.7 МГц. - оперативная память: минимальное требование - 128 Мбайт, рекомендуемое - 256 Мбайт. - жесткий диск объемом не менее 20 Гбайт. Следующим шагом был выбор точек для расстановки постов мониторинга, который, производился по методике [16]. Согласно методике оптимальным является выбор шага расчетной сетки 250-300 м для индивидуальных компонент взвешенных веществ и 400-500 м для газообразных примесей. Было осуществлено нанесение расчетной сетки на векторную карту территории и выбор точек мониторинга. Причем, каждая точка мониторинга должна соответствовать следующим критериям [16]: - гарантированно характеризует зону загрязнения (зона загрязнения определяется по результатам расчетов рассеивания и последующего анализа); - характеризует уровень воздействия в границах установленной зоны на здоровье населения и окружающую среду в целом; - позволять характеризовать вклады основных источников загрязнения.
При выборе датчиков, было использовано следующее правило выбора загрязняющих веществ для проведения измерений: результаты расчетных оценок их приземных концентраций удовлетворяют (одновременно) следующим условиям: - максимальные расчетные концентрации веществ больше 0,8 ПДК; - площадь зоны превышения указанными концентрациями уровня 0,5 ПДК в жилой застройке превышает 5 км2; - вклад неорганизованных выбросов рассматриваемого предприятия, в концентрации точках зоны превышения указанными концентрациями уровня 0,5 ПДК в жилой застройке составляет не менее 50%.
При одновременном выполнении вышеуказанных условий, исходя из результатов расчетов загрязнения атмосферы, выбирались несколько контрольных точек таким образом, чтобы наблюдаемые в них уровни концентраций в максимально возможной степени характеризовали воздействие конкретного источника на атмосферный воздух при определенных метеоусловиях.
Похожие диссертации на Автоматизированная система управления технологическим процессом с учетом оценки экологического воздействия на окружающую среду
