污染源现场数据采集和传输

1Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。污染源现场数据采集和传输中国环境监测总站2014年8月2Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。目录数据采集传输仪介绍一污染源现场数采仪数据造假的检查二3Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。一、数据采集传输仪介绍1背景2发展史3仪器构造和工作原理4环境监测领域的应用1、背景2007年,国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知(国发[2007]15号)污染物减排三大体系能力建设国控重点污染源城镇污水处理厂数据采集传输仪实时、准确的核定污染源排放状况加强管理4自动监控国控重点污染源自动监控项目的深入开展环保部重点污染源核心应用软件的广泛使用排污现场数据采集传输仪监控中心上位机平台必选设备5截止2012年全国共建成省市级监控中心344个；共对13248家企业现场端实施了自动监控，其中国控重点污染源9213家61999•环境保护部开展污染源自动监控系统建设项目2004•2004年将环境监理适配器和污染处理设施运行记录仪两个产品功能合并2005•HJ/T212-2005出台，明确了自动监控系统功能结构的划分、明确了数采仪概念2009•颁布了《数据采集传输仪技术要求》（HJ477-2009）标准环境监理适配器污染处理设施运行记录仪2、发展史7Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。COD在线监测仪氨氮在线监测仪CEMS数据采集传输仪监控中心上位机平台数字量信号模拟量信号传输网络流量计pH计在线自动监控系统局域网、GPRS、光纤、3G、卫星……反控控制3、环境监测领域的应用反控控制83.1确保在线仪器与平台之间数据的准确性1、采集准确模拟量数采仪对在线仪器输出的信号，根据量程仅做A/D转化，不做其他处理数字量数采仪对串口输出的数字量信号，仅按照串口协议解析数据部分，不做其他处理2、单位统一保证仪器和平台数据单位统一93.2数据可追溯性根据HJ/T212和HJ477标准，数采仪存储了至少14400条历史数据。历史数据有三种类型：分钟历史数据（按照每十分钟存储一条，存储一个月）；小时历史数据（按照每一个小时存储一条，存储一年）；日历史数据（按照每天存储一条，存储一年）。并且存储的数据为上报的数据，不能对已存在的历史数据进行修改、删除等操作。3.3完成平台控制功能项目指令列举实现方式响应方为数采仪提取/设置现场机时间；提取/设置报警门限；提取/设置实时数据上报间隔；提取历史分钟/小时/日数据等等监控平台下法指令，数采仪直接响应执行，并发送执行结果，具体的功能由数采仪来完成。响应方为在线仪器校零校满；及时采样；设置采样周期等等104、仪器构造和工作原理4.1仪器分类一般由8位或16位单片机为核心，加上存储芯片、A/D芯片、串扩展芯片、显示屏等外围设备组成数据采集传输仪一般由低功耗、高性能的ARM芯片为核心，外扩A/D芯片、大容量的Flash存储芯片、串口芯片等外围设备组成数据采集传输仪基于工控机的系统：有工业级板卡为核心，加上A/D模块、串口扩展板卡等组成11数采仪结构示意图4.2仪器组成124.3工作原理数采仪的主要工作是完成现场在线设备的数据采集、处理、存储、展示与上报功能数据采集接口类型采集方法备注模拟量通过AI采集，采集的精度由AD位数和转换的精度来决定流量计；pH计等数字量串口接口定义使用RS232/RS485来采集数据，直接提取仪器串口输出数据，不作任何转换COD；氨氮；CEMS等第三方系统采集后通过网络转发使用RJ45口来采集数据部分CEMS。13数据处理数据类型计算方法计算类数据根据212协议的要求，计算污染参量与污染物的10分钟、1小时、1天的最大值、最小值、平均值、累计值。折算类数据根据212协议的要求，烟气污染物除过需要上报实测数据（实测实时、分钟、小时、日数据）还需要上报折算数据（折算实时、分钟、小时、日数据）超标数据根据设置的超标上限值，数采仪实时判断数据是否超标，如果超标则存储超标数据，并上报CN=2071给平台数据存储和上报存储数据212协议中不涉及对实时数据的存储，只存储分钟/小时/日最大、最小、平均和累计值以及报警数据等数据上报实时数据、分钟数据、小时数据和日数据等14Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。二、污染源现场数采仪数据造假的检查关于现场数据造假污染源在线监测的根本意义是：真实的数据反映现场真实的排放状况15Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。排污口造假1、私设暗管，开通旁路2、稀释进样3、偷换水样4、间歇性时差集中排放16Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。分析仪器造假1、修改标准曲线2、设定系数(输出的监测数据=K*实际测试数据+B)3、量程双标准3.1分析仪器量程双标准，测试量程和数据输出量程3.2数采仪量程比在线分析仪器量程低（针对模拟量接入）17数据采集传输仪数据造假▲数据采集阶段造假模拟量-修改数采仪量程和信号范围造假模拟量-修改采集公式系数法造假串口量-增加通讯协议系数法造假▲数据处理传输阶段造假数采仪超标数据造假上报法造假数采仪模拟数据上报法造假18Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。▲数据采集阶段造假1、修改数采仪量程和信号范围（针对模拟量接入）例：分析仪器输出4-20mA模拟信号，对应量程为0-1000，假如此时数采仪采集到12mA信号通过A/D转换，显示数据应为A值，如果此时人为设定数采仪的量程为0-500，虽然数采仪采集到的仍是12mA信号，但经过A/D转换后显示数值约为A/2；同理信号范围也类似。19Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。产生影响：该手段影响的将是全部数据，较容易被发现现场检查：▲查看数采仪量程和分析仪器量程是否一致；数采仪信号范围是否与分析仪器一致▲对比数采仪和分析仪的历史数据20数采仪量程和信号范围现场检查步骤第一步：查看分析仪器的信号范围与量程范围（一般需要密码进入，量程范围在验收时应有备案）第二步：查看数采仪的信号范围与量程范围信号范围量程范围第三步：比对分析，如果一致则正常，不一致则异常注意：该种作弊手段比较常见，并且实现简单，仅需要修改数采仪的参数即可。21Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。数据采集阶段造假2、修改采集公式系数（针对模拟量接入）一般常见的修正方法为一次线性方法，通过设置斜率、截距的值对数据进行修正，即y=k*x+b（修改k，b值），对于模拟量数据采集方式，设置合理的修正系数，能够更好的保证采集数据的准确性以及与分析仪表数据的一致性，但如果为了将数据“造”成合格数据而去调整公式系数，即为非法操作，存在数据造假嫌疑。22Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。产生影响：该手段影响的将是全部数据，较容易被发现现场检查：▲使用万用表测量分析仪器实际输出信号并换算▲对比数采仪和仪表的历史数据23使用万用表测量分析仪器实际输出信号并换算现场检查步骤第一步：获取数采仪的信号范围与量程范围第二步：用万用表测得进入数采仪的电压或电流值（即仪器实际输出值）以万用表的测试结果为准24现场检查步骤第三步：用A/D转换公式，看数采仪显示结果与计算的是否一致注意：该种作弊手段是在数采仪厂家的支持下才能完成。使用万用表测量分析仪器实际输出信号并换算现场检查步骤25Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。数据采集阶段造假3、增加系数（针对串口接入）如果信号为数字量则通过增加系数的方式来控制上报给监控中心的数据26Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。产生影响：该手段影响的将是全部数据，较容易被发现现场检查：▲通过截获在线仪器输出报文的方式来核查▲对比数采仪和仪表的历史数据27Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。数据比对检查并记录仪表数值，同时核对、记录数采仪和平台数值；对于仪表数值和数采仪数值，若存在示值误差，说明数采仪在数据采集部分已经进行了数据修正；对于数采仪数值和平台数值，若存在示值误差，说明数采仪在数据传输部分进行了数据修正。记录仪表示值比对数采仪示值核对平台数据28Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。▲数采仪通过模拟量采集数据时，允许存在数采仪量程1‰以内的误差，数采仪和平台数据一致，但和仪表可能会存在偏差。▲应采用分钟数据（十分钟数据）去做数据比对○数采仪不存储实时数据，如采用实时数据，只能比较平台和分析仪器数据的一致性，同时应以仪表存储数据的时间点为准（平台数据显示时间存在延后的可能性，但最多延后时间为数采仪的一个上报间隔）○小时数据比对时，平台和数采仪的数据一致，但与仪表数据会产生偏差例：假定分析仪2小时测定一次，从0点开始采样，0：20测试完成，结果为A值。如果此时选取数采仪的小时数据（0-1点），数采仪在0点至0：20之间采集到的数据并非为A值，而应是仪表上次测量的数据B值，故数采仪的小时数据（0-1点）是根据仪表上一次的测定值B以及本次的测定值A综合得出。▲采用分钟数据去做比对时，应以分析仪器数据时间为起点，从该时间点往后推10分钟（如分析仪记录时间的是采样开始时间，则时间起点还应将整个采样，测试周期的时间考虑进去），比较该时间段内的三方的分钟数据（分析仪数据为选取时间点A点的数据，数采仪和平台为A点→A点+10分钟时间段内的分钟数据，用这三个数据作为本次测量数据的比对数据）数据比对需注意的问题29Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。▲数据处理传输造假1、数采仪超标数据造假上报如果数据在正常范围内则不作处理，如果超过设定的某个值则对采集到的数据进行屏蔽，保持为上一次采集到的正常数据（或对超标数据进行修正）上报给监控中心。30Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。产生影响：该种作假手段影响不是所有数据，仅仅是针对个别数据而言，比较隐蔽，基本无法通过过数据比对来发现。超标数据造假上报一般有三种方式1）在数采仪内部设置不合理的超标限值及上报程序，当采集到的数据超过该限值则显示并上报该设定的值的方式。报警限值31现场检查步骤第一步：通过数采仪的显示屏找到报警的限值第二步：直接修改该“限值”使其低于当时数采仪显示的的实际数值第三步：观察结果结果一：修改完后数采仪显示的数值为实际的数值则正常如果二：如修改完后数采仪显示的数值是我们刚才设置的“限值”则异常注意：设置数采仪的报警上下线的目的是：当超过此限值时需要记录数据并上报给平台CN=2072，而不是限制让其输出的数据不超过此数据。32Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。2）数采仪采集到数据后未直接报送到监控中心平台而是通过其他设备/服务器中转处理后再发送到监控中心平台。现场检查：首先了解本区域数采仪设备需上报中心的IP地址和端口信息。然后在现场查看数采仪的服务器IP和端口配置，通过比较即可知道是否经过第三方设备/服务器中转。33Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。3）分析仪器的测试数据测定完成后，首先通过仪器内部工控机处理（造假）数据，将处理（造假）后的数据存储在分析仪器上，再将此数据通过串口或模拟量输出给数采仪。现场检查：可以随身携带超标浓度的标准物质（仪器量程范围内），现场做样，检查在线仪器、数采仪、平台数据是否超标，并且是否一致。34Cop