一种基于SOA的水泥企业环保监控系统及方法与流程

本发明涉及水泥企业环保监控技术领域，尤其涉及一种基于SOA的水泥企业环保监控系统及方法。

背景技术：

水泥行业是我国重要的基础工业之一，自2012年以来我国水泥年均产量可占世界水泥年均产量的50％。然而，水泥产业在支撑国民经济快速发展的同时，也带来了严重的环境污染。据统计，我国水泥工业颗粒物(PM)排放占全国排放量的15％～20％，氮氧化物(NOx)排放占全国排放量的8％～10％，属于污染控制的重点行业。近年来，我国北方频发严重雾霾天气警报，长期暴露在PM2.5值超标的环境中会对人的呼吸系统造成不可逆转的损害。因此，对水泥厂进行环保监控具有十分重要的意义。

我国环境保护部最新修订的《水泥工业大气污染物排放标准》、《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》明确限定了水泥行业各种污染物的排放量，如NOx、氯化氢、氟化氢、重金属及二噁英类物质排放量。为满足环保标准，水泥生产部门一般被要求装配运行多套环保处理设施。而且，当地环保部门为保证环保效果还需要搭建一套环保监控系统实时监视环保设备的运行状况。水泥生产部门可以远程登录该环保监控系统查看本地污染排放情况，若发现污染物排放超标则必须在限定时间内采取措施加以控制，否则将会面临经济处罚。

目前，远程环保在线监控系统虽然有多种实现形式，但多为封闭紧耦合系统，其数据不能为水泥企业信息化系统直接使用。因此，水泥生产部门一般会在控制室安排专人监视污染物排放量，若发现污染物排放超标，则通知相关人员做进一步处理。这种需要专人值守的方式不仅浪费人力、时间，而且会导致对报警信息处理不及时，造成环境污染。另外，当出现污染物排放量超标报警信息时，需要对该信息做初步的诊断，找出导致污染物排放超标的原因，及时做出有效的补救措施。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于SOA的水泥企业环保监控系统及方法，以知识库和全面的生产环保数据为基础，对可能发生的环保异常现象进行推理诊断，得出导致该异常的原因以及相应的解决方案，从而辅助操作人员及时处理所发生的污染物排放超标问题，减轻环境污染，提高水泥企业的经济效益。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于SOA的水泥企业环保监控系统，包括多个排污口污染物检测装置，多个所述排污口污染物检测装置与数据收集装置通信，所述数据收集装置与数据转发加密装置通信，所述数据转发加密装置与环保部门服务器通过按照SOA规范要求设计的数据接口进行通信；所述数据转发加密装置还与水泥生产DCS系统通信；所述环保部门服务器在SOA架构下发布Webservice供含有知识库的诊断推理系统调用，所述诊断推理系统提供节能环保诊断结果和建议。

所述诊断推理系统包括数据获取解析模块，数据获取解析模块通过Webservice获取环保部门服务器的数据，并将解析后的数据发送给诊断层，所述诊断层将诊断后的数据发送给用户层进行显示，同时接受所述用户层的信息查询。

所述诊断层包括知识库和推理机，

所述知识库包括环保本体库和规则库，环保本体库保存有使用本体来描述的水泥环保领域知识和节能环保经验，规则库保存有节能环保诊断推理规则；

所述推理机包括推理诊断模块和一致性检测模块，推理诊断模块根据规则库中规则对已有知识进行推理；一致性检测模块用于检测录入的知识是否符合逻辑。

所述环保本体库使用OWL-DL语言描述，所述规则库使用SWRL语言描述。

所述用户层通过Jena接口，获取诊断层的诊断结果，将诊断结果以服务的形式封装。

所述诊断推理系统还包括DCS实时数据库，所述DCS实时数据库通过D2RQ平台获取水泥生产DCS系统的实时数据，同时供诊断层调用数据。

所述环保部门服务器位于环保部门机房，包括数据库服务器和Web服务器，其中数据库服务器保存有各个水泥企业的信息和实时的环保设施运行状态、全部排污口污染物检测装置上传的数据；Web服务器为各个水泥企业提供服务，在SOA架构下发布Webservice供水泥企业使用。

一种基于SOA的水泥企业环保监控系统的方法，包括，

排污口污染物检测装置从环保设备上采集污染物信息数据发送到数据收集装置；

数据收集装置将收集到的数据发送给数据转发加密装置；

数据转发加密装置一方面获取水泥生产DCS系统的数据，另一方面获取排污口污染物检测装置采集到的数据，对数据加密后与环保部门服务器进行通信；

诊断推理系统获取环保部门服务器上的数据以及水泥生产DCS系统的数据后利用本身的知识库进行诊断并提供节能环保诊断结果和建议。

环保部门服务器通过SOCKET或SOAP协议与数据转发加密装置通信。

诊断推理系统在进行节能环保诊断时，若发现污染物排放量超标，需要查找相应的原因从而做出及时的调整，首先查询知识库中的环保本体库，若环保本体库内包含所需知识则直接发送到用户层进行显示；若环保本体库未包含所需知识则需按照节能环保诊断推理规则进行推理。

本发明的有益效果：

首先当地环保部门直接从水泥厂排污口获取第一手数据，既可以实时监视污染物排放情况，又能保证环保数据的安全性。

其次，当地环保部门将所获取的数据封装成为SOA架构模式下的服务，水泥企业可以通过不同形式使用该服务，从而避免为获取本厂污染物排放数据而进行重复开发。

最后，利用本体语言描述知识时概念化、明确性、共享性的特点构建环保本体和节能环保推理规则，形成节能好报监控系统知识库。以该知识库和全面的生产环保数据为基础，对可能发生的环保异常现象进行推理诊断，从而得出导致该异常的原因以及相应的解决方案，从而辅助操作人员及时处理所发生的污染物排放超标问题，减轻环境污染，提高水泥企业的经济效益。

附图说明

图1为本发明部分系统结构图；

图2为诊断推理系统的结构图；

图3为数据收集装置组成图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

一种基于SOA的水泥企业环保监控系统，由两部分组成，

其中一部分包括多个排污口污染物检测装置、数据收集装置、数据转发加密装置和当地环保部门服务器。这部分属于当地环保部门控制，数据采集、传输、处理具有当地环保部门负责，如此一来便可杜绝水泥企业处理环保事务的舞弊行为；

另一部分可以是水泥企业信息化的一部分，包括诊断推理系统、水泥生产DCS系统。该部分通过当地环保部门服务器提供的服务获取第一手环保监测数据，结合知识库中保存的相关知识和工程经验，利用推理机实现环保诊断，即若从环保监测数据中发现报警信息，则查找原因及相应的解决方案，并将其显示到用户界面上供操作人员参考。

第一部分：该部分系统框图如图1所示。排污口污染物检测装置工作在水泥企业环保设备运行现场，主要包括传感器模块和通信模块，另外还包括微处理器、电源模块以及相应的接口模块。传感器模块可以是氮氧化物检测装置、摄像机、污染源检测传感器等。排污口污染物检测装置从环保设备上采集污染物信息数据，该信息数据可以是氮氧化物含量、经过编码的视频数据、PH值和溶解氧等二进制数据。各类排污口污染物检测装置的通信模块根据需要可以通过RS232、485、工业以太网、WIFI无线网、GPRS、3G、4G等方式将所采集的污染物信息数据发送到数据收集装置。考虑到水泥厂现场环境比较复杂，无法布置有线的数据收集装置，本实施例中选用无线通信芯片CC1101，并将无线频率设置为433MHz。

数据收集装置安装于水泥厂现场，通过工业以太网和数据转发加密装置通信。数据收集装置由通信模块、协议转化模块、数据转发模块和电源模块组成。如图3所示。本实施例中数据收集装置的通信模块使用无线通信芯片CC1101与各类排污口污染物检测装置通信，无线频率同样设置为433MHz，并配置CC1101寄存器使之只能与指定的一个或多个排污口污染物检测装置通信。协议转化模块即该数据收集装置的微处理器，它与通信模块和数据转发模块相连，将收集到的各类配无口污染物检测装置的数据按照既定格式转化，然后发送给数据转发模块。所述数据转发模块，在本实施例中采用以太网芯片W5100，把从协议转化模块收集到的数据通过以太网发送给数据转发加密装置。

所述数据转发加密装置可以是一台位于水泥生产部门中控室的PC机。它一方面可以通过OPC获取水泥生产DCS系统的水泥生产线DCS信息(这部分信息是由水泥企业信息系统中的OPC Server提供，包含有环保设施的运行状态、环保设施用电量或SCR脱硝效率监控系统参数等。当地环保部门根据该信息可以获得水泥厂环保设备的运行情况，从而杜绝舞弊行为)，另一方面通过工业以太网获取该水泥厂全部排污口污染物检测装置的数据。该数据转发加密装置上安装有硬件加密装置保证数据安全，所述加密装置是一种硬件加密设备，可以通过USB或并口安装于据转发与加密装置。所述数据转发加密装置通过Internet与当地环保部门服务器通信。

当地环保部门服务器位于环保部门机房，按照SOA规范要求设计合理的数据接口通过SOCKET协议与数据转发加密装置通信。该服务器逻辑上包括数据库服务器和Web服务器两部分，其中数据库服务器保存有当地各个水泥企业的信息和实时的环保设施运行状态、全部排污口污染物检测装置上传的数据等；Web服务器主要为各个水泥企业提供服务，即在SOA架构下发布Webservice供水泥企业使用。

第二部分：如图2所示，这部分的核心是知识库，知识库包括两部分内容，其中，一部分保存有水泥环保领域知识和节能环保经验，另一部分保存有节能环保诊断推理规则。所述水泥环保领域知识和节能环保经验使用本体来描述和表达。该领域内的概念使用本体中的类来表示，概念间的联系通过定义本体属性来表示，具体的设备通过本体实例来表示，综合使用多种类公理、属性公理，形成环保本体。该环保本体是一个准确定义水泥环保领域所有术语的模型，其中最基础的分类是表现属性或关系的实例。所述的环保本体使用OWL-DL语言描述，不仅可以保证对该领域知识语义化表达，还支持推理机进行推理诊断。所述环保本体描述的是环保领域公认的知识和概念，可以实现环保知识的共享和重用。

在进行节能环保诊断时，当发现污染物排放量超标时，需要查找相应的原因从而做出及时的调整。系统首先查询所述环保本体，若环保本体内包含所需知识则直接显示到用户界面；若环保本体未包含所需知识则需按照节能环保诊断推理规则进行推理。所述节能环保诊断推理规则是由SWRL语言描述的，可以满足对本体的推理。推理规则是由推理机执行，本发明使用Racer推理机。

本发明中，环保本体库由protege本体编译软件构建，将生成的本体库存储于水泥企业信息系统数据库中。应用程序通过调用Jena接口中的相关方法，可以内嵌SPARQL语言实现对环保本体的查询，也可以挂载Racer推理机实现对环保本体的推理诊断。在对本体的查询和推理过程中，需要使用到水泥生产DCS系统实时数据，本发明使用D2RQ平台获取DCS实时数据库中的数据。

第二部分通过Webservice获取当地环保部门一手检测数据，并利用本水泥企业DCS实时数据库，综合利用本体库和推理机实现节能环保诊断。从图2中可以看出，进行节能环保诊断时所需的数据来源有两种，分别是获取当地环保部门提供的数据服务webservice和本地水泥生产DCS系统实时数据库。诊断层主要是对知识库的操作，包括知识库和推理机两个模块。其中知识库由环保本体库和保存有节能环保诊断推理规则的规则库构成，推理机由两个模块组成，分别是推理诊断模块和一致性检测模块两部分。推理诊断模块根据知识库中的节能环保诊断推理规则对已有知识进行推理，可以发掘获得知识库中潜在的知识，起到扩充知识库的目的。一致性检测模块是在环保本体构建时起作用，主要检测所录入的知识是否符合逻辑，从而判断知识的正确性。用户层通过Jena接口，获取诊断层的诊断结果，将诊断结果以服务的形式封装，使得值班人员既可以在网站上查看，也可以通过手机客户端随时监控。

一种基于SOA的水泥企业环保监控系统的方法，包括，

排污口污染物检测装置从环保设备上采集污染物信息数据发送到数据收集装置；

数据收集装置将收集到的数据发送给数据转发加密装置；

数据转发加密装置一方面获取水泥生产DCS系统的数据，另一方面获取排污口污染物检测装置采集到的数据，对数据加密后与环保部门服务器进行通信；

诊断推理系统获取环保部门服务器上的数据以及水泥生产DCS系统的数据后利用本身的知识库进行诊断并提供节能环保诊断结果和建议。

诊断推理系统在进行节能环保诊断时，若发现污染物排放量超标，需要查找相应的原因从而做出及时的调整，首先查询知识库中的环保本体库，若环保本体库内包含所需知识则直接发送到用户层进行显示；若环保本体库未包含所需知识则需按照节能环保诊断推理规则进行推理。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。