Распечатать

"Рациональное управление предприятием, REM" - Средства и методы промышленной автоматизации экологического контроля

Алексей Проценко, директор департамента инжиниринга и управления проектами «Энвижн Груп»

13 марта 2009

Алексей Проценко, директор департамента инжиниринга и управления проектами «Энвижн Груп»
 
Проблемы комплексной охраны экологии, ра­ционального и бережного использования природных ресурсов являются на современ­ном этапе развития человечества одними из самых жи­вотрепещущих и актуальных для любого государства. В соответствии с действующим в России Федеральным за­коном "Об охране окружающей среды" и другими нор­мативными документами всякая производственная де­ятельность, воздействующая на окружающую природ­ную среду, должна сопровождаться экологическим мо­ниторингом и контролем. Это подразумевает органи­зацию систематического наблюдения за источниками антропогенного воздействия, проведение мероприятий для снижения риска загрязнения окружающей среды ре­зультатами производства.
 
Под мониторингом окружающей среды понима­ют комплекс мероприятий по наблюдению за степенью экологического равновесия вокруг производственного предприятия и определению уров­ня загрязненности окружающей среды в случае различных наруше­ний. К предприятиям, попадающим в зону экологического риска, в пер­вую очередь относятся предприятия энергетики, химической промыш­ленности, нефтегазовые компании. На таких предприятиях мониторинг экологической обстановки должен быть поставлен на высоком уровне.
 
Мониторинг предполагает пер­манентное наблюдение и текущую оценку состояния биосферы или ее элементов и прогнозирование воз­можных изменений в ней. Для пост­роения адекватного прогноза эко-
логической ситуации необходимо знание закономер­ностей изменений в окружающей среде под действием различных факторов. Столь сложные, многокритериаль­ные взаимодействия невозможно реализовать без при­менения современных автоматизированных систем.
 
Автоматизированные системы экологического мони­торинга и контроля (АСЭМК) должны совмещать функции автоматизированного измерения основных параметров экологической обстановки в регионе, а также функции сбора, передачи, переработки, хранения и доведения до пользователей как исходной информации, так и ре­зультатов ее обработки.
 
АСЭМК накапливают статистические данные эко­логического мониторинга и в случае возникновения критических ситуаций позволяют оповещать как дис­петчерские службы предприятий, так и органы надзо­ра, а при необходимости и соответствующие структуры МЧС. В некоторых случаях АСЭМК позволяют прини­мать меры для прекращения вредного воздействия на окружающую среду посредством вмешательства в тех­нологические процессы через АСУ ТП.
 
Процесс автоматизированного экологического мо­ниторинга и контроля включает такие этапы как:
  • наблюдение и первичная обработка результатов мониторинга;
  • системный анализ информации о состоянии окружа­ющей среды;
  • поддержка принятия решений.
Основу АСЭМК составляют информационный блок, объединяющий хранилища результатов монито­ринга, базы знаний, распределенная измерительная и компьютерная техника, а также средства и системы телекоммуникаций.
 
Автоматизированная система состоит из следующих компонентов:
  • комплекса технических средств  нижнего уровня (станции и посты наблюдения);
  • средств приема, обработки и передачи информации;
  • оборудования информационно-аналитического центра.
Возможны несколько вариантов реализации сис­тем экологического мониторинга, в том числе:
  • комплексы управления данными экологического и технологического мониторинга;
  • стационарные посты экологического мониторинга;
  • мобильные лаборатории;
  • авиамониторинг экологической обстановки ре­гионов.
Остановимся подробнее на некоторых из них.
 
Комплекс управления данными экологического и технологического мониторинга
Комплекс управления данными экологического мони­торинга представляет собой модульную систему для сбо­ра, долгосрочного хранения, обработки и визуализации данных экологического и технологического мониторинга.
 
Особенности системы:
  • возможность развертывания на предприятии лю­бого размера (вплоть до комплексной оценки сложных промышленных площадок);
  • осуществление непрерывного мониторинга боль­шого количества параметров на одну системную рабочую станцию;
  • автоматический контроль предписанных надзор­ными органами нормативов и предельных значе­ний, а также ведение журнала их соблюдения;
  • осуществление непрерывного мониторинга вы­бросов и удаленной передачи собранных данных государственным структурам, осуществляющим экологический контроль в данном регионе.
Стационарные посты экологического мониторинга
Стационарный пост экологического мониторин­га представляет собой автоматизированную систему, предназначенную для решения задачи непрерывного мониторинга качества атмосферного воздуха на са­мом предприятии или в выбранной местности.
 
Стационарные посты укомплектованы газовыми анализаторами, системой отбора и пробоподготов-ки воздуха, пылемером, метеодатчиками, другим необ­ходимым оборудованием. Количество установленных анализаторов определяется перечнем контролируемых параметров. Посты имеют собственную систему жиз­необеспечения, сигнализации о пожарной опасности и несанкционированном доступе, компьютерную сис­тему для первичного сбора и обработки информации и контроля за работой приборов, автоматический само­запуск при перерывах внешнего электропитания. Сис­тема обеспечивает надежное определение концентра­ции газов при различных условиях работы. Ресурс авто­номной работы системы без дополнительного сервис­ного обслуживания составляет несколько месяцев.
 
Благодаря установке таких постов возможно осу­ществлять следующие мероприятия:
  • выполнение круглосуточных автоматических изме­рений метеорологических параметров и концент­рации в атмосфере загрязняющих веществ;
  • передачу результатов измерений;
  • оценку экологической ситуации в контролируемых районах в режиме реального времени;
  • прогнозирование динамики загрязнений в зависи­мости от метеорологических параметров;
  • выявление источников выбросов в атмосферу;
  • создание архивов экологических данных.
Мобильные лаборатории
Мобильные лаборатории монтируются на базе лег­ковых и грузовых автомобилей и прицепов. Применение данного решения эффективно для охвата больших тер­риторий.
 
Мобильные посты обеспечивают измерение и сбор данных в режиме реального времени. Получен­ные результаты могут передаваться в информационно-аналитический центр с помощью телефонной или ра­диосвязи.
 
LIMS
Ядро АСЭМК представляет собой хранилище дан­ных и базу знаний и в общем случае состоит из трех взаимосвязанных частей: концептуальной (модели предметной области исследований и наблюдений), фактографической (включающей базы данных) и алго­ритмической (специализированного прикладного про­граммного обеспечения). В базах данных предусмат­ривается хранение не только текущей информации мониторинга, но также необходимых данных для рас­четов по имитационным статистическим моделям.
 
В качестве ядра АСЭМК обычно используется комплекс программного обеспечения, построенный на базе лабораторно-измерительных систем LIMS (Laboratory Information Management System).
 
LIMS используются для управления образцами, приборами, пользователями, стандартами/реактива­ми на каждом шаге аналитического процесса и выпол­нения многих других лабораторных функций. Они поз­воляют автоматизировать весь процесс проведения исследований - от подготовки исходных материалов до обработки результатов, которые централизованно архивируются в системе хранения данных.
 
Современные LIMS имеют в своем распоряжении расширенный набор функций, охватывающий все сто­роны деятельности экологических лабораторий:
  • планирование проведения испытаний, учет гра­фиков аналитического контроля с отражением вы­полненных задач и хода исследований;
  • контроль подготовительных операций (например, титры, калибровочные графики);
  • контроль жизненного цикла образца (пробы);
  • управление работой приборов;
  • регистрацию результатов измерений, в том числе автоматическую, непосредственно с измеритель­ных приборов; проведение расчетов по результатам измерений и оценку результатов на соответствие нормативно-технической документации;
  • распределение работ среди специалистов лабора­тории;
  • контроль реагентов и стандартных образцов;
  • контроль аттестации персонала и оборудования;
  • хранение и предоставление нормативной базы;
  • предоставление службам предприятия данных о ка­честве;
  • формирование паспортов качества продукции;
  • оценку достоверности и точности результатов;
  • формирование лабораторной отчетности;
  • подтверждение достоверности и точности результа­тов мониторинга (по ГОСТ Р ИСО 5725-2002).
Системы LIMS позволяют регистрировать не только ко­нечные результаты, полученные в ходе расчетов, но и пер­вичные данные, полученные с измерительных приборов.
 
Конечные результаты рассчитываются самой LIMS и контролируются специальными алгоритмами на со­ответствие нормативам НТД (ГОСТ Р ИСО 5725-2002, ГОСТ Р ИСО 17025, РМГ 61 -2003, РМГ 76-2004). В час­тности, LIMS автоматически контролирует сходимость результатов измерений при проведении анализов, бла­годаря чему возможность искажения результатов анали­зов в LIMS значительно снижается.
 
Функциональность системы реализована в виде мо­дулей. Часть модулей входит в ядро системы, часть вклю­чается в систему при помощи дополнительных модулей.
 
Система позволяет автоматизировать типичные для ла­боратории функции, такие как: | ] поступление образца и его регистрацию;
  • назначение различных испытаний;
  • распределение работ по подразделениям лабора­тории, приборам и сотрудникам;
  • выполнение испытаний;
  • оценку соответствия результатов требованиям нор­мативных документов и стандартов;
  • формирование отчетов, а также множество других задач.
Все настройки системы, такие как выбор информа­ционных элементов, формирование последовательности их представления на экране, выбор действующих экран­ных форм, определяются при помощи записей в спра­вочные таблицы базы данных. LIMS предоставляет не­сколько степеней настройки и конфигурации, обеспечи­вая готовность продукта к адаптации в широком спектре функциональных внедрений.
 
Полнофункциональная LIMS содержит в себе око­ло двухсот таблиц баз данных. Для целей экологичес­кого мониторинга LIMS обеспечиваются интерфейсом соответствующего лабораторного оборудования и программным обеспечением информационных систем мониторинга. Имеется отраслевая направленность решения. Например для мониторинга деятельности предприятий энергетики определяется ряд парамет­ров, подлежащих контролю. Для этих целей сущест­вует набор оборудования для измерения и програм­мное обеспечение для расчетов, которые можно ин­тегрировать в систему управления предприятием.
 
Информационно-аналитический центр
Информационно-аналитический центр предназна­чен для сбора, анализа, накопления информации о со­стоянии окружающей среды и визуализации полученных данных. Также информационно-аналитический центр выполняет функции прогнозирования и поддержки при­нятия решений по оптимизации экологического состоя­ния. Эти функции включают в себя:
  • координацию создания и ведения банков данных природоресурсного и природоохранного направ­ления;
  • организацию информационного взаимодействия и координацию действий между ведомственными цен­трами по обработке и обмену информацией о со­стоянии водного объекта;
  • выполнение расчетных задач моделирования, карто­графирования, обработки данных дистанционного и лабораторного зондирования;
  • обеспечение вычислительного процесса.
Система мониторинга имеет предельно простой алгоритм формирования структуры банков данных, вы­ходных и отчетных форм, а также функциональную ор­ганизацию представления данных. Так, при возникно­вении потребности введения нового информационного банка данных эта проблема может решаться без при­влечения программистов и без разработки нового про­граммного продукта. Кроме того, ответы на нестандар­тные запросы специалист может получать на рабочем месте без команды программиста в наглядном виде (де­ловая графика, картография и т.д.), а не только в виде текста и цифровых таблиц. Это достигается с помощью представления банков данных в виде информационных объектов (под объектом понимается совокупность дан­ных и алгоритмов обработки информации) с использо­ванием объектно-ориентированных технологий. В этом случае обеспечивается однотипная работа с разно­родной информацией.
В случае картографических систем управления бан­ками данных в информационные объекты добавляются картографические характеристики и алгоритмы обра­ботки запросов, специфичных для картографическо­го представления. После этого вся информация может быть представлена на картосхемах. Имеется возмож­ность обработки запросов по условиям территориаль­ной принадлежности информации.
 
Геоинформационная аналитическая система
Геоинформационная аналитическая система (ГИАС) обеспечивает автоматизированный сбор данных эколо­гического мониторинга объектов в одной базе данных, а также обработку и анализ данных мониторинга, визуа­лизацию данных в виде построения разнородных тема­тических карт, диаграмм, таблиц.
 
Основные функции ГИАС:
  • сбор, приемка графических и фактографических данных;
  • контроль качества, ввод информации в базы дан­ных;
  • оперативное преобразование и расчет данных с помощью гибкого механизма запросов;
  • оперативное предоставление данных по запро­сам в табличных и ГИС-формах;
  • составление и оформление картографического материала к отчетам;
  • детализация и актуализация картографической подосновы;
  • оформление форм визуализации — карт, легенд, цветовых гамм, знаков, зарамочного оформления, поиск новых форм;
  • разработка алгоритмов и механизмов расчета данных.
Географические данные (географические объекты) в ГИАС хранятся в географических (или метрических — для планов) координатах. Такие данные попадают в географическую базу либо при импорте из какого-либо формата обмена, либо путем векторизации карт. Объекты могут также создаваться при работе самой программы или какого-либо специализированного приложения. При этом поддерживаются топологичес­кие связи между вводимыми в базу географическими объектами. Качество (корректность) вводимых объек­тов, которое имеет определяющее значение при ре­шении многих гидрогеологических задач, всегда про­веряется при записи объекта в географическую базу.
 
Для анализа данных мониторинга используется система запросов, интегрированная с банком данных ГИАС. Все составные части ГИАС-системы (термино­логическая и справочная часть БД, банк экологических данных, картографическая подоснова и др.) формиру­ются из готовых блоков начиная со старта проекта и по ходу его выполнения постоянно детализируются и совершенствуются. Таким образом, в любой момент времени можно проводить оперативные запросы к системе, в том числе и пространственные.
 
Выводы
Управление экологической безопасностью на производственных, добывающих, перерабатывающих и энергетических предприятиях требует точного соб­людения норм техники безопасности труда. Однако налаживание этого процесса невозможно без точной, своевременной и адекватной оценки реального состо­яния окружающей среды. Именно биосферные компо­ненты, с одной стороны, подвергаются негативному воздействию промышленных предприятий, а с другой - являются исходными, базисными звеньями техноло­гических процессов. Для оценки степени воздействия производственно-технологических процессов на объ­екты природной среды на промышленных предприяти­ях необходимо внедрять современные комплексные решения для автоматизации экологического контроля и мониторинга.
 
C оригиналом статьи можно ознакомиться: http://www.remmag.ru/admin/upload_data/1-09/NVision.pdf