基于物联网技术的粉尘浓度采集与远程报警系统研究概述
摘 要 本文针对企业生产过程中尾气粉尘浓度监测的难题，研发出一套尾气粉尘浓度智能化监测系统，用于铝厂生产过程所排放尾气中粉尘浓度的自动化检测。该系统结合智能仪器仪表技术、物联网技术和大数据分析技术，重点解决了现有尾气粉尘浓度检测系统精度差、维护困难、自动化程度低、数据易丢失及检测数据利用率不足等问题。该系统采用电荷感应法实现尾气中粉尘浓度的在线测量，提高测量精度；为各检测电极探头配备自动吹扫装置，定期对探头吹扫清理，实现自动维护。系统中集成GSM模块，监测数据通过GSM网络实时发送到云端服务器，实现远程监控和管理。系统利用云端服务器数据对粉尘浓度进行在线监控和预测，根据各监测点的信息，通过大数据技术分析粉尘浓度的变化趋势，实现对粉尘浓度的在线预测，提前发现可能存在的问题并采取预防措施，这有助于提高粉尘浓度的控制效果，减少污染物排放。
关键词 铝厂尾气；粉尘浓度检测；物联网；大数据分析；在线监控与预测
1 背景及意义
改革开放以来，我国工业化发展迅速，城镇化水平不断提高。随着工业化和城镇化进程的不断推进，越来越多的环境问题逐渐显现，雾霾便是其中一种。由于污染物的过度排放导致空气中悬浮颗粒物的不断增加，近年来我国各大城市长期出现雾霾天气，已经成为困扰我国的主要因素，给人们的生产和生活带来了极大的不便，严重威胁人们的身体健康。
环保部2017年2月发布的全国74个主要城市的空气质量报告显示，全国严重污染城市占比1.9%，重度污染城市占比11.0%，中度污染城市占比13.3%，轻度污染城市占比25.6%。
雾霾产生的主要原因是污染物过度排放導致空气中悬浮颗粒物的不断增加，其中，人们生产和生活过程中所排放尾气中的粉尘颗粒，是雾霾的主要来源之一。导致雾霾形成的主要是空气中的PM2.5、PM10等颗粒污染物，这些颗粒污染物主要来源于高污染、高排放的能源密集型企业所排放尾气中的粉尘颗粒，例如炼铝厂、炼钢厂、发电厂和化工厂等。因此，对这类企业尾气中粉尘颗粒的监测和治理刻不容缓。
目前，我国企业尾气粉尘颗粒浓度监测和治理过程中存在的主要问题是缺乏有效的尾气粉尘浓度监测手段。我国现有尾气粉尘浓度检测系统存在测量精度低、可靠性差、维护困难、自动化程度低、信息化程度低等一系列问题，一方面难以满足恶劣环境下的粉尘浓度高精度测量需求，另一方面无法做到大规模应用和集成化管理。尾气粉尘浓度监测系统的不足给企业生产管理部门和政府环境监管部门带来了极大困难，导致尾气中的粉尘排放难以控制和监管，造成尾气粉尘的肆意排放。
2 研究内容
本文针对企业尾气粉尘浓度监测中存在的问题，拟研发一套尾气粉尘浓度智能化监测系统，用于铝厂生产过程所排放尾气中粉尘浓度的自动化检测。具体实施内容主要包括以下几个方面：
2.1 铝厂尾气粉尘浓度高精度检测技术研究
为保证铝厂尾气粉尘浓度监测系统的性能，提高尾气粉尘浓度检测精度，本文首先需要对铝厂尾气粉尘浓度高精度检测技术进行研究。研究过程中结合铝厂尾气粉尘浓度监测的实际需求和具体应用环境，对现有粉尘浓度检测技术进行深入对比分析，选取符合实际需求的粉尘浓度检测技术，并以此为基础设计具体检测方案。
2.2 铝厂尾气粉尘浓度检测装置设计
在确定粉尘浓度检测技术方案的基础上，对用于铝厂尾气粉尘浓度检测的具体装置进行设计。设计过程中在保证检测装置基本功能的同时，充分考虑检测装置的可靠性、可维护性、可扩展性和智能化水平。设计中采用高可靠性的硬件电路，通过充分测试保证系统的可靠性。检测装置中为感应电极增加吹扫装置，使系统具备自维护能力，提高系统的可维护性。系统中集成了GSM模块，通过物联网技术实现检测装置的网络化和集中控制管理，并通过大数据技术对获得的检测数据进行分析处理，提取深层次信息用于铝厂的生产调度和管理，使系统具备良好的扩展性和较高的智能化水平。
2.3 基于物联网的铝厂尾气粉尘浓度智能化监测系统设计
铝厂生产车间一般布置有多条尾气处理管道，这些管道布设位置较高，且管道中存在高温、高污染，作业环境恶劣，生产过程中难以直接对布置在管道中的尾气粉尘浓度检测装置进行管理。因此，本文设计了基于物联网技术的铝厂尾气粉尘浓度智能化监测方案，通过集成在粉尘浓度检测装置中的GSM模块实现各个检测装置与集控中心的信息交互，进而实现整个系统的远程控制与智能化管理。
2.4 基于大数据的铝厂尾气粉尘浓度预测技术研究
常规粉尘浓度监测系统中，测量得到的粉尘浓度数据大多仅用于粉尘浓度的直接监控，这对数据来说是一种极大地浪费。如果能够对大量的粉尘浓度监测数据进行系统的分析和利用，挖掘蕴含在这些数据中的深层次信息，则有可能获得隐藏在这些数据背后的规律，进而将这些规律应用于整个生产过程的指挥和控制。本文拟结合大数据技术，根据铝厂尾气粉尘浓度监测系统获得的数据，实现尾气粉尘浓度变化趋势的在线预测。
3 结束语
本文所研发的报警系统结合智能仪器仪表技术、物联网技术和大数据分析技术，实现恶劣工况下尾气粉尘浓度的高精度在线检测、检测系统自维护、检测信息网络化集中式管理、尾气中粉尘浓度在线预测等功能。该系统能够适应恶劣作业环境、可靠性强、便于大规模组网应用和集中监管控制，具有良好的推广应用前景，系统的应用将产生良好的经济和社会效益。
作者简介：
王冠群（1987-），男，河北承德人；学历：硕士研究生，现就职单位：河北省仪器仪表工程技术研发中心，研究方向：智能传感器研发，图像处理，模式识别。