1、系统设计

1.1 总体目标

构建的原油储罐环境监测系统可以实现的目标是：

（1）建立一个稳定可靠、实时采集与分析、数据远程传输的环境监测系统，为原油储罐的长期安全运营和养护提供强有力的技术支持。

（2）能够提供原油储罐长期数据积累的平台，为用户展示更丰富、更全面的环境监测信息。

（3）原油储罐环境监测系统的建立，及时了解储罐区各项环境参数的特征值。建立实用的预警系统，通知相关人员采取一定的安全控制措施，避免重大安全事故的产生。

1.2 基本原则

为使原油储罐环境监测系统成为一个功能实用，满足结构运营期信息化养护监管的需要，同时又具经济和技术先进性的安全监测系统，系统设计时遵循以下主要原则：

1）统一性：本系统的监控设备和软件采用统一规划、统一设计的监管方案，并进行统一安装、集成与调试，系统构建完成后进行统一维护和管理，结合本项目业主及国家相关部门的规定要求而研发。

2）先进性：系统应具有技术先进性和前瞻性，应考虑相关支撑技术的发展现状；

3）兼容性：各种传感器、数据采集仪表、通讯设备、数据存储和管理以及附属设备和软件系统可协调工作、无缝衔接；

4）经济性：在保证系统的可靠性等各项要求的前提下，应适当考虑经济性，选择有代表性的监测项目和部位进行监测；

5）实用性：重点考虑系统需与结构实际养护管理的需要，可在结构运营中充分发挥作用，实现“实用、好用、管用”的目标；

6）可靠性：系统的各监测设备应处于在正常工作状态，无过载超负荷等现象发生，并考虑一定的富裕度和冗余贮备，及时个别设备出现故障，系统仍能正常工作；

7）安全性：系统应充分考虑安全性，系统设计实施与结构施工紧密结合，确保系统的实施不对结构相关构件或区域的安全性、耐久性产生影响，系统自身能安全稳定地运行；

8）可扩展性：系统应采用开发的架构，可以满足未来新的发展和需求。

2、系统方案

2.1 环境监测系统概述

2.1.1 系统框架

本项目环境监测系统的总体架构包含六个层级，基础设施层、数据层、平台层、应用层、接入层和用户层。

2.1.2 系统特点

环境监测系统可以为养护管理系统提供长期实时的监测数据，具有重要意义。本原油储罐环境监测系统，其在线监测特点如下表所示。

表 3.1-1 监测特点

原油储罐环境监测系统能够具有针对性的对其进行实时在线监测，特别对储罐的结构安全，自动化在线监测系统的建设能够很好的为储罐安全运营起到保驾护航的作用。

2.2 系统监测内容

2.2.1 监测内容

本期原油储罐环境监测项目和传感器汇总如下表所示。

表3.2-1 原油储罐监测项目与传感器数量一览表

2.3 监测系统功能模块

2.3.1 传感器模块

传感器选取原则：

测试元件以及监测仪表的好坏从根本上决定了整个环境监测中数据采集和数据传输是否准确、有效。由于国内外生产、销售可用于土木工程环境监测、检测设备的厂家众多，各厂家生产的传感器性能及价格千差万别，即便是同一类型的传感器，不同型号技术性能和价格亦不尽相同，因此在进行系统监测仪器的选择上应参考如下要求：

（1）先进性：为提高建成后系统的信息化、数字化管理水平，要求系统的传感测试仪器等监测设备必须具有一定国际先进水平；

（2）精确性：可靠的监测仪表还必须具备必要的精度，能准确的反映出效应量（或原因量）的变化。选择传感器时，必须对结构部位的受力进行分析，选择精度满足桥梁监测要求的传感测试仪器；

（3）可靠性：选择的监测仪器设备必须能在恶劣的桥梁自然环境下长期稳定可靠运行，尽可能选择已在同类项目中广泛使用，并证明使用效果好的监测仪表及传感设备；

（4）简便性：仪器结构简单，牢固可靠，率定、埋设、测读、操作、维修方便，便于更换，使操作人员易于掌握，有利于提高量测速度和精度。

（5）经济实用性：传感测试仪器及配套仪表须有合理的性能/价格比，满足监测特性及养护管理实用性的要求；

（6）自动化性：传感测试及采集设备选型时，应从技术先进、可靠实用、经济合理以及自动化测控技术发展水平相适应等方面进行综合分析确定，以便系统集成和调试及自动控制；

（7）冗余度：考虑到传感测试元件存活率可能出现的问题，系统设计中个别监测项目的监测点时适当考虑冗余度；

（8）耐久性：环境监测系统通常要运行数年，这就要求传感器必须经久耐用，尽可能少的更换，以保证测试数据的长期连续有效。

（9）可更换性：在传感器选型时应尽可能考虑选择外装可更换性好，更换时对原油储罐本身结构不产生损坏的产品，并能满足更换时测试数据的连续性。

2.3.1.1 风速风向监测–机械式风速风向仪

图3.3–1 PH-WYT01型机械式风速风向仪

PH-WYT01型风速传感器（变送器）采用传统三风杯风速传感器结构，风杯选用碳纤维材料，强度高，启动好；杯体内置信号处理单元能根据用户需求输出相应风速信号，可广泛用于气象、海洋、环境、机场、港口、实验室、工农业及交通等领域。

PH-WYT01型风向传感器（变送器）内部采用精密电位器，并选用低惯性轻金属风向标响应风向，动态特性好。该产品具有量程大、线性好、抗雷击能力强、观测方便、稳定可靠等优点，可广泛用于气象、海洋、环境、机场、港口、实验室、工农业及交通等领域。

PH-WYT01型传感器的技术指标：

表3.3–1 机械式风速风向仪技术参数

2.3.1.2 环境温湿度监测–温湿度计

图3.3–2 温湿度计

PHBYX-12V-W2百叶箱型温湿度气压传感器是一款全数字化检测，高精度传感器，是由高精度数字温度、湿度、气压集成，可准确、快速检测出大气温度、大气湿度及大气压力，内置信号处理单元能根据用户需求输出相应信号，高强度结构设计可在恶劣气候环境中准确检测，可广泛用于气象、海洋、环境、机场、港口、实验室、工农业及交通等领域。

传感器技术指标：

表3.3–2 温湿度计技术参数

2.3.2 数据采集与传输模块

数据采集与传输模块由监测工程现场的数据采集站、串口信号传输网络和支撑供配电子项组成。数据采集与传输模块同时拥有电子采集传输硬件设备和采集传输控制软件的开发。

2.3.2.1 串口数字信号采集设备—串口服务器

图3.3-9 光纤光栅解调仪

温湿度计、机械式风速风向仪的信号输出为RS232/422/485串口数字信号，可以接入串口服务器，为RS232/422/485到TCP/IP之间完成数据转换的通讯接口转换器。串口数字信号输出的传感器因可方便地接入到各种类型的采集设备或PC中而得到广泛的应用。串口服务器让传统的 RS232/422/485 设备立即联网，利用基于 TCP/IP 的串口数据流传输的实现来控制管理的设备硬件是专为串口转以太网设计连接的桥梁。针对不同类型的设备开发相应的数据采集软件，对传感器输出的数据格式解析后，将传感器数据转换为标准传输协议包后传送到数据采集服务器，就可以方便稳定获取传感器的信号。信号输出为标准TCP/IP格式，信号调理器支持串行通信接口协议RS 232、 RS422和RS485。

技术指标要求：

表3.3-9 串口服务器设备参数

2.4 监测系统实施

2.4.1 传感器安装

2.4.1.1 机械式风速风向仪

图3.4–1 PH-WYT01一体式风速风向传感器尺寸示意图

风速风向传感器安装执行标准：

（1）安装传感器时，请保证风向传感器在上，风速传感器在下；

（2） 风向传感器上有一白色定南点，使用前，请参照随产品附带的指南针， 将风向指南方向与地理南方保持一致，与正南方的角度偏差应不大于0.5°；

（3）风速风向仪的中轴应保持竖直状态，垂直度偏差应不大于1°；

（4）风速风向仪应在避雷措施的有效防护范围内；

（5）安装过程中，不得松动、拆卸风速、风向传感器的制动螺丝；

（安装效果及图例）

图3.4–2 风速风向传感器安装图例

2.4.1.2 温湿度计

温湿度传感器安装执行标准：

（1）暴露于外部环境的温湿度计探头必须加装透气防尘罩；

（2）结构内部空间的温湿度计探头可无需加装防尘罩；

（3）温度传感器不应受太阳辐射，且距地面的高度宜为1.5m；

（4）湿度传感器不应安装在空气不流通的死角；

（5）湿度传感器应加装透气防尘罩。

温湿度传感器安装方法：

图3.4–3 PH-BYX2温湿度计安装示意图

（安装效果及图例）

图3.4–4 温湿度计安装图例

2.5 监测系统供电

供电系统主要给温湿度计、机械式风速风向仪以及数据采集等多种设备供电。

除此以外，还需给数据传输设备供电，如可能用到的：工控机、交换机、路由器等。