2. 系统组成概述

环境监控系统是一个集成传感、分析、通信与信息处理的多层次分布式系统。其核心目标是对污染源排放、环境质量及治理设施运行状态进行连续、可靠、可溯源的监测。本章从整体架构出发，逐层解析采样、分析、数据采集与传输四大子系统的功能定位与协同关系。

2.1 整体架构

系统采用“端—边—云”三层物理架构，兼顾现场实时响应与中心数据汇聚。下图展示了标准环境监控系统的逻辑分层与数据流向。

2.2 主要子系统介绍

系统按功能可划分为四个核心子系统：采样子系统、分析子系统、数据采集子系统、数据传输子系统。下表从功能定位、关键设备与验收关注点三个维度进行对比。

2.3 采样子系统

采样子系统是环境监控的“第一道关口”，其设计质量直接影响分析结果的代表性。对于烟气连续排放监测系统（CEMS），采样通常采用“直接抽取法”或“稀释抽取法”。

• 采样探头：安装在烟道或管道上，内置加热滤芯，防止水汽冷凝与颗粒物堵塞。
• 伴热管线：全程加热至120℃以上，避免酸性气体（SO₂、HCl）溶解于冷凝水中造成损失。
• 预处理机柜：包含冷凝除水、精细过滤、流量调节、切换标气等功能模块。
• 采样泵：提供稳定负压，克服管线阻力，保证样气流量恒定。

2.4 分析子系统

分析子系统是系统的“核心测量单元”。根据监测因子不同，选用不同原理的分析仪表。下表列出常见污染物对应的主流分析方法。

2.5 数据采集子系统

数据采集子系统负责将分析仪表的模拟量（4-20 mA）、数字量（RS232/485）或以太网信号转换为标准数据格式，并进行本地缓存与逻辑控制。

• 数据采集传输仪（数采仪）：专用嵌入式设备，支持HJ 212协议，具备数据存储、断点续传、反控功能。
• PLC控制器：用于采样管路切换、反吹控制、标定时序等逻辑自动化。
• 数据完整性保障：本地存储不少于6个月的分钟数据，支持掉电保护。

// 数采仪数据采集周期示例（伪代码）
while (true) {
    analogValue = readAnalogChannel(1);   // 读取4-20mA通道
    digitalValue = readModbusRegister(0x100); // 读取仪表寄存器
    timestamp = getCurrentTime();
    storeToLocalDB(timestamp, analogValue, digitalValue);
    if (networkAvailable()) {
        sendToCenter(timestamp, analogValue, digitalValue);
    } else {
        markPendingUpload(timestamp);
    }
    sleep(1000); // 1秒采集周期
}

2.6 数据传输子系统

数据传输子系统承担着“信息高速公路”的角色。现场数据通过有线或无线方式上传至环保监控平台，同时接收平台下发的反控指令。

2.7 子系统协同关系

四个子系统并非孤立运行，而是通过“样品流—信号流—数据流—控制流”紧密耦合。下图以烟气CEMS为例，展示典型工作流程。