1 概述

通榆河是貫穿蘇北東部沿海地區(qū)水利水運骨干 河道，全長400余公里，流經(jīng)多個地級市。近年來 蘇北沿海為了加快地域發(fā)展的步伐，引進了較多的 化工類企業(yè)和高污染企業(yè)， 由于偷排及跨地域排放 現(xiàn)象的存在，通榆河水質(zhì)污染時有發(fā)生，嚴(yán)重地威 脅到流域內(nèi)供水安全。為了實時、 準(zhǔn)確地監(jiān)測通榆河的水質(zhì)及其變化 狀況，大豐市自來水有限公司建立 了原水水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)，為確保 供水水質(zhì)安全提供了有力保障。

2 系統(tǒng)描述

水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)是一套以在 線自動分析儀器為核心，運用現(xiàn)代 傳感器技術(shù)、自動測量技術(shù)、自動 控制技術(shù)、計算機應(yīng)用技術(shù)以及相 關(guān)的專用軟件和通信網(wǎng)絡(luò)所組成的 一個綜合性的在線自動監(jiān)測系統(tǒng)。 大豐原水廠水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)主要 由采樣系統(tǒng)、預(yù)處理及輔助系統(tǒng)、 儀器檢測分析系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測自動控制系統(tǒng)和遠程數(shù)據(jù)管理中心構(gòu)成。原水廠水質(zhì)自 動監(jiān)測系統(tǒng)組成過程控制、數(shù)據(jù)采集及信息傳輸； 二水廠中控室遠程數(shù)據(jù)管理中心可結(jié)合相應(yīng)的監(jiān)控 及分析軟件對原水廠水質(zhì)自動監(jiān)控系統(tǒng)的運行進行 遠程監(jiān)控，實現(xiàn)系統(tǒng)運行無人值守、遠程管理的模 式。

2．1 水樣采集系統(tǒng)

水樣采集系統(tǒng)一般由采水構(gòu)筑物、取樣泵、格 柵或過濾網(wǎng)、采水管道、清洗配套裝置、設(shè)備驅(qū)動 控制電路等構(gòu)成，如圖1所示。

根據(jù)通榆河取水泵站吸水井的實際情況，采用 了自吸泵抽水方式，取水頭放在井式升降取水浮臺 上，保證取水頭在水面下0．5m，與水體底部有足夠 的距離(枯水期>lm)， 以保證不受水體底部泥沙的 影響，浮臺需要通過專用井式結(jié)構(gòu)固定，采樣管路 采用雙泵雙管方式(其中一路作為備用管路)，輸 水管路中裝配有流量和壓力監(jiān)控裝置，同時采用排 空設(shè)計，在取水結(jié)束時，管內(nèi)的剩余水能夠通過開 啟放空電磁閥自行排空。

2．2 預(yù)處理及輔助系統(tǒng)

水樣預(yù)處理根據(jù)各類分析儀表所需水樣的純度 來決定相應(yīng)的預(yù)處理級別，以保證水樣能滿足儀器 的分析要求。水樣過濾既要消除干擾儀表分析和影 響儀表使用壽命的不利因素，又不能失去水樣的代表性。市場上多數(shù)分析儀器在設(shè)計時已經(jīng)考慮了進 樣的預(yù)處理并配置了相應(yīng)的帶自清洗功能微濾裝 置，只需要進行相應(yīng)的配套安裝。針對通榆河原水 水質(zhì)現(xiàn)況，采用一、二級旋流沉砂裝置進行水樣過 濾，粒徑較大的砂粒通過旋流除砂裝置進行處理， 粒徑較小的泥沙則通過分析儀器自帶的微濾裝置二 級過濾，并通過管路布置、液流速度和系統(tǒng)反清洗 功能的輔助處理，最大限度地降低泥沙對系統(tǒng)造成 的不良影響。輔助裝置如圖2所示。

(1)采樣、配水管路和儀器管路除藻清洗

采用自來水對采樣管路反沖洗，用加入壓縮空 氣和臭氧的自來水對配水和儀器管路進行正向清 洗，空氣反吹裝置則對清洗后的管路氣吹進行干燥 處理。以上操作可最大限度的防止因長時間運行產(chǎn) 生的輕度沉積和藻類、菌類物質(zhì)的孳生。

(2)純水制備

純水主要用于分析儀器的清洗、標(biāo)定和試劑的配 置。采用純水制備裝置制取并存儲純水，然后通過 專用純水管道向分析系統(tǒng)提供純水，純水罐的水位 自動控制。出水電導(dǎo)率小于0．2us／cm，出水量滿足 系統(tǒng)工作需要。

(3)廢水處理

試驗廢水、分析儀的清洗水收集后集中處理，避 免對通榆河取水口造成污染，管路的清洗水、沖洗水 被即時排至監(jiān)測水域保護區(qū)外，同時注意預(yù)防因為風(fēng) 向和水流的改變擴散到取水口，導(dǎo)致水樣異常。

(4)超標(biāo)留樣

為了超標(biāo)留樣配置了美國哈希Sigma900型全天候采樣器，當(dāng)發(fā)生水質(zhì)超標(biāo)時能自動保留當(dāng)時的水 樣，以便送中心化驗室進一步化驗。

2.3 儀器檢測分析系統(tǒng)

在線自動分析儀器是水質(zhì)在線自動監(jiān)測系統(tǒng)的 核心，是在線自動監(jiān)測系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵。在選 擇在線自動分析儀器時我們充分考慮了環(huán)境管理的 需要和水質(zhì)監(jiān)測的目的，確定了通榆河劉莊監(jiān)測站 的監(jiān)測項目，從而根據(jù)監(jiān)測項目選擇了相關(guān)的監(jiān)測 儀器。通榆河劉莊監(jiān)測站在線自動分析儀器有常規(guī) 五參數(shù)(水溫、pH值、電導(dǎo)率、溶解氧、濁度) 分析儀、化學(xué)需氧量(COD)分析儀、高錳酸鹽指 數(shù)分析儀、揮發(fā)酚分析儀、氨氮分析儀、總氮分析 儀、總有機碳(TOC)以及總磷分析儀。 在選購分析儀器時遵循：① 產(chǎn)品的分析原理可 靠、產(chǎn)品成熟、用戶反饋好、性能穩(wěn)定、精度高、 配套設(shè)施相對完善。② 所選的分析儀器所需試劑應(yīng) 來源廣泛，藥耗小。⑧ 盡量選擇沒有二次污染或污 染少，帶自清洗的節(jié)能環(huán)保型分析儀器。④ 對所需 儀器的常規(guī)和智能功能作出評定(如數(shù)據(jù)自動存 儲、自動量程轉(zhuǎn)換、遙控、標(biāo)準(zhǔn)輸出接口和LED顯 示、自動清洗、狀態(tài)自檢、來電自動恢復(fù)、自動標(biāo) 定校正、報警功能、在線打印等)，功能越全面， 價格也相應(yīng)越高，維護相對復(fù)雜，應(yīng)根據(jù)實際需求 作出選擇。

2．4 水質(zhì)監(jiān)測自動控制和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

控制和管理系統(tǒng)是監(jiān)測系統(tǒng)的控制中心，監(jiān)測 點配置內(nèi)嵌PLC、通訊模塊和TFT觸摸屏的就地控 制柜， 可對現(xiàn)場的所有儀器、設(shè)備進行配電和控 制；可通過HMI觸摸屏顯示設(shè)備與 儀器實時狀態(tài)(流量、壓力、液位、 氣體流量、純水流量、設(shè)備狀態(tài)及 電流電壓參數(shù)等)；并可通過HMI 觸摸屏實現(xiàn)設(shè)備就地手動操作；還 可以根據(jù)系統(tǒng)運行狀態(tài)設(shè)置和修改 系統(tǒng)參數(shù)(采樣頻率、采樣周期、 SE／備設(shè)備運行周期、自動／手動運 行方式切換等)。如圖3所示，分 析儀器的輸出信號可通過AI輸入 模塊、RS標(biāo)準(zhǔn)接口或通信模塊存儲至PLC存儲單元。通榆河取水泵房控制室配置原 水水質(zhì)自動監(jiān)測服務(wù)器，通過上位機應(yīng)用軟件及網(wǎng) 絡(luò)組態(tài)軟件實現(xiàn)對PLC的遠程控制和數(shù)據(jù)采集。

2．5 二水廠中控室遠程數(shù)據(jù)管理中心

以大豐自來水有限公司現(xiàn)有多源數(shù)據(jù)整合為切入 點，構(gòu)建了中控室遠程數(shù)據(jù)管理中心平臺，平臺包 括在線監(jiān)測、業(yè)務(wù)管理、決策支持、信息發(fā)布、檔 案管理、統(tǒng)計報表等融合性信息，如圖4所示。中 控室遠程數(shù)據(jù)管理服務(wù)器通過互聯(lián)網(wǎng)、GPRS等方 式實現(xiàn)對通榆河原水水質(zhì)自動監(jiān)測服務(wù)器的數(shù)據(jù)共 享，通過平臺使得公司管理人員和相關(guān)工作人員不 受地點與時問的限制，實時共享水務(wù)管理信息，使 原水污染應(yīng)急預(yù)案能夠及時地貫徹執(zhí)行。環(huán)保、衛(wèi) 生防疫部門則可通過公司提供的客戶權(quán)限實現(xiàn)原水 水質(zhì)自動監(jiān)測信息的共享。

3 系統(tǒng)可靠性設(shè)計

鑒于通榆河取水口監(jiān)測站遠離市區(qū)，系統(tǒng)運行 處于無人值守、遠程管理的模式，因此系統(tǒng)構(gòu)建必 需滿足全流程自動運行、低故障率且維護方便、故 障報警及時準(zhǔn)確等要求。為了達到此要求，構(gòu)建系 統(tǒng)時將系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠性放在首要位置，在構(gòu)建 通榆河原水水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)時，采取了以下幾項 具體措施。

3．1 系統(tǒng)供電

通榆河劉莊水質(zhì)自動監(jiān)測站采用雙供電系統(tǒng)， 主供電源為市電，備用電源為5KVA在線式UPS。當(dāng)市電斷電時，備用電源可以保證 多參數(shù)傳感器和測控設(shè)備的正常運 行， 當(dāng)啟動備用電時，系統(tǒng)控制啟 動省電工作模式(其他非關(guān)鍵設(shè)備 如空壓機、空調(diào)等停止運行)，并將 主電源停電信息和工作模式設(shè)定警 報信息傳送到遠程監(jiān)控中心。備用 電源滿足在停電時水質(zhì)自動監(jiān)測站 在省電工作模式下3～12小時內(nèi)采配 水運行2次的供電需求。

3．2 分析儀器及輔助裝置

選購的分析儀器需具有數(shù)據(jù)實時 存儲、異常測量值自動報警、異常 水質(zhì)自動留樣、故障自動報警功能。部分易損輔助 設(shè)備采用1用1備的工作模式。為了保證水質(zhì)自動 監(jiān)測站達到規(guī)定的溫控環(huán)境，安裝了1臺2kW 的空 調(diào)且參與自動控制。

電路方案和PLC程序設(shè)計合理、規(guī)范的，時序 配合和邏輯控制做到準(zhǔn)確無誤，確保系統(tǒng)在斷電、 斷水后自動保護且故障消除后系統(tǒng)具有自動恢復(fù)功 能。系統(tǒng)具有良好的兼容性和可擴展性，充分考慮 將來儀表的擴充要求，相關(guān)設(shè)備保留相應(yīng)的余量和 接口。

在安裝過程中，為了減少各部分設(shè)備、電路之 間的電磁干擾，設(shè)備安裝時進行了正確的接地和屏 蔽。考慮室外設(shè)備防風(fēng)和防凍的問題，將浮臺、浮 臺支架進行了抗風(fēng)設(shè)置，輸水管路進行了可靠的固 定。自吸泵加裝了保溫層，室外管路采用保溫材料 保溫管路，防止管路受凍，保證了系統(tǒng)在冬季正常 取水。

因為無人值守，各種設(shè)施安保是監(jiān)測站正常運 行的基本前提，我們在監(jiān)測站四周安裝了防護欄， 防護欄上設(shè)置了越界報警和監(jiān)控攝像頭。出現(xiàn)非法 闖入情況時，通過安全設(shè)施即時向遠程監(jiān)控中心自 動報警。

3．3 系統(tǒng)防雷

防雷是通榆河原水水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)可靠運行 的重要保證。取水泵站中控室與監(jiān)測站安裝了避雷 針以實現(xiàn)建筑物防雷，對主供電源我們采取了多級防雷保護模式，保證系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備不受過電壓的干 擾，各類線纜(電源線、控制線、信號線、通信 線、無線天線等)入室均實施了雷電波隔離防護， 各級保護按規(guī)范可靠接地。

3．4 系統(tǒng)內(nèi)軟件

系統(tǒng)內(nèi)各應(yīng)用軟件在編碼設(shè)計、通信規(guī)約、用 戶界面、報表編制等方面嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化 的設(shè)計原則進行設(shè)計。應(yīng)用軟件具有以功能模塊為 單元的可靈活拆裝配置的結(jié)構(gòu)，保持每個功能模塊 的個性，便于擴充和二次開發(fā)；人機界面符合人機 工程學(xué)，統(tǒng)一的菜單模塊，做到簡潔、美觀、實 用、功能全面且操作方便；采用聯(lián)機幫助技術(shù)，在 程序的每個層次給出與當(dāng)前操作對應(yīng)的幫助提示信 息，便于監(jiān)測技術(shù)人員和領(lǐng)導(dǎo)解讀；應(yīng)用軟件采取 容錯設(shè)計，有效屏蔽各種錯誤操作和其它干擾；軟 件設(shè)計采用先進的手段，采用多重保護措施防止程 序運行紊亂、死機等。從屬于遠程數(shù)據(jù)管理中心平 臺的服務(wù)器和終端設(shè)置了防火墻、網(wǎng)絡(luò)加密、身份 認(rèn)證等方式，有效地防范外部入侵和內(nèi)部非法操 作，確保了整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定可靠性。

4 結(jié)語

原水水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建更好地地落實了 大豐市自來水有限公司所倡導(dǎo)的“優(yōu)質(zhì)供水、服務(wù) 社會” 的理念，該系統(tǒng)的建立和進一步完善對提高 供水水質(zhì)、保障供水安全、優(yōu)化供水成本及有效貫 徹實施應(yīng)急預(yù)案具有積極意義。

參考文獻：

[1] 曾永等著．《水質(zhì)監(jiān)測新技術(shù)與實踐》 黃河水利出版社，2006

[2]王仁祥著．《現(xiàn)代可編程序控制器網(wǎng)絡(luò)通信 技術(shù)》電力出版社，2006

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