1 概述

通榆河是貫穿蘇北東部沿海地區(qū)水利水運(yùn)骨干 河道，全長400余公里，流經(jīng)多個(gè)地級市。近年來 蘇北沿海為了加快地域發(fā)展的步伐，引進(jìn)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(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重地威 脅到流域內(nèi)供水安全。為了實(shí)時(shí)、 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(yùn)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(jì)算機(jī)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(gè)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(yuǎn)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(yuǎn)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(yùn)行進(jìn)行 遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行無人值守、遠(yuǎn)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(shí)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(shí)采用排 空設(shè)計(jì)，在取水結(jié)束時(shí)，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(jì)時(shí)已經(jīng)考慮了進(jìn) 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(jìn)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(jìn)行水樣過 濾，粒徑較大的砂粒通過旋流除砂裝置進(jìn)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(jìn)行正向清 洗，空氣反吹裝置則對清洗后的管路氣吹進(jìn)行干燥 處理。以上操作可最大限度的防止因長時(shí)間運(yùn)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(yàn)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(shí)排至監(jiān)測水域保護(hù)區(qū)外，同時(shí)注意預(yù)防因?yàn)轱L(fēng) 向和水流的改變擴(kuò)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(shí)能自動保留當(dāng)時(shí)的水 樣，以便送中心化驗(yàn)室進(jìn)一步化驗(yàn)。

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(shí)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(xiàng)目，從而根據(jù)監(jiān)測項(xiàng)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(jī)碳(TOC)以及總磷分析儀。 在選購分析儀器時(shí)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(bào)警功能、在線打印等)，功能越全面， 價(jià)格也相應(yīng)越高，維護(hù)相對復(fù)雜，應(yīng)根據(jù)實(shí)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(diǎn)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(jìn)行配電和控 制；可通過HMI觸摸屏顯示設(shè)備與 儀器實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)設(shè)備就地手動操作；還 可以根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)行周期、自動／手動運(yùn) 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(jī)應(yīng)用軟件及網(wǎng) 絡(luò)組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對PLC的遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)采集。

2．5 二水廠中控室遠(yuǎn)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(diǎn)，構(gòu)建了中控室遠(yuǎn)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(jì)報(bào)表等融合性信息，如圖4所示。中 控室遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理服務(wù)器通過互聯(lián)網(wǎng)、GPRS等方 式實(shí)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(diǎn)與時(shí)問的限制，實(shí)時(shí)共享水務(wù)管理信息，使 原水污染應(yīng)急預(yù)案能夠及時(shí)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(shí)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(jì)

鑒于通榆河取水口監(jiān)測站遠(yuǎn)離市區(qū)，系統(tǒng)運(yùn)行 處于無人值守、遠(yuǎn)程管理的模式，因此系統(tǒng)構(gòu)建必 需滿足全流程自動運(yùn)行、低故障率且維護(hù)方便、故 障報(bào)警及時(shí)準(zhǔn)確等要求。為了達(dá)到此要求，構(gòu)建系 統(tǒng)時(shí)將系統(tǒng)運(yùn)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(shí)，采取了以下幾項(xiàng) 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(shí)，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(yùn) 行， 當(dāng)啟動備用電時(shí)，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(jī)、空調(diào)等停止運(yùn)行)，并將 主電源停電信息和工作模式設(shè)定警 報(bào)信息傳送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。備用 電源滿足在停電時(shí)水質(zhì)自動監(jiān)測站 在省電工作模式下3～12小時(shí)內(nèi)采配 水運(yùn)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(shí)時(shí) 存儲、異常測量值自動報(bào)警、異常 水質(zhì)自動留樣、故障自動報(bào)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(dá)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(jì)合理、規(guī)范的，時(shí)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(hù)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(kuò)展性，充分考慮 將來儀表的擴(kuò)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(shí)進(jìn)行了正確的接地和屏 蔽�？紤]室外設(shè)備防風(fēng)和防凍的問題，將浮臺、浮 臺支架進(jìn)行了抗風(fēng)設(shè)置，輸水管路進(jìn)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?yàn)闊o人值守，各種設(shè)施安保是監(jiān)測站正常運(yùn) 行的基本前提，我們在監(jiān)測站四周安裝了防護(hù)欄， 防護(hù)欄上設(shè)置了越界報(bào)警和監(jiān)控?cái)z像頭。出現(xiàn)非法 闖入情況時(shí)，通過安全設(shè)施即時(shí)向遠(yuǎn)程監(jiān)控中心自 動報(bào)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(yùn)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(shí)現(xiàn)建筑物防雷，對主供電源我們采取了多級防雷保護(hù)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(shí)施了雷電波隔離防護(hù)， 各級保護(hù)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(jì)、通信規(guī)約、用 戶界面、報(bào)表編制等方面嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化 的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。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(gè)功能模塊 的個(gè)性，便于擴(kuò)充和二次開發(fā)；人機(jī)界面符合人機(jī) 工程學(xué)，統(tǒng)一的菜單模塊，做到簡潔、美觀、實(shí) 用、功能全面且操作方便；采用聯(lián)機(jī)幫助技術(shù)，在 程序的每個(gè)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(cuò)設(shè)計(jì)，有效屏蔽各種錯(cuò)誤操作和其它干擾；軟 件設(shè)計(jì)采用先進(jìn)的手段，采用多重保護(hù)措施防止程 序運(yùn)行紊亂、死機(jī)等。從屬于遠(yuǎn)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(gè)系統(tǒng)運(yùn)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(shí)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(jìn)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(shí)施應(yīng)急預(yù)案具有積極意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曾永等著．《水質(zhì)監(jiān)測新技術(shù)與實(shí)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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