大丰市自来水公司原水水质自动监测系统介绍

第４卷第２期　供水技术　ＷＡＴＥＲ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｖｏ１．４　Ｎｏ．２　Ａｐｒ．２０１０　２０１０年４月　大丰市自来水公司原水水质自动监测系统介绍　冯小卫，　包玉兵，　徐庆国，　程琳　（大丰市自来水有限公司，江苏大丰２２４１００）　摘要：　为了实时、准确地监测通榆河的水质及其变化状况，提供实时水质监测数据及预警　信息，以便及时启动应急预案，大丰市自来水有限公司建立了原水水质自动监测系统。通过利用先　进的水质在线分析仪器，采用数据采集、通讯传输、远程监控等技术，实现了实时监测原水水质，并　通过多种远程通讯方式将数据传输至中控室及各级数据共享终端，满足了供水安全保障的需求　关键词：　原水；　水质；　在线监测；　应急预案；　通榆河　中图分类号：ＴＵ９９１　文献标志码：Ｂ　文章编号：１６７３—９３５３（２０１０）０２—００３１—０４　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３—９３５３．２０１０．０２．０１０　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｒａｗ　ｗａｔｅｒ　ｏｆ　Ｄａｆｅｎｇ　Ｗａｔｅｒｗｏｒｋｓ　Ｆｅｎｇ　Ｘｉａｏｗｅｉ，　Ｂａｏ　Ｙｕｂｉｎｇ，Ｘｕ　Ｑｉｎｇｇｕｏ，　Ｃｈｅｎｇ　Ｌｉｎ　（Ｄａｆｅｎｇ　Ｗａｔｅｒｗｏｒｋｓ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｄａｆｅｎｇ　２２４１００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｆｏｒ　Ｔｏｎｇｙｕ　Ｒｉｖｅｒ　ｏｎ—ｌｉｎｅ　ａｎｄ　ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ，ａｎｄ　ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｔｈｅ　ｒｅａｌ　ｔｉｍｅ　ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｄａｔａ　ａｎｄ　ａｌａｒｍ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ＳＯ　ｔｈａｔ　ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ　ｐｌａｎ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｓｔａｒｔｅｄ，ａｎ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｏｎ·ｌｉｎｅ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｗｅｒｅ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｆｏｒ　Ｄａｆｅｎｇ　Ｗａｔｅｒｗｏｒｋｓ．Ｒｅａｌ　ｔｉｍｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ｂｙ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ａｄｖａｎｅｄ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｄａｔａ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ｅｏｍｍｕｎｉｅａｔｉｏｎ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｍｏｔｅ　ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ，ＳＯ　ｔｈａｔ　ｄａｔａ　ｗｅｒｅ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏ１　ｅｅｎｔｒａｌ　ａｎｄ　ｔｏ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｇｒａｄｅ　ｓｈａｒｉｎｇ　ｔｅｒｍｉｎａｌｓ　ｂｙ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｒｅｍｏｔｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｐａｔｈｗａｙｓ，ｗｈｉｃｈ　ｃｏｕｌｄ　ｇｕａｒａｎｔｅｅ　ａ　ｓａｆｅ　ｗａｔｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　ｒａｗ　ｗａｔｅｒ；　ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ；　Ｏｆｆ－ｌｉｎｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；　ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ　ｐｌａｎ；Ｔｏｎｇｙｕ　Ｒｉｖｅｒ　通榆河是贯穿苏北东部沿海地区的水利水运骨　通信网络所组成的一个综合性的在线自动监测系　统　。大丰原水厂水质自动监测系统主要由采样　系统、预处理及辅助系统、仪器检测分析系统、水质　干河道，全长４００余公里，流经多个地级市。近年来　苏北沿海为了加快地域发展的步伐，引进了较多的　化工类企业和高污染企业，由于偷排及跨地域排放　现象的存在，通榆河水质污染时有发生，严重地威胁　到流域内供水安全。为了实时、准确地监测通榆河　的水质及其变化状况，大丰市自来水有限公司建立　了原水水质自动监测系统，为确保供水水质安全提　供了有力保障。　监测自动控制系统和远程数据管理中心构成。原水　厂水质自动监测系统组成过程控制、数据采集及信　息传输；二水厂中控室远程数据管理中心可结合相　应的监控及分析软件对原水厂水质自动监控系统的　运行进行远程监控，实现系统运行无人值守、远程管　理的模式。　１．１水样采集系统　１　系统描述　水质自动监测系统是一套以在线自动分析仪器　水样采集系统一般由采水构筑物、取样泵、格栅　或过滤网、采水管道、清洗配套装置、设备驱动控制　电路等构成，如图１所示。　为核心，运用现代传感器技术、自动测量技术、自动　控制技术、计算机应用技术以及相关的专用软件和　３１·　第４卷第２期　供水技术　为各类仪表提供　分析水样　根据通榆河取水泵站吸水井的实际情况，采用　了自吸泵抽水方式，取水头放在井式升降取水浮台　上，保证取水头在水面下０．５　ｍ，与水体底部有足够　的距离（枯水期＞１　ｍ），以保证不受水体底部泥沙　的影响。浮台需要用专用井式结构固定，采样管路　采用双泵双管方式（其中一路作为备用管路），输水　管路中装配有流量和压力监控装置，同时采用排空　采样、配水和仪表管路　除藻、清洗　可对超标水样自动留样　提供系统纯水　提供系统废水收集处理　设计，在取水结束时，管内的剩余水能够通过开启放　空电磁阀自行排空。　图２辅助装置的构成　Ｆｉｇ．２　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ａｕｘｉｌｉａｒｙ　ｄｅｖｉｃｅｓ　②纯水制备　纯水主要用于分析仪器的清洗、标定和试剂的　配置。采用纯水制备装置制取并存储纯水，然后通　过专用管道向分析系统提供纯水，纯水罐的水位采　用自动控制。制备装置出水电导率小于０．２　￣ｓ／ｃｍ，出水量满足系统工作需要。　③废水处理　试验废水、分析仪的清洗水收集后集中处理，避　免对通榆河取水口造成污染，管路的清洗水、冲洗水　图１　采集及辅助装置　Ｆｉｇ．１　Ｓａｍｐｌｅ　ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｕｘｉｌｉａｒｙ　ｄｅｖｉｃｅｓ　被即时排至监测水域保护区外，同时注意预防因为　１．２预处理及辅助系统　风向和水流的改变扩散到取水口，导致水样异常。　④超标留样　为超标留样配置了ＨＡＣＨ　Ｓｉｇｍａ９００型全天候　采样器，当发生水质超标时能自动保留当时的水样，　以便送中心化验室进一步化验。　１．３仪器检测分析系统　水样预处理根据各类分析仪表所需水样的纯度　来决定相应的预处理级别，以保证水样能满足仪器　的分析要求。水样过滤既要消除干扰仪表分析和影　响仪表使用寿命的不利因素，又不能失去水样的代　表性。市场上多数分析仪器在设计时已经考虑了进　样的预处理并配置了相应的带自清洗功能微滤装　置，只需要进行相应的配套安装。针对通榆河原水　水质现状，采用一、二级旋流沉砂装置进行水样过　在线自动分析仪器是水质在线自动监测系统的　核心，是在线自动监测系统成功与否的关键。在选　择在线自动分析仪器时充分考虑了环境管理的需要　和水质监测的目的，确定了通榆河刘庄监测站的监　测项目，从而根据监测项目选择了相关的监测仪器。　通榆河刘庄监测站在线自动分析仪器有常规五参数　滤，粒径较大的砂粒通过旋流除砂装置进行处理，粒　径较小的泥沙则通过分析仪器自带的微滤装置二级　过滤，并通过管路布置、液流速度和系统反清洗功能　的辅助处理，最大限度地降低泥沙对系统造成的不　良影响。辅助装置如图２所示。　（水温、ｐＨ、电导率、溶解氧、浊度）分析仪、化学需氧　量（ＣＯＤ）分析仪、高锰酸盐指数分析仪、挥发酚分　析仪、氨氮分析仪、总氮分析仪、总有机碳（ＴＯＣ）以　及总磷分析仪。　在选购分析仪器时遵循：①产品的分析原理可　靠，产品成熟，用户反馈好，性能稳定，精度高，配套　设施相对完善；②所选择的分析仪器所需试剂应来　①采样、配水管路和仪器管路除藻清洗　采用自来水对采样管路反冲洗，用加入压缩空　气和臭氧的自来水对配水和仪器管路进行正向清　洗，空气反吹装置则对清洗后的管路气吹进行干燥　处理。清洗操作可最大限度地防止因长时间运行产　生的轻度沉积和藻类、菌类物质的孳生。　源广泛，药耗小；③尽量选择没有二次污染或污染　３２·　冯小卫，等：大丰市自来水公司原水水质自动监测系统介绍　第４卷　第２期　少，带自清洗的节能环保型分析仪器；④对所需仪器　的常规和智能功能作出评定（如数据自动存储、自　动量程转换、遥控、标准输出接口和ＬＥＤ显示、自动　清洗、状态自检、来电自动恢复、自动标定校正、报警　功能、在线打印等），功能越全面，价格也相应越高，　维护相对复杂，应根据实际需求作出选择。　１．４水质监测自动控制和数据管理系统　控制和管理系统是监测系统的控制中心，监测　点配置＿ｒ内嵌ＰＬＣ、通讯模块和Ｔ　触摸屏的就地　切入点，构建了中控室远程数据管理中心平台，平台　包括在线监测、业务管理、决策支持、信息发布、档案　管理、统计报表等融合性信息，如图４所示。中控室　远程数据管理服务器通过互联网、ＧＰＲＳ等方式实　现对通榆河原水水质自动监测服务器的数据共享，　通过平台使公司管理人员和相关工作人员不受地点　与时间的限制，实时共享水务管理信息，使原水污染　应急预案能够及时地贯彻执行。环保、卫生防疫部　门则可通过公司提供的客户权限实现原水水质自动　监测信息的共享。　流　甩　控制柜，可对现场的所有仪器、设备进行配电和控　制；可通过ＨＭＩ触摸屏显示设备与仪器实时状态　（流量、压力、液位、气体流量、纯水流量、设备状态　及电流电压参数等）；并可通过ＨＭＩ触摸屏实现设　ＣＯＤ设祷触挖（Ｉ）０）　ＣＯＤ仪状态值（ＤＩ）ｌ弓　测　测　ｅ　ｅ　０　０　液　量　位　力　篮　流　电　碰　监　备就地手动操作；还可以根据系统运行状态设置和　修改系统参数（采样频率、采样周期、工／备设备运　行周期、自动／手动运行方式切换等）　如图３所　ＣＯＤ测量曛（Ａｌ／Ｒｓ）　ｔ　’　『　１　）Ｈ儡度／电导，ｎ（姚度（Ａ　氧氮（ＡＩ／ＲＳ）　　１ｒＩｌＴｒ触摸屏（ＴＩ’１　１　】　，０　块　ＲＳ接口　高锰酸盐指（ａｔ／ａｓ）　ｌ】ＬＣ通　§　葜块　便携笔　本（ＲＳ／ＲＪ）　服务器网络通信（Ｒ艇｝Ｎｃ　示，分析仪器的输出信号可通过ＡＩ输入模块、ＲＳ标　准接口或通信模块存储至Ｐ１　ｃ存储单元　。通榆　河取水泵房控制室配置原水水质自动监测服务器，　通过上位机应用软件及网络组态软件实现对ＰＬＣ　的远程控制和数据采集　．　总额／总酚设备（ＲＳ／ＭＯＩ）ＢＬ￣ＡＩ）链　设　设　备　备　总壁／总　】机碳（Ｒｓ，ＭｏＤＢｕｓ／ＡＩ）Ｉ禁　助　样　堑　＝　０　Ｉ预　辅　采　至　『　’　Ｉ　ＰＩ　Ｃ执行村　＋构、低腓　设备Ｉ　图３监测系统及ＰＬＯ通信　Ｆｉｇ．３　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ＰＬＣ　ＣＯｌｌｌｍｕｎｉ（￣ａｔｌｏｎ　１．５二水厂中控室远程数据管理中心　以大丰市自来水有限公司现有多源数据整合为　Ｒ　）ｃｋ　ｔ’ｌｌ数据库　Ｉ　发布服务器　通榆河刘鹿原水ｒ　中心控制室　鐾　犬｝　环保硒　Ｉ　１　ｋ＃｛ｉ０．防疫站ｌ相ｌ戈职能部门　远程客户权限共享终端　●ＩＪ　｝　控室　移动光纤　监控服务器　专线　防火墙　大丰市自来水公司内部局域网　Ｉ　盥　：厂鬟　路　自控服务器　器ｌ　乏．■　＝＝一　垒望　舅舅璧蔓　【爰域供水一分厂区域供水Ｎ分　管　压力／浊度／余氯／互耗等　曼—圈　市区洪水分析小崖歼发区污水处理厂　城东污水处理　管网压力，浊度，余氯　ＢＯＩ）ＩＣＯＩ）／ＳＳ／总磷／总氢等指标　增ｎｉ泵站／智能水表　原水水礁分析室　ｐＨ／浊度／温度／　ＤＯ／电导率，氢氮，　Ｃ０　高锰酸盐，　总磷／总氮，总有机　碳，总酚等　图４远程数据管理平台　Ｆｉｇ．４　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｐｌａｔｉｏｒｍ　ｏｆ　Ｉ＇（￣１１１＂０｜ｅ　ｄａｔａ　３３·　第４卷第２期　供水技术　２系统可靠性设计　鉴于通榆河取水口监测站远离市区，系统运行　处于无人值守、远程管理的模式，因此系统的构建必　２．３　系统防雷　防雷是通榆河原水水质自动监测系统可靠运行　的重要保证。取水泵站中控室与监测站安装了避雷　针以实现建筑物防雷，主供电源采取了多级防雷保　需满足全流程自动运行、低故障率且维护方便、故障　报警及时准确等要求。为了达到此要求，构建系统　时将系统运行稳定可靠性放在首要位置，在构建通　护模式，保证系统内的设备不受过电压的干扰，各类　线缆（电源线、控制线、信号线、通信线、无线天线　等）入室均实施了雷电波隔离防护，各级保护按规　范可靠接地　。　２．４系统内软件　榆河原水水质自动监测系统时，采取了以下几项具　体措施。　２．１　系统供电　通榆河刘庄水质自动监测站采用双供电系统，　系统内各应用软件在编码设计、通信规约、用户　界面、报表编制等方面严格按照标准化、规范化的设　计原则进行设计。应用软件具有以功能模块为单元　的可灵活拆装配置的结构，保持每个功能模块的个　性，便于扩充和二次开发；人机界面符合人机工程　学，统一的菜单模块，做到简洁、美观、实用、功能全　主供电源为市电，备用电源为５　ｋＶＡ在线式ＵＰＳ。　当市电断电时，备用电源可以保证多参数传感器和　测控设备的正常运行，当启动备用电时，系统控制启　动省电工作模式（其他非关键设备如空压机、空调　等停止运行），并将主电源停电信息和工作模式设　定警报信息传送到远程监控中心。备用电源满足在　停电时水质自动监测站在省电工作模式下３～１２　ｈ　内采配水运行２次的供电需求。　２．２分析仪器及辅助装置　面且操作方便；采用联机帮助技术，在程序的每个层　次给出与当前操作对应的帮助提示信息，便于监测　技术人员和领导解读；应用软件采取容错设计，有效　屏蔽各种错误操作和其他干扰；软件设计采用先进　的手段，采用多重保护措施防止程序运行紊乱、死机　等。从属于远程数据管理中心平台的服务器和终端　选购的分析仪器须具有数据实时存储、异常测　量值自动报警、异常水质自动留样、故障自动报警功　能。部分易损辅助设备采用１用１备的工作模式。　为了保证水质自动监测站达到规定的温控环境，安　装了１台２　ｋＷ的空调且参与自动控制。　电路方案和ＰＬＣ程序的设计合理、规范，时序　设置了防火墙、网络加密、身份认证等方式，有效地　防范外部入侵和内部非法操作，确保了整个系统运　行的稳定可靠性。　３结语　配合和逻辑控制做到准确无误，确保系统在断电、断　水后自动保护且故障消除后系统具有自动恢复功　能。系统具有良好的兼容性和可扩展性，充分考虑　原水水质自动监测系统的构建更好地落实了大　丰市自来水有限公司所倡导的“优质供水、服务社　会”的理念，该系统的建立和进一步完善对提高供　将来仪表的扩充要求，相关设备保留相应的余量和　接口。　水水质、保障供水安全、优化供水成本及有效贯彻实　施应急预案具有积极意义。　参考文献：　［１］　曾永，陈希媛，渠康．水质监测新技术与实践［Ｍ］．郑　州：黄河水利出版社，２００６　［２］　王仁祥，王小曼．现代可编程序控制器网络通信技术　在安装过程中，为了减少各部分设备、电路之间　的电磁干扰，设备安装时进行了正确的接地和屏蔽。　考虑室外设备防风和防冻的问题，将浮台、浮台支架　进行了抗风设置，输水管路进行了可靠的固定。自　吸泵加装了保温层，室外管路采用保温材料保温管　路，防止管路受冻，保证了系统在冬季正常取水。　［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００６．　［３］　冯小卫，陈春平，李明明．大丰市二水厂自控系统防雷　整改方案浅析［Ｊ］．给水排水，２００９，３５（１１）：１１６一　ｌ１９．　因为无人值守，各种设施安保是监测站正常运　行的基本前提，在监测站四周安装了防护栏，防护栏　上设置了越界报警和监控摄像头。出现非法闯入情　况时，通过安全设施即时向远程监控中心自动报警。　Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｆｆｅｎｇｘｉａｏｗｅｉ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ　收稿日期：２０１０—０２—２３　３４·