大豐市自來水公司原水水質自動監測系統概述
1 概述
通榆河是貫穿蘇北東部沿海地區水利水運骨干 河道，全長400余公里，流經多個地級市。近年來 蘇北沿海為了加快地域發展的步伐，引進了較多的 化工類企業和高污染企業， 由于偷排及跨地域排放 現象的存在，通榆河水質污染時有發生，嚴重地威 脅到流域內供水安全。為了實時、 準確地監測通榆河的水質及其變化 狀況，大豐市自來水有限公司建立 了原水水質自動監測系統，為確保 供水水質安全提供了有力保障。
2 系統描述
水質自動監測系統是一套以在 線自動分析儀器為核心，運用現代 傳感器技術、自動測量技術、自動 控制技術、計算機應用技術以及相 關的專用軟件和通信網絡所組成的 一個綜合性的在線自動監測系統。 大豐原水廠水質自動監測系統主要 由采樣系統、預處理及輔助系統、 儀器檢測分析系統、水質監測自動控制系統和遠程數據管理中心構成。原水廠水質自 動監測系統組成過程控制、數據采集及信息傳輸； 二水廠中控室遠程數據管理中心可結合相應的監控 及分析軟件對原水廠水質自動監控系統的運行進行 遠程監控，實現系統運行無人值守、遠程管理的模 式。
2．1 水樣采集系統
水樣采集系統一般由采水構筑物、取樣泵、格 柵或過濾網、采水管道、清洗配套裝置、設備驅動 控制電路等構成，如圖1所示。
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根據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構固定，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控裝置，同時采用排 空設計，在取水結束時，管內的剩余水能夠通過開 啟放空電磁閥自行排空。
2．2 預處理及輔助系統
水樣預處理根據各類分析儀表所需水樣的純度 來決定相應的預處理級別，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。市場上多數分析儀器在設計時已經考慮了進 樣的預處理并配置了相應的帶自清洗功能微濾裝 置，只需要進行相應的配套安裝。針對通榆河原水 水質現況，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、液流速度和系統反清洗 功能的輔助處理，最大限度地降低泥沙對系統造成 的不良影響。輔助裝置如圖2所示。
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(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 生的輕度沉積和藻類、菌類物質的孳生。
(2)純水制備
純水主要用于分析儀器的清洗、標定和試劑的配 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提供純水，純水罐的水位 自動控制。出水電導率小于0．2us／cm，出水量滿足 系統工作需要。
(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 被即時排至監測水域保護區外，同時注意預防因為風 向和水流的改變擴散到取水口，導致水樣異常。
(4)超標留樣
為了超標留樣配置了美國哈希Sigma900型全天候采樣器，當發生水質超標時能自動保留當時的水 樣，以便送中心化驗室進一步化驗。
2.3 儀器檢測分析系統
在線自動分析儀器是水質在線自動監測系統的 核心，是在線自動監測系統成功與否的關鍵。在選 擇在線自動分析儀器時我們充分考慮了環境管理的 需要和水質監測的目的，確定了通榆河劉莊監測站 的監測項目，從而根據監測項目選擇了相關的監測 儀器。通榆河劉莊監測站在線自動分析儀器有常規 五參數(水溫、pH值、電導率、溶解氧、濁度) 分析儀、化學需氧量(COD)分析儀、高錳酸鹽指 數分析儀、揮發酚分析儀、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 產品的分析原理可 靠、產品成熟、用戶反饋好、性能穩定、精度高、 配套設施相對完善。② 所選的分析儀器所需試劑應 來源廣泛，藥耗小。⑧ 盡量選擇沒有二次污染或污 染少，帶自清洗的節能環保型分析儀器。④ 對所需 儀器的常規和智能功能作出評定(如數據自動存 儲、自動量程轉換、遙控、標準輸出接口和LED顯 示、自動清洗、狀態自檢、來電自動恢復、自動標 定校正、報警功能、在線打印等)，功能越全面， 價格也相應越高，維護相對復雜，應根據實際需求 作出選擇。
2．4 水質監測自動控制和數據管理系統
控制和管理系統是監測系統的控制中心，監測 點配置內嵌PLC、通訊模塊和TFT觸摸屏的就地控 制柜， 可對現場的所有儀器、設備進行配電和控 制；可通過HMI觸摸屏顯示設備與 儀器實時狀態(流量、壓力、液位、 氣體流量、純水流量、設備狀態及 電流電壓參數等)；并可通過HMI 觸摸屏實現設備就地手動操作；還 可以根據系統運行狀態設置和修改 系統參數(采樣頻率、采樣周期、 SE／備設備運行周期、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標準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 水水質自動監測服務器，通過上位機應用軟件及網 絡組態軟件實現對PLC的遠程控制和數據采集。
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2．5 二水廠中控室遠程數據管理中心
以大豐自來水有限公司現有多源數據整合為切入 點，構建了中控室遠程數據管理中心平臺，平臺包 括在線監測、業務管理、決策支持、信息發布、檔 案管理、統計報表等融合性信息，如圖4所示。中 控室遠程數據管理服務器通過互聯網、GPRS等方 式實現對通榆河原水水質自動監測服務器的數據共 享，通過平臺使得公司管理人員和相關工作人員不 受地點與時問的限制，實時共享水務管理信息，使 原水污染應急預案能夠及時地貫徹執行。環保、衛 生防疫部門則可通過公司提供的客戶權限實現原水 水質自動監測信息的共享。
3 系統可靠性設計
鑒于通榆河取水口監測站遠離市區，系統運行 處于無人值守、遠程管理的模式，因此系統構建必 需滿足全流程自動運行、低故障率且維護方便、故 障報警及時準確等要求。為了達到此要求，構建系 統時將系統運行穩定可靠性放在首要位置，在構建 通榆河原水水質自動監測系統時，采取了以下幾項 具體措施。
3．1 系統供電
通榆河劉莊水質自動監測站采用雙供電系統， 主供電源為市電，備用電源為5KVA在線式UPS。當市電斷電時，備用電源可以保證 多參數傳感器和測控設備的正常運 行， 當啟動備用電時，系統控制啟 動省電工作模式(其他非關鍵設備 如空壓機、空調等停止運行)，并將 主電源停電信息和工作模式設定警 報信息傳送到遠程監控中心。備用 電源滿足在停電時水質自動監測站 在省電工作模式下3～12小時內采配 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據實時 存儲、異常測量值自動報警、異常 水質自動留樣、故障自動報警功能。部分易損輔助 設備采用1用1備的工作模式。為了保證水質自動 監測站達到規定的溫控環境，安裝了1臺2kW 的空 調且參與自動控制。
電路方案和PLC程序設計合理、規范的，時序 配合和邏輯控制做到準確無誤，確保系統在斷電、 斷水后自動保護且故障消除后系統具有自動恢復功 能。系統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，相關設備保留相應的余量和 接口。
在安裝過程中，為了減少各部分設備、電路之 間的電磁干擾，設備安裝時進行了正確的接地和屏 蔽。考慮室外設備防風和防凍的問題，將浮臺、浮 臺支架進行了抗風設置，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，保證了系統在冬季正常 取水。
因為無人值守，各種設施安保是監測站正常運 行的基本前提，我們在監測站四周安裝了防護欄， 防護欄上設置了越界報警和監控攝像頭。出現非法 闖入情況時，通過安全設施即時向遠程監控中心自 動報警。
3．3 系統防雷
防雷是通榆河原水水質自動監測系統可靠運行 的重要保證。取水泵站中控室與監測站安裝了避雷 針以實現建筑物防雷，對主供電源我們采取了多級防雷保護模式，保證系統內的設備不受過電壓的干 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， 各級保護按規范可靠接地。
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3．4 系統內軟件
系統內各應用軟件在編碼設計、通信規約、用 戶界面、報表編制等方面嚴格按照標準化、規范化 的設計原則進行設計。應用軟件具有以功能模塊為 單元的可靈活拆裝配置的結構，保持每個功能模塊 的個性，便于擴充和二次開發；人機界面符合人機 工程學，統一的菜單模塊，做到簡潔、美觀、實 用、功能全面且操作方便；采用聯機幫助技術，在 程序的每個層次給出與當前操作對應的幫助提示信 息，便于監測技術人員和領導解讀；應用軟件采取 容錯設計，有效屏蔽各種錯誤操作和其它干擾；軟 件設計采用先進的手段，采用多重保護措施防止程 序運行紊亂、死機等。從屬于遠程數據管理中心平 臺的服務器和終端設置了防火墻、網絡加密、身份 認證等方式，有效地防范外部入侵和內部非法操 作，確保了整個系統運行的穩定可靠性。
4 結語
原水水質自動監測系統的構建更好地地落實了 大豐市自來水有限公司所倡導的“優質供水、服務 社會” 的理念，該系統的建立和進一步完善對提高 供水水質、保障供水安全、優化供水成本及有效貫 徹實施應急預案具有積極意義。
參考文獻：
[1] 曾永等著．《水質監測新技術與實踐》 黃河水利出版社，2006
[2]王仁祥著．《現代可編程序控制器網絡通信 技術》電力出版社，2006
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