大丰市自来水公司原水水质自动监测系统概述
1 概述
通榆河是贯穿苏北东部沿海地区水利水运骨干 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。
2 系统描述
水质自动监测系统是一套以在 线自动分析仪器为核心，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。
2．1 水样采集系统
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。
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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0．5m，与水体底部有足够 的距离(枯水期>lm)， 以保证不受水体底部泥沙的 影响，浮台需要通过专用井式结构固定，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。
2．2 预处理及辅助系统
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 水质现况，采用一、二级旋流沉砂装置进行水样过 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。
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(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。以上操作可最大限度的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。
(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 专用纯水管道向分析系统提供纯水，纯水罐的水位 自动控制。出水电导率小于0．2us／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 被即时排至监测水域保护区外，同时注意预防因为风 向和水流的改变扩散到取水口，导致水样异常。
(4)超标留样
为了超标留样配置了美国哈希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。
2.3 仪器检测分析系统
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我们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(水温、pH值、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 所选的分析仪器所需试剂应 来源广泛，药耗小。⑧ 尽量选择没有二次污染或污 染少，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。
2．4 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 点配置内嵌PLC、通讯模块和TFT触摸屏的就地控 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、 SE／备设备运行周期、自动／手动运 行方式切换等)。如图3所示，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PLC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。
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2．5 二水厂中控室远程数据管理中心
以大丰自来水有限公司现有多源数据整合为切入 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，通过平台使得公司管理人员和相关工作人员不 受地点与时问的限制，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。
3 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，因此系统构建必 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 通榆河原水水质自动监测系统时，采取了以下几项 具体措施。
3．1 系统供电
通榆河刘庄水质自动监测站采用双供电系统， 主供电源为市电，备用电源为5KVA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小时内采配 水运行2次的供电需求。
3．2 分析仪器及辅助装置
选购的分析仪器需具有数据实时 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2kW 的空 调且参与自动控制。
电路方案和PLC程序设计合理、规范的，时序 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 将来仪表的扩充要求，相关设备保留相应的余量和 接口。
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。
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，我们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。
3．3 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，对主供电源我们采取了多级防雷保护模式，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。
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3．4 系统内软件
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它干扰；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。
4 结语
原水水质自动监测系统的构建更好地地落实了 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] 曾永等著．《水质监测新技术与实践》 黄河水利出版社，2006
[2]王仁祥著．《现代可编程序控制器网络通信 技术》电力出版社，2006
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