水质在线监测方案

第一章公司概况
XXXX水处理设备有限公司是XXXX水处理设备有限公司在新疆地区的全资子公司
XXXX水处理设备有限公司是与国家级科研单位省设备安装公司联手共创的实业公司，并同国际许多公司，如陶氏化学、海德能、奥斯莫尼克斯、富莱等公司有良好、长期的合作关系，公司的前称为XXX给水设备厂，于2001年改制成立的公司。

公司是集水处理开发、实验、生产、销售、售后服务为一体的实业公司。

公司向来以雄厚的技术实力和优良的产品品质及一流的售后服务赢得广大用户的信赖，从而树立良好的企业形象，成为水处理行业中一颗灿烂的明珠。

公司位于——XX，总部下设总装分厂和新技术开发中心。

公司为专业研究机构，独立设计试验各类水处理设备，公司以锅炉软化水设备为核心，开发有KQZN系列微电脑自动控制钠离子交换器和KHFY系列常温过滤除氧器、纯水及高纯水设备（EDI），经营美国阿图祖、富莱克、康科等公司控制阀及电子水处理、臭氧设备、二氧化氯发生器、水处理配件、污水治理、环境在线监测仪器。

公司愿与广大水处理界的朋友一起真诚合作，共同努力，为我国水处理事业发展做出贡献。

公司真诚地为用户提供最优质的产品，最满意的服务。

我公司拥有一支事业心强、技术全面、经验丰富的科研队伍，近年来，在社会各界和有关水处理专家精心指导下，已逐步成长壮大起来。

公司配有先进的水处理开发试验系统、电子计算机室和生产、检测设备。

让我公司还同国内知名科研院有着密切合作，积极
关注和追踪世界先进技术，积累和发展自身的技术储备，使企业始终处于同行业发展的技术前沿，达到所治理的工程“设计先进，运行稳定、可靠，综合费用低”的最佳效果。

用户满意、用户放心是我们最大的心愿！
第二章系统概述
2.1系统描述
水质自动监测站水质自动监测站主要由取水单元、预处理单元、辅助分析单元、分析监测单元、系统控制单元、通信单元、运行环境支持单元、远程监控中心等构成。

取水单元、预处理单元、辅助分析单元完成水质自动监测站的水样采集、水样预处理、管路清洗等采样控制过程；分析监测单元完成监测站水质监测参数的分析过程；系统控制单元完成系统的监控操作、各类数据的采集等；通信单元实现数据及控制指令的上行及下行传输过程；运行环境支持单元提供整个系统的运行支持；远程监控中心作为系统的中心站，实时接收数据并进行远程监控操作及数据分析。

系统依据合理、实用、经济、可靠、运行维护简单的原则，并参照国家有关技术标准、规范及有关部门技术标准严格设计。

满足用户对水质实时监测和远程监控的要求。

水质自动监测站的系统集成是一个把多项监测指标的分析仪表组合在一起，从采样、分析到记录、整理数据（包括远程数据）、分中心远程控制等功能组成的实时监控系统。

并结合相应的监控及分析软件，实现实时在线自动监测。

达到控制取样、自动分析水样、过滤、清洗、远程控制、系统故障和超标报警及记录、停电保护及来电自动恢复等功能。

并已考虑设计预留相应接口，为用户在未来应用扩展提供良好平台。

2.2建设目的及要求
为适应水利信息化的需求，及时、科学地为水资源合理调度提供实时水质信息，利用国内外先进的水质在线分析仪、数据采集、通讯传输、远程监控等技术，可实时监测水温、PH、DO(溶解氧)、电导率、浊度、总磷、总氮、氨氮、高锰酸盐指数、总有机碳等水质参数，并通过多种远程通讯方式传输数据至分中心。

水质自动监测系统的主要功能要求：
1、连续采集：可以获得24小时连续的在线监测水质数据；
2、自动处理：能对收集到的数据进行处理和存储；
3、自动传输：将监测的数据自动传送到水文水资源监测局；
4、直观显示：可以实时显示仪器运行状态和监测数据及分析结果；
5、自动报警：当监控数据发生较大的变化时自动报警；
6、设备运转状态管理：具备自动运行、停电保护、来电自动恢复功能；维护检查状态测试，便于例行维修和应急故障处理等功能。

水质自动监测系统的总体要求：
1、总体设计具有实用性、先进性、开放性、安全性和经济性的特点。

2、总体设计符合国家、行业有关技术标准和规范。

3、水质数据准确度和精密度须满足要求，与实验室同步监测数据须在允许误差范围内。

4、所采用的设备符合结构简单、性能可靠、能耗低的原则，系统可在无人值守的条件下长期工作。

5、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。

6、取样方式设计合理，不影响水质参数的检测结果，在恶劣气候下可稳定运行。

7、系统具备断电自动保护和恢复功能。

8、能够判断故障部位和原因，具备故障以及状态异常自动报警功能；具备监测频次设置功能。

9、系统定期对分析仪表进行自动校准，监测后对系统内部管路进行反吹清洗。

10、具备远程显示仪器状态、仪表远程校准和远程清洗功能。

11、对于FPI仪表，仪表数据输出采用RS485通讯；对于外购仪表，仪表数据输出采用4~20mA模拟量信号或采用RS232/485通讯。

12、系统控制软件界面设计应该简洁、美观、实用，功能全面且操作方便，适合监测技术人员和领导解读，数据库具备管理、分析、查询和二次开发功能。

13、废液排放安全处理，避免二次污染。

14、具有可靠的防雷、防冻、防盗、防潮等保护措施。

2.3参照技术标准
设计时可参照以下技术标准：
1)《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）
2)《水质监测分析方法标准》
3)《水和废水监测方法》（2002年第四版）
4)《污水综合排放标准》（GB8978-1996）
5)《电气装置安装工程施工及验收规范》（GBJ232-92）
6)《建筑及建筑群综合布线系统工程设计规范》（ECS72-2000）
7)《工业自动化仪表工程施工及验收规范》（GBJ-93-86）
8)《计算机软件开发规范》（GB8566-88）
9)《计算机软件产品开发文件编制指南》（GB8567-88）
10)《水质自动在线监测系统(试行)》(中国环境监测总站)
11)《国家防汛指挥系统工程水情信息采集系统分类设计指导书》
12)《DL／T5051-1996水利水电工程水情自动测报系统设计规
定》
13)《水文自动测报系统规范》(SL61-94)
14)《水文情报预报规范》(SDl38-85)
15)《水文自动测报系统设备前置通信控制机》(SL/T182－1996)；
16)《水文自动测报系统设备中继机》(SL/T181－1996)；
17)《水文自动测报系统设备遥测终端机》(SL/T180－1996)；
18)《工业企业通信设计技术规定》(GBJ42-81)
19)《微型数字电子计算机通用技术条件》(GB9813-88)
20)《计算机场地技术条件》(GB2887-89)
21)国际无线电咨询委员会(CCTR)的有关建议和报告
22)《本地电话网用户线线路工程设计规范》
2.4系统集成设计概要
水质自动监测站系统集成由水样采集装置、配水单元、辅助分析、运行支持等设备、在线监测分仪表设备、现场监控单元、通信设备和监控中心站组成。

现场监控单元组成过程控制、数据采集及信息传输；监控中心站结合相应的监控及分析软件可远程对系统的运行进行监控，实现系统运行无人值守、有人管理的模式。

2.4.1水样采集
对于水质自动监测站要根据现场的站房结构，可以采用潜水泵直接抽水方式，也可采用自吸泵抽水方式。

当采用潜水泵方式时，只需把二台潜水泵直接置于取水浮台上，浮台则通过专用井式结构固定，保证潜水泵在水面下0.5米；采用自吸泵方式时，只需把取水头放在取水浮台上即可。

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，并配有除藻装置。

2.4.2配水及辅助分析
五参数配水采用未经处理的原水，各分析单元的配水则需要配置预处理单元。

预处理系统高效、低维护，过滤器可以根据过滤需求方便更换，可以用自来水进行清洗，有除藻设计。

清洗装置控制对管路的清洗；空气反吹装置控制对管路的空气清洗反吹；除藻加药装置控制对管路的加药除藻，防止藻类的产生。

2.4.3监测分析
根据各地的具体要求，一般可监测常规五项参数（水温、电导、pH值、溶解氧、浊度）、总磷、氨氮、总氮、硝酸盐氮、高锰酸盐指数、总有机碳等多种地表水监测参数，具体测量参数可根据现场要求而决定。

要求各种仪表能满足当地水质情况的要求，尤其是最低检出限、测量精度及测量方式等。

本系统最突出的一个特点是采用我国先进的水质分析仪表。

本系统针对地表水站在线监测对分析仪表的实际需求，在国内率先推出了基于微定量分析技术的水质在线分析系统，该系统选用基于顺序注射技术平台的分析仪表，顺序注射分析技术，被国际上公认为多快好省的绿色分析技术，微定量、精确、可靠，分析系统流路结构图如图2.5所示，其主要由高精度定量注射泵、储液单元、多通道选择阀和光电检测单元组成。

多通道选向阀一般具有5~10个通道，各个通道分别与不同化学试剂、待测样品和检测单元相连，公共通道与可以抽吸和推送液体的注射泵相通。

样品分析时，注射泵开始抽吸，将微定量的化学试剂/样品按顺序从选向阀的不同通道吸入至注射泵和多通道选向阀之间的储液单元中储存，待试剂/样品抽吸完毕后，注射泵反向将储液单元中的试剂/样品输送至光电检测单元进行化学反应和光电检测。

整个过程由微机按预设的程序执行控制。

稀释/清洗液零点校正液量程校正液试剂1试剂2废液样品
注射泵储液单元多通道选向阀
光电检测单元
空气
图2.1分析系统流路结构
测量准确，可靠性高
�高分辨率注射泵，最小定量体积为1μL ，样品和试剂体积定量精
确，重复性好，远高于常规化学方法仪器
�阀头流路采用激光微刻技术，精确控制刻槽的尺寸与定位，保证
流路在阀位切换时无死体积，从而保证无试剂残留
�独特的气泡搅动混合技术，确保样品和试剂充分混合
�自动色度、浊度补偿算法，充分考虑现场实际水样的情况，监测
结果真实、可靠
维护量低
�选用全球领先的顺序注射平台，试剂消耗量少，为常规化学方法
仪器试剂用量的1/20，适于长时间在线监测
�创新的储液环结构，样品或试剂不直接与注射器接触，避免注射
流路的磨损和腐蚀
安全可靠
�自动漏液报警功能，当出现试剂泄漏时，仪器自动报警，提示用
户进行维护
�可靠的过压、过温保护装置，用户使用更为安全放心
适用范围广
采用与国标一致的分析方法，适合各种不同的水质在线监测需求2.4.4系统控制
系统控制选用中控柜。

采用工控机系统作为控制及监视核心。

可进行AD、RS232、RS485等多种方式信号采集及信号组网；一体化机柜通过17’’LCD屏实时监视系统工作状态及分析仪表及传感器相应检测值；现场可通过中控柜对分析仪表、阀门及UPS等进行通讯及操控；提供标准数据传输方式及以太网接口，实现远程数据通信及双向控制。

内嵌PCI数据采集卡及辅助电气控制系统实现对整个系统，从取水采样、水样预处理、清洗反吹等的电气控制。

2.4.5可靠性设计
水质自动监测站系统大多运行在工况环境条件较恶劣下，同时需满足现场操作简单扼要，易于运行维护及错误判断等要求，因此系统的可靠性设计始终放在优先考虑的位置。

2.4.5.1总体设计
�系统的工作体制采用现场数据采集、存储，分析仪表及辅助设备连续或间断式工作可调。

采集控制中心采用工控机系统内嵌
PCI数据采集控制卡，不附加无用功能，控制设备集成度高。

�信号采集采用完全隔离的AI/O及RS232/485混网组网及信道纠错编码技术；采取完善的防雷电措施，采用直流供电，以消
除电源线引入的雷电干拢破坏；同时安装避雷器，防止雷电引
入监测站设备；交流供电线路安装多级电源避雷装置；
�选用高可靠，高质量、成熟的辅助设备；
�先进的硬件设计技术，采用低功耗，大规模集成电路，总线结构、工业级微处理器，密封结构等；
�设备安装远离可能导致雷电或人为破坏的地方。

尤其是传感器只有严格按照技术要求安装，才能保证其测量精度；
�重视人员培训，加强运行管理，确保系统运行稳定。

我公司将会充分考虑到各地水质自动监测站的水文特性，在系统设计及未来实施中，综合考虑当地的水情、泥沙、燥类、避雷等褚多方面的因素。

确保整个系统的安装实施及运行的可靠性。

2.4.5.2系统开放性和合理性
�系统设计所遵循的原则是：先进性、可靠性、适用性、扩展性、开放性、
数字化、智能化、人性化；
�系统选用本公司生产的水质分析仪表，具有良好的系统可操作性和可扩展性，且具有远程智能化设置及控制；
�辅助系统所需的仪器仪表设备均选用国内外成熟的产品；
�我公司设计及生产的产品，均有国家工业产品生产许可证；
�软件采用先进的服务器/浏览器体系结构，具有合理的网络结构
及异构功能，具有较好的扩展能力和升级能力，为用户提供了
长期的投资保护；
�系统中所需的所有软件，本所在此承诺，全部采用正版软件；
2.4.5.3设备的可靠性设计
设备可靠性设计是个复杂的工艺控制工程，概括起来，在系统设备的设计中我们采取如下措施：
�优良的电路设计：选择既简单又合理的电路方案，时序配合做到准确无误；多采用积分型电路，少采用微分性电路；模拟电
路的设计还要重视工作点的稳定性，选择合适的反馈深度以保
证工作稳定并防止自激现象的发生，要保证良好的频率响应和
尽可能多的带外防卫度；
�选择优质元器件：尽量选用高集成度的元器件，用较少的元件做出合乎设计要求的设备；对关键元器件进行老化筛选，或者
降额设计以提高可靠性；
�电磁兼容设计：为了减少各部分设备、电路之间的电磁干扰，必须进行正确的接地和屏蔽。

例如对脉冲数字地、模拟信号地、
交流电源地分别处理，避雷接地、保护接地采用一点地技术等；
�干扰抑制措施：如信号远距离传输的抗干扰隔离等；
�人机联系尽可能简单；
�良好的机械性能：包括防震、防蚀、防潮等；
�加强质量管理：对所有设备进行严格的质量检测，每一批设备均按规范进行振动跌落、高温高湿及高低温抽样检验，保证设
备能在比现实更苛刻的环境条件下可靠运行。

2.4.5.4防雷接地设计
为了保证监测站的可靠运行，防止从电源线、监测分析设备与传感器间的信号线引入的雷电损坏设备，在系统设计中我们采取了以下避雷措施：
1)安装避雷针。

避雷针的接地电阻应小于10Ω。

如特殊情况要
求更低的接地电阻时，可以按小于5Ω设计；
2)交流电源增加浪涌吸收装置，隔离变压器或其它防雷装置。

3)采用光隔离技术/压敏电阻等浪涌吸收元件隔离或吸收雷电冲
击，能有效防止信号线上引入的感应雷电对设备的冲击。

避雷
地网和设备地网是连在一起还是分开铺设，应根据测站实际情
况决定。

2.4.5.5软件的可靠性设计
系统各应用软件遵循标准化、规范化设计原则，在编码设计、通信规约、用户界面、文挡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；按照人机工程学的方法设计系统的人机界面，选择适当的、统一的菜单形式；提供各种系统日志；应用软件采取容错设计，要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。

2.4.5.6供电的可靠性设计
水质自动监测系统的多数站点都处在较偏僻、交通不便、供电不好的地区。

这些地点有电源但质量和可靠性都很差，电压的周波极不稳定。

因此，供电问题成为水质自动监测系统能否可靠运行的关键之一。

交流供电设备通常由交流参数稳压器、电源避雷器、UPS直流充电稳压电源和后备电池组等构成。

1)交流参数稳压器：交流参数稳压器具有较高的抗干扰防雷击性
能；
2)不间断电源：保证在停电时系统主要设备能正常运行4小时以
上；
电源避雷器：电源避雷器是一种低压电源的保护器件，当电网因雷击或其它因素导致产生高压脉冲时，电源避雷器可以在最短的时间内将电路上的因感应雷击而产生的大量高压脉冲的能量释放到地线上，从而保护电路上的设备免遭损坏
第三章取水单元
3.1单元构成
本单元负责完成水样采集和输送功能，本单元构成图如图3.1所示：
原水取水平台及防护网
原水取水泵
原水取水室外管路及阀门
图3.1取水单元构成图
主要设备配置表
序号设备名称规格型号数量
1取水平台自制1套
2潜水泵2台
3钢丝增强软管ID3210米
4UPVC管DN25100米
3.2取水形式
根据取水平台的多中多样，可以分为多种取水形式。

常见的取水形式包括浮筒（船）式、吊臂式、缆车式等形式。

3.2.1浮筒（船）式
浮筒（船）式采样方式主要为固定浮筒（船）式：指浮筒（船）固定在一个能够使浮筒随水位变化上下浮动的固定桩上，没有横向位移，采水头安装在浮筒内。

适用于水位变化不大且水深也不大的监测断面，固定浮筒式采水设施可与栈桥相结合以提高系统的维护和操作性能。

其结构如图2.3、图2.4、图2.5所示。

图3.2浮筒式采水方式（配合栈桥）
图3.3浮船式采水方式
3.2.2悬臂式
该方案主要针对水位变化大，并且河床平稳，漫滩面积大的采水点。

该方案结构简单、造价便宜，具有良好的结构稳定性和耐用性，保证取水口能够随水位变化，取水水管的进水孔位于水表面以下(0.5-1)m的位置，并与河底保持一定的距离，采集到具有代表性的符合监测需要的水样，又能保证取样吸收的连续正常使用。

该取水方式如图3.4所示。

图3.4悬臂式取水方式
3.2.3缆车式采水
将采水泵安装在一台小型斜拉缆车上，通过牵引设备在岸边轨道上移动的取水构筑物，采水设备安装在缆车上，随缆车根据水位的变化沿轨道滑动。

这种采水方式适用于在水位变化幅度大、流速和风浪较大而岸边比较稳定的监测断面上。

缆车式取水构筑物由泵车、轨道和输水斜管等组成；卷扬机应设在最高水位以上，缆车轨道应伸入最低水位一下；轨道可建在岸坡或采用架空斜桥；输水斜管上应设置叉
所示。

管接口，可按水位高低承接压水管。

结构如图3.5
3.3单元说明
取水单元由取水平台、水泵、浮筒、电动葫芦、隔栅或过滤网、水管等组成。

在设备的选型上，如果是潜水泵方式则需选用全不锈钢结构的潜水泵，水泵安装在浮台上，取水液面界于水面以下0.5m；如果是自吸泵方式则选用合适吸程和扬程的自吸泵，自吸泵可安装在室内或室外专用的箱内，带防护罩的取水头则放在浮台中，取水液面界于水面以下0.5m。

在水泵的外部采用我公司最新研制的双隔栅，该设备具有拦污效果好，清洗简单等优点。

两台水泵或取水头安装在浮台上，取水口位于水面以下0.5米，取水口外有隔栅和过滤网，用于拦截较大的杂物，如垃圾、树叶等较大的悬浮物以及较大的水中颗粒物。

两台水泵并联在输水管路上使用，用一个压力流量监测仪检测输水管路的压力和流量。

取水样时，系统控制某一台水泵启动抽取水样，若所启动的水泵发生故障后，压力流量监测仪检测不到管路中水压力时，系统会关闭所启动的水泵，自动切换另一台水泵取水。

同时系统可通过多种通讯方式通知系统管理员进行检修。

在取水结束时，管内的剩余水能够自动通过电动球阀排空。

在系统长期使用后，管路内必定会滋生藻类，所以在设计时要充分考虑到此问题，不让藻类有生存环境。

系统要定期自动打开臭氧发生器，配合自来水和压缩空气对外部取水管路进行冲洗，达到对管路的除藻作用。

在设计时还要考虑的防风和防冻的问题，取水单元部分最主要的
是要将浮台、浮台固定支架做抗风设计，输水管路做可靠的固定。

采用潜水泵取水口在水面以下0.5m处，潜水泵一般情况不会受冻，如采用自吸泵则需要加保温层，保证系统在冬季正常取水，室外管路采用保温材料保温管路，防止管路受冻。

3.4取水单元的主要特点
�采用专用浮台确保取水深度在水面以下0.5米左右；
�专用浮台具有防护网，用以过滤大的杂质；
�取水泵采用互为备份的双水泵；
�取水管采用优质UPVC管和钢丝增强软管；
�采用手动阀流速调节；
�室外管路采用保温材料保温，有效的解决冬季采样的防冻问题。

�输水管路分析间隙采用排空设计。

第四章配水及预处理单元
4.1单元构成
本系统负责完成系统内各分析仪表的配水及预处理功能，本单元的构成如图4.1所示：
对两水泵的进水进行总体
分配，提供辅助单元接口
对分析仪表水样进行过
滤、沉淀等预处理
对五参数探头提供原水水
样
图4.1配水及预处理单元构成图
配水及预处理单元设备清单
序号名称规格型号数量1配水单元自制一套
自制三套2水样预处
理单元
3五参数配
自制一套水单元
4.2单元说明
系统采用屏架管路进行配水设计，从总管路出来的原水，经分配分别进入五参数分析单元和各分析仪表单元。

五参数配水采用未经过滤处理的原水，以确保测量原水的代表性。

五参数探头管的安装采用管道式安装，探头斜插于探头管内，水流自下而上流经管路。

探头管采用优质UPVC管材，具有密封性好，易拆卸和维护，结构紧凑等特点，合理的探头安装方式保证了仪表测量值的准确性。