趙利民

(太原煤氣化股份有限公司焦化廠，山西太原030024)

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市的用水量和排水量不斷增加，加劇了用水的緊張和水質(zhì)的污染，水污染事件時(shí)有發(fā)生，這些重大突發(fā)性事故，都嚴(yán)重破壞了水域環(huán)境，特別是嚴(yán)重污染飲用水源，直接對(duì)人民群眾的身體健康構(gòu)成威脅，影響了社會(huì)的和諧穩(wěn)定，因此對(duì)水源地水質(zhì)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測就顯得優(yōu)為重要。由于水質(zhì)信息具有很強(qiáng)的時(shí)效性，過去傳統(tǒng)的監(jiān)測手段已無法滿足對(duì)水質(zhì)變化情況快速、準(zhǔn)確的預(yù)警預(yù)報(bào)，因此只有借助科學(xué)的手段，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測的自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化，才能實(shí)時(shí)測報(bào)水質(zhì)信息，滿足水資源保護(hù)的要求。

1 目的

通過實(shí)施水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)控，可以實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的連續(xù)監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制，達(dá)到及時(shí)掌握主要流域重點(diǎn)斷面水體的水質(zhì)狀況、預(yù)警預(yù)報(bào)重大流域性水質(zhì)污染事故，使水廠在發(fā)生重大水污染事故時(shí)掌控水源水質(zhì)狀況，起到防范、解決突發(fā)水污染事故的目的，同時(shí)也為水資源的綜合利用及環(huán)境科學(xué)研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和資料。

2 概述

水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測控制系統(tǒng)是一套含水質(zhì)自動(dòng)分析儀及水樣預(yù)處理、數(shù)據(jù)采集、站點(diǎn)控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)發(fā)布于一體的在線全自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。它將現(xiàn)代傳感器技術(shù)、自動(dòng)測量技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)有機(jī)的結(jié)合為一體，利用通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)的將現(xiàn)場各系統(tǒng)的測量結(jié)果、運(yùn)行狀況、系統(tǒng)日志等信息自動(dòng)傳送到中心站，并接受中心站所發(fā)來的各種指令，實(shí)時(shí)的對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)置，遠(yuǎn)程清洗，遠(yuǎn)程監(jiān)測及控制。

水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測控制系統(tǒng)由一個(gè)中心監(jiān)測站和若干個(gè)固定監(jiān)測子站組成，中心站與各基站之間通過無線終端模塊利用GPRS或者衛(wèi)星進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，完成中心站對(duì)各基站的實(shí)時(shí)監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制及數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋?/p>

中心站是整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)管理、控制、分析、遠(yuǎn)程維護(hù)等的指揮中心。中心站管理系統(tǒng)是水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測控制系統(tǒng)的上層管理軟件，它實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確的與遠(yuǎn)程基站進(jìn)行通訊，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行并對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、處理，為環(huán)境管理服務(wù)。中心站系統(tǒng)還提供了WEB數(shù)據(jù)發(fā)布平臺(tái)，用戶可方便地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、分析，生成各種報(bào)表及曲線圖。同時(shí)系統(tǒng)還具有對(duì)外輸出端口，可為第三方運(yùn)營商提供技術(shù)支持。

監(jiān)測基站是整個(gè)系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集地，它以基站管理系統(tǒng)作為整個(gè)基站管理的核心，以現(xiàn)場PLC為控制中樞，配以相應(yīng)的控制單元，來實(shí)現(xiàn)水質(zhì)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測及與中心站的數(shù)據(jù)通訊。為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和狀態(tài)反饋，在各單元管路的關(guān)鍵部位都加裝了壓力傳感器、液位開關(guān)，組成了一個(gè)帶反饋信息的控制系統(tǒng)?；竟芾硐到y(tǒng)或中心站根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，向控制單元發(fā)出相應(yīng)的控制指令。同時(shí)授權(quán)用戶還可以在基站管理系統(tǒng)上根據(jù)實(shí)際情況對(duì)基站的各種參數(shù)方便地進(jìn)行設(shè)置，如對(duì)儀器監(jiān)測頻次、氣洗濾芯頻次、氣洗管路頻次、水洗管路頻次、除藻頻次、故障報(bào)警號(hào)碼、故障報(bào)警類型選擇等參數(shù)的設(shè)置。

3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

圖1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

4 功能介紹

4.1 基站系統(tǒng)

基站系統(tǒng):由取水系統(tǒng)、配水管路、水樣預(yù)處理裝置、輔助系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、基站管理軟件六部分組成。

(1)取水系統(tǒng)從被測斷面采到有代表性的水樣，并保證水樣在傳輸管路中物理化學(xué)性質(zhì)不發(fā)生變化。該系統(tǒng)由取水泵組件、采樣浮筏、隔離柵、壓力流量監(jiān)控及采水管道等部分組成。

(2)配水管路是通過PLC控制電磁閥、電動(dòng)球閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的切換，將水或氣導(dǎo)入到相應(yīng)的管路，來實(shí)現(xiàn)水樣輸送和清洗的功能。

(3)水樣預(yù)處理裝置主要對(duì)進(jìn)入分析儀器前的水樣進(jìn)行處理，確保分析儀器的正常使用，它采用速流式沉降分離裝置進(jìn)行處理，具有自動(dòng)清沙、排沙功能。

(4)輔助系統(tǒng)包括自來水系統(tǒng)、壓縮空氣與反沖洗系統(tǒng)、純水制備系統(tǒng)、電壓穩(wěn)壓系統(tǒng)、防雷系統(tǒng)、加藥除藻清洗系統(tǒng)。

(5)自動(dòng)控制系統(tǒng)主要完成管路取水、配水、清洗、反吹等分步功能，它由上位機(jī)與PLC兩部分組成。上位機(jī)負(fù)責(zé)系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場各種執(zhí)行指令的發(fā)出、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、現(xiàn)場狀況記錄報(bào)警及與中心站的通訊;PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制命令的執(zhí)行，它負(fù)責(zé)指揮電磁閥、繼電器、開關(guān)的動(dòng)作及五參數(shù)和現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)模擬量信號(hào)的轉(zhuǎn)換等，它直接接受上位機(jī)的指令，并將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)傳送給上位機(jī)。

(6)基站管理軟件主要完成基站監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、處理、判斷、查詢，生成各類統(tǒng)計(jì)報(bào)表，完成對(duì)現(xiàn)場儀器、設(shè)備的控制，并實(shí)時(shí)地顯示出儀器與設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，完成中心站與基站之間通訊及相關(guān)數(shù)據(jù)的交換?；竟芾碥浖?水樣采集與控制、數(shù)據(jù)采集與控制、信息傳輸、信息處理四大模塊。

4.2 通訊層

主要是完成基站與中心站之間自動(dòng)建立連接，實(shí)現(xiàn)基站狀態(tài)信息、報(bào)警信息、水樣數(shù)據(jù)等信息向中心站傳送，并把數(shù)據(jù)存入本地和中心站數(shù)據(jù)庫;同時(shí)接受中心站的管理、執(zhí)行相關(guān)指令。通訊層主要包括通訊服務(wù)器、接收設(shè)備、通訊處理軟件。通訊層支持電話撥號(hào)、GPRS、GSM、CDMA及衛(wèi)星等多種通訊模式。

4.3 中心站管理系統(tǒng)

中心站管理系統(tǒng)由上層管理軟件、數(shù)據(jù)庫和服務(wù)器組成。上層管理軟件主要是收集、保存各監(jiān)測基站的數(shù)據(jù)、運(yùn)行日志、運(yùn)行狀態(tài)等信息并按照要求自動(dòng)出具各種監(jiān)測報(bào)表，并能夠通過授權(quán)對(duì)基站進(jìn)行相關(guān)的操作。數(shù)據(jù)庫用來完成對(duì)基站數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

中心站系統(tǒng)管理軟件界面簡潔、大方，操作方便;使用的數(shù)據(jù)庫具備強(qiáng)勁的管理、分析、查詢和二次開發(fā)能力，它由系統(tǒng)管理、基站管理、數(shù)據(jù)處理、Web查詢四大模塊組成。

(1)系統(tǒng)管理模塊是整個(gè)系統(tǒng)的管理控制中心，它為系統(tǒng)正常運(yùn)行提供了環(huán)境支持，為整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、持續(xù)的運(yùn)行提供了保證，它包括系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定、數(shù)據(jù)的維護(hù)、用戶的管理及系統(tǒng)安全的設(shè)置。

(2)基站管理模塊主要分為控制部分和查詢部分，前者包括:連接站點(diǎn)、數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)啟停、頻次設(shè)置、遠(yuǎn)程日志、緊急檢測、斷開連接;后者包括基站狀態(tài)的顯示及對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)、日志數(shù)據(jù)、相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢。

(3)從遠(yuǎn)程基站獲得的各類數(shù)據(jù)全部保存到中心站服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中，對(duì)數(shù)據(jù)的查詢、輸出、處理等操作都在數(shù)據(jù)處理模塊完成。它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)任意時(shí)間段超標(biāo)數(shù)據(jù)的查詢、生成相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)報(bào)表與變化曲線。

(4)WEB查詢模塊是一個(gè)綜合信息發(fā)布平臺(tái)，任何一個(gè)具有查詢權(quán)限的人員都可以通過內(nèi)部局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)方便快捷地對(duì)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)各基站的運(yùn)行狀態(tài)及監(jiān)測情況進(jìn)行查詢，并對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行配置，大大方便了用戶的使用。

5 結(jié)束語

水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測控制系統(tǒng)是一套以在線自動(dòng)分析儀為核心，運(yùn)用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、自動(dòng)測量技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)代通訊網(wǎng)絡(luò)，配以相關(guān)控制分析管理軟件，開發(fā)而成的綜合在線自動(dòng)監(jiān)測管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)水質(zhì)的實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)主要流域水質(zhì)的異常變化，追蹤污染源，并對(duì)水質(zhì)污染迅速做出預(yù)警預(yù)報(bào)，從而有效避免水質(zhì)污染事故的擴(kuò)大，為管理決策提供方便快捷的技術(shù)支持。

［1］王寶軍.水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀［J］.科技致富向?qū)В?010(23):225－226.

［2］黃偉民.鐘紅偉.劉大為.水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的組成及控制原理［J］.中國水利，2005(15):57－59.