王碧松，梅文鼎，陳利英

(浙江環(huán)茂自控科技有限公司，浙江 杭州 311400)

1 引言

水質(zhì)自動監(jiān)測站是反映區(qū)域內(nèi)水質(zhì)情況的重要裝置，但其復(fù)雜度較高，包含取水、配水、儀器、數(shù)據(jù)采集及處理等多個細(xì)分系統(tǒng)，對建設(shè)和管理水平提出較高的要求，值得工程人員在此方面展開深入探討。

2 工程概況

衢江區(qū)高家鎮(zhèn)安仁村山溪家庭農(nóng)場周邊擬建一座水環(huán)境質(zhì)量自動監(jiān)測站。本項目包含的施工內(nèi)容較多，如創(chuàng)建水質(zhì)監(jiān)測分析單元、微型站房、采水單元、配水單元、數(shù)據(jù)處理機(jī)傳輸單元、視頻監(jiān)控單元等。施工內(nèi)容體現(xiàn)在設(shè)備的采購、配置、安裝、調(diào)試等方面。關(guān)于站點(diǎn)的基本信息，如表1所示。

3 自動監(jiān)測系統(tǒng)總體架構(gòu)

水質(zhì)分析系統(tǒng)的正常運(yùn)行應(yīng)得到多個子系統(tǒng)的支持，包含采水系統(tǒng)、配水系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等[1]。具體至本項目中，遵循的是機(jī)電一體化設(shè)計理念，選用的是工業(yè)級設(shè)備，所有產(chǎn)品都源自于行業(yè)內(nèi)最先進(jìn)的產(chǎn)品，目的在于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使其抵御不良因素的影響，盡可能減少維護(hù)量。考慮到自動監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境苛刻的情況，對于易出現(xiàn)異常的單元采取了備份設(shè)計方式，較典型的有取水泵、過濾器等。此外，為確保系統(tǒng)的安全性，還配套了防雷、防凍等多重防護(hù)措施，以便給系統(tǒng)營造安全的工作環(huán)境。

表1 站點(diǎn)基本信息

4 水質(zhì)分析系統(tǒng)設(shè)計

4.1 采水系統(tǒng)設(shè)計

水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)中，最基礎(chǔ)也是極為關(guān)鍵的當(dāng)屬采水系統(tǒng)，其包含了采水泵、采水管等，以現(xiàn)場情況為基本參考，設(shè)計相適宜的采水系統(tǒng)，遵循的是因地制宜的原則[2]。結(jié)合現(xiàn)場水文條件，經(jīng)商討后最終選擇浮筒式采水方式。

經(jīng)上述分析后，進(jìn)一步探討提高水樣可靠性的措施。本項目選擇的是自吸泵，雙泵、雙管設(shè)計，其中一套維持正常運(yùn)行狀態(tài)，一套作為備用裝置，保證在發(fā)生異常后采水系統(tǒng)依然可維持正常運(yùn)行狀態(tài)；管路所用材料具有較強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性，可為水樣的傳輸提供良好的條件，以免途中受到污染；以現(xiàn)場情況為參考，確定管路的敷設(shè)形式，現(xiàn)階段較為典型的有地埋和橋架敷設(shè)兩種，為避免低溫凍傷或高溫的影響，對管路采取防凍、隔熱措施。大部分取水管路設(shè)置在外界，加強(qiáng)防凍保護(hù)措施，使其在低溫嚴(yán)寒的環(huán)境中可正常使用，避免管內(nèi)水凍結(jié)現(xiàn)象。

4.2 配水系統(tǒng)設(shè)計

采水系統(tǒng)的作用在于獲得原水樣，隨后進(jìn)入到配水系統(tǒng)內(nèi)，利用相應(yīng)儀器依次對其執(zhí)行過濾、分配處理。流量及壓力傳感器是重要組成裝置，在其支持下實現(xiàn)實時監(jiān)控，以儀器的運(yùn)行需求為準(zhǔn)，靈活調(diào)節(jié)流量和壓力，再將水樣分配到特定的設(shè)備中。為維持配水系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，增添了清洗功能。配水系統(tǒng)管路設(shè)置了較為豐富的擴(kuò)展接口，可根據(jù)實際監(jiān)測需求靈活擴(kuò)展。源水形成兩路，各自存在特定的流向：第一路進(jìn)入到五參數(shù)測量池，考慮到易發(fā)生充氧的情況，選擇的是下進(jìn)上出的方式，以便高效進(jìn)水；第二路則進(jìn)入沉淀池內(nèi)，在得到過濾處理后進(jìn)入到氨氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)分析儀內(nèi)，除此之外還剩余部分無用源水，此部分經(jīng)過排水管流出。選擇適量水樣并對其展開試驗，嚴(yán)格控制好水樣在沉淀池內(nèi)的停留時間，正常情況下以8～30 min較為合適，具體可依據(jù)實際需求在該區(qū)間內(nèi)靈活設(shè)定。配套過濾器，并在該裝置上增設(shè)壓力傳感器，根據(jù)實際壓力情況選擇相適應(yīng)的清洗方式，以免過濾器發(fā)生雜質(zhì)堆積現(xiàn)象。系統(tǒng)具有報警功能，若過濾器發(fā)生堵塞時則及時報警。

4.3 控制系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)主要執(zhí)行的是數(shù)據(jù)的采集、各個細(xì)分子系統(tǒng)的控制等工作[3]。根據(jù)需求設(shè)定程序，系統(tǒng)嚴(yán)格執(zhí)行預(yù)定的程序，使各子系統(tǒng)有序做好相關(guān)工作，如采水、配水、儀表標(biāo)定、管路清洗等，控制系統(tǒng)全程管控各個子系統(tǒng)，調(diào)度其運(yùn)行，產(chǎn)生的信息及時傳輸至監(jiān)控中心平臺。此外，控制系統(tǒng)還發(fā)揮出通訊銜接的作用，可將現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控中心，使站點(diǎn)保持有條不紊的運(yùn)行狀態(tài)。

硬件是控制系統(tǒng)得以正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，包含了工控機(jī)、PLC、DC電源、繼電器、總控開關(guān)等。硬件選型應(yīng)充分考慮穩(wěn)定性和安全性要求，可在國內(nèi)外采購行業(yè)內(nèi)頂尖的設(shè)備，將其集成到標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜中，再配套軟件，形成完整的硬件部分?？刂栖浖脑O(shè)計應(yīng)做到界面整潔、功能豐富，可選擇通用組態(tài)軟件編譯。

4.4 數(shù)據(jù)采集/處理/傳輸系統(tǒng)設(shè)計

此系統(tǒng)也是構(gòu)成水質(zhì)自動監(jiān)測站的重要部分，是不可缺少的功能模塊[4]，主要負(fù)責(zé)的是采集、處理及傳輸數(shù)據(jù)(包含水質(zhì)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)內(nèi)部各單元運(yùn)行數(shù)據(jù)、發(fā)生異常狀況時的報警數(shù)據(jù)等)。硬件組成方面包含了工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集模塊等，再配套軟件，如信息防火墻等。在模擬量采集模塊、串口模塊等協(xié)同作用下，可提供可靠的監(jiān)控功能，及時獲取系統(tǒng)參數(shù)，整理后傳輸給上位平臺，促使平臺對其進(jìn)行分析，再下發(fā)控制指令，從而執(zhí)行相應(yīng)的操作，使監(jiān)測站維持穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

5 運(yùn)行管理

5.1 運(yùn)行操作規(guī)程

監(jiān)測站包含的系統(tǒng)較為豐富，各自又由多種類型的儀器組成，因此必須依據(jù)規(guī)范合理操作儀器。對此，要根據(jù)儀器的運(yùn)行特點(diǎn)編制操作規(guī)程，除此之外還要創(chuàng)建運(yùn)行管理記錄制度。操作規(guī)范的編制工作要以儀器說明書中的內(nèi)容為基本依據(jù)，并兼具現(xiàn)場地質(zhì)、水文等方面的情況，給予適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充，形成與儀器運(yùn)行特性以及自然環(huán)境相符的操作規(guī)程，工作人員將各項工作落實到位。

5.2 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的確定

除了滿足地表水水質(zhì)檢測要求外，還要注重對成本的控制，因此經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的創(chuàng)建極為關(guān)鍵，主要包含建設(shè)成本和運(yùn)行成本兩方面[5]。具體而言，建設(shè)成本指的是征地、各系統(tǒng)建設(shè)、各類裝置的采購、軟件開發(fā)等方面所投入的成本，在項目中的占比較大，控制要點(diǎn)較多；運(yùn)行成本則具有持續(xù)性，即伴隨監(jiān)測站的運(yùn)行而產(chǎn)生，體現(xiàn)在儀器的維護(hù)與故障處理、水費(fèi)、電費(fèi)、員工薪資等方面。經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的覆蓋面廣，具有動態(tài)變化特性，在確定經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)時應(yīng)盡可能細(xì)化。

5.3 質(zhì)量保證制度

地表水水質(zhì)監(jiān)測必須以保證質(zhì)量為基本前提，為給質(zhì)量管理工作提供引導(dǎo)，有必要創(chuàng)建質(zhì)量保證制度。技術(shù)小組發(fā)揮出質(zhì)量管控作用，做好各項管理工作，使各系統(tǒng)維持穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，使各道環(huán)節(jié)有序推進(jìn)；總工辦則要發(fā)揮出指導(dǎo)作用，給質(zhì)量控制工作點(diǎn)明方向。儀器是水質(zhì)自動監(jiān)測站的重要組成部分[6]，此方面的質(zhì)量管理工作應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)《環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測質(zhì)量保證手冊》執(zhí)行，定期校準(zhǔn)，保證其運(yùn)行精度；高錳酸鹽指數(shù)分析儀在運(yùn)行中需及時更換試劑，要求每次更換且必須校準(zhǔn)，此外需選用質(zhì)控標(biāo)樣檢定；水質(zhì)自動監(jiān)測站在運(yùn)行中還將使用大量實驗用水、試劑，要求其質(zhì)量完全滿足相關(guān)規(guī)范，各項質(zhì)控信息都要得到完整的記錄。不僅于此，還需明確各管理人員的崗位職責(zé)、自動站儀器管理制度等。

6 結(jié)語

本文以地表水水質(zhì)自動監(jiān)測站為基本對象，圍繞其建設(shè)與管理措施展開探討，體現(xiàn)在各子系統(tǒng)的創(chuàng)建、運(yùn)營維護(hù)工作要點(diǎn)、監(jiān)管機(jī)制等方面。在實際工作中，則要從現(xiàn)場情況入手，按照規(guī)范做好各子系統(tǒng)的建設(shè)工作，在后續(xù)運(yùn)行中則以管理制度為引導(dǎo)做好各項管理工作，提高水質(zhì)自動監(jiān)測站的運(yùn)行水平。