水质自动监测控制系统

赵利民

(太原煤气化股份有限公司焦化厂，山西太原030024)

随着国民经济的快速发展，城市的用水量和排水量不断增加，加剧了用水的紧张和水质的污染，水污染事件时有发生，这些重大突发性事故，都严重破坏了水域环境，特别是严重污染饮用水源，直接对人民群众的身体健康构成威胁，影响了社会的和谐稳定，因此对水源地水质情况进行实时监测就显得优为重要。由于水质信息具有很强的时效性，过去传统的监测手段已无法满足对水质变化情况快速、准确的预警预报，因此只有借助科学的手段，实现水质监测的自动化、网络化，才能实时测报水质信息，满足水资源保护的要求。

1 目的

通过实施水质自动监控，可以实现水质的连续监测和远程控制，达到及时掌握主要流域重点断面水体的水质状况、预警预报重大流域性水质污染事故，使水厂在发生重大水污染事故时掌控水源水质状况，起到防范、解决突发水污染事故的目的，同时也为水资源的综合利用及环境科学研究提供了基础数据和资料。

2 概述

水质自动监测控制系统是一套含水质自动分析仪及水样预处理、数据采集、站点控制、远程监控、数据发布于一体的在线全自动监控系统。它将现代传感器技术、自动测量技术、自动控制技术、现代通讯技术有机的结合为一体，利用通讯网络，实时的将现场各系统的测量结果、运行状况、系统日志等信息自动传送到中心站，并接受中心站所发来的各种指令，实时的对整个系统进行远程设置，远程清洗，远程监测及控制。

水质自动监测控制系统由一个中心监测站和若干个固定监测子站组成，中心站与各基站之间通过无线终端模块利用GPRS或者卫星进行实时通讯，完成中心站对各基站的实时监测、远程控制及数据传输的功能。

中心站是整个系统实现管理、控制、分析、远程维护等的指挥中心。中心站管理系统是水质自动监测控制系统的上层管理软件，它实现实时、快速、准确的与远程基站进行通讯，保证系统的正常运行并对监测数据进行存储、分析、处理，为环境管理服务。中心站系统还提供了WEB数据发布平台，用户可方便地对数据进行查询、分析，生成各种报表及曲线图。同时系统还具有对外输出端口，可为第三方运营商提供技术支持。

监测基站是整个系统基础数据的采集地，它以基站管理系统作为整个基站管理的核心，以现场PLC为控制中枢，配以相应的控制单元，来实现水质信息的实时监测及与中心站的数据通讯。为保证系统的稳定运行和状态反馈，在各单元管路的关键部位都加装了压力传感器、液位开关，组成了一个带反馈信息的控制系统。基站管理系统或中心站根据现场实际情况，向控制单元发出相应的控制指令。同时授权用户还可以在基站管理系统上根据实际情况对基站的各种参数方便地进行设置，如对仪器监测频次、气洗滤芯频次、气洗管路频次、水洗管路频次、除藻频次、故障报警号码、故障报警类型选择等参数的设置。

3 系统功能结构图

图1 系统功能结构图

4 功能介绍

4.1 基站系统

基站系统:由取水系统、配水管路、水样预处理装置、辅助系统、自动控制系统、基站管理软件六部分组成。

(1)取水系统从被测断面采到有代表性的水样，并保证水样在传输管路中物理化学性质不发生变化。该系统由取水泵组件、采样浮筏、隔离栅、压力流量监控及采水管道等部分组成。

(2)配水管路是通过PLC控制电磁阀、电动球阀等执行机构的切换，将水或气导入到相应的管路，来实现水样输送和清洗的功能。

(3)水样预处理装置主要对进入分析仪器前的水样进行处理，确保分析仪器的正常使用，它采用速流式沉降分离装置进行处理，具有自动清沙、排沙功能。

(4)辅助系统包括自来水系统、压缩空气与反冲洗系统、纯水制备系统、电压稳压系统、防雷系统、加药除藻清洗系统。

(5)自动控制系统主要完成管路取水、配水、清洗、反吹等分步功能，它由上位机与PLC两部分组成。上位机负责系统对现场各种执行指令的发出、数据的统计、现场状况记录报警及与中心站的通讯;PLC系统实现对控制命令的执行，它负责指挥电磁阀、继电器、开关的动作及五参数和现场环境参数模拟量信号的转换等，它直接接受上位机的指令，并将转换后的信号传送给上位机。

(6)基站管理软件主要完成基站监测数据的采集、处理、判断、查询，生成各类统计报表，完成对现场仪器、设备的控制，并实时地显示出仪器与设备的运行状态，完成中心站与基站之间通讯及相关数据的交换。基站管理软件包括:水样采集与控制、数据采集与控制、信息传输、信息处理四大模块。

4.2 通讯层

主要是完成基站与中心站之间自动建立连接，实现基站状态信息、报警信息、水样数据等信息向中心站传送，并把数据存入本地和中心站数据库;同时接受中心站的管理、执行相关指令。通讯层主要包括通讯服务器、接收设备、通讯处理软件。通讯层支持电话拨号、GPRS、GSM、CDMA及卫星等多种通讯模式。

4.3 中心站管理系统

中心站管理系统由上层管理软件、数据库和服务器组成。上层管理软件主要是收集、保存各监测基站的数据、运行日志、运行状态等信息并按照要求自动出具各种监测报表，并能够通过授权对基站进行相关的操作。数据库用来完成对基站数据的存储。

中心站系统管理软件界面简洁、大方，操作方便;使用的数据库具备强劲的管理、分析、查询和二次开发能力，它由系统管理、基站管理、数据处理、Web查询四大模块组成。

(1)系统管理模块是整个系统的管理控制中心，它为系统正常运行提供了环境支持，为整个系统稳定、可靠、持续的运行提供了保证，它包括系统参数的设定、数据的维护、用户的管理及系统安全的设置。

(2)基站管理模块主要分为控制部分和查询部分，前者包括:连接站点、数据采集、系统启停、频次设置、远程日志、紧急检测、断开连接;后者包括基站状态的显示及对监测数据、日志数据、相关数据的查询。

(3)从远程基站获得的各类数据全部保存到中心站服务器的数据库中，对数据的查询、输出、处理等操作都在数据处理模块完成。它可以实现对任意时间段超标数据的查询、生成相应的统计报表与变化曲线。

(4)WEB查询模块是一个综合信息发布平台，任何一个具有查询权限的人员都可以通过内部局域网或互联网方便快捷地对整个系统内各基站的运行状态及监测情况进行查询，并对相关信息进行配置，大大方便了用户的使用。

5 结束语

水质自动监测控制系统是一套以在线自动分析仪为核心，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，结合现代通讯网络，配以相关控制分析管理软件，开发而成的综合在线自动监测管理系统。该系统实现了对水质的实时连续监测和远程控制，能及时发现主要流域水质的异常变化，追踪污染源，并对水质污染迅速做出预警预报，从而有效避免水质污染事故的扩大，为管理决策提供方便快捷的技术支持。

［1］王宝军.水质自动监测技术的发展现状［J］.科技致富向导，2010(23):225－226.

［2］黄伟民.钟红伟.刘大为.水质自动监测系统的组成及控制原理［J］.中国水利，2005(15):57－59.