原水水质自动检测技术研究

王霖

天津水务集团有限公司天津300040

摘要：随着我国水利工程水平的不断进步，人们对水资源的合理利用进行了更深入的研究。原水水质的检测技术在我国的水利工程建设中占有很重的份额，水资源的合理利用对地区发展有着非常重要的意义。因此，本文以天津汉沽水厂原水自动监测系统为例，阐述当地的地下水分布特征，以及原水水质自动检测技术如何运用到水质的检测中。为地下水资源开发利用与合理保护提供可靠的参考依据。

关键词：原水水质；自动监测；研究

一、概述

随着工农业的发展，地表水源受到不同程度的污染，突发性污染事件也时有发生。若能提前获得原水水质的变化信息，则可及时调整水厂运行，采取必要的应急措施，对保障饮用水的供水安全也能起到积极作用。

众所周知，水资源属于不可再生资源，地球上可利用的淡水资源储量更是十分有限。不合理的利用水资源容易导致水资源量浪费和水资源污染，严重影响社会经济可持续发展。因此，为合理利用淡水资源并且保障人们生活用水的安全，必须建立较为完善的原水水质自动监测系统，帮助供水部门检查供给的水资源是否纯净。

二、原水水质监测系统基础操作

天津汉沽水厂于2009年建立了原水水质自动监测系统，实现了原水水质变化的实时监测。该系统监测的主要水质参数有：pH、浊度、电导、水温、ORP、氨氮和DO。

（一）原水监测系统的整体结构。原水监测系统按功能分为4个子单元：取水单元、分析仪表单元、数据采集单元和数据存储分析单元。其中，取水单元、分析仪表单元和数据采集单元设置在预沉池进水口附近的水质监测站内。数据存储分析单元是一个设置在水厂中控室为水厂调度提供原水水质数据；另一个设置在总公司的监控中心，由专门人员对系统的运行进行管理分析仪表检测得到的水质数据实时显示在现场的触摸屏上，并通过以太网和GPRS无线通讯，分别送入水厂中控制室的数据存储分析单元和总公司监控中心的数据存储分析单元。在监控中心，操作人员发出控制命令，远程调整设备运行状态。

（二）取水单元。取水单元由两台取样泵组成：一台为潜水泵，放置于预沉池内，采集预沉池内水样；另外一台为自吸泵，位于仪表室内，采集原水管道内水样。当预沉池进水时，自吸泵启动，潜水泵关闭，系统采集原水管道内的水样；预沉池不进水时，潜水泵启动，自吸泵停止，系统采集预沉池内的水样。两台泵的切换既可由操作人员手动切换，又可由PLC根据原水管道的流量计信号自动切换。从原水管道采集的水样在进入仪表的同时也进入自动采样器，在水质正常时采样器进口电磁阀打开，水样通过采样器进入排水管。当水质出现异常报警时，电磁阀关闭，保存不合格水样，以便进一步检测分析。

三、影响水质检测因素

目前，常规水质参数的在线监测仪表发展比较成熟，对于同一个监测项目，可供选择的仪器有多种，价格和性能变化都比较大。因此，在选择仪器时除满足监测的灵敏度和精确度要求外，还要考虑以下因素：第一，故障率低，维护周期长，能够进行稳定的连续监测；第二仪器结构简单，维护方便，容易进行校对；第三，能够应用于较恶劣的工作环境，工作温度范围宽。该系统中，所采用的HG602多参数分析仪可同时检测pH、温度、电导率、浊度、ORP这5项参数，仪表集成度高，性能稳定。DO和氨氮的监测仪器分别选用HACHAmtaxTMsc氨氮分析仪和LDO荧光法无膜溶解氧分析仪。

四、原水水质检测数据采集

数据采集设备主要有RTU、工控机和PLC三种。考虑到监测站的工作环境比较恶劣，该系统的数据采集单元选用SimensS7-200系列PLC作为控制器。相对于另外两种数据采集设备，PLC在水质监测的应用方面具有以下优势。

（一）运行稳定可靠由于PLC系统采用无风扇无硬盘设计，所以与工控机相比运行更加稳定可靠，对温度、湿度和现场环境条件的要求比较低。

（二）控制功能强大与RTU相比，PLC系统不但具有数据采集和通讯功能，而且具有功能强大的控制功能，很容易完成现场的各种逻辑控制。

（三）功能模块丰富，种类丰富的功能模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务。简单实用的分散式结构和多界面网络能力，使其应用十分灵活，当控制任务增加时，可自由扩展相应的功能模块。

（四）产品成熟，易于维护。PLC系统经过多年的发展变化，形成了完整的产品体系，其编程、维护已被广大技术人员所熟悉。各种模块都已标准化，具有丰富的备品备件，采用PLC系统不仅能节省系统集成费用还易于系统以后的维护管理。

为方便现场操作，为数据采集单元配置了触摸屏来显示工艺流程和设备的运行状态，具有触摸屏的数据采集单元具有以下特点。首先，方便现场控制工作人员可以通过触摸屏控制现场设备。触摸屏替代了控制柜按钮的使用，减少了系统集成工作量，提高了系统的稳定性和易操作性。其次，增强系统的易用性，操作人员可以通过触摸屏实时观察系统的运行状态，方便初期调试和后期运行，增强了系统的易用性。最后，易于现场维护，当出现意外事件时，具体的故障原因和推荐的解决方案将在触摸屏上显示。现场操作人员能够快速定位故障点，及时排除故障。

五、数据储存分析

数据存储分析单元数据存储分析软件的开发有两种方式：一是使用各种编程语言进行开发，二是在组态软件平台上进行开发。由于原水在线监测系统的用户需要系统能够生成种类繁多的报表、统计数据和曲线，这就对数据库的访问速度和管理能力提出了较高要求。使用组态软件开发难于满足上述要求，所以该系统数据存储分析单元的监控界面采用VC++2005进行开发，数据库管理系统使用ACCESS。为了使系统具有较好的扩展性，使用SimensPCACCESS作为有线传输的OPC服务器，SINAUTMICROSC作为无线传输的OPC服务器来完成数据的采集。数据存储分析单元主要实现以下功能。存储数据通过OPC协议与数据采集单元进行通信，根据设定时间存储水质数据；显示工艺流程、设备状态、水质数据等内容，使操作人员对运行情况一目了然；控制设备运行远程启/停设备，设定和修改系统工艺参数；实时报警设备运行故障和水质异常时，发出声光报警并将其存档；显示和分析历史数据可以浏览任意时间段的历史数据，采用曲线和表格两种方式显示水质数据。在一张曲线图上可以同时显示多个不同监测参数的变化趋势，便于运行管理人员对不同的监测参数进行对比分析；也可以对任意时间段的数据进行统计分析，计算最大值、最小值和平均值；查询和显示系统消息可以查询系统运行过程中出现的历史报警信息，使运行管理人员了解系统的运行状态；生成打印报表对历史数据进行运算处理，生成日报和月报表，所生成的报表可直接打印，也可将其导出为EXCEL格式，便于数据的处理。

六、总结

综上所述，系统自安装完成后，运行良好，可连续稳定地监测原水水质参数，及时准确地反映水质变化，极大地降低人工检测的工作量。系统的统计分析功能便于管理人员从存储的大量历史水质数据中总结水质的变化规律，对根据水质情况调整工艺参数，以及特殊情况下采取及时的应急措施都起到了指导性作用，取得了良好的社会效益和经济效益。

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