水质自动监测站技术方案

水质自动监测站技术方案

1.       系统功能

控制系统：

1.       ●进样/过滤模块具有过滤系统，具有反冲洗，保证采样系统长期稳定工作，无需其它样品前处理过程；

2.       ●具有温控功能，试剂保存仓和测量模块始终处于25±2℃恒温下，保证测量结果的准确性并有效延长试剂保存时间；

3.       ●具备电源隔离和信号隔离措施，符合抗电磁辐射、电磁感应的相关规定；

4.       ●防雷系统：必须具有电源、信号等设施的防雷措施，可有效防止雷击对系统造成的损坏；

5.       ●交流稳压器：在电压不稳定的情况下起到稳压效果，保证仪器及系统不会受电压变化影响；

6.       ●通过触摸屏查看仪器运行状态，实时及历史数据；

7.       ●输出信号为MODBUS RS485数字标准接口；

8.       ●具有三级权限管理功能；

9.       ●具有断电保护功能，能够在断电时保存系统参数和历史数据，在来电时自动恢复系统；

10.       ●具备对自动分析仪器的启停、校时、校准测试等控制功能；

11.       ●能够对单一控制点（阀、泵等）进行调试，对采水单元、配水、分析单元等的控制，并将控制点状态信息，以及水泵的开关状态等记录和显示；

12.       ●系统管路图及实时状态显示：动态显示流程系统运行情况供电、启动、停止、运行、测量、清洗、采样时间、采样频次、供电系统状态、通信状态）；

13.       ●仪器状态及实时数据显示：实时显示仪器状态运行情况和实时数据（溶解氧、氨氮、高锰酸盐、总磷、温度）；

14.       ●参数设置功能：可以设置采样周期、系统复位、参数报警值、采水时间等参数设置；能够对小数位、单位、仪器测定上下限、报警（超标）上下限等参数进行设置；

15.       ●报警信息显示：供电电源断电、设备断电、设备停运、数据超标、数据越限、室内温湿度等安全信息；

16.       ●具备自动采集数据功能，包括自动采集水质自动分析仪器数据、集成控制数据等，采集的数据应自动添加数据标识，异常监测数据能自动识别，并主动上传至中心平台；

17.       ●系统及仪器历史运行状态显示：动态显示系统及仪器的历史运行状态，包括设置参数更换的历史记录，以便用户了解系统及仪器的历史运行情况，其中应包含异常情况并标注；

18.       ●数据查询/导出/自动备份功能：可以查询某个时间段内所有设备的数据，并可以制作相关曲线。历史数据及设置参数数据每月自动备份。导出功能为按要求导出数据并形成电子表格文件；

19.       ●能够兼容视频监控设备并能实现对视频设备进行校时、重新启动、参数设置、软件升级、远程维护等；

监控：

1.       ●具有视频监控设备及硬盘录像机，实现24小时不间断监控，实时获取监控区域内清晰的监控图像；

2.       ●操作实现全方位、多视角、无盲区、全天候式监控；

3.       ●视频监控系统由前端系统、传输网络和监控平台三部分组成，可远程监控取水口（取样水泵、浮球等）工作状况及周边环境。前端系统主要对监控区域现场视频、环境信息、报警信息等进行采集、编码、储存及上传，并通过客户端平台预置的规则进行自动化联动；传输网络主要用于前端与平台、平台之间的通信，确保前端系统的视频、环境信息、报警信息可实时稳定上传至监控中心；监控平台主要用于对监控设备的控制和满足用户查看环境信息、视频资料。

上位机：

1.       ●具有远程控制功能；

2.       ●具有监测数据查询、导出、自动备份功能，可分类查询水质周期数据及其对应的仪器、系统日志流程信息；

3.       ●具有监测数据查询功能、数据分类功能，存储不少于1年的原始数据和运行日志；

4.       ●采集自动分析仪器的监测数据，并分类保存；

5.       ●采集自动分析仪器和集成系统各单元的工作状态量，并以运行日志的形式记录保存；

6.       ●采用无线/有线的通讯方式满足数据传输要求；

7.       ●具备对通信链路的自动诊断功能，具备超时补发功能；

8.       ●可远程设置和采集监测站仪器设备的工作状态参数，对采样、反吹、清洗、仪器设备的工作状态等进行检测及控制；

9.       ●可远程设置系统的采样周期；

10.       ●具有对系统自动清洗、实时通讯、数据处理等功能和各单元设备控制参数的远程控制；

2.       传感器及模块参数

序号

型号及品名

技术参数

控制方式

图片

1

总磷氨氮分析仪

HQ-620

(1台)

总磷测量原理：钼酸盐分光光度法

测量范围：（0.010~15.000）mg/L

检出限：0.010mg/L

重复性：≤5%

稳定性：24h内不超过±10%

示值误差：≤0.50mg/L时：±0.05mg/L；>0.50mg/L时：±10%

氨氮测量原理：OPA荧光法

测量范围：（0.010~5.000）mg/L

检出限：0.010mg/L

重复性：≤3%

稳定性：24h内不超过±10%

示值误差：≤2mg/L时：±0.20mg/L；>2.00mg/L时：±10%

Modbus通讯协议（RS485或RS232）

2、高锰酸盐指数在线分析仪

HQ-350

(1台)

高猛酸盐测量原理：高锰酸钾氧化-化学滴定法

测量范围：（0~20）mg/L

示值误差：不超过±10%

重复性：不超过±5%

Modbus通讯协议RS485

3、在线式溶解氧分析仪

(1台)

溶解氧测量原理：极谱法

量程：（0~20）mg/L

准确度：±0.3mg/L

分辨率：0.01mg/L

响应时间：≤30s

Modbus通讯协议RS485

1

开关电源LRS-75-12（明纬）(1个)

输入电压：85~264VAC

输出电压：12V

输出电流：6A

额定功率：72W

保护：过压、过载、短路、过温保护

产品尺寸（mm）：99*97*30

为控制板提供稳定的DC12V/6A输出电源。

2、中间继电器

JZX-22F-4Z(正泰)(3个)

输入电压：DC24V

最大输出电压：250VAC/125VDC

电气寿命：1*105

机械寿命：1*107

产品尺寸（mm）：27.5*21.5*35.5

DC24V信号控制负载AC220V通断。

3、浪涌保护器

NXU-Ⅱ40/275

（正泰）

(1个)

最大放电电流：40KA

最大持续工作电压：275VAC

标称放电电流：20KA

级数：2P

产品尺寸（mm）：82*72*65.5

防止电路被雷击所损坏。

4、断路器

NXB-63-D16

（正泰）

(1个)

额定电压：400V

额定电流：16A

分段能力：6000A

温度：-35℃~70℃

级数：3P

产品尺寸（mm）：81*54*65.5

负载短路、过流时切断220V给整个系统的供电。

5、4G传输模块

USR-G781

（有人）

(1个)

工作电压：12V

工作电流：0.18A

接口类型：RS232、RS485

支持TCP/IP协议：TCP/UDP/DNS/HTTP/FTP

产品尺寸（mm）：123*90

4G模块通过联网，将所有采集数据及设备运行状态实时传输到远程管理系统，通过远程管理系统，能够实时监测设备运行状态，控制设备和及时排查设备故障。

6、工业串口屏

SDWe104T87C

（中显科技）

(1个)

分辨率：800*600

供电电压：6-35V/5V

接口类型：RS232

内存：1G

工作温度：-20℃~70℃

产品尺寸（mm）：248*194*9

向MCU发送信号来控制设备，将传感器的采集数据和设备的运行状态显示出来。

img6

7

水位传感器

（DEFI）

(1个)

工作电压：9-32VDC

工作电流：<=60mA

工作温度：-30℃~75℃

工作温度：-40℃~85℃

输出信号：电阻输出 0~190Ω

MCU通过AD口采集水位传感器输出的电信号，水位的高低能转化为电信号值的大小。

img7

8

电路板

(TCOOP-R045)

(TCOOP)

（1个）

供电电压：12V

CPU:ARM 32-bit Cortex-M3 CPU Core,72MHZ;

内存：64KB;

存储容量：16GB;

通讯接口：3个RS232/485 COM接口

模拟量采集模块：16通道12位AD转换器

设备控制板

9、潜水泵

(QDX)

（上海雨发机电）

(1个)

额定电压：220VAC

配管内径：25mm

额定功率：370W

产品尺寸（mm）：360*160*180

能够将河水吸入取样池中。

10、抽水泵(HQB-2500)

(森森)

1个

额定电压：220VAC

扬程：2.5m

流量：2000L/h

产品尺寸（mm）：155*85*120

将取样池中的水排出。

11、电动球阀

(DN15)

(郑阀)

1个

额定电压：220VAC

动作时间：15s

功率消耗：6W(阀门启闭时)

介质温度：2-90℃

MCU输出信号，控制球阀开关来控制水流的通断。

12、网络高清夜视监控摄像头

DS-2DC2402IW-DE3

（海康威视）

(2个)

供电电压：12VDC

分辨率：400像素

网络接口：RJ45网口

功耗：9w（max）

工作温度：-10℃~55℃

工作湿度：10%~90%

产品尺寸（mm）：Φ125*137.2

获取监控区域内清晰的监控图像。

13、硬盘录像机

DS-7804NB-K1/4P（海康威视）(1个)

供电电压：48VDC

功耗：10w（不含硬盘）

网络接口：4个RJ45 10/100M自适应以太网口

接入带宽：80Mbps

工作温度：-10℃~55℃

工作湿度：10%~90%

产品尺寸（mm）：265*225*48

将摄像头所拍摄的视频进行存储，能够通过远程控制系统，随时回放录像。

14、机箱

尺寸（m）：0.9*0.9*2.1

3.       功能模块图

4.       系统工作逻辑

根据系统要求功能实现逻辑如下：

4.1界面显示状态：

检测值、温度、检测时间：传感器每检测一次，检测值、温度检测时间更新一次；

水质分类：

对象            分类  

一类

二类

三类

四类

五类

COD

15

15

20

30

40

氨氮

0.15

0.5

1.0

1.5

2.0

总磷

0.02

0.1

0.2

0.3

0.4

溶解氧

7.5

6

5

3

2

水质状态：COD、氨氮、总磷、溶解氧均在一类、二类、三类的范围显示正常；任意一项介于三类四类水时显示异常；任意一项介于四类、五类和超过五类水显示超标；

水泵状态：两个状态显示，分别是：水泵正常、水泵异常；

水质类别：五个类别显示，分别是：一类水、二类水、三类水、四类水、五类水；

传感器状态：两个状态显示，分别是：传感器空闲、传感器忙碌；

运行状态：两个状态显示，分别是：运行正常、运行异常（上水异常、排水异常、空调异常、传感器异常）；

4.2按键功能：

登录键：按下该键，登录与未登录两个状态从一个状态切换到另外一个状态，未登录状态切换到登录状态需要输入正确的密码（密码为111111）。登录状态下，既可看界面的显示状态，也可对显示屏做按键操作，未登录状态下只能看界面的显示状态。

主页键：按下该键，界面切换到主页界面，可在该界面看各检测对象的值、温度、检测时间、分类、状态以及各设备的运行状态；可对数据上传、异常清除、流程开始单步控制；

氨氮数据键：按下该键，界面切换到氨氮数据界面，可在该界面看各检测对象的值、温度、检测时间、分类、状态以及各设备的运行状态；可查看氨氮15天内的检测数据和折线图；

COD数据键：按下该键，界面切换到COD数据界面，可在该界面看各检测对象的值、温度、检测时间、分类、状态以及各设备的运行状态；可查看COD15天内的检测数据和折线图；

总磷数据键：按下该键，界面切换到总磷数据界面，可在该界面看各检测对象的值、温度、检测时间、分类、状态以及各设备的运行状态；可查看总磷15天内的检测数据和折线图；

溶解氧数据键：按下该键，界面切换到溶解氧数据界面，可在该界面看各检测对象的值、温度、检测时间、分类、状态以及各设备的运行状态；可查看溶解氧15天内的检测数据和折线图；

系统设置键：按下该键，界面切换到系统设置界面，可在该界面看各检测对象的值、温度、检测时间、分类、状态以及各设备的运行状态；可水泵上下水进行单步控制；

数据上传键：按下该键，将水质传感器最后一次测量值通过4G传输模块上传到远程控制系统；

异常清除键：按下该键，所有异常问题清零，并且通过4G传输模块上传到远程控制系统；

开始键：按下该键，水质检测进行一次新的流程；

切换键：按下该键可以查看数据一天的折线图；

上水键：按下该键，控制板向吸水泵发出开启信号，待采样池水满时，控制板向自吸增压泵发出关闭信号；

排水键：控制板向电动球阀、抽水泵发出开启信号，待采样池水排空时，控制板向电动球阀、抽水泵发出关闭信号。

4.3工作模式：

断路器向上推起，系统启动，控制板采集温传感器的值，若值超出传感器正常范围，控制板向远程控制系统、显示屏发出空调异常警告；控制板通过信号线向传感器发出信号，等待水质传感器应答，若水质传感器无应答，控制板向远程控制系统、显示屏发出通讯异常警告，三个传感器异常系统不工作。

若环境值在规定范围内，各个传感器通讯正常，系统进入自动模式。

自动模式是从采样池排水到数据读取完成整个流程；自动模式采样间隔时间内，进入手动模式，自动间隔时间停止，待手动完成，继续计时。

自动模式：

控制板向电动球阀发出开启信号，等待10秒，待电动球阀完全开启，控制板向抽水泵发出启动信号，

取样池水渐渐排出，读取水位传感器的数据，数据取样池水空时，控制板向抽水泵、电动球阀发出关闭信号，若超过规定时间未排空水，控制板向远程控制系统、显示屏发出排水异常警告。控制板向吸水泵发出开启信号，取样池吸入河水，读取水位传感器的数据，数据显示取样池水满时，控制板向自吸增压泵发出关闭信号，若超过规定时间未取满水，控制板向远程控制系统、显示屏发出取水异常警告。静置时间开始计时，待到达预设的静置时间，向水质传感器发出开启信号，待水质传感器完全反应完成，向控制板发出检测数据，控制板将数据处理得出检测河水的水质等级，数据是否在正常范围内；向显示屏发出显示数据，水质等级，数据通过4G模块向远程控制系统发出检测数据，水质等级。一次流程完成，循环时间开始计时，待循环时间到达预设时间，开启下一次工作流程。

手动模式：

氨氮传感器测量：登录，按下氨氮数据键，再按下开始测量，氨氮传感器自动测量，待反应完成，更新氨氮传感器相关数据。

COD传感器测量：登录，按下COD数据键，再按下开始测量，COD传感器自动测量，待反应完成，更新COD传感器相关数据。

总磷传感器测量：登录，按下总磷数据键，再按下总磷传感器测量，总磷传感器自动测量，待反应完成，更新总磷传感器相关数据。

溶解氧传感器测量：登录，按下溶解氧数据键，再按下溶解氧测量，溶解氧传感器自动测量，待反应完成，更新总磷传感器相关数据。

采样池上水：登录，按下系统设置键，再按下上水键，控制板向自吸增压泵发出开启信号，待采样池水满时，控制板向自吸增压泵发出关闭信号。

采样池排水：登录，按下系统设置键，再按下排水键，控制板向电动球阀、抽水泵发出开启信号，待采样池水排空时，控制板向电动球阀、抽水泵发出关闭信号。

数据上传：登录，按下数据上传键，将水质传感器最后一次测量值通过4G传输模块上传到远程控制系统。

4.4保护功能：

断路器保护，过流短路时，切断220V供电；

浪涌保护器，防止遭雷击损坏电路；

温度传感器查看传感器的工作条件，防止工作在安全条件外，传感器遭永久损坏；

吸水泵有热保护功能，防止过热烧机；

采样池有溢水口防止电路故障，采样池水溢出；