3.5配水系统方案设计
配水单元是将采水单元采集到的样品根据所有分析仪器和设备的用水水质、水压和水量的要求分配到各个分析单元和相应设备，并采取必要的清洗、保障措施以确保系统长周期运转。配水单元分为流量和压力调节、预处理及系统清洗三个部分。
3.5.1配水系统设计思路
配水单元的功能是将采水单元所采集到的样品根据所有分析仪器和设备的用水水量、水质和水压的要求分配到各个分析单元和相应设备。系统将采水系统采集的源水直接进入流通池供五参数电极采集分析数据，待沉淀过滤后，常规四参数分析仪开始自动采样分析；多余的源水和样水经总排水管道排出。配水单元包括流量和压力调节、预处理及系统清洗三个部分。其中流量和压力调节部分保证各分析仪表进水压力和流量满足其分析要求；预处理单元可以保证各分析仪表对进水水质的要求；系统清洗单元用于保证系统长周期稳定可靠运行。
3.5.2配水系统设计
经过配水单元分配的原水，未经任何处理直接进入多参数配水流路，多参数流通池底部进水，防止曝气，因此保证了水样的代表性和多参数分析仪表测量值的有效性。多参数流通测量池在测量间歇，通过定期的自来水和压缩空气实现对该测量池及探头的曝气混合清洗。
3.5.3独特的管路设计
五参数配水单元的管路设计采用优质UPVC管路，采用电动球阀对进水以及排水管路进行控制，电动球阀稳定的性能确保了五参数配水流路的可靠性。另外，该单元还设置有备用手动球阀，以备系统维护之用；手动排水备用管路可以在脱离系统时对探头管进行手动排空，极大地方便了工程维护。
3.5.4清洗功能
能通过通入自来水和压缩空气对配水管路自动反冲洗。系统具备足够的反冲洗能力，保证管道内无泥沙、无藻、管壁无附着物。每次测量任务，系统均会对五参数配水管路和探头进行自动清洗。系统反冲清洗的操作，可以通过现场或远程进行自动或手动控制。
3.5.5压力调节及水样处理
配水单元能够通过压力的调整，满足所选用仪器和设备对样品水流量和压力、处理精度的具体要求。系统在配水管路上分别安装了规格为DN20的手动UPVC球阀，并配合数字压力传感器进行水压控制。通过各配水管路及预处理进口处手动球阀的调节作用，可以使流通池进水进行灵活调节，使之满足进水流量要求。
3.5.6配水系统清洗设计
针对多参数流通测量池等预处理装置设置水、气等自动清洗功能，通过PLC控制系统对其实现周期/定点清洗功能。增压清洗水和压缩空气通过对流通测量池曝气头实现对罐体的清洗功能。系统总体配水及预处理流路均设置大量的活接，便于系统拆卸和清洗。清洗系统定时启动或者根据用户的需要启动清洗操作，分别对室内进样管路、多参数管路、室外取水管路以及沉砂池进行清洗。结合压缩空气系统，将压缩空气和清水混合，实现高压气泡擦洗，可将管壁附着的泥沙、藻类等清洗掉。
清洗单元需要用户在站房提供自来水入户或者提供井水（现场条件满足）。压缩空气为管路的反吹清洗、过滤器清洗提供高压气源。空压机推荐选用无油空压机。该空压机可以设定压力的上限和下限，不需要单独的控制信号，维护量很低。当储气罐中压力高于设定上限时，空压机自动切断电源；在供气时，储气罐内压力逐渐降低，当压力低于设定下限时，空压机自行启动，重新为储气罐加气。
3.6分析测量单元
测量分析单元采用我公司自主研发生产的总磷、总氮、氨氮、COD、五参数（pH、溶解氧、电导率、浊度、温度）自动分析仪。
3.6.1总磷分析仪
总磷分析仪采用《水质-总磷的测定-钼酸铵分光光度法》（GB-89）规定的方法，与先进的计算机技术结合起来，实现了测定过程的全自动化。具备初始装液、标液核查、自动/手动标定、运行日志、历史数据查询及导出等功能。
3.6.2总氮分析仪
总氮分析仪采用《水质-总氮的测定-碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》（HJ-）规定的方法，与先进的计算机技术结合起来，实现了测定过程的全自动化。具备初始装液、标液核查、自动/手动标定、运行日志、历史数据查询及导出等功能。
3.6.3氨氮分析仪
氨氮分析仪采用《水质-氨氮的测定-水杨酸分光光度法》（HJ/-）规定的方法，与先进的计算机技术结合起来，实现了测定过程的全自动化。具备初始装液、标液核查、自动/手动标定、运行日志、历史数据查询及导出等功能。
3.6.4高锰酸盐指数分析仪
高锰酸盐指数分析仪采用《水质-高锰酸盐指数的测定》(GB-89)规定的方法，与先进的计算机技术结合起来，实现了测定过程的全自动化。具备初始装液、标液核查、自动/手动标定、运行日志、历史数据查询及导出等功能。
3.6.5五参数分析单元
五参数（pH、溶解氧、电导率、浊度、温度）采用先进的传感器技术，具有测量精度高、响应时间短、维护量小等优点，可实时分析水体中常规五参数指标。
3.7质控单元
常规参数（总磷、总氮、氨氮、高锰酸盐指数）单台分析仪具备质量控制单元，可按规定时间自动分析零点核查、跨度核查，并实时向平台传输数据。同时具备标液核查功能，可按设定时间进行标液核查，并自动分析数据。
3.8集成系统控制单元设计方案
现场控制单元是水质站的测控核心，管理着全站设备和仪器的自动化运行、数据采集、处理、传输、存储、检索，以及系统故障报警和保护功能。
控制系统是水质监测系统的水站核心测控通讯单元，是水质监测系统的基本组成部分。控制系统由工控计算机、GSM通信模块、PLC控制器、继电器、低压电器（按钮、开关、指示灯、接触器、电机保护器、漏电保护器）直流电源、防雷模块、电源滤波器、接线端子等组成。
3.8.1系统设计思路
充分保证现场业主连续、可靠和安全运行，统一协调各设备及仪表的关系，实现对现场端仪表及设备的控制功能。
本系统建立一套标准化、先进、完整的反控指令集。
系统自动化程度高，可实现全范围的远程监控以及诊断，相应及时、控制准确、预警可靠；日常运维实现信息化管理；
系统与各分析仪表之间实现全数字化通讯，可实现数据的精确采集和仪器反控功能；
3.8.2系统控制原理
现场控制单元由工控机监视，PLC控制；控制柜以及执行元件构成。PLC控制系统按照预先设定的程序负责完成系统采水配水控制，启动测试、超标自动留样，清洗、除藻、反冲洗等一系列的动作。同时可以监测系统状态，并根据系统状态对系统动作做相应的调整，确保水质自动站自身的稳定运行。控制系统原理图见下图：
图3-3控制系统原理图
3.8.3系统总体构架
控制系统由工控机、可编程逻辑控制器、总空气开关、各仪表设备空气开关、接触器、直流电源、继电器和接线端子等部分组成。系统控制单元采用松下PLC作为系统逻辑控制器，并结合继电器、接触器等器件实现对外部泵阀及辅助设备的控制功能；控制系统采用工控机对系统实现统一监控，包括对系统任务控制、各种信号的采集的控制以及数据的上传等。
各智能仪表通过RS/数字链路与PLC进行通讯，实现数据、仪表状态的采集与仪表反控。
3.8.4控制柜及布线
控制柜采用标准网络机柜外观为白色，整体美观大方。四侧门均可以打开，方便安装和检修。其中前门为玻璃门。内部布线强弱电隔离，避免电磁干扰。机柜前面用盲板遮挡，使机柜整齐美观。
3.8.5现场控制软件功能
现场控制软件包含系统管路图及实时状态显示，仪器状态及实时数据显示，数据查询/导出/自动备份功能、参数设置功能、报警信息显示、手工及单一控制功能、系统及仪器历史运行状态显示、操作提示功能、用户管理功能等。
实时组态画面，动态显示工艺流程。在系统中的每个流程环节都加装高灵敏度传感器（水压传感器、水位传感器、温湿度传感器）。通过这些传感器实时监测每个流程的工作状态并及时反馈到工控系统画面上，在工控系统画面上以动态的显示效果准确的反映出当前各辅助变量的数值。
系统控制支持自动模式、手动模式和远程控制。自动模式下系统按照预设的程序自动运行，无需人工干预，自动运行时系统的测试频次、反冲洗频次等都可以在现场或者远程进行设置。现场维护时启动手动模式，此时系统只有在现场维护人员手动启动下才进行相关的操作。远程模式下可在远程控制系统，启动测试、参数设置、反冲洗、远程采样等操作。
用户可以根据需要，自行设置采样时间、清洗频次等参数。
良好的可扩充性。控制单元采用模块化设计，采用的设备可扩展并且已经预留扩展接口，可方便系统将来升级。
系统运行支持连续模式和间歇模式，两种模式可以自由切换。连续模式下采水泵24小时不间断抽取源水，系统可随时启动测试。间歇模式下系统只有在测试状态下才启
动采水泵，其他待机时间都处于停止状态。间歇模式状态系统的功耗低。用户可以根据需要自行切换运行模式。
系统反冲清洗工艺支持单独水洗、高压空气擦洗、水气混合洗、除藻等。
对自动站控制系统和分析仪器的工作状态及分析流程进行参数设置，并记录。
对仪器的分析结果进行采集，处理和存储。
响应远程中心站对现场各种参数的状态显示，并可根据权限进行参数修改和控制功能等。
响应远程中心站对现场数据的下载（实时和历史数据）。
数据采集与传输须完整、准确、可靠,采集值与仪器测量值误差小于仪器量程的1%。
3.8.6数据采集控制系统
3.8.6.1设计思路
数据采集控制单元安装了基站软件工控机、数据采集模块、采用了基于PLC的控制系统，使得系统运行更加稳定可靠；现场数据采集控制系统采用基于国内最先进的组态软件，数据存储采用大型关系数据库。子站控制系统可以与中心站管理系统保持一致，能够实现与中心站的数据管理系统的无缝衔接。
3.8.6.2功能介绍
数据采集模块以现场监控软件包为核心，配合模拟量和数字量采集模块、串口模块、\模块实现监控功能。系统具有数据自动保存功能，子站断电后数据能自动保存，能储存一年以上的原始数据，子站数据具有自动备份功能，同时保存相应时期发生的有关校准、断电及其它状态事件记录。系统成熟、稳定，平均无故障时间大于小时。系统开放性好，通过增加设备驱动可接入不同类型的自动分析设备。系统采用RS/MODBUS总线与设备通信，保证系统具有良好的可扩展性，总线设备“即插即用”，扩展方便。可远程设置系统的采样周期（2～24次/天）；
还具备以下功能：各单元设备控制参数的远程控制功能；控制单元时钟与分析单元的时钟能匹配；断电、断水或设备故障时的安全保护性操作；系统的自动启动和自动恢复功能；各单元设备工作状态参数的显示；
数据传输方式兼容我国站现有的VPN数据传输网络，数据传输协议必须兼容我国现有
中心软件的通信协议。
3.8.6.3软件配置选型及技术指标
操作系统：嵌入式组态操作系统
组态软件：MCGS
数据库：MicrosoftSQLServer，可存储1年以上数据
数据采集软件：水质自动监测系统
3.8.6.4系统数据采集和处理功能
系统可以将执行器的动作和传感器反馈在工控系统界面上，界面可以实时的显示系统流程，并能够在界面上显示自动站所有的操作。
系统采用开放式结构，使系统易于扩充，并为以后预留了可扩充接口，网络具有升级能力。
自动控制系统运行稳定可靠，可以在现场及远程进行人工控制。
系统具备有自动分类报警功能。
水站采用系统软件进行数据的采集、控制与传输，系统软件需具备通用性强，可扩展性强，维护方便的特点。软件系统采用网络化设计，实现监控中心和终端对系统的使用和系统数据的共享。
子站断电后数据能自动保存，能储存一年以上的原始数据。子站数据具有自动备份功能，同时保存相应时期发生的有关校准、断电及其它状态事件记录。
系统具有安全防护功能，具有数据加密功能，并采用金字塔式权限约束，在进入系统时需确认身份，使其可使用相应的操作。
软件可维护性强，开放源码，出现故障时可对源码进行修改。
16通道以上模拟量采集功能；
现场控制器数据采集采用总线通讯与模拟量采集相结合的方式，当总线通讯有故障时可自动转换为模拟量采集。
采用RS/RSMODBUS总线方式采集仪器监测数据、工作状态以及校准数据，给仪器发出控制指令等，也可采用4～20mA模拟量进行数据采集。通过通用的通讯接口
采集实时数据并存储，数据传输之间采用开放的通讯协议和标准数据传输方式，控制中心对各数据进行权限设置。
内置WebServer，B/S架构，能远程通过网络访问水质自动监测系统的控制系统，实现远程状态监控和参数设置。
系统能根据系统的状态参数和报警信号值，并结合环境参数自动判断监测数据的真实性、有效性，处理后的数据送入数据库中保存。系统可以预定义数据报警上下限属性值，采集到的实时数据如果超越报警上下限，系统自动进行报警，并对报警自动分类。另外，这些报警信息同时发送到监控中心，由中心监控软件进行接收和处理。数据采集与传输完整、准确、可靠，采集值与测量值误差≤1%，系统连续运行时数据捕捉率大于99%以上。
断电后能自动保护历史数据和参数设置，继电后可继续工作12小时以上。
本站采用水质自动监测系统进行数据的采集、控制和传输，系统软件具有通用性强，可扩展性强，维护方便的特点。
3.8.6.5现场监控软件
数据的存储容量：能够保存1年以上的历史数据。
监控现场各设备状态，并以图形化的界面显示其运行状态，同时能够对数据采集和控制单元的参数进行设置。
遵守国家环保部及安徽省现有的通信协议，可按协议要求定时主动上传历史数据，报警信息等。
内置WebServer，B/S架构，能远程通过网络访问水质自动监测系统的控制系统，实现远程状态监控和参数设置。
可记录现场系统的运行状态，并以运行日志的形式保存，应能保存1个月以上的日志信息。
可对现场各参数分别设置报警上下限，具备数据超标自动报警功能，并能够保存1个月以上的报警信息，同时应能够将报警信息及时上传至中心站。
能够实现数据的“一点多传”，即可同时向多个中心站传输历史数据等。
具备对通信链路的自动诊断功能，一旦通信链路不畅，能够及时自动恢复通信链路。
可在中心站对现场监控软件进行远程升级
3.9废液收集单元
配水单元不能对环境造成污染。对分析单元排放的废液应当回收处理。本系统设置统一的废液收集装置，定期对各分析单元排出的废液进行收集。当废液收集装置中废液接近满容量时，系统自动告警，则将废液收集后移交专门的相关部门进行统一处理。
3.10辅助单元
3.10.1UPS稳压电源单元（备选）
为保证在断电情况下分析仪能完成当前测量，水质自动监测站配备UPS稳压电源系统。
具有正弦波、断电保护、自动恢复、过载保护、故障诊断记录功能。
3.10.2水站系统防雷设计
各个站点建筑物的防雷、避雷、接地系统完好无损，维持不变。进入站房的TN-C系统防雷为统一更换的新型避雷器，无需更换。
对水站系统防雷设备技术要求：配置全面的防感应雷措施，防雷器和通讯线路防雷器采用优质防雷模块，有效防止雷击对系统造成的损坏。
内部防雷装置由等电位连接系统、共用接地系统、屏蔽系统、合理布线系统、浪涌保护器等组成，主要用于减小和防止雷电流在需防空间内所产生的电磁效应，包括通讯系统、供电系统、视频系统、仪器设备等。
3.10.2.1设计需求
雷害的途径包括直击雷、雷电反击、雷电波侵入和雷电感应四种途径。系统防雷措施主要包括外部防雷措施和内部防雷措施。
外部防雷：对于固定站房，需要由用户提供满足《建筑物防雷设计规范》的外部防雷措施，包括接闪器、引下线和接地装置等防雷设备；
内部防雷：本方案重点考虑内部防雷即防感应雷措施，内部防雷装置由等电位连接系统、共用接地系统、屏蔽系统、合理布线系统、浪涌保护器等组成，主要用于减小和防止雷电流在需防空间内所产生的电磁效应，包括通讯系统、供电系统、
视频系统、仪器设备等。
3.10.2.2设计依据
① 《建筑物防雷设计规范》（GB-94）
② 《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB-）
③ 《雷电电磁脉冲的防护》IEC-
④ 《雷电电磁脉冲的防护、建筑的屏蔽、内部等电位联结和接地》IEC-2
3.10.2.3设计方案
3.10.2.3.1等电位连接系统
1)本系统将工作地（交、直流工作地）、设备保护地、防雷保护地连接在一起，构成一个等电位连接系统。其中，站房内所有设备的保护地、工作地均与其内部接地铜排连接，该铜排与外部接地装置可靠连接。
2)采用2.5~16mm2多股铜芯线对机房设备、防雷器、光缆加强筋等作保护接地处理，接地线从等电位铜排引出。
3.10.2.3.2共用接地系统
共用接地系统采用联合接地方式，采用THG-JB1型接地棒作为垂直接地体，4×40mm热镀锌扁钢作为水平接地体沿建筑物四周形成闭合环。新建地网与建筑物圈梁主筋作两点以上连接，组成联合地网。焊接点均作防腐处理。接地电阻值按照4欧姆设计。（接地网使用材料数量和地网面积待现场确认），如设计图所示在地网上采用THG-T4铜钢转接头与机房内等电位排软连接，等电位排采用30×3mm铜排，该铜排作为机房的接地基准点。
3.10.2.3.3屏蔽系统
为减小和防止雷电流在需防空间内所产生的电磁效应，系统采取如下屏蔽措施：
① 采用输入信号匹配技术，实现不同信号电平的匹配。
① 采用光电或电磁隔离，使系统与生产设备及通讯设备互隔离。
② 采用硬件滤波，抑制短脉冲干扰，防止出现误信号。
③ 采用软件数字滤波，保证采集的量值和信号的正确性。
④ 模拟量输入采用双绞屏蔽加总屏蔽电缆，屏蔽层在计算机侧接地。双绞的组合是同一信号的两条信号线。
⑤ 开关量的输入采用多芯总屏蔽电缆，芯线截面不小于0.75mm2。输出采用普通控制电缆。
⑥ 通过可能有强电干扰地区的信号线，采用双层屏蔽电缆，外层屏蔽两端接地，内层屏蔽在计算机侧接地。
3.10.2.3.4合理布线系统
本系统采取如下布线方式，以尽量减小感应雷对系统的干扰：
低压电力电缆应从地下引入机房，其长度不宜小于50m。当变压器或电力线路终端杆离机房较近时，可将电缆环绕机房或空旷区域迂回埋设。
信号线穿钢管埋地进入机房，埋地长度宜不小于50m，一般可从线路终端杆开始埋设，直埋光缆的金属屏蔽层或钢管两端应就近可靠接地。
系统内部电源电缆、信号电缆均走金属桥架，电源电缆和信号电缆分开走线，且设置屏蔽层并可靠接地。
3.10.2.3.5浪涌保护系统
在机房总配电柜总空开输出端设置SPD1采用THDMR/4电源防雷器1套，防雷器前端配置空气开关，作为电源的第一级防护设计。
在UPS电源总空开输出端设置SPD2采用THDM40R/2电源防雷器1套，
防雷器前端配置空气开关，作为电源的第二级防护设计。
在终端设备的电源设置SPD3采用THD-CZ0防雷插座，作为电源的第三级防护设计。
在数采仪输入端设置设置SPD4采用THX05G2B信号防雷器5只。
在分析仪表的输入端设置SPD5采用THXDB9RS信号防雷器2只。
对于通讯光纤，由于其为非导体，故只需要对其屏蔽金属层实现可靠接地。
该系统结合现场情况进一步核实，确保系统安全。
3.11水站安装技术要求与设计
3.11.1安装空间及环境要求
水站放置的地面要求平整和水平、无震动。建议水站安装地面应高于取样口地面mm以上，并保证所布管道中间不得有凸起或凹下。请勿设置在严禁烟火的场所，避开产生强磁场、电场、高频率的设备。使用含挥发性有机物多的试样时，由于有可能产生易燃物质，务请注意。
3.11.2安装电源及接地要求
电源要求：
电压：VAC±10%，10A；
频率：50Hz±5%；
功率：W（包括采配水系统，空调等\工作时最大功率）
接地要求：
高质量的接地极为关键，这不仅是安全的保证，也是保证监测仪逻辑电路及中心处理器免受杂波干扰的必要措施。对于电压不稳定的地区，建议使用功率匹配的交流电源稳压器，以保护水站。不允许使用水管、煤气管道、暖气管道等作为地线。
3.11.3水站安装技术设计
水站是专为地表水在线监测设计的，水站对安装条件有一定要求。水站可直接安装在户外，外形尺寸为高mm×宽mm×深mm，占地面积小于2m2，需要移动时用叉车辅助移动。
水站放置的地面要求平整和水平、无震动。建议水站安装地面应高于取样口地面mm以上，并保证所布管道中间不得有凸起或凹下。请勿设置在严禁烟火的场所，避开产生强磁场、电场、高频率的设备。使用含挥发性有机物多的试样时，由于有可能产生易燃物质，务请注意。
水站是具备IP65防护能力的设备，可室内安装也可室外安装。室内安装时，安装环境需符合水站正常工作条件，水站占地面积为长1.4m×宽1.0m=1.4m2，四周需预留1m设备调试空间，室外安装时，根据现场条件建设必要水泥地基，避免水淹、沉降等其他外界因素的影响。安装示意图如下（仅供参考，以现场实际情况为主）：
水站安装示意图
机箱安装步骤：
1.根据现场情况建设水泥地基，推荐地基面积为2.0m*2.0m=4.0m2，地基高度根据实际情况决定（推荐高度0.5m）。并根据要求预埋线缆管道、固定螺栓或植入膨胀螺钉；
2.布置电源及水泵线缆；
3.卸装机箱地板，用叉车将机箱放置到位；
4.紧固安装螺母；
5.连接电源线和水泵线，安装地板，连接采水、清洗、泄压、排液管路
安装地基平面示意图