在线水质监测系统的应用研究
摘要：随着生活饮用水水质标准的提升，给水生产中传统的人工检测方法已不能满足水质监测的需求，建立具有自动在线监测、快速统计分析、及时报警、科学预测等优势的水质在线监测体系是新形势下水质监测系统的必然选择。
关键词：在线 水质分析 监测
生活饮用水标准不断修订提升，从GB5749-1985的35项，到GB5749-2006的106项，检测项目及限值更加科学严谨，为保证出水水质符合标准，制水厂工艺不断改进，检测过程点随之增加：从单一检测出厂水，增加到出厂水+原水+过程水(常规)检测。目前，净水厂深度处理工艺逐步推广，检测点过程水除常规工艺，增加深度处理检测、排放水检测，监测覆盖水处理全过程。伴随监测点不断增加，水质分析检测方式也从单一人工检测为主、逐渐到在线水质检测为辅(浊度、余氯、pH)，发展至目前在线水质检测+人工检测相结合方式。
一、在线水质仪表管理目标
随着自动化技术在水厂运行管理中的大量应用，在线水质分析仪表作为自动化技术的感知层，它的作用也变得越来越重要。结合原水水质特点和制水生产工艺，在线仪表从布局配置、安装验收、运行管理、人才梯队建设等多方面考虑，建立一整套规章制度及管理流程，将水质在线仪表有效应用到从制水生产到城市管网的每个环节，起到提高水质风险预警能力、提高水质数据统计分析应用能力、代替人工检测提高监测效率等效果，对提高供水水质、保障水质安全方面起到积极的作用。同时，对于优化制水厂处理工艺、提升处理效率、节能降耗提供高效水质参数支持，为建设智慧水务打下坚实基础。
二、在线水质仪表特性
在线水质分析仪表通过实时、现场操作，实现从水样采集到数据输出的快速分析;具有自动诊断、自动校准、自动清洗、故障报警等功能，在保证分析结果准确度的同时，实现无人值守自动运行，检测更加快速、连续、实时、准确、稳定。在线水质分析仪表输出数据作为水质考核依据、指导高效生产。
传感器及芯片技术的发展，在线仪表的精密度在提高，安装环境的要求也在提高，调试工作随着在线仪表功能的增强而变得复杂化，所以当进行在线仪表选型时及安装调试时，需进行全方位的思考，既要满足测量目的的要求，又要合理的进行成本控制，在精度、稳定性、运维成本以及建设成本中寻找平衡点，从而保证水厂可以即安全又经济的生产运行。
三、在线水质仪表在饮用水中的应用
1、原水监测
原水监测以水源污染防控为主。以中部某城市供水现状为例，水源地为两个中型水库，按照两个不同水源地特性，依托原水水质污染数据积累，来应对湖库型水源富营养化，搭建“大参数预防、小参数预警”实时响应的运行模式。在原水泵站、进厂原水安装水质在线仪表，对浑浊度、pH、COD、溶解氧、电导率等11项指标进行监测，所有监测结果均接入制水厂中控系统，实现声光超限报警。在线检测系统的应用，对于季节性或原水突发状况，实时预警，可有效指导制水工艺调整。
2、过程水监测
为了有效监测各工艺段水质，水质在线仪表在制水厂沉淀池出口、滤后水、清水库等监测点安装使用，实时对各工艺段水质进行监测，监测指标以浊度、余氯为主。实时监测数据均接入制水厂中控系统，水厂根据实时监测结果对工艺运行参数进行调整，以保证制水生产系统安全可靠运行，同时优化工艺流程，精确控制净水剂的投加量，降低人工检测频次，达到经济运行的目的。
3、出厂水监测
按照《城镇供水水质在线监测技术规范》要求，大型供水公司基本完成出厂水水质在线仪表配置。不同地区供水单位结合自身需求和实际，在水厂出水监测点安装浊度、pH、余氯、锰在水质在线分析仪表，实时监测和数据输出。水质管控部门可导出监测数据，并按照本单位水质管控制度、水质分级标准对监测结果进行统计、分析和考核;对超标数据进行分级报警，并以短信形式推送报警信息至相关管理人员。出厂水在线仪表的配置对水质情况掌控和水质风险预测起到积极地作用，有效保障出厂水水质安全。
4、管网水监测
管网在线监测体系以保障用户水质安全为主。一般选择在不同水厂供水交汇处、加压泵站进水、出水管线、管网末梢、重点用户、集中居民区等设置线监测点，建立管网在线水质监测网络。供水管网监测点在线水质分析项目主要为浊度、余氯和pH，在线仪表监测频率至少24次/小时。大量管网水质数据积累，构造管网水质评价及预测体系。在应对可能存在的水质问题时，管网水质报警分级推送，实时触发，可高效指导供水公司水质安全工作，降低水质安全发生风险。
四、在线水质仪表精细化管理
为保障水质在线仪表的有效稳定运行，提供科学准确、实时完整的数据，需要做好水质在线仪表的合理应用，提高精细化的管理水平。
1、仪表管理人才梯队建设
仪表运行管理人才配置是保障监测设备有效运行的决定性因素，关系到供水公司对水质管控工作的把控。随着现代水务技术的飞速发展与自动检测技术的日新月异，某供水公司采用“1+n”的仪表管理人才配置，“1”即一个科室，成立专门的仪表设备科，引进优秀人才，主抓在线监测系统的运用与管理以及在线监测技术的提升，做好管理与技术服务，包括仪表管理制度体系的建立、有效管理措施的制定和落实、在线监测技术的研究等;“n”就是仪表现场管理人员，主要负责在线监测系统的使用和运维管理，具备扎实的理论功底与过硬的专业技能，保障仪表有效连续运行，并降低备品备件损耗、延长仪表使用寿命，从而提高自动监测的稳定性，降低生产成本。
2、建立并完善管理制度和技术规范
根据国家及行业标准、规范要求，结合实际，制定符合本单位实际的水質在线仪表管理办法，并编制水质在线仪表操作规程，以规范仪表布局配置、采购、安装验收、运行维护、新增、报废与更新等工作的开展，为在线仪表设备的精细化管理提供制度保障。同时，应制定水质在线仪表安装及性能指标验收规范，对新装仪表安装、验收流程、相关性能指标验证、验收记录及存档工作等提出标准和要求，强化仪表安装验收管理工作，保障仪表有效运行。
3、水质数据信息化管理
积极推进仪表信息化管理进程，推动供水调度系统中水质管理板块的建设，所有仪表数据可接入厂部中控或供水公司调度系统，实现出厂水、管网水质报警、信息推送等功能，以便及时发现、预警和处置，将水质异常的影响减少到最低。在线仪表信息化管控，可实现数据统计查询、报表生成等功能提升工作效率，提高科学化管理水平。
4、優化在线仪表布局
供水公司可按照水质在线仪表管理要求，结合各水厂工艺设计和实际情况配置出厂水仪表安装数量，执行“一用一备”和“一厂一策”原则，规范管理。日常运行时主仪表与备用仪表进行数据比对，以保证在线数据准确性。水质考核时，一些水司是采用主仪表监测数据，当主仪表故障时立即启用备用仪表，以保证出厂水在线监测的全面性和连续性，强化水质分级管控，实现水质安全全面提升。在线监测点优化，从出厂水管道走向、管径大小、用户类型、供水区域划分等方向，与人工监测点相结合，实现大范围、全覆盖、抓重点的目的，优化管网在线监测布局，保障管网水质安全;
5、加强水质在线仪表日常运行管理
根据水质在线仪表管理办法对水质在线仪表进行管理。编制在线分析仪表台账，以实现仪表状态标识化管理。建立仪表日常巡检、比对校准、清洗维护等工作流程标准化指导手册，监督维保单位对仪表运行维护工作;对在线仪表数据进行统计分析;定期对出厂水、管网水在线仪表进行校验，对监测数据进行分级考核;编制在线水质监控运行报告，通过对数据的分析寻找水质管控中的薄弱环节，不断提高管理水平。
6、提升水质在线仪表运维技术水平
规范水质在线仪表的使用、维护与管理，应培养专业的仪表维护技能人才，定期举办水质在线分析仪表运维相关技术交流会，搭建知识技能信息交流平台，促进解决在线仪表使用、维护及管理中发现问题的时效性，从而提高在线仪表管理水平。运维管理人员从被动的解决仪表故障转化为主动预防故障发生，有效的发挥在线仪表提前预判水质、实时监控水质的作用。
引进专业的在线仪表维保队伍，通过其对仪表运行及通讯传输出现的问题更加准确的判断分析、充足的备品备件以及与仪表管理部门的更加及时的沟通反馈，提高管网水水质在线仪表运维工作的效率及品质，保证管网水水质在线仪表的有效运行，完好率更上一个台阶。
五、结束语
随着生活饮用水水质标准的提升，供水公司对水质安全加大管控，提出水质分级考核，以提升水质质量，促进水厂现场管理水平。给水生产中传统的人工检测方法已不能满足水质监测的需求，建立具有自动在线监测、快速统计分析、及时报警、科学预测等优势的水质在线监测体系是新形势下水质监测系统的必然选择。在线水质仪表在饮用水中的被大量应用，其实时准确监测输出水质参数、为保障水质安全建立一道坚实屏障。
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作者简介：祖文华 ：女，1972.11出生，汉族，山东郯城人，大学本科，给排水工程师，主要从事给水水质监测、水质安全管控研究。
作者：祖文华
摘要：城镇污水处理厂进出水水质水量在线监测系统，对于我国生态环境保护的监管有着精准定位，能有效提高环境保护执法人员的工作效率和质量。针对在城镇污水处理厂处理过程中利用人工监控方式，污水处理监管效果不突出等问题，有必要完善城镇污水处理厂进出水水质水量在线监测系统。本文论述了城镇污水处理厂进出水水质水量在线监测系统设计，提高城镇污水处理厂环境监控工作的信息化水平，优化环境管理工作，为我国推广建设在线监测系统提供理论依据。
关键词：城镇污水处理厂;进出水;水质水量;在线监测系统
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.12.081
Design and analysis of on-line monitoring system for water quality and quantity of urban sewage treatment plant
Zhao Linlin
(Taiyuan Environmental Monitoring Center，Taiyuan Shanxi 030000，China)
Key words：Town sewage treatment plant;Inlet and outlet water;Water quality and quantity;Online monitoring system
本文論述了城镇污水处理厂进出水水质水量在线监测系统设计，运用自动控制技术、计算机技术并配以专业软件，组成一个从取样、预处理、分析到数据处理及存储传输等的完整系统，从而实现对样品的在线自动监测，使我国环境监测工作的信息化水平不断提升，优化环境管理效果。
1 概述城镇污水处理厂进出水水质水量在线监测系统
1.1 发展现状
城镇污水处理厂进出水水质水量在线自动监测系统主要包括取样系统、预处理系统、数据采集与控制系统、在线监测分析仪表、数据处理与传输系统及远程数据管理中心，这些分系统既各成体系，又相互协作，以完成整个在线自动监测系统的连续可靠运行。在污水处理厂的进水口和出水口部位按照相关技术规范设置采样点、流量堰槽及安装流量计探头等，监测站房内包括在线分析仪及流量计，负责在线监测污水处理厂的水质和水量，分析计算数据，同时数据采集传输仪可以向监控中心和污水处理厂等地传输监测数据。[1]
在整个系统中，在线监测基站管理系统发挥着重要的作用，负责对污水处理厂现场仪器、集成控制单元、视频信号、监测数据等进行管理与共享，负责与远程中心管理平台的交互，实现整个监测过程的自动化及人工介入。不仅可以实时监控污染因子，还可以采集和管理仪表数据，实现系统各项功能。在系统设计过程中，需要结合仪表扩充要求，首先配置公用设备，在电源配置和基站控制接口等部位都要留出余量，布局站房的过程中需要考虑到今后扩容问题。
1.2 存在的问题
近些年，我国很多城镇安装了自动监测设备，使监测频率不断提升，同时可以获得准确的监测数据，但是一些监测设备没有联网，不利于环境监管部门掌握监测的数据。数据入库处理之后，电子文档只能进行查询检索和统计，无法为环保人员提供分析数据。[3]
分析城镇污水处理厂进出水水质水量在线监测系统运行，一些系统运行过程中缺乏稳定性，具有较高的故障率，无法满足在线监控数据的连续稳定运行，增加了运营人员的运营维护工作量及运营维护成本，对于在线监控工作增加很多不确定性，增加了生态环境监管部门分析判断在线监控设备运行情况的复杂性。此外，在数据采集、数据传输、监控模式以及系统容错等方面也存在不少缺陷，加大了相关工作人员的工作量。
不同厂家的在线监控设备系统设置不同，有些设备存在现场端可人工修改相应参数的情况，排污企业为了逃避污染因子超标监管而可能存在现场端修改参数或其他设备等弄虚作假的违法行为。
2 城镇污水处理厂进出水水质水量在线监测系统设计
2.1 设计原则
系统先进性：设计基站系统，可以满足实时在线监测要求，提供实时监测数据。需要选用先进的在线分析仪器，例如当前市场中广泛利用水质分析仪和自动采样系统，可以保障整体工作的稳定性。利用这些设备具有较短的分析周期和广泛的检测范围，可以处理各种复杂的水体，此外系统模块需要利用各种先进技术。[4]
系统稳定性：系统可以始终稳定地提供监测数据，主管机构和行政部门以此作为监管执法的依据，提高了监管执法部门的工作效率和准确性。为了发挥出城镇污水处理厂进出水水质水量在线监测系统的作用，不仅需要利用先进的分析仪器，还要保障系统集成效果，利用先进的工艺制造系统集成部件。
预警功能：在线监测系统具备自动保护功能和预警功能，在断电过程中可以发出报警，发挥报警保护作用，此外还具备设备故障报警和安全报警等功能，保障远程系统运行的稳定性。
远程监控功能：在基站系统设计过程中，为了减少系统维护的工作量，满足监管部门的监测执法要求，通过在线监控中心远程监控数据，明确在线系统的运行状态是否正常。为了保障技术的及时性，在系统中设置运营维护端口，利用现代通信手段，掌握在线监控系统的运行状态，出现故障，及时通知相关运营人员快速维护设备，并恢复正常。
2.2 工艺流程
城镇污水处理厂进出水水质水量在线监测系统运行过程中，系统首先需要采集水样，利用相关设备预处理水样，进入到测试周期，实施仪器配药，处理采集的水样。在现场端利用仪器自动监测COD、氨氮、总磷、总氮等污染因子，分析处理所有监测结果，最后远程传输采集到的监测数据。[5]
因为GPRS网络具有广泛的覆盖范围，可以快速地传输数据，保障通信质量。在城镇污水处理厂进出水水质水量在线监测系统设计过程中，在数据传输过程中利用GPRS，创新传统的通信方式，可以传输大量的数据，保障数据安全性稳定性，降低数据传输成本。
3 城镇污水处理厂进出水水质水量在线监测系统的硬件设计
3.1 设计水样采集和预处理单元
选择现场水样采集点：在设计水质自动监测站的过程中，需要选择代表性的水样，保障选择的水样在管路中不发生物理和化学变化。选择的采样点可以保证监测水质的代表性和监测数据的真实性。要按照相关技术规范要求，确定水样采集位置。[6]
水样采集单元的特点：水样采集单元包括取水泵组件和采样头以及隔离栅等部分。在实际工作中，需要控制水样吸入口和水面的距离处于0.5～1m范围内，同时，需要将隔离栅安装在采样头的四周，降低水面漂浮物的影响。在工作过程中利用自吸式取水泵，避免改变温度和溶解氧等参数，为了保障水样处于流动状态，要按照技术要求配合利用取水泵和管道内径。合理配置自吸泵的部件，当停止自吸泵的过程中，也不会发生水流失问题，维护自吸泵良好的运行状态。
3.2 设计清洗除藻单元
除藻单元主要包括计量泵和电动阀等部分，在取水管路和悬浮物参数管路中利用三条支路，负责主要除藻工作，同时利用PLC控制切换电动阀管路。在除藻过程中，首先是在管道中加入专用杀藻剂，可以将部分藻类杀灭，随后将管道排空，利用压缩气体提高管道的干燥性，可以将藻类彻底杀灭。清洗方式和除藻工作具备一致的实现方式，只是清洗方式没有实施加入和药剂加入的步骤，利用清洗工作，可以有效缩短除藻周期，节省系统运行成本。在识别运行状态的过程中，需要合理配置和处理清洗除藻工作的液位和开关量等。
4 城镇污水处理厂进出水水质水量在线监测系统的软件设计
4.1 设计监测基站的PLC软件
结合工艺要求，落实监测基站PLC自检工作，结合上位机监控系统光信号，有效控制整个基站的设备。PLC可以涉及污水处理厂所有设备的数据，通过运输处理操作之后，向上位机监控系统上传。如果电路发生故障，数据超过阈值，PLC可以停止控制设备，监控系统也可以发出报警信号。
4.2 设计监测基站上位机软件
在基站系统安装过程中，各个站的监测项目和环境参数都是不同的。在系统设计过程中，需要合理选择参数，如果监测项目发生变动，可以及时解决问题。基站管理系统负责现场设备和监测仪器通讯，同时可以交换远程监控信息，在水质系统中通讯环节发挥着重要的作用。设计参数信息界面，可以设定上位机的参数范围，并且在数据库中存放设定值，利用窗口显示数据库设置的参数。设计运行参数设置界面，用户可以利用该模块设置软件界面，系统结合参数向自动控制系统和仪器发送命令，指挥设备完成相关动作。设计远程通讯设置界面的过程中，主要设置数据报和日志上报两个方面，如果选择数据上报，系统结束仪器测试工作之后，在数据库保存数据，同时可以向在线监控中心上报监测数据。选择日志上报形式，打包处理全天存储的数据，并且向在线监控中心远程传送。[7]
4.3 设计通信模块软件
在整个系统软件中通信模块发挥着重要的作用，该模块主要是发挥GPRS网络技术，可以向环境监控中心实时传输监测数据，节省数据传输成本，同时有利于提高传输效率。各个基站利用GPRS通信方式，同时可以在IPC上显示采集到的数据。在程序设计过程中可以定义格式，服务器接收数据之后，首先判断数据格式，如果数据格式和系统不一致，可以利用服务器存储数据，否则可能会出现数据丢弃数据。
5 结束语
城镇污水处理厂进出水水质水量在线监测系统具有较强的适应性和拓展性，因此，我国各个城镇可以广泛拓展利用水质水量在线监测系统，合理监管污水处理的水质水量达标排放，优化城镇污水處理厂的工作效果，提高了生态环境部门对污水处理厂排放情况监管和执法的精准度和时效性。同时，也有不足之处，有待进一步完善。
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收稿日期：2020-09-11
作者简介：赵琳琳(1985-)，女，汉族，硕士研究生学历，中级职称，研究方向为水质监测。
作者：赵琳琳
摘要深水网箱养殖技术目前已成为海产品养殖发展的一种趋势，对养殖海域造成的污染也日益严重，而传统的水质采集受到人工或移动网络覆盖范围的限制。为解决这一问题，该研究介绍了一种基于北斗“短信息”服务的水质环境数据采集、监测系统。结果表明，该系统能够实时地将不同天气、季节、海况等条件下获取的水质环境数据通过北斗导航系统网络实时发送回数据处理中心，便于对水质数据进行统计、分析以及预警。
关键词深水网箱养殖;水质;北斗导航系统;移动通信网络;采集系统
A
Key words Deep sea cage aquaculture; Water quality; BD navigation system; Mobile communication network; Acquisition system
深水海域远离海岸且相对开放，水质较好，海水流动性好、自净化能力也较强。国外以挪威为代表的深水网箱养殖取得了巨大成功，相比传统网箱养殖，深水网箱养殖取得更显著的经济效益、生态效益。目前国家和各级政府投入了大量资金开展深水网箱养殖的引进、吸收、开发，先后在山东、浙江、广东、海南等地取得了许多成功经验，使深水网箱养殖技术成为海产品养殖发展的趋势。全面发展深水网箱养殖，是转变渔业经济发展方式的重要途径，是提升渔业产业核心竞争力的重要载体，是引领渔民增收致富的重要渠道，是优化海洋生态环境的重要举措。虽然深水海域海水流动性比较好，但仅仅通过海水流动性无法改善深水养殖场区的水质[1]。为了探索深水网箱养殖对养殖海域环境的实际影响，为理论研究和科学养殖提供可靠、有效数据[2-3]，笔者介绍了一种基于北斗“短信息”服务的水质采集、监测方法，实时、动态采集水质数据。
1系统构成
传统的数据采集方式主要有2种：一是人工采集;二是基于无线通信网络的方式采集。人工采集方式无法做到全天候、实时采集，而且人力成本也比较高;而无线方式采集又严重受制于移动网络覆盖范围[4-5]。
针对北斗卫星导航系统覆盖范围也比较广 [6-8]，同时可以提供有效的报文服务，因此设计了一个基于北斗报文信息服务的实时深水养殖水质数据采集系统(图1)。
将深水养殖区多参数水质传感器采集到的海水pH、水温、盐度、溶解氧、氮、磷等水质数据，及时可靠地经由北斗卫星系统传输回数据处理中心，数据处理中心接收数据后，将接收后的数据信息解析后存入水质因子数据库，并进行处理，如果发现超出阈值预警范围或系统设置要求，再次将数据信息及预警信息通过移动通信网发送到相关管理人员的手机。相关管理人员根据当前水质情况，可以经由移动通信网络或互联网及时将相关指令传回数据处理中心，如提高水质采集频率、修改水质预警阈值范围等，数据处理中心在接收用户指令后，通过北斗导航系统，将相关指令送达深水养殖中心站，中心站立即执行相关指令修改或查询。
1.1北斗导航系统
北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星定位与通信系统(BDS)，是继美全球定位系统(GPS)和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具有短报文通信能力[9]。
1.2北斗“短信息”服务
北斗星通公司的北斗定位通信终端模块指令根据不同的功能分为6类，分别为状态类指令、定位类指令、通信类指令、查询类指令、授时类指令和GPS类指令。通信内容以指令的方式表示，指令内容用ASCⅡ码编码，信息以字符串形式进行传输。基于此，设计了一种北斗导航系统的北斗“短信息”服务，用于传输数据信息和指令信息。
1.3采集系统
深水养殖中心环境采集系统如图2所示。数据采集端的核心控制采用nRF24le1模块，利用模块上的集成单片机作为主控制芯片，模块上的集成无线芯片进行短距离的无线数据传输，采用防水封装的多参数水质传感器进行水质参数数据采集。系统的供电主要采用大容量的锂电池和太阳能电池进行供电。
中心站和各分站之间采用查询响应模式，中心站为主模块，各分站为从模块，各从模块响应主模块指令操作。其中从模块主要用于定时发送多参数水质传感器采集到的水质数据和响应主模块的各种指令请求，如查询指令、设置指令等，主模块将各从模块采集到的水质数据按一定格式编码并经由北斗导航卫星网络发往地面数据处理中心。
1.4数据接收中心
数据中心对接收到的水质数据信息进行解析处理，存入水质因子数据库，并实时形成各种水质数据曲线，当某项水质数据超过预设的阈值，数据中心系统将通过短信网关给相关管理人员发送预警信息。相关管理人员也可以根据需要使用自己的手机或互联网查询水质信息，或给数据处理中心系统发送相关指令信息，如提高采样频率、查询当前监测数据等，数据处理中心接收到相关指令信息后，使用北斗发送阵列将相关指令实时反馈给水质环境采集子系统的中心站进行响应处理。
2采集系统
2.1北斗接口模块主控端与北斗定位通信模块连接如图3所示。
BDGMF06型数据传输终端主要是针对远程数据采集自动传输领域设计的一款北斗终端产品。它采用的是标准的RS232接口，参数如下：
①传输速率：119 200 bps。
②传输格式：1 bit开始位，8 bit数据位，1 bit停止位。
2.2软件处理流程
该系统由分站模块和中心站模块两部分组成，2个模块之间采用无线通信模块进行组网通信。其中分站模块，主要用于响应中心站指令请求，进行水质数据采集工作，同时将采集到的数据经由三无线通信模块发送回中心站。中心站模块工作流程如图4所示。
(1)中心站定时器计时到时，各分站下发定时采集指令，各分站实时采集水质数据，并将采集到的数据反馈给中心站，中心站选择短信息或北斗将各分站采集的水质数据信息传送到地面数据中心。
(2)中心站接收到地面数据中心实时采集指令后，给各分站下发实时采集指令，分站接收指令后，采集水质数据，并将采集到的数据反馈给中心站，中心站选择短信息或北斗将各分站采集的水质数据信息传送到地面数据中心。
(3)中心站接收到地面数据中心参数修改指令，及时修改采集计时数据或其他采集参数。
3数据接收中心
数据接收中心分别处理深水网箱养殖海域的水质数据信息和用户发送的管理指令信息，将采集到的水质数据经解析处理后，存入水质因子数据库，以供分析预警;而用户管理指令分为查询指令和参数修改指令2种，其中查询指令主要为要求环境采集系统实时响应采集、当前参数信息和系统运行状态，参数修改指令主要为要求环境采集系统实时修改系统参数。其执行流程分别如图5和图6所示。
4试验结果
试验地点位于东海岛养殖基地，实验时间为2个月以
上，试验主要进行北斗“短信息”数据误码率、失败率、重传率
和水质数据示意。数据中心采集系统如图7所示，试验结果数据如图8、9所示。
整个试验过程中，采集数据误码率约为0.09%，失败重传率约为0.23%。试验结果显示，该系统运行稳定，数据传输正常，通信可靠，设计方案可行。
5讨论
传统的水质数据采集方式，受制于移动网络覆盖范围，或受制于人力成本，无法实时采集。为此，该研究探讨了利用北斗导航卫星的全方位覆盖和“短信息”报文服务，提出建立一种可靠、快捷的水质数据采集方案，为探索深水网箱养殖投料、药物等可能对环境的影响提供了有效的研究数据，为后续水质环境保护和预警奠定了基础。
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作者：陈亮等
摘 要： 以STM32单片机和GPRS的无线网络通信技术为核心，设计一个功能全面、软硬件相结合的远程多参数水质监测系统。该系统将水质信息采集、数据查询、实时跟踪、预警等功能系统化，可适应我国多样的地势结构，可对水质的PH值、溶解氧和电导率等重要参数进行实时监测，实现了对水资源污染的准确测定，以及对水资源中污染物的变化趋势的有效跟踪，进而可以综合评价水质情况。
关键词： 多参数; 水质监测系统; 数据采集; 数据查询
Key words： multi-parameter; water quality monitoring system; the data collection; data query
0 引言
水质问题一直是全球关注的环境重点问题。水质监测系统发展于二十世纪七十年代，美、英、日、法、德等国先后建立了此类系统。而我国在水质自动监测、移动快速分析，以及预警预报体系建设方面尚处于探索阶段，目前生产出的产品大多存在价格昂贵、效率不佳、功能不够完善等一些弊端，因此，设计出一个功能完善的水质监测系统十分重要。
为此国内诸多学者开始研究。例如靳晟等对猛进水库的水质监测管理信息系统的研究[1];陈益等对三峡库区水质监测管理信息系统进行了设计[2]。赵自越等针对某个人工湖进行了水质预警研究[3]。席飞对基于ARM和GPRS網络的水质检测系统设计的研究[4]。王婧使用STM的32位高端ARM处理器来设计水质监测系统[5]。王令群等人实现对系统用户管理以及参数的实时检测[6]。董浩等人设计了一套微型水质监测系统[7]。路荣坤等人设计了一款远程水质智能监测系统[8]。张艳萍等人设计了一种基于无线传感器网络的水质监测系统[9]。梁斯勇等人使用水质传感器采集数据监测水质数据[10]。赖清基于GPRS的远程水质监测与分析系统的研究[11]。李金凤等对基于无线传感器网络及GPRS的水质监测系统设计[12]。刘新辉等对基于GPRS的水质参数无线监测系统设计[13] 。佟维妍等对基于GPRS数据远程传输的水质参数监测系统[14]。他们设计的水质监测系统大多基于RAM。但是相比于RAM，STM系列单片机更为简单和方便。因此，我们采用STM32的单片机和GPRS的无线网络通信技术作为研究系统的核心，结合我国目前推行的政策以及我国多样的地势结构，设计了一个对水质PH值、溶解氧和电导率等参数进行实时监测的系统，旨在对水资源污染进行测定，并对水资源中污染物的变化趋势进行有效跟踪，评价水质的综合情况，为我国水资源保护提供重要数据。
1 系统设计方法
远程多参数水质监测系统是一个基于GPRS的地域分布较广的无线网络传输、监测系统，总体上分为两部分：现场的水质参数检测装置和GPRS无线通信模块和水质监测控制中心平台。该系统框架如图1所示。
水质参数检测装置能实时检测监测点的pH值、温度值、溶解氧等，对检测到的水质参数进行数据采集和处理，将处理后的水质参数进行打包通过单片机串口传送至GPRS模块的缓存中，接着数据包被GPRS模块封装成TCP/IP数据包，最后通过GPRS IP骨干网接入Internet网将数据传送至中央监控中心。
监控中心的终端服务器对接收到的数据包进行解析、还原，并由 PC机进行显示，同时使用Delphi平台界面还可以通过GPRS网络和Internet组成的链路，把控制信号传输给GPRS，再由单片机接收并执行相应的命令。
1.1 硬件方面
1.1.1 现场数据采集模块原理框图
现场数据采集模块STM32F103实现的数据采集系统具有一定的通用性，它通过片内的A/D转换通道与外部的采集传感器进行连接。由于外部与传感器进行连接，获得是标准的电压信号，这样采集系统具有很大的通用性，只要接不同的传感器可以采集不同的模拟数据源，同时为了考虑到传感器的数字信号传输，预留了数字信号通道，这样做到系统与数据源的无关性。原理框图如图2所示。
1.1.2 STM32F103单片机系统
STM32F103单片机本身具有非常丰富的片内资源，因此，最小系统无需配置过多的外围接口器件就可以满足本系统要求，从而使电路十分简单，其最小系统电路如图3所示。
1.1.3 信号处理电路
以采集pH为例，将pH电极放在被测溶液中，根据被测溶液的酸碱度不同，pH复合电极产生不同的直流电位，为了避免后面的测量电路影响前端的测量电压，将pH电极的输出与高阻抗放大器CA3240相连，从而保证测量电压的准确性。由传感器检测到的pH信号首先通过前置放大电路对其进行放大，由于pH信号变化比较缓慢，所以可以把pH信号看成直流信号，为了防止高频信号的影响，在电路中加入了一些滤波电容滤除高频干扰。
另外，由于pH传感器是将pH信号转化成电压信号，并且当pH在0～7的范围时电压为正值，pH在7～14的范围时电压为负值，而STM32F103单片机内部集成的A/D为单极性的，为了利用单片机的片内资源，就必须把输入A/D的电压值通过差分电路转换为0～2.5V的值，使pH值在0～14范围内全能被A/D采集。
1.1.4 按键输入及电源模块
按键是单片机重要的输入设备，是人工对单片机的功能设置主要手段。本系统中用了四个按键。分别实现不同的功能，它们之间相互配合就可以完成所需要的设置。K1键：确定功能;K2键：功能加;K3键：功能减;K4键：取消功能。
另外，整个系统中STM32F103单片机需要3.3V电压，数据采集模块各运算放大器和LCD需要5V电压。考虑到硬件系统对电源要求具有稳压功能、纹波小和低功耗等特点，因此该系统的电源部分采用AMS1117-3.3把+5V电压转化为+3.3V输出，该芯片不仅能很好满足该硬件系统的要求，还具有很小的封装，能有效节约PCB的面积。
1.1.5 显示模块设计
液晶显示器具有微功耗、显示内容丰富、使用方便、超薄轻巧的诸多优点。本系统采用的是LCD12864M，LCD12864M汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字(16X16点阵)、128个字符(8X16点阵)及64X256点阵显示RAM(GDRAM)。在系统中，将STM32F103单片机的PA7接到液晶LCD12864M的4脚RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。PA6接到5脚RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读“忙”信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。PA5接6脚E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。15脚的PSB并/串行接口选择：H-并行;L-串行，这里我们选用数据串行输入，所以不需要再连接其他单片机数据线，大大节省了单片机资源。同时液晶的背景灯光有外部按键控制，从而达到降低功耗。
1.1.6 通信模块设计
GPRS模块选用“有人物联网”的低功耗GPRS模块USR-GM3，该模块无需协议，串口端发送的数据和网络端接收的数据完全一样，且使用简单，跟DTU一样，简单设置就可以实现数据传输，另外，GPRS模块GM3稳定性能够得到保证。该模块支持硬件流控(RTS/CTS)，串口數据灵活分帧(按照数据时间、长度打包)，超宽波特率范围：2400 bit/s～921600 bit/s，综合考虑，本系统波特率采用9600 bit/s。本设计采用串口与GPRS相连，GM3的35脚TXD1与单片机的PA9相连，36脚RXD1与单片机的PA10相连。连接如图4所示。
但是考虑到该模块最好是3.8V电压供电，并且工作电流为750mA，相比起系统的其他模块，GPRS是功耗最大的部分，所以单独设计了电源模块，采用MIC29302BU芯片将5V电压转化为3.8V输出。该芯片不仅能很好满足该硬件系统的要求，还具有很小的封装，能有效节约PCB的面积。
1.2 软件方面
1.2.1 主程序设计
主程序首先完成初始化工作，打开开机界面等待GPRS模块初始化完成，然后打开定时器中断，进入While(1)死循环;再由定时中断完成判断检测按键，从而实现不同的功能设置，设置好之后连接GPRS网络。启动A/D，进行循环的数据采集及处理、数据发送和数据显示。
1.2.2 GPRS通信模块程序设计
在系统的GPRS驱动程序的具体实现过程中，STM32F103单片机是通过全双工通信方式发送AT指令对其控制的。通过AT指令可以实现模块参数的设置，实现数据的发送与接收。与此同时，AT为解决因GPRS移动网络信号小小间断带来的无法连接的问题，设计了AT重联服务器的策略。
1.2.3 监测中心平台设计
监测中心主要完成以下功能：建立完成对网络中传输的数据监听、接收，并在Delphi界面上显示，同时Delphi中控制信息通过Socket传输给Internet公网，然后由GPRS模块接收并发送给单片机系统。网络数据的监听和接收及显示部分，主要是将GPRS模块传输的数据经由GPRS网络通过Internet网络进行接收并读取。在此利用Delphi通过WinSock接口和MFC WinSock类实现。监测中心启动监测以后，系统首先建立Socket并将其设置为“监听”模式，等待GPRS端的连接请求。当两端建立通信以后，监测中心平台就可以接收来自于采集端所发送的pH值、温度等信息。同时平台还可以通过Socket发送信息给参数监测模块，从而进行有效的反馈控制。
1.3 监测：网页Web端
用户可以通过使用本系统提供的专属账号登录水质监测网页，在网页中查看当前监测点的水质信息，使得用户可以相对清楚的了解水质监测信息。
网页分为数据采集、挖掘分析、监测指标、示范点这四个部分。
数据采集中可以选择不同监测点、不同时间监测到的水质信息进行查看，可以选择看单纯的数据视图或看折线图，同时可以选择是所有数据都叠在一起看还是每一项指标分开来看。
挖掘分析是通过将监测到的数据通过算法进行分析整理，从而推测出该区域的水质信息情况，以及预测未来一段时间内该区域的水质信息。同时该部分还具有监控预警功能，监控预警是通过将监测到的数据与正常水质数据指标进行分析对比，如果发现监测到的数据在指标的边缘或者超过指标，就会发出警报，向负责人的手机发送水质信息异常的短信。
1.4 监测：手机APP
用户可以通过下载本系统的水质监测APP，并使用专属账号登录进APP进行查看当前监测点的水质信息，使得用户对水质信息有一个大致情况的了解。
用户登录进入页面后直接显示监视数据的主界面。通过数据和折线图相结合的方式，让用户可以快捷且直观的找到自己想要的数据。
用户可以通过选择不同的监测点来查看当地水质情况。
当用户发现当地水质信息较差时可以对其进行投诉。
2 结果与讨论
2.1 设计产品的性能特点
我们研发设计的水质监测系统与其他系统相比有以下优点。①监测仪体积小，便携，使用方便，数据准确度高。②投资少，建站快，分析仪前置，无需大面积站房。③运行费用低：仪器低功耗，运行稳定可靠，无需专业运营服务。④数据具代表性：直接接触水体，监测到的数据直接来源于水质实体，无预处理等环节。⑤数据采集方式多样化，目前系统已实现定点采集，人工采集，移动船采集三种采集方式，每种采集方式均可实现实时出数据。⑥快速反应：实时监测水质数据信息，当发现水质信息有异常时会进行报警提醒，拥有一套完整的预警系统。⑦异常自动留样：当任何一个监测因子数据异常时，系统立刻启动采样留样。也可遥控采样或定时采样。⑧性价比高：一台机器可集成监测多个水质参数，生产成本相比于同类产品小。⑨维护量极小：分析仪基本免维护。⑩查看信息方式多样化：不仅可以实地查看，还可以登录网站或手机APP查看监测点的水质数据信息。
本系统监测参数有：pH值、电导率、温度、溶解氧、浊度、氨氮。
本系统软件与硬件相结合，网络端与移动端相匹配，通过各传感器将水质六大参数信息采集后，通过无线通讯网络传输到中控服务器，由中控服务器将水质信息通过无线通讯网络传输到平板大屏幕、移动端和电脑客户端，用户可以登录相应的网站和手机APP实时查看水质信息，于此同时，平台拥有数据反馈和报警预警机制，如若发现水质信息数据存在异常，即水质存在污染情况时，平台将向用户发出警告信息，用户可通过三种方式来查看当前水质信息，当用户进行实地查看，并采取相应措施使得水质信息数据达到正常时警报方解除。该系统功能图如图5所示。
本系统监测显示水质数据信息结果如图6所示。
3 结束语
我们设计的远程多参数水质监测系统集软件和硬件为一体，以STM32单片机和GPRS的无线网络通信技术为核心，实现了将水质信息采集到数据查询、实时跟踪、预警等一系列功能系统化。该系统可以适应我国多样的地势结构，可对pH值、溶解氧和电导率等重要参数进行实时监测，实现了对水资源中污染的测定，以及对水资源中污染物的变化趋势有效跟踪，可以综合评价水质的情况。目前该系统已在东湖试验成功，在乌镇和新安进行新的一轮试验。我们预留了251个空白位，让用户可以自行选择想要检测的数据并上传至监测端以备查看。接下来，我们将对更多水质参数信息进行监测，使得对水质的综合评价更加科学客观，并提高监测的准确率，同时将完善系统的相应功能，使其可以被更好的使用。
参考文献(References)：
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[14] 佟维妍，刘春梅，赵国材.基于GPRS数据远程传输的水质参数监测系统[J].自动化与仪表，2010.25(7)：52-55
作者：刘泽龙 孙志忠 傅奕萱 吴剑
一、游泳池水质在线监测系统重要意义
公共场所的水质安全有待检测，对于爱好游泳的人而言，即使在寒冷的冬季，游泳依然是个很好的健身方式 ，但是关于这公共场所的水质安全问题，需要严格把关。过设在游泳场馆内的在线监测装置，水质余氯、浊度等情况即时显示在区卫生监督所及管理者电脑上。现在很多游泳场馆安装泳池水质远程在线监测系统，对水质进行24小时不间断监测。
游泳场所水质是否达标一直是广大泳客关心的问题，传统的人工定时监测并不能够实时监测游泳场所的水质变化，水质监测共组存在一定的时空局限性。因此，近年来，水质在线自动监测设备在游泳场所开始普及。
二、建设水质在线监测背景
1.部分游泳池消毒剂过量添加，余氯含量严重超标，刺激眼、耳、鼻、喉和皮肤黏膜，使头发褪色，甚至可能会生成氯仿等有致癌作用的有机氯代物。
2.部分泳池水没有有效循环净化，游泳池补水量、补水频率不够，池水更新不足，造成尿素超标。 池水PH值、水质浑浊度、尿素指标、游离性余氯含量等检测结果会第一时间传送到电脑和手机客户端，方便游泳馆工作人员和卫生监督员掌握游泳池水质的动态数据。而数据一旦超过限定值，系统就会发出提醒，卫生监督员也会马上督促经营者整改。
过去，游泳池的消毒状况一直不好掌控。这是因为游泳池主要使用含氯的消毒剂，如果池水中游离余氯的含量过高，会引发皮肤瘙痒、结膜炎等;但如果过低，又起不到消毒作用。
启用在线实时监测系统之后，除了监测消毒情况，还可以自动调节池水的余氯含量——如果检测发现余氯含量指标过低，系统会自动加入含氯消毒剂;一旦余氯含量指标过高，就会停止加入消毒剂，入水口自动注入新水。
“以往我们抽查泳池，池水送到检测机构，差不多需要一星期才能有检测结果，效率比较低，也不能及时采取卫生监督措施。”上城区卫计监督所的工作人员表示，在游泳场馆应用“互联网+”卫生监督模式，既方便了游泳场所管理人员的工作，又能确保卫生监督员及时有效地维护泳池水质。同时，游泳爱好者们也可以通过游泳场所显示的数据了解每天的水质状况。
三、游泳池水质在线监测内容： 多参数工业水质分析仪，能同时测量：电导、温度、pH、溶解氧、氧化还原、浊度，共六个参数。各通道之间相互独立，无切换开关转换，互不干扰
1、
2、
3、
4、
5、
6、 室内温湿度监测 游泳池水温度监测 PH值监测 余氯监测 浊度监测 尿素监测
四、泳池水质标准
运动会非常重要的竞赛内容之一的室内水上运动，都离不开对游泳池水质的控制、监测与处理，要求池水的感官性状良好,水中不含有病原微生物,水中所含化学物质不得危害人体健康,保证游泳池水水质的安全、可靠。
由中国建筑设计研究院作为主编单位，中国游泳协会、中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所等12家单位参编，负责编制的《游泳池水质标准》(CJ244-2007)已于2007年10月1日开始执行了，这个标准以世界卫生组织(WHO)制定的《游泳池、按摩池水环境指导准则》(2006年版)为主要依据，同时执行国际游泳联合会(FINA)水质卫生标准，对我国原执行的《游泳场所卫生标准》(GB9667-1996)中“人工游泳池池水水质卫生标准”进行修改、编制的。 (1)、游泳池池水水质常规检验项目及限值
1、浑浊度/NTU≤1
2、pH7.0～7.8
3、尿素/mg/L≤3.5L
4、菌落总数【36±1℃,48h】CFU/ml≤200
5、总大肠菌群【36±1℃,24h】每100ml不得检出
6、游离性余氯/mg/L0. 2～1.0
7、化合性余氯/mg/L≤0.4
8、臭氧采用臭氧消毒时/mg/m3≤0.2以下水面上空气中
9、水温℃23～30 (2)、游泳池池水水质非常规检验项目及限值 序号项目限值
1、溶解性总固体TDS/mg/L≤原水 TDS+1 500
2、氧化还原电位ORPmV≥650
3、氰尿酸/mg/L≤150
4、三卤甲烷THMug/L≤200 (3)、在世界卫生组织的“游泳池水环境指导准则”中对消毒剂余量的规定
1、残余氯≤5mg/L(池中保持余氯为1mg/L)
2、化合性余氯的浓度≤0.2mg/L(游离性余氯的1/2)
3、游离残余浓度2mg/L(高浓度)≤0.5mg/L(低浓度)
4、O3浓度≤0.2 mg/m3
5、氰尿酸(Cyanuric acid)≤100mg/L 其中，美国10mg/L≤150mg/L 澳大利亚≤100mg/L(在室内游泳池和SPAs中不宜使用异氰尿酸) 英国≤200mg/L(应用在要求较低的游泳池水处理中)
6、溴基≤1～6mg/L
7、溴基+臭氧≤15～20mg/L
8、DMH(二甲基乙内酰脲)≤200mg/L
五、游泳池水质监测参数
游泳池水质检测项目主要包括：浑浊度、PH值、尿素、游离性余氯、化合性余氯、细菌总数、总大肠杆菌群、臭氧、水温、溶解性总固体、氧化还原电位ORP、氰尿酸、三卤甲烷THM。
浑浊度： 浑浊度也就是池水的清澈度，是反映池水物理性状的一项指标，可以直观反映出池水中悬浮污染物颗粒含量的多少，浑浊度也就是池水的清澈度或透明度。浑浊度过 大：①不易看清池底，影响游泳者的游泳感觉，并且影响岸边救生员的视线，容易引起事故或延误急救工作;②过多的颗粒物有可能会伤害游泳者的眼球;③水中所 含各种微生物较多，有可能会传人疾病;④需要消毒剂量多，杀菌效率差。 PH值：PH值时反映水的酸碱度的一个指标，过酸和过碱环境容易对游泳者眼睛和皮肤造成刺激。国家规定的游泳池水PH标准是6.5-8.5之间。
尿素：尿素含量是我国游泳池水质标准中一个特有的标准。池水中的尿素主要来源于人体的汗液、分泌物和排泄物尿素含量过多表明池水的污染程度越高。
游离性余氯：游离性余氯的规定是为了保证游泳池水具有持续性的消毒能力，是为了抑制水中残存的细菌再次繁殖，防止交叉感染和应付游泳负荷突然增加对池水带来的不利影响。
化合性余氯：化合性余氯是指在池水中以氯氨等化合状态存在的氯消毒剂浓度，化合性余氯具有强烈的刺激性，会引起鼻黏膜炎和结喉炎。因此，限制化合性余氯的浓度很有必要的。理想的浓度应为游离性余氯的一半或更低。
细菌总数： 细菌总数是衡量游泳池水处理设备系统运行质量的一个指标，是为了了解池水消毒是否彻底的一种有效方法，也是灭菌效率的一个重要指标。池水中有足够的消毒剂 余量，PH值维持在规定限制范围，池水的循环周期合适，经常对游泳池过滤设备进行反冲洗，加强游泳池卫生管理，细菌总数是完全可以得到控制的。
总大肠杆菌群：如果游泳池水中存在的大肠杆菌群数量较多时，这就意味着池水已经受到了人的粪便污染。
臭氧：臭氧具有强氧化性，是非常强的氧化剂和消毒剂，臭氧是一种有毒气体，当室内空气中臭氧具有一定的含量时，游泳者吸入人体内容易造成中毒。我国规定的游泳池水面上空气中臭氧的浓度限值为0.2mg/m3。
水温：舒适的水温应为23-30℃，不同的游泳池其池水的温度是不同的，水温过低和过高人体都容易感觉到不舒服。
溶解性总固体： 溶解性总固体是指导池水是否需要稀释或更新的指标，溶解性总固体过多对池水的影响：①池水会变浑浊;②氯失效;③会使池水变色;④过滤周期缩短;⑤池水产 生异味。溶解性总固体过少对池水的影响：①降低过滤效果;②使水呈现轻微的绿色。该检测项目属于我国游泳池水质标准中非常规检验项目。
氧化还原电位(ORP)：该项目是表示消毒剂杀死细菌能力的指标，是国际水质标准的指标，ORP是测量消毒剂氧化能力的强弱，而不是测量消毒剂含量。实践证明，只要池水PH值在标准规定范围内，ORP值>650mV，则池水中的细菌量应该是在运行范围内。
氰尿酸：氰尿酸是二氯异氰尿酸钠和三氯异氰尿酸钠的总称，是一种有机消毒剂，在池水中会不断累积，过少会被阳光分解，过多容易影响消毒效果，所以使用这两者消毒剂时，必须对氰尿酸进行监测和控制。
三卤甲烷(THM)：三卤甲烷是使用氯消毒的副产物，具有致病、致畸和致癌之潜在物质，因此控制池水中三卤甲烷的含量不可忽视。
多参数泳池水质在线分析仪主要完成水中余氯(可增加总氯测量功能)、浊度、pH、ORP、温度的长期连续测量。余氯采用DPD试剂比色光度法测量，浊度采用90°散射光测量，pH、ORP采用电极法，温度采用铂电阻法。
六、水质在线监测系统组成：
1、可编程控制器、LCD显示屏和AD转换;
2、采样系统;
3、余氯(总氯)试剂、控制、反应、光度测量和清洗部分;
4、浊度探头测量和清洗部分;
5、pH、ORP、温度测量和流通池部分;
6、数据存储和通讯部分;
7、系统标定和自诊断部分;
8、数据传输单元
9、机箱和结构部分。
七、水质在线监测系统功能特点
1、实现多参数水质数据的实时在线分析;
2、采用步进电机控制的蠕动泵，实现精密计量加样;
3、实现标定和自诊断;
4、外观设计紧凑美观。
5、水质分析模块+PLC+人机界面;
6.水质分析指标由客户约定(电导率、pH、ORP、余氯、浊度、温度等);
7、根据客户要求输出开关、模拟或脉冲信号控制加药泵、臭氧/二氧化氯/紫外线发生器、换热器、毛发收集器、泳池环境温度/湿度、泳池环境灯等相关设备;
8、通过水质分析、流量、时间等指标等实现单一或复合控制方式投加药剂;
9、通过采集流量、压力、液位等相关信号，保证系统安全运行;
9、RS485通讯，实现远程有线/无线数据传输及远程控制;
10、利用现场USB或远程GPRS/INTERNET无线系统实现程序下载与升级。
11、恒电位测量技术，运行稳定、极少的维护量;
12、余氯/二氧化氯、pH、温度测量和时间管理一体化系统集成平台;
13、(0.01-2.00)mg/L和(0.01-20.00)mg/L测量范围可选;
14、彩色仪表显示界面，中英文双语种、引导式操作菜单;
15、上位机RS485数据通信端口，标准化的通讯协议;
16、双通道、全隔离(4~20)mA电流环，余氯、二氧化氯，pH，温度信号自由组态发送;
17、三通道光电开关控制(可自由组态指向余氯、二氧化氯，pH，温度，定时管理);
18、DC24V供电，电源端口极性内部自动识别。
1、水质在线监测指标：pH、ORP、温度;
19、系统具有多路继电器控制节点，可以实现对控制对象的开启和关闭，同时还有多路OC门形式的电子开关，能够输出频率和PWM控制信号，驱动不同类型的计量泵好直流泵，获得不同的药剂投加速度;
20、系统接受液位开关信号输入，作为液体药剂桶低液位报功能引入系统进行智能9连锁控制。
1 引言
水质污染自动监测系统(WPMS)是一套以在线自动分析仪器为核心，运用现代传感技术、自动测量技术、自动控制技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通信网络组成的一个综合性的在线自动监测体系。WPMS可尽早发现水质的异常变化，为防止下游水质污染迅速做出预警预报，及时追踪污染源，从而为管理决策服务。
水质自动监测在国外起步较早，我国在水质自动监测、移动快速分析等预警预报体系建设方面尚处于探索阶段。1998年以来，我国已先后在七大水系的10个重点流域建成了100个国家地表水水质自动监测站，各地方根据环境管理需要，也陆续建立了400多个地方级地表水水质自动监测站，实现了水质自动监测周报。目前国内所用的自动化监测系统多为国外进口设备，水质自动化监测装置在制造上已不能满足快速发展的水质监测的需要，因此，国产化自动监测仪有广阔的开发前景和潜在的销售市场。
WPMS可以实现监测自动化、实现水污染的预警预报，对于防止污染事件的进一步发展可起到至关重要的作用;WPMS还可以实现水质信息的在线查询和共享，可快速为领导决策提供科学依据。
2 水质在线监测系统的组成
水质在线监测系统由采样单元、分析测试单元(监测仪器)、数据采集与传输单元、监控中心四部分组成。目前，应用比较多的是水质COD、NH3-N、TOC、 TN、TP、五参数、UV等在线监测系统。
2.1 采样单元
目前大多数采用自吸泵或潜水泵方式采样，建议采用 10～20目的金属筛网阻隔，避免漂浮物堵塞采样口。自吸泵扬程应保证大于实际采样高度的2倍。采用潜水泵采样的系统，应保证潜水泵在液位变化情况下能正常工作。
2.2 在线监测仪器
(1)COD在线监测仪器
根据氧化方式不同，可将COD在线监测系统分为两大类，即采用重铬酸钾氧化和非重铬酸钾氧化方式。重铬酸钾氧化方式可分为重铬酸钾消解—光度测量法，重铬酸钾消解—库仑滴定法、重铬酸钾消解—氧化还原滴定法。非重铬酸钾氧化方式可分为臭氧(混合氧化剂)氧化—电化学测量法羟基氧化—电化学测量法。
(2)NH3-N在线监测仪器
NH3-N在线监测仪可分为滴定法、比色法、铵离子选择电极法、氨气敏电极法、电导法等方法。
(3)TOC在线监测仪器
按原理不同，可将TOC在线监测仪器分为燃烧氧化—红外吸收法、紫外催化氧化—红外吸收法和电导法。
2.3 数据采集与传输单元
数据采集传输仪通常采用单片机、可编程控制器或工控机方式，不论哪种方式，通讯协议应全国统一，以方便仪器连接通讯。数据传输方式可采用电话线、 GPRS、GSM、局域网、无线电台等多种方式。
2.4 监控中心
监控中心的主要作用就是接收、汇总、统计各污染源的监测数据。
3 水质在线监测系统的发展历程
目前在我国生产销售水质在线监测系统的厂商约有 50家，通过认证的厂家有30多家。我国水质在线监测系统经过十几年的发展，从技术引进吸收到拥有自主产权的专利产品，从半自动化发展到信息化，从作坊形式发展为监测专用仪器的支柱产业之一，涌现出一批技术精良、服务周到、规模较大的龙头企业，纵观水质在线监测系统的发展历程，大致可以分为以下三个阶段。
3.1 初期阶段
1996年，国家环保局发布的《排污口规范化整治技术要求(试行)》中规定：列入重点整治的污水排放口应安装流量计;一般污水排污口可安装三角堰、矩形堰、测流槽等测流装置或其他计量装置。全国规范化的排污口开始安装流量计和采样器，这可称为最初的在线监测系统。
自上世纪90年代初到2001年，国产水质COD在线监测仪器开始问世，主要生产企业有：北京环科环保技术公司、南京德林环保仪器有限公司、兰州炼化环保科技有限公司、河北先河科技发展有限公司、山东省恒大环保有限公司、广州怡文科技有限公司等，在重点省份、重点行业开始推广应用，为国产COD在线监测系统奠定了基石。此阶段的特点可归纳为以下几点：
(1)产品较单一
最初排污现场仅安装流量计、采样器和水质COD在线监测仪器，因此，根据行业发展需求，各公司推出了自己的产品，但基本都是采用重铬酸钾氧化原理的 COD在线监测仪器。
(2)生产规模小
受市场需求制约以及环境管理对在线自动监测的认识不够等多方面因素的影响，各公司的资金、技术投入较小，生产企业的规模都小于20人，且以手工单台组装调试为主，没有形成规模化生产。
(3)产品质量不稳定
由于当时利用重铬酸钾氧化原理的水质COD在线监测仪器为全新产品，国际上无经验可借鉴，将实验室 COD的手工分析流程浓缩成机械化产品，高温、强酸等因素影响产品的稳定性，加之国内元器件质量不过关，使得整机的稳定性受到影响。
(4)安装量小
2001年前，全国已安装的COD在线监测仪器约百余台，且集中在经济发达省份(如江苏、浙江等)，而经济欠发达地区，几乎都没有安装COD在线监测仪器。
3.2 发展阶段
2001年，国家环境保护总局颁布了化学需氧量(COD)自动在线监测仪产品技术要求(HBC6-2001)，根据此技术要求，国家环境保护总局环境监测仪器质量监督检验中心对COD在线监测仪器进行了适用性检测，已有30多家企业的产品通过适用性检测。此阶段的特点有：
(1)产品逐渐多样化
根据环境管理要求和市场需求，在此背景下，国内生产企业开始研制其它水质在线监测系统，如 COD、NH3-N、TOC、TN、TP水质五参数等在线监测仪器。
(2)产品质量逐渐稳定
经过几年现场的安装运行，逐渐摸索出适合中国国情的水质COD在线监测系统，从仪器各零部件的选择、采样方式、消解方式、数据传输等多方面对仪器进行了改进，使得仪器的稳定性得到飞速提高。
(3)生产厂家急剧增加
本阶段，国际上知名大企业开始逐渐进入中国市场，如岛津国际贸易有限公司、美国HACH公司等都带来了自己先进的产品，国内生产厂商如雨后春笋般的涌现出来，如江苏就有8家COD生产厂商。
3.3 网络化阶段
2006年以后，尤其是“污染源减排三大体系能力建设”项目实施后，要求占COD污染负荷60%以上的国控重点污染源必须安装在线监测仪器，且必须联网运行。初步形成由地(市)、省、国家的三级网络。安装仪器数量增多、运行管理逐步规范，尤其是出现了一批专业化运营维护队伍，对水质在线监测仪器的发展起到了推动作用。
4 水质在线监测系统的技术前沿
4.1 重金属在线监测技术
由于重金属污染的危害性，建立重金属污染预警系统对重金属污染进行实时监控，变得日益紧迫，重金属在线监测仪器的需求近年来也日益显现，目前重金属在线监测仪器基本依赖进口，进口仪器价格昂贵。为打破对进口仪器的高度依赖，针对重金属在线监测技术难题，不少科技创新企业通过加大科研投入，相继推出一系列重金属在线监测仪，填补了国内空白，结束了国外技术垄断的历史。
六价铬、铜、镍等重金属在线监测仪在电子工业发达地区已有小规模的安装，目前国内的主要生产厂家有南京德林环保仪器有限公司、北京环科环保技术公司等，但重金属在线监测仪品种比较单一，技术和质量与国外相比还有些差距，这方面的市场还有待开发。
4.2 水质毒性在线监测技术
海洋中的明亮发光杆菌经过驯化后，可以作为毒性的判断指标。通过实验逐步确定了氨氮、酚、六价铬、氟、硫化物、COD、H2S、Cl
2、SO2等不同毒物间对发光细菌发光反应的抑制速率的差异，污染水质对发光细菌的影响程度以及与标准毒物HgCl2相对应的毒性等级。
通过测定发光细菌发光度的变化，量度被测水环境样品中由微生物、重金属和有机污染物所造成的急性生物毒性。与传统的将鱼、藻和其它水生生物作为检测指示生物相比，发光细菌法简便、快速、灵敏、适应性强、重复性好、精度高、费用低、用途广。发光细菌毒性检测最显著的特点是一次试验就能够定性或定量鉴别被测水样中的全部有毒物质，具有灵敏度高(ppm级)、准确度好(误差小于10%)、速度快、检测范围宽(包括铬、镉、铜、铅、镍、汞等重金属离子，DDT、有机磷等农药、24D等激素，洗涤剂、溶剂等有机和无机有毒物质)、方法简便，不需生物专业人员、检测费用低、适应性强，可在现场检测，也可在实验室检测等优点。
但目前我国还没有水质综合毒性检测系统的生产厂家。国内企业格维恩科技有限公司、上海艾晟特环保科技有限公司等都是代理销售，还没有形成自己的产品。随着人们对水安全的重视，对水质综合毒性的在线测定变得日益重要，这方面的市场潜力还是相当大的。
4.3 生物传感器的应用
生物传感器测定法是利用生物分子优良的分子识别功能，结合转换功能进行测定的检测方法。利用与待测物质具有良好选择反应的生物分子进行测定。随着反应的进行，生物分子及其反应生成物的浓度会发生变化，通过转换器变为可测定的电信号，从而达到选择性测定待测物质的目的。
目前已经有相当数量的生物传感器投入到大气和水中各种污染物质含量的监测中，在发达国家如英国、法国、德国、西班牙和瑞典，在水质检测过程中都采用了生物冷光型的生物传感器。生物传感器因其具有快速、连续在线监测的优点，将会有更广泛的应用，在测定二恶英等剧毒物质时能够做到安全检测。
4.4 荧光法的应用
荧光法是一种测定水中溶解态有机污染物的方法，用320nm激发波长，在430nm测定荧光强度可获得有机污染物的信息。与260nm测定DOC的UV信息有良好的相关性，且灵敏度和精确度都比UV法好。荧光法在自动监测系统中的应用前景很好，早在“九五”攻关中，中国环境监测总站就使用了排水中油类的直接荧光法自动监测。
目前代理销售的企业主要有北京爱格森自动化有限公司、北京渠道科学器材有限公司、北京首选科技有限公司等。
4.5 酶联免疫法(ELISA)的应用
生物法中，常用的生物分子是酶及抗体，即酶联免疫法(ELISA)、聚合酶链式反应(PCR)、表面胞质团共振检测(SPR)等。常用的转换器有电极、各种光学装置及石英振子等。
日本报道了生物检测法(ELISA)使用二恶英类自动前处理装置。大肠菌群是地表水和饮用水源地的必测指标，其自动监测的实现可大大减少监测人员的工作强度，在其自动监测系统中使用了与培养法完全不同的原理，即生物发光、化学发光法。
以酶联免疫法(ELISA)为原理的检测技术是目前发展的最新领域，用于化学毒性物质检测具有以下特点：
(1)具有很高的灵敏度，仅用少量试样便可完成检测; (2)选择性好，且比仪器分析的试样前处理方法简单，操作简便、快速;
(3)能得出环境污染物对生态影响的直接及综合信息;
(4)设备价廉，能够实现自动化，并可应用于多个试样同时处理，快速检测。
我国已颁布了采用ELISA的水和土壤等中污染物的检测方法。
5 水质在线监测系统的展望
水质在线监测系统在发展历程中主要存在以下问题：
(1)产品集中度过低，企业规模偏小，缺乏长远利益的共识，竞争无序;
(2)产品品种单一，高新技术含量低，功能趋同化严重，质量难以持续稳定;
(3)缺乏产业规制，企业进出条件要求较低;
(4)资金紧缺，限制了发展。
与国外的连续自动监测产业相比，我国的连续自动监测产业尚处于发展初期，针对发展中存在的问题，不论是政府、水质在线监测系统生产企业还是排污企业自身都应该拿出积极稳妥的方案以应对国际和国内的竞争态势。
5.1 加强核心技术的研发，应对日益多样化的环境监测需求
连续自动监测企业应加强与高校和研究部门的合作，提高产品的技术含量，丰富产品种类，使产品功能多样化，增强企业的竞争实力，以应对环境监测和环境管理发展的需要，国家应根据未来环境管理发展的需要，加强技术引导，加大对关键技术的投入力度，提高并加快系统的国产化率，引导企业的技术走向。
5.2 加强企业间合作，促进仪器生产规模化
在配合产业规划，提高行业进入门槛的同时，对现有的连续自动监测仪器企业进行企业间合作和兼并的引导;对重点企业加大支持力度，出台减免税收等优惠政策;促使仪器生产规模化，尽快建立现代企业制度， 淘汰作坊式生产和家族式管理模式，提高产品质量的稳定性。企业间的合作不仅应表现在技术的共同开发上，而是应更多地表现在市场的开拓、销售和运营维护的配合以及技术人员的培训上;兼并也不应仅表现在同类企业之间的以大吃小，而应更多地表现在不同类企业以及上下游企业间的优势互补上。
5.3 制定和修订相关规范
为配合污染源减排三大体系能力建设项目实施，环境保护部相继制定和修订了一系列标准，如《水质在线监测系统安装技术规范》、《水质在线监测系统验收技术规范》等，为规范水质在线监测系统的安装、运行奠定了基础。但是，随着环境管理的不断加强，随着仪器种类的不断增多，还应制定新的规范或标准，对已有不适应要求的规范标准要进行修订，如《水质在线监测仪器安装验收、安装标准》中，验收周期长、工作量大、低浓度指标要求过于严格等问题。
5.4 控制产品质量，执行环境监测仪器认证制度
加大对环境监测仪器的监督管理，建立和完善环境自动监测系统资质认证认可制度。适时完善环境监测仪器的发展规划和技术政策，明确水质环境监测仪器发展方向，指导和规范环境监测仪器的健康发展，避免企业盲从。要通过中国环境监测总站对环境监测仪器的技术水平和质量状况进行适用性检测，并向社会公布。
5.5 规范化运营与管理
在线监测系统的运营与管理是保证在线监测正常运转的基石，规范化的运营已是迫在眉睫。环境保护部对运营单位进行资质认可，对运营人员进行持证上岗考核，出台了《自动在线监测运营管理办法》，逐步规范了在线监测系统的运营。目前在线监测系统的运营已成为在线监测系统经济发展的增长点之一，运营管理已由无序向有序、由“游击”方式向专业化方向转变。
5.6 产业发展
(1)以目前人工采样和实验室分析为主向自动化、智能化和网络化为主的监测方向发展;
(2)由劳动密集型向技术密集型方向发展;
(3)由较窄领域监测向全方位领域监测的方向发展;
(4)由单纯的地面环境监测向与遥感环境监测相结合的方向发展;
(5)环境监测仪器将向高质量、多功能、集成化、自动化、系统化和智能化的方向发展;
(6)环境监测仪器向物理、化学、生物、电子、光学等技术综合应用的高技术领域发展。 文章链
接
：
工
控
网
(
百
站
) http:///Tech_news/Detail/66105.html
岗位职责
水质自动监测系统管理人员岗位职责
一、监测站点的各组成部分进行维护、维修和保养，定期更换易损易耗件
二、每周巡视监测站点1~2次，做好各种现场记录
三、通过专用维护软件每天查看各监测站点的运行情况，做好记录
四、定期更换监测站点所需各种试剂，所需仪器使用的蒸馏水、试剂、标准溶液
等均达到【国家环境监测技术规范】中的质量保证要求
五、认真填写各项运行记录并妥善保存
六、定期上报各监测站点的数据、图标、统计等
七、定期对信息管理中心和整体通讯进行测试和调试，并做好记录
八、定期对监测仪器进行标样校准和实际水样对比校准，并做好记录
九、做好固定资产的管理，备品备件的登记和使用管理等工作
十、发现故障应及时解决，超过24小时不能及时解决的向公司本部和业主方报
告，同时做好手工留样，进行实验室分析等应急补救措施 十
一、 做好监测站点的安全保卫工作，切实做好防盗、防火措施，防止其他人
或自然事故的发生
十二、 服务人员原则上是要在技术服务承诺时间内到达现场并在12个小时内 解决问题。
十三、 服务人员若遇到特殊情况，不能按时到达服务地点，应及时跟客户联系、
说明原因，并将具体情况向上级领导进行说明。 十
四、 服务人员在现场遇到问题，未能当场解决或本人无法解决时，必须及时
与公司联系，共同分析其原因，找到解决问题的办法，然后安排下一步工作。 化学器皿、试剂使用管理制度
一、 各基站负责人应保管好化学试剂，分类存放、定期检查使用和保管状况，
定期提出补充计划，保证配置合理、有序
二、 易燃易爆试剂应放在通风阴凉处，且不得在站房内大量积存。保存在子 站房内的少量危险化学品应严格控制，加强管理
三、 如有剧毒试剂，除专人保管外，还需加锁存放，经批准方可使用。使用 时至少共同称量，并记录用量。
四、 取用化学试剂的器皿应分类存放，并做到每种化学试剂用一种器皿，避 免混用
五、 稀释浓酸、碱等试剂时，应按规定的要求操作和储存。使用有机溶剂和 挥发性强的试剂操作时，应在通风良好的地方进行。
六、 按实际消耗需要配制在线分析试液，并在保质期内使用，以节省成本， 保证监测分析质量。对需要购进的进口分析试液，要做好计划，并按规定储 存保管和使用
七、 对配制好的试剂溶液、标准溶液，要按规定粘贴瓶签，按规定标示溶液 名称、浓度类型、浓度值、介质、配制日期、配制温度、保质期或核校周期、 配制人等。
八、 定期检查保管储存的试剂、试液，并对不符合质量要求或过期变质等的 试剂、试液按规定进行处理
九、 出现化学试剂、试液中毒、灼伤等事故，应立即按相应的方法进行处理。
严重时送医院救治，同时报告上级领导 日常巡检制度
一、巡查前必须调阅所需站点的运行数据和日志信息，准备好各种试剂和材料
二、检查监测站点供电系统、接地线路和通讯线路是否正常
三、检查监测站点采水系统、配水系统，各种控制设备部件运行是否正常
四、根据系统要求对系统流路、预处理装置、取样装置等进行清洗和维护
五、根据仪器维护手册的要求和维护工作周期安排表对仪器进行日常的维护工
作
六、仔细观察每台仪器的运行状态及每台仪器的部件运转情况、试剂的消耗情 况，做到及时消除隐患，确保运行的稳定与正常
七、根据维护工作周期安排表对仪器进行试剂更换、标样校正和实际水样对比校
正等工作
八、认真查看各分析仪器及设备的状态和数据信息，判断运行是否正常
九、认真做好站点的日常巡查工作记录，特殊情况下应加强巡视监测子站的频
次，及时发现存在的问题并妥善解决。
十、发现故障时应及时排除，不能解决的应及时技术服务中心主任汇报，同时应
做好手工采样、实验室分析的应急补救措施。
十一、 在经常出现强风暴雨的地区，应检查避雷设施是否正常，监测站房是否
有积水漏雨的现象 水质在线监测系统计算机管理制度
一、负责通过维护端对数据信息等进行维护和管理
二、计算机必须在干净、干燥和无干扰的环境中运行，防止颗粒、灰尘、各种液
体进入，并保持相应的环境温度
三、进行网络安全防范，防止网络安全攻击。当外来攻击发生，具有相应的检测，
发现和处理外来攻击的能力
四、定期检查通讯线路、物理设备、运行环境的安全，负责保证系统整体通讯正
常，出现异常情况及时报告
五、必须对操作使用和维护在线监测系统的用户进行权限分配，以保证操作和维
护系统的安全性、数据的保密性、完整性和有效性
六、只允许操作和运行在线监测的控制、管理和系统维护软件，不得通过在线监
测网络来搜寻互联网上的其他内容
七、由制定专业人员操作、使用，严禁非专业或非相关技术人员操作和使用。
八、未经批准同意，严禁私自对外提供任何信息资料
九、未经同意，禁止外单位、外部门人员操作和使用专用电脑
十、禁止对外借用软件、机器等设备
十一、 未经同意不得向专用计算机下载文件、拷入软件或文档，软盘、可移动
硬盘使用前必须确保无病毒 十
二、 做好计算机设备软、硬件维修，系统维护、清除病毒，使处于最佳工作
状态
十三、 对负责在线监测系统的操作、维护、数据信息查询和处理等的人员，上
岗前要进行相应的网络技术和安全培训，合格后方可承担本工作 污染源在线监测系统现场人员职责
1. 卫生情况:搞好在线监测系统的站房整体卫生，如仪器外表灰尘，集成系统 灰尘，即水管、线槽、稳压器、水泵、空压机、电动球阀上面灰尘。窗户灰 尘，地面卫生，蒸馏水桶，废液桶，每个墙角灰尘都必须打扫干净。现场记 录:每天定时记录仪器数据和流量，查看仪器日志文件。
2. 维护操作:定时清洗取样杯、取样管、取水头、液位探头、取样过滤网。 3. 试剂更换:定时更换试剂，处理废液，添加蒸馏水。
4. 雷雨天气防雷措施:雷雨严重的时段请关闭整个站房电源，雷雨一停，请马 上恢复电源。
5. 站房温度控制:安装好空调，并24小时开启，温度控制在25?以下。 6. 企业长时间停电或未生产情况下请向环保局打报告。
仪器未测试快速判断方法: 1. 查看排污口是否排水，试剂以及蒸馏水是否都充足。
2. 查看日志文件是否有错误信息提示，如果有请及时拨打湖南力合科技发展 有限公司工程师电话。如果数据正常，日志文件无错误信息提示，但仪器未 按时进行测试，请及时拨打天唯公司工程师电话，也可拨打湖南力合科技发 展有限公司工程师电话。
李会平
(石家庄高新技术产业开发区供水排水公司，石家庄050801)
【摘要】主要介绍了如何构建城市供水管网水质在线监测系统，及其相应的通讯网络结构，控制方式，系统特点及其具体应用。
【关键词】城市供水在线监测系统余二氧化氯检测仪流量计压力变送器水质自动采样仪GPRS通讯设备
石家庄高新区供水厂位于高新技术产业开发区，秦岭大街以东，黄河大道以北，设计供水规模为5万tn3/d,服务人口4.6万，服务面积5.8km2。供水厂主要包括清水池、送水机房及配变电所、二氧化氯消毒间、机修、库房、车库、综合楼等，总建筑面积
172m2，占地54.74亩(1亩〜667m2)。供水一期水源为地下水源，各水源井采水由深井泵提升经集水管线汇集到输水管线，再由输水管线进人供水厂，在供水厂经过二氧化氯消毒处理后进人清水池，送水机房的4台送水机将清水池清水输送进入开发区给水管网到各用水户。
1 系统概况
石家庄高新区供水在线水质监测系统其主要功能是实时监测石家庄高新区供水管网各主要用水单位的水质、水量参数，并通过数据采集系统将监测仪器所获得的监测数据采集打包发送到供水厂监测中心站及总公司调度中心，当检测数据超标时，自动监测系统还能够按要求自动抽取超标水样。系统结构见图1。
2 系统硬件组成
系统硬件包括:余二氧化氯在线监测仪器、在线pH仪、流量计(记录用户的实时及累计用水量)、水质采样器、数据采集及通讯部分(GPRS)。
(1)监测仪器是自动监测站系统的核心部分，监测仪器的性能直接影响自动监测站系统的整体性能，如果监测仪器性能稳定可靠，则自动监测站就能够长期稳定地运行，如果监测仪器性能较差，不但会造成自动监测站维护工作量的增大，而且还会影响自动监测站的连续运行。因此在选择满足测量精度等技术要求方面的产品后，应着重考虑的则是仪器的性能稳定、维护工作量、试剂消耗等问题。
(2)数据采集器是自动监测站的神经中枢，主要功能是实时采集监测仪器获得的监测数据，并将所采集到的数据实时发送到中心监测站，同时还应具备触发功能，待监测到超标数据时，能够触发采样仪留取超标水样。通讯系统一般要求可靠性能要好，不受外界因素干扰条件影响;运行稳定，具有断电数据保护性能;兼容性好，能够将监测数据转化为不同的格式供不同的数据库调用;适用性好，可以满足不同安装条件、安装地点的影响等。根据监测设备的具体要求，并考虑系统的可靠性、稳定性、先进性，我们选用二次数据采集器。
(3)水质采样器是自动监测站不可或缺的重要组成部分，其主要功能是执行数据采集器给出的超标采样命令，随时采集超标情况出现时的供水管网的水样，超标水样通过采样头进入采样吸管内，通过采样仪控制器流人样瓶，达到采样量要求后,采样仪停止采样并把多余的水样通过采样管路吹回水体中去。水质采样器同时还具有流量等比例采样、时间等比例采样、复合采样等功能，符合国家有关水质采样的具体要求。
(4)在数据通讯方面，整个水质监测系统采用中国移动的GPRS无线通讯网络，GPRS网络系统具有覆盖面广、工作可靠、实时性强(永远在线)、运行经济等优点。同时网络的建设、维护、升级都不需要用户投人，用户只是利用GPRS网络，自行组成自己的信息网络系统，并由此实现办公自动化、实现数据通道和短讯道通的同时使用，且永远在线，不存在通讯障碍。在实际应用过程中，客户可选择包月或按通讯数据量等各种数据方式，是当今公认的运行费用较低的一种通讯方式。通过此通讯方式，可在供水厂中心监测站、调度中心及相关的主管部门的任一台计算机上，安装一部GPRS接受机和相应的系统软件，就可以接收自动水质监测装置的数据信息。该系统还可以注人15个普通的接收手机号码，一旦水质指标超标准将自动报警到各领导和主管人员的手机上。操作人员和主管领导可以及时掌握超标情况，即时采取应急处理措施。
3 系统主要功能
数据采集与接收:数据采集单元将各设备的测量数据通过终端GPRS(DTU)发回中心，中心接到数据后进行解析、存储、分析。
远程控制设备采样测量及参数设定:在本系统中，开发人员通过大量的努力，不仅实现了远程数据采集与接收，而且还实现了远程控制设备的操作，如:采样、测量、清洗、参数设定等功能。开发人员克服了不同设备的通讯协议不同、无技术支持、无工程实例等技术难点，实现了以上控制功能，大大方便了使用及操作人员的方便，并可做到对各监测点更直接、更有效的控制。
历史数据管理:方便的查询功能，用户可查询各重点用水户水质的历史数据。 组态両面与数据显示:采用组态王进行工控画面开发，画面直观、操作方便。 报警功能:具有通讯报警、设备故障报警。
统计报表:可自动生成日报表、月报表、年报表及分析图表。 4 系统工作方式
轮询式自动召测:用户可根据自身需求设置上传上报数据的时间间隔，主站定时呼叫各从站，从站将测量数据上报给控制中心。
手动召测:除了定时轮询之外，用户也可根据需要随时通过问询的方式，召测各GPRS从站，从站将测量数据上报。
参数设置:用户可在远程控制中心，通过远程控制画面对各在线监测设备进行参数设定。
系统工作流程见图2。
图2系统工艺流程 5 技术特点
(1)余二氧化氯在线监测仪器采用了国际上先进的分析技术，精度髙，对水样的要求宽泛，不受水质情况变化的影响，运行可靠，维护量小。
(2)主要在线分析仪器均选用经过长期实践应用证明其可靠稳定的监测设备，在国内外同类场合均有过典型的应用。
(3)数据通讯采用目前技术非常成熟的移动通讯GPRS网络，不受安装地理位置的限制，运行稳定可靠。
(4)对于重点用水单位，系统还配备了先进的ISC06712FR型水质采样器，实现定时采样、流量等比例采样、随机抓取水样、超标报警触发采样等采样方案，该采样器为恒温采样器，可以将采集的水样保存在符合国家标准的温度环境下，避免了因水样水质变化而导致的分析误差。
6 中心监控站软件
本软件控制画面用组态王进行软件开发，内嵌GIS画面。报表格式采用VB的OLE功能，自动生成EXCEL报表，用户可按需求自由编辑报表格式，可以最大限度满足各种用户不断变化的需求，大大降低了系统的维护成本。
(1)内置小型GIS(全球实时定位地理信息系统)。可以从地图上清楚了解各个重点用水户监测现场分布情况，及实时监测数据。
(2)丰富的报表、图表功能。
余二氧化氯、pH、实时流量等测量指标均可采用折线图及柱形图多种图表形式进行分析显不。
(3)用户自由化的报表设计。 (4)通讯数据格式公开，易于扩展。
(5)具有手工录入方式，将不在各重点用水户监测现场的参数(如实验室测量的数据)手工录入存入到数据库，在各种报表图表中显示出来。
(6)具有丰富的查询功能，软件提供了各被监测用水企业的企业信息、联系人信息、地图查询、历史曲线、历史数据等丰富的查询功能。
(7)客户端软件:局域网上的所有用户均可通客户端软件，浏览监控水质情况。
(8)显示画面美观，操作方便，便于升级。 7 结束语 城市供水管网水质在线监测系统的建设，在现今的城市供水管网的建设中尚属空白，各用水户不管是工业用水还是生活用水，水质情况也成为了人们日趋关注的一个问题，随着城市数字化水平的不断提高，和其对各个领域的逐渐渗透，实时的供水水质及水量监测已经成为可能。
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