水质自动监测站建设方案
编制单位：榆林兴源电子科技有限公司编制时间：2015年07月
目录
一、水质在线自动监测系统概述 (2)
二、水质在线自动监测系统设计依据 (3)
三、水质在线自动监测系统详述 (4)
3.1 采配水单元 (4)
3.2 预处理单元 (4)
3.3 清洗单元 (6)
3.4系统控制单元 (6)
3.5 数据采集、传输和远程监控 (9)
四、水质在线自动监测仪器 (10)
4.1 五参数分析仪（德国科泽 K100 W系列） (10)
4.2 高锰酸盐指数（德国科泽 K301 COD Mn A） (13)
4.3 氨氮分析仪 (德国科泽K301 NH4 A ) (16)
五、项目预算 (18)
一、水质在线自动监测系统概述
在线水质自动监测系统是以自动监测设备——在线水质分析仪为核心，结合现代的计算机（包括软件）技术、自控技术、网络通讯技术、流体取样术等先进技术手段高度集成的一套完整的自动分析系统。它可以有效地分析来水的各项水质参数，并对水样进行自动留样。同时可利用水质模型功能软件对水质变化趋势进行有效的预测预警，也可以根据实时水质参数之间的关联组合所表现的综合性质，为决策人员提供大量客观详实的有效数据和判断依据。
通常水质在线自动监测系统包括自动分析仪器、取样单元、配水单元、预处理单元、数据采集单元、通讯单元和控制单元；除此以外，还包括清洗除藻、纯水、供电、防雷等辅助单元。水样通过取样设备自动抽取到指定位置，由中控设备控制相应的管路和阀门对水样进行初步的预处理后再进行有针对性的分类处理，合理分配给相应的水质分析设备，分析设备采用符合国家统一颁布的标准方法对水样进行分析测量，并将测量得到的结果传输到数据采集设备，最后由数据采集设备统一发送到远程服务器。在现场，中控设备通常可以对各个系统进行简单的控制，并将测量结果实时显示在中控监视器上。在远程控制中心，一方面通过有功能强大的数据平台，可以把接收来自各站点的监控系统相关信息，汇总得到各种数据报表，并可对数据进行分析处理。先进的数据平台还能结合水质模型功能软件对水质数据进行分析评估以及预测、预警。
本项目监测以下7个常规参数：水温、PH、电导率、DO、浊度、高锰酸盐指数、氨氮。
二、水质在线自动监测系统设计依据
水质自动监测站的初步设计主要依据如下相关国家、行业标准。《计算机场地安全要求》（GB2887-89）
《电子计算机机房设计规范》（GB50174-93）
《水污染物排放总量监测技术规范》
《水和废水监测分析方法》（第四版）
《环境水质监测质量保证手册》
《地表水和污水监测技术规范》（HJ/T91-2002 ）
《水质河流采样技术指导》（HJ/T52-1999）
《PH水质自动分析仪技术要求》（HJ/T96-2003）
《电导率水质自动分析仪技术要求》（HJ/T97-2003）
《浊度水质自动分析仪技术要求》（HJ/T98-2003）
《溶解氧（DO）水质自动分析仪技术要求》（HJ/T99-2003）《高锰酸盐指数水质自动分析仪技术要求》（HJ/T100-2003）《氨氮水质自动分析仪技术要求》（HJ/T101-2003）
《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)
《水质采样技术指导》(GB/T 12998-1991)
《水质采样样品的保存和管理技术规定》(GB/T 12999-1991 ) 《中华人民共和国环境保护行业标准》（HJ/T98-2003）
《地表水和污水监测技术规范》（HJ/T91-2002）
《水质河流采样技术指导》（HJ/T52-1999）
《水污染物排放总量监测技术规范》(HJ/T 92-2002)
《水环境监测规范》(SL 219-1998 )
三、水质在线自动监测系统详述
原水经采集后进入沉砂分离器中，分别供水给五参数仪及其它分析仪。其中，五参数仪可直接供水；其他分析仪需分别采用KL50或KL90专用过滤器对原水进行预处理后方可进入分析仪器。所分析数据实时存储于现场工控机的数据库中，同时该数据也将通过远程传输手段传输到中心站的计算机中。上述过程均在PLC控制系统控制下进行。
3.1 采配水单元
（1）采水方式的选择
采水方式主要有栈桥式和浮筒/浮船式。
浮筒式（浮船式）采水方式可用于采水点距离岸边较远（大于100 米）或者水深且流速不是很大的情况，一般情况下取水点水深度高于2 米。
（2）采水设计要点
①保证取水口能够随水位变化，保证取水水管的进水孔位于水表面以下
0.5m～1m的位置，并与河底保持一定距离，保证采集到具有代表性的符合监测需要的水样，又要保证取样吸头的连续正常使用。
②采水系统应保证在汛期或枯水期能正常工作而不至被损坏，在枯水期保证不受水体底部泥沙的影响。
③根据采水点到站房的实际距离、地形等实际情况，选择潜水泵或自吸泵，原则上优先考虑潜水泵，保证站房的进口压力和
流速流量达到整个系统全部仪器的要求。
3.2 预处理单元
上海泽安环境科技有限公司研发的ZA-YCL2
型预处理系统，采用初级过滤和精密过滤相结合
的方法，水样经沉砂分离器初级过滤后，消除其
中较大的杂物，再进行自然沉降（沉砂分离器内
经过滤沉淀的泥沙定期排放），然后经KL过滤器精密过滤后进入分析仪表。精密过滤采用旁路设计，根据不通分析仪对水样的具体要求，分别选用盘式过滤器
KL50和板式过滤器KL90，它与仪表共同组成分析单元。
其特点主要表现在以下几方面：
●水样预处理既要消除干扰仪表分析的因素，又不能失去水样的代表性。
●具备自动反清（吹）洗功能，预处理单元的自动运行及定时反清（吹）洗由控
制系统控制，并能够在中心站计算机的控制画面中通过指令来切换预处理单元是处于自动运行状态还是反清（吹）洗状态。
●预处理单元能在系统停电恢复并自动启动后按照采集控制器的控制时序自动启
动。
●由于预处理单元关系到整个仪表分析系统的可靠性，因此预处理的阀组件须采
用进口气动阀或电磁阀。
附：KL50和KL90技术参数及图片
1、板式过滤器（KL90）
技术参数：
膜材料：PVC-H
面积：1200cm2
工作温度：0～45℃
最大气压：0.1bar
工作流量：100～200L/h
出口管径：φ2/φ4mm
尺寸：460×240×10mm
2、圆盘过滤器（KL50）
技术参数：
膜面积：55cm2
膜直径：φ95m
工作流量：100～200L/h
最大工作压力：6bar
进水管径：φ10/φ12mm
出口管径：φ6/φ8mm
3.3 清洗单元
清洗单元分成两个部分：
?自来水单元：
自来水单元由自来水进样系统和自来水压力检测系统构成，自来水检测系统检测自来水压力，如果达不到设定要求，自动停止自来水清洗单元运行，系统其他部分仍维持正常运行。当自来水恢复正常时，自动恢复自来水清洗单元功能。
?纯水单元：
纯水单元由增压泵，反渗透，离子交换系统，纯水箱组成。自来水经过过滤，杀菌，吸附作用，制取纯水，纯水制取量由纯水箱液位控制，达到高液位时，自动停止纯水制作。纯水可根据用户要求定时自动更新，保持纯水达到10兆电阻率的要求。
3.4系统控制单元
在线水质自动监测系统采用西门子公司的
S7-200可编程控制器作为自动监测系统的核心
控制部件。可编程控制器（Programmable
Controller），简称PLC。它以微处理器为核
心，集自动化技术，计算机技术，通信技术为
一体，目前广泛应用于自动化控制的各个领域
中。可编程控制器具有可靠性高，抗干扰能力强，体积小，使用方便，编程简单，易于掌握等特点。根据使用经验，特别选用了西门子公司的S7-200系列可编程控制器这款可靠性和信价比极高的产品作为在线水质自动监测系统的核心控制部件。目前运行于全国各个水质自动监测站中，运行情况良好。
系统具备存贮数据的功能，具有断电保护功能，并能记录断电状态，同时具备故障报警记录、事故追忆的功能，具备手动、自动、远程切换、安全联锁的功能。
现场可就地控制系统进入自动、手动运行状态，手动运行状态下可强制单个控制设备或单元启动或停止，完成手动运行或手动调试。
按规定程序启动或关闭系统，全程监控系统各单元的运行状况。采集分析数据、切换运行程序、控制单元操作和响应故障报警。 RS485
可编程控制器S7-200PLC
配电部分
（继电器、接触器）
RS485
RS232
开关量输出
仪表供电
其它附属设备
阀、泵
开关量
压力/水位
Modem
GPRS 模块
GPRS
RS232
3.5 数据采集、传输和远程监控
水质监控系统结构图如上所示，我们
的系统主要包括子站数据采集系统，中
心站管理系统两个部分。
子站数据采集系统：在每个监测子站
设置一台工控机用于现场和远程控制，
负责采集各仪表的数据；同时将数据远
程发送到中心站系统里，以及其它各级
水质数据管理系统。
中心站管理系统：采集被托管的各子
站的数据，对数据进行汇总，分析，报
表处理；同时对各子站进行有效的监控，用命令对子站进行返控操作。
3.6 辅助单元
辅助单元包括：防雷系统、稳压电源系统、UPS系统、纯水制备系统、臭氧除藻系统、空气压缩系统、系统专用工具等配套设施。
四、 水质在线自动监测仪器
根据本项目水质要求，我们选择以下监测参数五参数（pH 、温度、溶解氧、电导率、浊度）、高锰酸盐指数、氨氮等仪器等，分析方法及仪器品牌如下： 4.1 五参数分析仪（德国科泽 K100 W 系列）
五参数分析仪选用德国科泽公司的K100 W 系列，在上海、江苏、浙江、安徽、广东、福建等地均有大量用户。
K100 W 系列具有系统集成、操作简便的特点，可以直接与多种传感器相连。设备的内置控制器具有2个设置点和比例控制功能。另外，K100可配备一系列的接口（如RS485）。K100系列配备有墙面安装附件，系统内置有温度补偿功能（通过Pt-100），输入和输出信号受到屏蔽保护。
①水温自动分析仪技术指标要求
序号 分析仪器
分析方法 参照标准 品牌型号
1 五参数
分析仪
水温 温度传感器法 GB13195-91 德国科泽 K100W 2 pH 玻璃电极法 GB6920-86 3 溶解氧 膜电极法 GB11913-89 4 电导率 电导池法 HJ/T97-2003 5 浊度
光散射法 GB13200-91 6 高锰酸盐指数 分析仪 氧化还原法、ORP 终点判定 GB11892-89 德国科泽 K301 COD Mn A 7
氨氮分析仪
比色法
GB7481-87
德国科泽 K301 NH 4 A
测定范围-5-50.0℃
准确度±0.1℃
分辨率0.1℃
平均无故障时间≥720h/次
输出信号4-20mA,RS-485/232
通讯协议MODBUS或MODBUS/TCP
项目技术指标
测定范围0.00～14.00 pH
测量精度±0.01pH
分辨率0.01pH
温度补偿自动进行温度补偿0-50℃平均无故障时间≥720h/次
输出信号4-20mA,RS-485/232
通讯协议MODBUS或MODBUS/TCP
③溶解氧自动分析仪技术指标要求
项目技术指标
测定范围0.00～20.00mg/L
测量精度±0.1mg/l
分辨率0.01mg/L
温度补偿自动进行温度补偿0-
平均无故障时间≥720h/次
输出信号4-20mA，RS-485/232
通讯协议MODBUS或MODBUS/TCP
④电导率自动分析仪技术指标要求
测定范围0～2000 uS/cm 量程可测量精度±1%
分辨率0.01uS/cm
温度补偿自动温度补偿功能0-
50℃
平均无故障时间≥720h/次
输出信号4-20mA,RS-485/232
通讯协议MODBUS或MODBUS/TCP ⑤浊度自动分析仪技术指标要求
项目技术指标
测定范围0.0－1000.0NTU(其他量
程可选)
测量精度±1%FS
分辨率0. 1 NTU
平均无故障时间≥720h/次
输出信号4-20mA,RS-485/232
通讯协议MODBUS或MODBUS/TCP
COD Mn A）
A（如图）采用ORP终点判定高锰德国K301 COD
Mn
酸盐氧化还原法，符合国家标准规定的河流湖泊等自然水体的COD测量的方法。有中文界面，可视化流程、数据USB导出等功能；现已在上海、江苏、浙江、安
徽、广东、福建等地大量使用，用户反映良好。
技术特性
◆PC控制，大型操作系统
◆大尺寸全触摸屏操作
◆可视化运行流程，动态显示
◆人性化操作界面，内置软键盘，新增中文菜单
◆超大容量存储，可存储5年以上数据，自动生成报表
◆独特的USB直接读取数据功能
◆无需更换硬件即可实现量程的拓展，适应水质的宽幅变化
◆可任意设置标定、测量、记录、传输时间及频率：更高的测量分析灵活性、即
时有效的数据传输
◆双向通讯，远程自动标定清洗功能
◆自动性能检查，维护简便
◆ORP判断反应终点，不受水体浊度色度干扰
K301A系列在线水质分析仪对运行系统进行了中文汉化，并使用了最新的大型仪表自动控制技术，提升了仪表耐恶劣环境的稳定可靠性和测量的精确度。
分析仪为非连续测量。分析仪为自动标定，标定周期可设置（机器默认值：每
24小时为一个标定周期），建议用户使用连续标定操作。
ORP 电桥法终点判别
K301 COD Mn A 分析仪采用独特的ORP 电桥法来进行COD 反应终点的有效判别。即通过最后一次添加高锰酸钾进行反滴定时，一旦高锰酸钾超量时，科泽的ORP 电桥会出现一个电流的跃升，从而精确作出反应终点的判别。
它具有以下两个优势：
● 由于水质自动站测量的河流水体具有一定的浊度，使用ORP 电桥法可以避免采
用比色法时因水体中的浊度影响反应终点的有效判别；
● 同时ORP 电桥法还有效避免了比色法实际使用中的高锰酸钾的深红色挂壁现
象，最大限度地使每次测量更具有独立性。
COD Mn
?
RS485远程双向通讯?低维护
?
EE-PROM 掉电保护,数据自动恢复?试剂液位自动报警?
可任意设定监测频率
德国科泽在线水质分析仪
液位探头
加热测量
技术特性： ● 自动清洗和标定
用户只需在分析仪操作菜单内设定标定时间，所有的标定工作均由分析仪在定义的时间内自动完成。分析仪设有自动和手动清洗功能，当分析仪测量出错，仪表会自动进入清洗状态。同时分析仪也可以在定义的时间自动进行清洗。 ● 自动性能检查
K301COD Mn A 在线分析仪每个重要工作部件：如蠕动泵、电磁阀、测量元件、试剂液位等的背面均加装了双向信息通讯和控制模块，中央控制器可以时刻监控分析仪各个部分的工作情况，任何一个步骤出错，分析仪都会及时报警，提醒用户。
维护简便
仪器具有高度自动化功能，可以自动清洗和自动标定，并且仪器具有高级自诊断功能，需要的手工操作很少。
●标准模块化结构
关键部件采用标准模块结构，对仪器的维修、调节极为方便。
●远程清洗功能
通过RS485通讯接口传输数据到远程控制计算机中，操作人员可在千里之外的控制室内设定分析仪的工作状态包括清洗功能。
●仪器状态远程显示功能
技术参数：
4.3 氨氮分析仪 (德国科泽K301 NH4 A )
德国科泽K301 NH
A氨氮全自动分析仪是基于全自
4
动非连续测量原理，遵循德国国标DIN 38 406 E5的
Bertholet反应的原理。氨根离子在氯化反应后转化为明
显的蓝色化合物，通过测定蓝色化合物的浓度来测算氨氮
的含量。氨氮分析仪是为测量原水和处理后的废水而设计
的。在国内地表水用户众多，江苏省和浙江省很多水站都
采用了德国科泽的氨氮分析仪，用户反映良好。
分析仪为非连续测量。分析仪为自动标定，标定周期
可设置（机器默认值：每24小时为一个标定周期），建议用户使用连续标定操作。
技术特性
◆PC控制，大型操作系统
◆大尺寸全触摸屏操作
◆可视化运行流程，动态显示
◆人性化操作界面，内置软键盘，新增
中文菜单
◆超大容量存储，可存储5年以上数
据，自动生成报表
◆独特的USB直接读取数据功能
◆无需更换硬件即可实现量程的拓展，
双光束光度计
适应水质的宽幅变化
◆可任意设置标定、测量、记录、传输时间及频率：更高的测量分析灵活
性、即时有效的数据传输
◆双向通讯，远程自动标定清洗功能
◆自动性能检查，维护简便
◆双光束设计测量更准确
五、项目预算
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