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1、农村饮水安全县级集中监控系统研 制 报 告河南省水利学会河南沃德智能化工程有限公司二一六年三月15838187937审定：审核：校核：编写人员：70 / 70.研发背景、内容及设计目标41.1 项目背景41.2课题主要研究内容51.3技术路线及预期目标51.4系统的构成与设计思想61.4.1 恒压供水控制系统61. 4. 2水质处理及在线监测系统61.4.3数据采集传输系统81.4.4 视频监控系统92.农村饮水安全集中监控系统的硬件设计与实现92.1 恒压供水系统设计92.1.1 多井联网供水方案92.1.2恒压供水系统设计方案102.1.3 PLC控制系统的设计与程序流程图112.1.4
2、机泵选型122.2数据传输系统设计与实施方案122.2.1数据传输系统架构图122.2.2系统技术路线122.2.3数据传输系统应该实现的功能162.2.4数据传输系统实施方案172.2.5主要设备182.3视频监控系统442.3.1视频监控系统主架构图452.3.2系统技术路线452.3.3视频监控系统建具备以下功能要求：452.3.4 设计依据 482.3.5系统技术492.3.6系统主要业务功能实现502.4水质在线监测系统542.4.1系统作用542.4.2核心技术542.4.3系统说明563系统的软件设计与实现593.1 系统的软件需实现的功能593.1.1检测、报警和控制功能593
3、.1.3系统安全性设置功能623.1.4 地理信息功能633.2 工程程序及界面设计634应用前景展望68.研发背景、内容及设计目标1.1 项目背景 我省是农业大省、人口大省，受自然、地理、经济和社会等条件制约，农村饮水困难和饮水不安全问题突出，很多地区缺乏水源或取水困难，不少地区受水文地址条件、污染以及开矿等人类活动影响，地下水中氟、砷、铁、锰等含量以及氨、氮、硝酸盐、重金属等指标超标，必须经过净化处理或寻找优质水源才能满足饮水卫生安全要求。 河南全省解决饮水安全人口占我省农村居民人口的比例为57.4%，这意味着还有3466万农村居民未纳入国家规划，这部分群众的饮水目前主要以分散式供水工程供
4、水为主。农村饮水安全存在问题1、 人为原因引起的污染导致水质超标，这类水属于污染水，对人体危害特别大，我省部分地区的许多农村的农民引用的水都是污染的地表水，所以这里的人们的身体健康都存在极大的隐患。2、 缺乏相对较为完善的饮水安全监测体系。供水过程中，对水质进行及时监测，有利于发现水之中存在的问题，从而减少人们饮用不安全水的概率。3、 管理体制存在弊端，重建轻管现象普遍存在我省已完成一批农村饮水工程，新建在建水厂2万多个，其中管理人员就有2万多人，工程建成之后运行期间，农村饮水安全工程的日常管理无专门机构和人员管理，缺乏统一的管理及引导，主要问题和矛盾集中体现在水费难收，没人愿意承包管理，管理
5、人员待遇低，积极性不高，业务能力达不到，管理粗放，管道及设备出现故障和损坏，无法及时维修，造成水资源浪费严重，影响工程效益的正常发挥。1.2课题主要研究内容1. 恒压供水系统2. 远程数据采集系统3. 视频监控系统4. 水质在线监测系统1.3技术路线及预期目标农村饮水安全县级集中监控系统是以县级为单位，将全县所有水厂的技术参数，供水管理日记等数据集中传送到集中监控中心而研发的一套监控系统，该监控系统集成当前国际上最先进的科学技术，把自动化控制技术、传感器技术、数据库技术、GIS技术、无线通讯技术、流媒体技术等灵活的运用于饮水安全工程，实现智能化管理，操作人员可坐在控制室里，对传上来的管网压力、
6、水质（余氯、PH值、COD、BOD、硝酸盐）、流量等数据进行综合分析，利用智能化操作平台，足不出户的对整个管网进行操控。系统易懂易学，操作简便，同时还可以利用数据查询系统和打印系统，随时记录、查询、打印整个管网用电量、用水量、管网压力等历史记录等数据。该系统具备完善的故障预警及处理系统，当各个参数超出或低于设置范围时会以不同的方式（蜂鸣、短信、邮件）给管理员发出预警信号，并进行自动调整，做到及时性、有效性。此外该系统针对收费难问题做了精细化改善，当水费拖欠到一定数额时，短信提醒并进入特定供水模式，缴纳水费后自动恢复正常。1.4系统的构成与设计思想农村饮水安全集中监控系统有恒压供水系统、水质处理
7、及在线监测系统、数据采集传输系统、视频监控四大部分组成。下面就各部分采用的方式、功能进行简要阐述。1.4.1 恒压供水控制系统恒压供水系统采用多井并联变频恒压供水，主要为供水管网提供恒定压力的水，保证供水的均匀性，同时防止管网爆裂，如果一个水厂有多眼水源井，应将各个井同时注入主管网，并由PLC对各水源井进行自动管理，这种方案的好处是除了保证该区域保持同样的压力外，各个水源井的水源可以随意调动，同时达到节约用水的目的。1. 4. 2水质处理及在线监测系统在水源井处加装除氟设备，有效地去除水中氟离子，降到生活饮用水标准，同时对水中的其它有害离子如铁、锰、重金属、氨氮、浊度也有一定的去除作用，而且没
8、有超标物溶出，滤料可以反复再生，而水质在线监测系统由水质在线分析仪（可监测化学需氧量和光吸收系数）、pH计、氧化还原电位计、流量计、温度传感器、电导率仪、悬浮固体/浊度仪、溶解氧分析仪等组成。如下图所示：该系统本身具有数据集成采集与处理功能，所有辅助水质参数监测仪都可以通过通用模拟接口420mA与水质连续在线自动监测系统的主设备化学需氧量（COD）紫外在线监测仪连接，所有监测数据都进入COD紫外在线监测仪统一汇总，然后，COD紫外在线监测仪可根据用户要求分别通过GPRS或RS485将监测结果上传到上一级监控部门以实现监测数据上报和远程控制等功能或上传至PC机中，如果PC机中安装有相应的监控软件
9、则还可以实现实时数据的储存、历史实时数据查询和绘制浓度曲线图等功能。1.4.3数据采集传输系统信息采集采用电量传感器（带RS485端口的三相电表），压力传感器，超声波流量计、液位计等可以适时地将各种物理信息变成电信号，在软件的驱动下完全自动地向外发送数据，发送时间间隔可以任意调整，可以是1秒钟、1分钟、或者是1小时，这些工作不需要人工操作，一天二十四个小时无间断工作，不管酷暑寒冬，风雨交加都能任劳任怨无休止地工作，保证了数据的及时性和准确性。 数据传输采用GPRS信息传输系统，其含义是通用无线分组业务，这是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。GPRS是一项高
10、速数据处理的技术，方法是以分组的形式传送资料到用户手上。其显著的优势还在于其“永远在线”。 只要激活GPRS应用后，将一直保持在线，类似于无线专线网络服务。这种系统不需要任何建设费用，每年仅需几十元的使用费即可，简单方便，无任何“门槛”，只要付费，立即就能使用，并且这种系统稳定可靠，传输距离远，应该作为信息传输系统的首选。各种数据经过采集、传输送到信息处理中心，信息处理中心将对各种数据进行处理，数据处理功能是把采集到的数据存放在数据库中，并且在软件的支持下，与系统的预设数据、历史数据进行比较、判断，然后发出各种指令（如：控制指令、报警指令等），去控制外部设备（如：水泵启停）的状态。信息处理的另
11、一个任务是数据处理，即对各种历史数据进行数据运算，可以进行一天、一月、一季、一年甚至十年的最大值、最小值、平均值、前差值、积累值、和其它各种特殊的运算处理、统计分析。经过处理的数据根据需要，生成各类报表、趋势曲线、生产图表，包括即时报表、班报、月报、年报、各类趋势曲线、棒状图等。进而进行分析预测和建立模型。1.4.4 视频监控系统在各水厂重点位置（水厂出入口、配电房、泵房、水质处理装置处等）安装摄像头，连接网络硬盘录像机，通过以太网及视频服务器传输至监控中心，可以对整个区域的现场情况进行观察和指挥。2.农村饮水安全集中监控系统的硬件设计与实现2.1 恒压供水系统设计2.1.1 多井联网供水方案
12、系统采用多井联网的方式向管网供水，这样可提高单位时间供水能力，可提高单位时间灌溉面积，提高生产效率。本方案中将三眼井泵出水口与主管道连接，同时向主管道注水。2.1.2恒压供水系统设计方案以三眼井为例说明系统的工作程序。各水厂有三眼井，三个潜水泵，每一眼井放置一个水位传感器，检测水井水位，三个潜水泵出口进入同一个管网，三个潜水泵可以工作也可以配合工作。可以自动工作，也可以手动工作，手动工作时用按钮控制，自动工作时采用PLC控制，将水源井和管网水压信息以及各种电信号经信号采集模块变为数字信号送至PLC，PLC根据程序发出各种指令，控制潜水泵的工作。三台水泵的工作方式，三台水泵同时工作或者单独工作，
13、第一台泵工作一段时间后如果压力达不到要求，第二台泵自动开启，第二台泵工作一段时间后如果压力达不到要求，第三台泵自动开启，如果压力达到要求并保持一段时间后开始按倒序停泵，并保持第一台泵进入变频状态，调整频率，电机转速变慢，使总管道总是保持一个恒压状态，达到节约用电，节约用水的目的。 三眼井提供水源，可提高单位时间供水能力， 可提高单位时间灌溉面积，提高生产效率。三个潜水泵的电流、电压信号以及以及水位信号都显示控制柜的面板上，同时这些信号也送入到中控机中，在电脑中显示和操作。系统总图如下图所示。2.1.3 PLC控制系统的设计与程序流程图恒压供水系统控制电路要求具有以下功能。1)根据用水量的大小，
14、由PLC、变频器控制3 台水泵自动进入或退出运行状态，或者由现场人工控制启停。2)系统根据总管道的压力变化,自动调节变频器运行频率,自动改变投入系统运行的台数,以跟踪设定压力。3)系统有停电/正常切换功能,当控制部分停电时,可通过变频器面板及现场启停按钮来控制系统运行以维持水压恒定。4)在监控室设有变频运行、故障指示和现场电机电流指示信号。PLC控制程序流程图：2.1.4 机泵选型根据项目区基本资料及其以上相关计算数据，选用200QJ32-78/6型潜水泵，其性能参数为：Q=32m3/h，H=78m，额定功率15kw。2.2数据传输系统设计与实施方案2.2.1数据传输系统架构图2.2.2系统技
15、术路线农村饮水安全县级集中监控系统由中心主控系统（主计算机）、GPRS数据传输单元、数据采集模块、压力变送器、流量计、电能传感器等设备所组成。操作人员可坐在控制室里，对传上来的压力、用水量、供水状态、用电负荷等数据进行综合分析，利用远程控制技术，足不出户的对整个供水管网进行控制。同时还可以利用数据查询系统和打印系统，随时记录、查询、打印整个管网供水压力、瞬时流量、流速、水质情况等历史记录数据。农村饮水安全集中监控系统网络结构分为三层，第一层为控制中心由电脑和以太网组成；第二层为信息采集与传输（AGPRS1090I和GPRSRTU），第三层为终端控制层（传感器与继电器）。下面详细介绍一下本方案。系统总体结构框图
