淺談在線監(jiān)測系統(tǒng)在水廠水質(zhì)管理工程中的應(yīng)用與研究

【摘要】：隨著水廠水質(zhì)管理技術(shù)和管理水平的提升，達到了在線監(jiān)測系統(tǒng)通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的反饋，及時發(fā)現(xiàn)問題，快速處理事故，優(yōu)化了水資源的利用率，提高了供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，從而有效地提高供水安全，為水廠工藝調(diào)整提供保障。

【關(guān)鍵詞】：在線監(jiān)測設(shè)備；水質(zhì)管理平臺；研究

1.水廠在線水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的管理模式

現(xiàn)通過舉例烏魯木齊市紅雁池水廠中在線水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，來說明在線水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)在水質(zhì)管理中的作用。烏魯木齊市紅雁池水廠是烏魯木齊烏拉泊水庫供水，將水送到水廠，水處理合格后，再輸送給用戶。該水廠分為東廠區(qū)和西廠區(qū)，目前供水量為17萬立方，可供51萬戶居民日常用水。

本水廠中在線水質(zhì)監(jiān)測是由在線監(jiān)測設(shè)備（濁度計、PH計、余氯分析儀、氨氮在線監(jiān)測儀、電導(dǎo)率儀、溶解氧測定儀、出水顆粒儀等監(jiān)測設(shè)備）為主，通過相關(guān)的專用分析軟件、網(wǎng)絡(luò)，將水樣采集、水樣預(yù)處理、水樣測量、數(shù)據(jù)處理的過程動態(tài)監(jiān)測，形成數(shù)據(jù)后發(fā)送至水質(zhì)管理平臺，為有效保障水廠生產(chǎn)、工藝調(diào)節(jié)提供可靠保障。

2.水廠水質(zhì)管理中在線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1在線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成

在線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)主要是由在線監(jiān)測設(shè)備、遠程監(jiān)測控制器、數(shù)據(jù)傳輸、水質(zhì)管理平臺組成。在線監(jiān)測系統(tǒng)分為采樣模塊、配水模塊、分析模塊和控制模塊四大模塊，系統(tǒng)的主要功能就是自動完成樣品的采集、分析以及數(shù)據(jù)的采集和傳輸任務(wù)。整個系統(tǒng)啟動后，就會按系統(tǒng)設(shè)定的程序自動開始采集水樣、分析水樣，然后監(jiān)測數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集傳輸傳到水質(zhì)管理平臺的服務(wù)器并保存在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

2.2在線監(jiān)測系統(tǒng)的管理

紅雁池水廠在線檢測系統(tǒng)中在線設(shè)備數(shù)量較多，在原水、澄清池、濾后水、出水等主要環(huán)節(jié)均安裝有在線監(jiān)測設(shè)備，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳送至水質(zhì)管理平臺，水質(zhì)監(jiān)測中心管理本水廠水質(zhì)管理工程平臺，通過實驗室數(shù)據(jù)檢測與在線設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)比對，確定在線監(jiān)測設(shè)備的穩(wěn)定性。該廠在線監(jiān)測設(shè)備為安科瑞生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)電力儀表APM520、智能操控裝置ASD500、0.4kV電流互感器AKH-0.66、智能網(wǎng)關(guān)Anet系列等。

2.2.1遠程監(jiān)測控制器

本水廠中，采用安科瑞Anet系列遠程在線監(jiān)測傳輸終端設(shè)備，該設(shè)備支持接收上級主站系統(tǒng)下達的命令，并轉(zhuǎn)發(fā)給目標區(qū)域內(nèi)的智能系列單元，完成對廠站內(nèi)各開關(guān)設(shè)備的分合閘遠程控制或裝置的參數(shù)整定，實現(xiàn)遙控和遙調(diào)功能，以達到遠動輸出調(diào)度命令的目標。

2.2.2網(wǎng)絡(luò)電力儀表

水體的濁度主要來源于上游水源中的原水，水在流動過程中帶動水底泥沙會增加水體的濁度。在本水廠中，在線監(jiān)測系統(tǒng)的且全部為安科瑞制造，APM5系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表（以下簡稱儀表）按IEC國際標準設(shè)計，具有全電量測量、電能統(tǒng)計、電能質(zhì)量分析（包括諧波、間諧波、閃變）、故障錄波功能(包括電壓暫升暫降中斷、沖擊電流等記錄)、事件記錄功能及網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，主要用于電網(wǎng)供電質(zhì)量的綜合監(jiān)控。該系列儀表配有功能豐富的DI/DO模塊、AO模塊、無線通訊模塊、漏電測溫模塊，可以靈活實現(xiàn)電氣回路全電量測量及開關(guān)狀態(tài)監(jiān)控。

2.2.3智能操控裝置

本水廠具有每天產(chǎn)出17萬方水的供水能力，水廠運用在線設(shè)備對水廠水質(zhì)中ＰＨ指標進行控制。在本水廠中共計５臺，且全部為安科瑞制造，ASD系列開關(guān)柜綜合測控裝置用于3~35kV戶內(nèi)開關(guān)柜，適用于中置柜、手車柜、固定柜、環(huán)網(wǎng)柜等多種開關(guān)柜。具有一次回路模擬圖及開關(guān)狀態(tài)指示，高壓帶電顯示及核相，自動溫濕度控制，加熱回路故障告警，分合閘回路完好指示、分合閘回路電壓測量、預(yù)分預(yù)合閃光指示、電氣節(jié)點無線測溫，人體感應(yīng)自動照明，語音提示，電參數(shù)測量及RS485通訊接口等眾多功能，集操作、顯示于一體，這些功能的具備保障了ＰＨ計的使用簡單、便捷，使傳送到水質(zhì)管理平臺的數(shù)據(jù)真實、可靠，達到及時調(diào)整工藝的目的。

2.2.4電流互感器

根據(jù)本水廠的生產(chǎn)狀況，選用安科瑞互感器配套網(wǎng)絡(luò)電力儀表，產(chǎn)品翻蓋式設(shè)計，外形美觀，接線方便。翻蓋材料選用透明聚碳酸酯，能清楚看到二次引線接線情況。立式方孔型，可穿越1-3根匯流排，不但具有Ⅰ、Ⅱ型的特點，而且可作供電系統(tǒng)計量電能用，以及可與電流繼電器配套作保護用。

2.2.5水質(zhì)管理平臺

水質(zhì)監(jiān)測中心作為制水廠水質(zhì)數(shù)據(jù)管理部門，管理該水質(zhì)管理工程平臺，通過實驗室數(shù)據(jù)檢測與在線設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)比對，確定在線監(jiān)測設(shè)備的穩(wěn)定性。水質(zhì)管理平臺是在線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集中反饋、集合的中心層面，在線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)中水質(zhì)管理平臺是由２臺監(jiān)控電腦、數(shù)據(jù)控制軟件、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、現(xiàn)場控制單元ＥＣＵ、ＰＬＣ控制站等組成，通過多連接途徑的傳輸系統(tǒng)，對供水生產(chǎn)工藝，水質(zhì)變化情況進行控制。水質(zhì)管理平臺具有調(diào)節(jié)液位、壓力、流量、流速等參數(shù)，故障判斷、報警等功能。水質(zhì)管理平臺通過計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠得到有效可靠的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了在線實時監(jiān)測、監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化管理。

3.AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺

3.1平臺概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關(guān)鍵節(jié)點安裝保護、監(jiān)測、分析、治理裝置，用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強度，監(jiān)測主要用能設(shè)備能效，保護污水廠運行安全可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細的解決方案。

3.2平臺組成

AcrelEMS智慧水務(wù)綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋了水務(wù)中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應(yīng)急電源、能源管理、照明控制、設(shè)備運維等，貫穿水務(wù)能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務(wù)配電系統(tǒng)運行狀況，并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務(wù)后勤部門管理需要。

3.3平臺拓撲圖

3.4平臺子系統(tǒng)

3.4.1變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

對水務(wù)配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能，對異常情況及時預(yù)警。

監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風(fēng)機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數(shù)據(jù)。

3.4.2電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

水務(wù)中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導(dǎo)致配電系統(tǒng)中存在大量諧波，通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質(zhì)量，并配置對應(yīng)的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

3.4.3電動機管理

馬達監(jiān)控實現(xiàn)水務(wù)中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監(jiān)測和報警。準確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點、及相關(guān)信息，對電機進行健康診斷和預(yù)防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

3.4.4能耗管理

為水務(wù)搭建計量體系，顯示水務(wù)的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務(wù)分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域。

將所有有關(guān)能源的參數(shù)集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比，幫助領(lǐng)導(dǎo)掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計采集水務(wù)中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環(huán)比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統(tǒng)計趨勢。

能效分析按三級計量架構(gòu)，分別進行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進行分析，同比、環(huán)比、對標等。通過污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析，同時將污水的單耗與行業(yè)/國家指標對標，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

3.4.5智能照明控制

系統(tǒng)為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應(yīng)控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能，盡量利用自然光照，實現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達到安全、節(jié)能、舒適目的。

3.4.6電氣安全

3.4.6.1電氣火災(zāi)監(jiān)測

監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實現(xiàn)對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預(yù)警。

3.4.6.2消防應(yīng)急照明和疏散指示

根據(jù)預(yù)先設(shè)置的應(yīng)急預(yù)案快速啟動疏散方案引導(dǎo)人員疏散。系統(tǒng)接入消防應(yīng)急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

3.4.6.3消防設(shè)備電源監(jiān)測

監(jiān)測消防設(shè)備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災(zāi)時消防設(shè)備可以正常投入使用。

3.4.6.4防火門監(jiān)控系統(tǒng)

防火門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設(shè)備即防火門監(jiān)控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實時監(jiān)測疏散通道防火門的開啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設(shè)備開路、短路等故障信號。系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來，當終端設(shè)備發(fā)生短路、斷路等故障時，防火門監(jiān)控器能發(fā)出報警信號，能指示報警部位并保存報警信息，保障了電氣安全的可靠性。

3.4.7環(huán)境監(jiān)測

污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預(yù)警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動啟動排風(fēng)風(fēng)機或新風(fēng)系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

3.4.8分布式光伏監(jiān)測

實時監(jiān)測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關(guān)狀態(tài)，逆變器運行監(jiān)視，對逆變器直流側(cè)每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數(shù)、當前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進行監(jiān)測，以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺結(jié)合廠區(qū)實際分布情況，通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點位置，各個屋頂?shù)难b機容量。

3.4.9工藝仿真監(jiān)控

平臺通過2D、3D方式實時監(jiān)視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設(shè)備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護，進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

4相關(guān)平臺部署硬件選型清單

4.1電力監(jiān)控、電能質(zhì)量、電動機管理及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

5.結(jié)語

針對水源水水質(zhì)的特點，烏魯木齊紅雁池水廠選擇了３９臺在線水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，建立了完整的在線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)。通過在線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，在線水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備均能夠及時準確地反映水質(zhì)實際變化情況，監(jiān)測數(shù)據(jù)準確可靠，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，將現(xiàn)代化技術(shù)和信息化手段融為一體，大大優(yōu)化了水質(zhì)變化情況的控制率，同時對水廠生產(chǎn)及工藝調(diào)整過程中水質(zhì)變化進行了實時監(jiān)控，從而提高了供水的可靠性、安全性。通過本水廠在線監(jiān)測系統(tǒng)對水質(zhì)管理工程中的應(yīng)用的研究發(fā)現(xiàn)，水廠要按照水廠水質(zhì)的實際情況，選擇合適的在線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，為水廠工藝調(diào)整和供水安全提供有利保障。

參考文獻：

［1］趙喆，侯根然．從一個典型案例談城鎮(zhèn)飲用水水質(zhì)狀況［J］．楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院技學(xué)報

［2］楊大勇，林奎．環(huán)境監(jiān)測自動監(jiān)測系統(tǒng)信息共享技術(shù)研究［J］．中國環(huán)境監(jiān)測

［3］楊奧．飲用水源水水質(zhì)在線監(jiān)測應(yīng)用研究［D］．濟南：濟南大學(xué)

［4］安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版

［5］王茹.在線監(jiān)測系統(tǒng)在水廠水質(zhì)管理工程中的應(yīng)用與研究