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摘要：本文就工业污水管网水质在线监测系统的应用进行了探讨，结合某具体实例，对系统和监测作了详细的概述，并对系统运行效果进行了分析评价。旨在为在线监测系统更好地应用于工业污水管网水质监测中提供参考。
关键词：在线监测系统；工业污水管网水质；应用
建立污水管网水质在线监测系统 ，掌握污水管网实时水质情况 ，是缓解下游污水处理厂进厂水质超标、 保障污水处理厂正常运行的有效手段。污水管网水质在线监测系统，其硬件包括在线监测仪器、水质采样器、数据采集及通信部分（GPRS），系统软件采用多种灵活方便的控制方式，使系统精度高，运行稳定可靠，受安装地理位置的限制，并与国家标准分析方法相同，对水样的要求宽泛，不受水质情况变化的影响，系统应用非常广阔。构建在线水质水量水压监测系统，对降低水厂运行成本，对于水厂的安全、节能运行，以及管理水平的提高具有十分重要的意义。
1 系统概述
管网在线监测系统由一个监测中心、若干个在线监测点和连接两者的通讯模块构成。在线监测点由在线监测仪表、数据采集终端和通讯传输终端等构成，主要功能是自动完成参数分析、数据采集和通讯传输，并可识别监测中心的命令；监测中心安装管理系统软件，完成远程数据接收、存储、处理和显示等功能，并对各个监测点进行控制指挥；两者间的控制信号和监测数据通过通讯模块完成。整个系统的特点是：集中管理、分散控制、互联互通、实时监控、维护简便、扩展灵活。
在线监测点可设置为自动向监测中心发送数据，也可设置为收到监测中心的指令后启动工作。当采用GPRS/CDMA无线方式传输数据时，数据采集终端将采集到的监测数据按照用户定义的数据帧格式打包，通过RS232/485串口传送至数据发送模块的缓存中，并由数据发送模块封装成TCP/IP数据包，通过GPRS/CDMAIP骨干网接入Internet网并传送至监测中心。监测中心的终端服务器将接收到的数据包进行解析、还原，存入数据库。
2 监测终端
2.1 监测参数
工业水管网水质在线监测参数的选择参考生活饮用水规定。根据《生活饮用水卫生规范》，管网水质检测必须测定浊度、余氯、细菌、大肠杆菌、色度、铁、锰七项指标，其中，浊度、余氯是两项重要的监控指标。浊度变化直接反映了供水水质是否受到了污染，设置在线浊度监测仪可在第一时间掌握管网水质动态变化，及时处理可能出现的水质问题；管网水中的余氯可保持水的持续杀菌能力，降低微生物再污染的可能性，但余氯过量也会造成资源浪费，形成消毒副产物，并加速管道腐蚀。因此，选择浊度和余氯作为水质监测参数。
此外，设置水量和水压两个基本参数，反映管网水力变化，指导水泵运行。水量主要针对用水量较大的用户，利用现有流量计，将数据传输至监测中心；管网水压是对自来水漏损、管网堵塞程度的重要参考依据。
2.2 监测仪表
选择合适的在线监测仪器是保证数据准确的重要前提。各在线监测仪表的技术要求如表1所列，流量数据的采集依托工业水管网原有流量仪进行。
根据以上技术要求，在线浊度仪采用Hach1720E浊度仪，在线余氯仪采用Capital1870E余氯仪，在线压力仪采用上海半导体器件研究所的BY934G压力变送器。
2.3 数据终端
数据采集终端（I/O模块）是监测点的数据集中设备，每个监测点设置一个，用于采集各监测仪表的数值和状态。数据采集终端由电源模块、CPU模块、开关量输入模块、开关量输出模块和模拟量输入模块组成。电源模块为I/O模块提供24VDC电源；CPU模块用于数据计算与保存；开关量输入模块用于采集现场设备状态信号；开关量输出模块用于控制现场设备信号；模拟量输入模块用于采集现场仪表数据信号。根据现有在线监测仪表数量，采用3个模拟量输入点，但考虑到将来仪表的扩充要求，I/O模块保留了相应的余量和接口。
水压、流量、濁度和余氯监测仪表的输出信号为4～20mA模拟信号，经I/O模块采集后通过RS232串口直接与GPRS/CDMA调制解调器连接，并由其建立无线数据连接与监控中心进行双向数据通信。GPRS/CDMA无线数传设备在使用时需要安装SIM卡进行ID识别，将数据发送至GPRS/CDMA网络，并接收监控中心的指令。
3 数据传输方式
选择不同的传输方式，对通讯可靠性和通讯成本具有显著影响。中国移动或者中国电信GPRS/CDMA系统可提供广域的无线IP连接，在GPRS/CDMA业务平台上构建在线监测采集传输系统，实现监测点数据的无线传输，具有可充分利用现有网络、建设周期短、建设成本低的优点，而且设备安装方便、维护简单。因此，选择GPRS/CDMA系统作为在线监测采集传输系统的数据通信平台。
由于石化企业对于网络安全要求较高，内部网络与外部Internet不连通。目前该石化公司网络交由信息公司进行统一维护，采用中国电信CDMA数据专线，将外部数据接收至数据平台，再通过局域网进行传输。因此，采用如图1所示的数据传输路径。将I/O采集模块通过RS485/232串口连接到CDMA专用模块，两者遵循Modbus协议，数据经采集后先由CDMA发送模块发送到数据平台，再通过端口发送至监测中心的客户端。
在线监测终端上电后，CDMA模块会根据预先设定在其内部的IP地址主动访问数据平台，建立链路。监测中心服务器维护接入的每个终端的IP地址和ID号，当监测中心要向某个在线监测终端提出数据请求时，根据IP地址和ID号来找到对应的终端，将命令下发到该终端，终端响应后通过CDMA模块把数据发到数据平台服务器端口，经端口映射转发到中控室，即完成了一个应答式的通讯流程。
4 在线监测管理系统
该项研究开发了在线监测管理系统软件，置于监测中心终端，用于数据的采集和处理。软件主要具有以下功能。 （1）数据显示：通过列表方式实时显示监测数据，显示内容包括数据采集时间、数值和单位。可同时显示不同监测点的数据，也可单独显示某一监测点的数据。
（2）数据采集和存储：定时采集现场监测数据。数据接收方式有两种，一种是通过设置数据采集的时间间隔，定时向中心返回监测数据；一种是通过中心向监测点通信控制器发送查询指令，监测点通信控制器返回当前监测的实时数据。采集到的数据存储到中控室SQLServer数据库，数据库数据可进行备份和还原。
（3）数据查询：通过设置查询条件查阅历史数据和历史报警数据，并可导出为Excel文件。查询条件包括：监测点、监测参数、开始时间和结束时间。
（4）报警处理：对于各个参数，可手动设置报警上限和下限，当采集的数据高于上限或低于下限时，系统会显示报警信息，指导运行参数的调整。
（5）用户管理：为防止未经授权的访问，系统可设置用户名和密码。可通过添加、修改、删除、保存等操作对用户进行管理，同时对用户的使用等级进行划分，让不同等级的用户拥有不同的权限。
5 系统运行评价
经过一段时间数据的稳定采集，表明该在线监测系统具有实时性、准确性和安全性。
5.1 实时性
该系统采用CDMA无线通讯方式，对于各监测点的各种数据，采取同步接收、处理的模式，无需轮询，因此没有延时。仅仅在系统初始化时，现场CDMA发送模块与监测中心接收终端之间建立连接需要几分钟的时间。当数据正常传输时，数据传输速率快，在线仪表采集数据和客户终端接收数据的时间很接近，相对于每30s采集一次数据的时间长度来说可以忽略不计，因此数据传输的实时性可以满足监测要求。
5.2 准确性
在运行调试阶段，通过对I/O采集模块程序的校正，保证了采集数据和输出数据的一致性。由于监测数据首先转换为4～20mA电流值，再根据量程转换为压力/流量/浊度值，设置的电流值精度会影响接收数据的精度，可通过调整电流精度从而满足测量值的精度要求。
5.3 安全性
由在线监测客户端软件可以及时获知监测点的水压水量水质数据，并将数据的预期范围设置为报警阈值，一旦流量、水压或者浊度超过正常的波动范围，即可提供报警信息，使管理人员及时发现異常情况。
在线监测系统建立以来，调度中心根据用户用水量的规律性变化，合理调节机泵，使机泵处于最佳运行工况，根据2011年11月至2012年2月数据分析，出水电单耗同比下降8.83%。制水车间根据管网末端供水水质变化，合理调整了制水药剂的投加量，降低制水药剂单耗，2012年1月、2月，工业水系统综合矾耗为14.34kg/103t，比计划值降低了2.71%。可见，在线监测系统的运行具有较明显的经济效益。
6 结论
综上所述，在线监测系统运行效果良好，系统具有实时性、准确率和安全性等优点，若应用于工业污水管网水质的监测中，可以及时发现工业水管网运行中的异常情况，促使水厂提高工业水供水安全监控和预警技术水平，降低了运行风险，并且还可以指导生产运行，从而在水厂的节能降耗方面发挥出了显著的作用。
参考文献
[1]任伟东.污水管网水质在线监测系统的设计与应用[J].河北工业科技.2009（02）.
[2]王婷.城市雨污水管网水质监测系统的研究[J].城市建设理论研究.2012（26）.
关键词：在线监测系统；工业污水管网水质；应用
建立污水管网水质在线监测系统 ，掌握污水管网实时水质情况 ，是缓解下游污水处理厂进厂水质超标、 保障污水处理厂正常运行的有效手段。污水管网水质在线监测系统，其硬件包括在线监测仪器、水质采样器、数据采集及通信部分（GPRS），系统软件采用多种灵活方便的控制方式，使系统精度高，运行稳定可靠，受安装地理位置的限制，并与国家标准分析方法相同，对水样的要求宽泛，不受水质情况变化的影响，系统应用非常广阔。构建在线水质水量水压监测系统，对降低水厂运行成本，对于水厂的安全、节能运行，以及管理水平的提高具有十分重要的意义。
1 系统概述
管网在线监测系统由一个监测中心、若干个在线监测点和连接两者的通讯模块构成。在线监测点由在线监测仪表、数据采集终端和通讯传输终端等构成，主要功能是自动完成参数分析、数据采集和通讯传输，并可识别监测中心的命令；监测中心安装管理系统软件，完成远程数据接收、存储、处理和显示等功能，并对各个监测点进行控制指挥；两者间的控制信号和监测数据通过通讯模块完成。整个系统的特点是：集中管理、分散控制、互联互通、实时监控、维护简便、扩展灵活。
在线监测点可设置为自动向监测中心发送数据，也可设置为收到监测中心的指令后启动工作。当采用GPRS/CDMA无线方式传输数据时，数据采集终端将采集到的监测数据按照用户定义的数据帧格式打包，通过RS232/485串口传送至数据发送模块的缓存中，并由数据发送模块封装成TCP/IP数据包，通过GPRS/CDMAIP骨干网接入Internet网并传送至监测中心。监测中心的终端服务器将接收到的数据包进行解析、还原，存入数据库。
2 监测终端
2.1 监测参数
工业水管网水质在线监测参数的选择参考生活饮用水规定。根据《生活饮用水卫生规范》，管网水质检测必须测定浊度、余氯、细菌、大肠杆菌、色度、铁、锰七项指标，其中，浊度、余氯是两项重要的监控指标。浊度变化直接反映了供水水质是否受到了污染，设置在线浊度监测仪可在第一时间掌握管网水质动态变化，及时处理可能出现的水质问题；管网水中的余氯可保持水的持续杀菌能力，降低微生物再污染的可能性，但余氯过量也会造成资源浪费，形成消毒副产物，并加速管道腐蚀。因此，选择浊度和余氯作为水质监测参数。
此外，设置水量和水压两个基本参数，反映管网水力变化，指导水泵运行。水量主要针对用水量较大的用户，利用现有流量计，将数据传输至监测中心；管网水压是对自来水漏损、管网堵塞程度的重要参考依据。
2.2 监测仪表
选择合适的在线监测仪器是保证数据准确的重要前提。各在线监测仪表的技术要求如表1所列，流量数据的采集依托工业水管网原有流量仪进行。
根据以上技术要求，在线浊度仪采用Hach1720E浊度仪，在线余氯仪采用Capital1870E余氯仪，在线压力仪采用上海半导体器件研究所的BY934G压力变送器。
2.3 数据终端
数据采集终端（I/O模块）是监测点的数据集中设备，每个监测点设置一个，用于采集各监测仪表的数值和状态。数据采集终端由电源模块、CPU模块、开关量输入模块、开关量输出模块和模拟量输入模块组成。电源模块为I/O模块提供24VDC电源；CPU模块用于数据计算与保存；开关量输入模块用于采集现场设备状态信号；开关量输出模块用于控制现场设备信号；模拟量输入模块用于采集现场仪表数据信号。根据现有在线监测仪表数量，采用3个模拟量输入点，但考虑到将来仪表的扩充要求，I/O模块保留了相应的余量和接口。
水压、流量、濁度和余氯监测仪表的输出信号为4～20mA模拟信号，经I/O模块采集后通过RS232串口直接与GPRS/CDMA调制解调器连接，并由其建立无线数据连接与监控中心进行双向数据通信。GPRS/CDMA无线数传设备在使用时需要安装SIM卡进行ID识别，将数据发送至GPRS/CDMA网络，并接收监控中心的指令。
3 数据传输方式
选择不同的传输方式，对通讯可靠性和通讯成本具有显著影响。中国移动或者中国电信GPRS/CDMA系统可提供广域的无线IP连接，在GPRS/CDMA业务平台上构建在线监测采集传输系统，实现监测点数据的无线传输，具有可充分利用现有网络、建设周期短、建设成本低的优点，而且设备安装方便、维护简单。因此，选择GPRS/CDMA系统作为在线监测采集传输系统的数据通信平台。
由于石化企业对于网络安全要求较高，内部网络与外部Internet不连通。目前该石化公司网络交由信息公司进行统一维护，采用中国电信CDMA数据专线，将外部数据接收至数据平台，再通过局域网进行传输。因此，采用如图1所示的数据传输路径。将I/O采集模块通过RS485/232串口连接到CDMA专用模块，两者遵循Modbus协议，数据经采集后先由CDMA发送模块发送到数据平台，再通过端口发送至监测中心的客户端。
在线监测终端上电后，CDMA模块会根据预先设定在其内部的IP地址主动访问数据平台，建立链路。监测中心服务器维护接入的每个终端的IP地址和ID号，当监测中心要向某个在线监测终端提出数据请求时，根据IP地址和ID号来找到对应的终端，将命令下发到该终端，终端响应后通过CDMA模块把数据发到数据平台服务器端口，经端口映射转发到中控室，即完成了一个应答式的通讯流程。
4 在线监测管理系统
该项研究开发了在线监测管理系统软件，置于监测中心终端，用于数据的采集和处理。软件主要具有以下功能。 （1）数据显示：通过列表方式实时显示监测数据，显示内容包括数据采集时间、数值和单位。可同时显示不同监测点的数据，也可单独显示某一监测点的数据。
（2）数据采集和存储：定时采集现场监测数据。数据接收方式有两种，一种是通过设置数据采集的时间间隔，定时向中心返回监测数据；一种是通过中心向监测点通信控制器发送查询指令，监测点通信控制器返回当前监测的实时数据。采集到的数据存储到中控室SQLServer数据库，数据库数据可进行备份和还原。
（3）数据查询：通过设置查询条件查阅历史数据和历史报警数据，并可导出为Excel文件。查询条件包括：监测点、监测参数、开始时间和结束时间。
（4）报警处理：对于各个参数，可手动设置报警上限和下限，当采集的数据高于上限或低于下限时，系统会显示报警信息，指导运行参数的调整。
（5）用户管理：为防止未经授权的访问，系统可设置用户名和密码。可通过添加、修改、删除、保存等操作对用户进行管理，同时对用户的使用等级进行划分，让不同等级的用户拥有不同的权限。
5 系统运行评价
经过一段时间数据的稳定采集，表明该在线监测系统具有实时性、准确性和安全性。
5.1 实时性
该系统采用CDMA无线通讯方式，对于各监测点的各种数据，采取同步接收、处理的模式，无需轮询，因此没有延时。仅仅在系统初始化时，现场CDMA发送模块与监测中心接收终端之间建立连接需要几分钟的时间。当数据正常传输时，数据传输速率快，在线仪表采集数据和客户终端接收数据的时间很接近，相对于每30s采集一次数据的时间长度来说可以忽略不计，因此数据传输的实时性可以满足监测要求。
5.2 准确性
在运行调试阶段，通过对I/O采集模块程序的校正，保证了采集数据和输出数据的一致性。由于监测数据首先转换为4～20mA电流值，再根据量程转换为压力/流量/浊度值，设置的电流值精度会影响接收数据的精度，可通过调整电流精度从而满足测量值的精度要求。
5.3 安全性
由在线监测客户端软件可以及时获知监测点的水压水量水质数据，并将数据的预期范围设置为报警阈值，一旦流量、水压或者浊度超过正常的波动范围，即可提供报警信息，使管理人员及时发现異常情况。
在线监测系统建立以来，调度中心根据用户用水量的规律性变化，合理调节机泵，使机泵处于最佳运行工况，根据2011年11月至2012年2月数据分析，出水电单耗同比下降8.83%。制水车间根据管网末端供水水质变化，合理调整了制水药剂的投加量，降低制水药剂单耗，2012年1月、2月，工业水系统综合矾耗为14.34kg/103t，比计划值降低了2.71%。可见，在线监测系统的运行具有较明显的经济效益。
6 结论
综上所述，在线监测系统运行效果良好，系统具有实时性、准确率和安全性等优点，若应用于工业污水管网水质的监测中，可以及时发现工业水管网运行中的异常情况，促使水厂提高工业水供水安全监控和预警技术水平，降低了运行风险，并且还可以指导生产运行，从而在水厂的节能降耗方面发挥出了显著的作用。
参考文献
[1]任伟东.污水管网水质在线监测系统的设计与应用[J].河北工业科技.2009（02）.
[2]王婷.城市雨污水管网水质监测系统的研究[J].城市建设理论研究.2012（26）.