户外小型水质自动监测站

第1章 项目设计依据
1.1 项目总体架构
本项目总体架构设计上分为三个层次，分别为现场数据采集控制层、通讯传输
层、监控中心层。
1、现场数据采集控制层：建设内容主要为地表水水质监测子站建设，包括固
定站点、水站仪器仪表集成及系统集成。该层实现水质监测数据、仪器设备状态数据、
报警数据以及环境动力指标数据的采集，视频监控信息的传输、实现自动站与中心端
的联网接入，以及自动站的反向控制。
2、通讯传输层：该层的建设内容主要为无线通讯链路的建设、有线光纤通
讯链路的建设两种方式。
3、控制中心层：主要建设内容包括控制中心硬件设备和中心管理控制系统。其中中
心管理控制系统实现各子站水质监测数据的远程采集、存储、审核、交换、汇总、评价、
分析、应用、发布、上报以及对各监测子站的远程控制。
1.2 项目设计依据
为了使本项目设计能够符合招标及业主的需求，本项目以环保系统要求和相关
国家、行业标准为依据，对本项目进行设计。具体相关标准如下：
1 《中华人民共和国环境保护法》
2 《中华人民共和国水污染防治法》
3 《中华人民共和国土地管理法》
4 《地表水环境质量标准》GB3
5 《地下水环境监测技术规范（HJ/T） 》
6 《水和废水监测分析方法》（2002 年第四版）
7 《空气和废气监测分析方法》（2002 年第四版）
8 《工业自动化仪表工程施工及验收规范》（GBJ-93-86）
9 《防洪标准》GB50201-94
10 《内河通航标准》GBJ139-90
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11 《工业企业通讯设计规范》GBJ42-81
12 《工业企业通讯接地设计规范》GBJ79-85
13 《工业自动化仪表工程施工及验收规范》 GBJ-93-86
14 《电气装置安装工程施工及验收规范》 GBJ232-92
15 《建筑及建筑群综合布线系统工程设计规范》 ECSS72-2000
16 《建筑及建筑群综合布线系统工程施工及验收规范》 CEC89-2000
17 《计算机开放系统互联国家标准选编》
18 《计算机软件工程规范国家标准汇编 2000》
19 《计算机场地技术条件》（GB2887-89）
20 《电子计算机机房设计规范》（GB5017-93）
21 《电子计算机机房施工及验收规范》（SJ/T3003-93）
22 《计算机软件开发规范》（GB8566-88）
23 《计算机软件产品开发文件编制指南》（GB8567-88）
24 《软件质量控制程序文件－ISO9001 行业规范》
25 《环境信息化标准手册 1－3 卷》
26 《信息系统安全技术国家标准汇编》
27 《环境信息化标准手册 1－3 卷》
28 《国家环保总局关于发布《pH 水质自动分析仪技术要求》等 9 项环境保护行业
标准的公告》（环发【2003】57 号）
29 《水污染物排放总量监测技术规范》
30 《地表水和污水监测技术规范》（HJ/T91-2002 ）
31 《水质河流采样技术指导》（HJ/T52-1999）
32 《pH 水质自动分析仪技术要求》（HJ/T96-2003）
33 《电导率水质自动分析仪技术要求》（HJ/T97-2003）
34 《浊度水质自动分析仪技术要求》（HJ/T98-2003）
35 《溶解氧（DO）水质自动分析仪技术要求》（HJ/T99-2003）
36 《CODmn 水质自动分析仪技术要求》（HJ/T）
37 《氨氮水质自动分析仪技术要求》（HJ/T）
38 《紫外(UV)吸收水质自动在线监测仪技术》（HJ/T ） 2）
文件依据
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39 国家环保部《的环境监测预警体系建设纲要（2010—2020 年） ；
1.3 项目设计原则
我司确保整个项目按计划高质量的建设和稳定可靠的运行，基于性、安
全性、可扩展性、科学性、稳定性、规范性、环保性，建成一流的，安全， 科
学，稳定，规范，可扩展和绿色环保的水质自动监控网络。
（1） 为业主提供全本公司自主研发、设计、生产的符合国家及采购方提出
的有关质量标准的仪器和设备。
（2） 所提供的仪器设备的性能均达到或优于所列技术指标。
（3） 所提供的设备直接由我司自主研发生产，并有我司的质量合格证明和
保修证明文件及厂家授权，提供优质的产品服务及技术支持。
（4） 我公司根据不同的水站现场条件提供满足水站室外采水要求的完整的
设计方案及详细说明。
（5） 我公司根据不同的水站提供满足水站光纤通讯和视频接入系统要求的
完整的设计方案及详细说明。
（6） 我公司根据不同的水站提供满足水站供电、防雷系统要求的完整的优
化方案及详细说明。
（7） 我公司提供满足水站建设质量保证的方案和施工组织方案及详细说明。
（8） 我公司承诺能够提供长期技术服务及备品备件供应的方案。
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第2章 水站技术解决方案
2.1水质自动监测系统集成设计方案
水质自动监测系统集成设计建设步骤：水质自动监测系统总体设计、站房建设、室内
排水系统建设、室外采水系统建设、集成设备安装、系统调试运行等部分。
2.1.1 水质自动监测系统总体架构设计
水质自动监测系统总体架构如图所示：
水质自动监测系统仪表分析单元、取水单元、配水单元、控制系统、数据采集/处理/传
输系统、防雷设备组成。其中仪表分析单元由五参数分析仪、COD分析仪、总磷分析仪、
氨氮分析仪、总氮分析仪等组成； 采水系统将水样采集预处理后供各分析仪表供各分析
仪使用；系统泵阀及辅助设备由PLC 控制系统统一进行控制；各仪表数据经 RS232/485 接口
由数采工控设备进行统一数据采集和处理，系统数据有线光纤或4G无线传输两种传输模式。
为防止雷击影响，水质自动监测系统配置完善的防直击雷和感应雷措施。系统配置智能环境监
控单元对系统整体安全、消防和动力配电进行智能监控。
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2.1.2 水质自动监测系统工作原理
水站采用集成式设计原理，包含采配水系统、检测单元（总磷、总氮、高锰酸盐
指数、氨氮、常规五参数五个测量模块）、质量控制单元、辅助单元（废液收集、防
雷、空调等）。其中核心单元为检测单元，总磷、总氮、COD、氨氮严格遵循国标规
定的化学分析方法。常规五参数指标（溶解氧、电导率、浊度、温度、pH）采用多电
极集成方式进行测量，多余的源水和样水经总排水管道排出。
配水系统采用空压机高压冲洗方式对采样管路进行反吹和反清洗，确保管路清洁
无污染。
2.2 水站设计技术参数
水站技术参数见表2-1、表2-2、表2-3
表2-1 四参数性能指标
项目
TP 、NH 3 -N 、TN 、COD Mn 四参数性能指标
总磷 氨氮 总氮 高锰酸盐指数
参照标准 GB11893-89 HJ/ HJ GB11892-89
测量范围 0.02~2 mg/L
（可扩展）
0.1~5mg/L
（可扩展）
0.1~10mg/L
（可扩展）
0.5~20mg/L
（可扩展）
检出限 ≦0.01mg/L ≦0.10mg/L ≦0.1mg/L ≦1mg/L
漂移 ±5% ±5% ±5% ±5%
精密度 ≤5% ≤5% ≤5% ≤5%
示值误差 ±5% ±5% ±5% ±5%
电压影响 ±10% ±5% ±10% ±5%
温度影响 ±5% ±5% ±5% ±5%
一致性 ≥90% ≥90% ≥90% ≥90%
采样周期 时间间隔（20～9999min任意可调）和整点测量模式
校准周期 1～99天任意间隔任意时刻可调
维护周期 一般每月一次，每次约60 min
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表2-2 五参数性能指标
表2-3 整机参数
五参数性能指标
测量方法 pH 溶解氧 电导率 浊度 温度
玻璃电极法 荧光法 四线制电极法 90度散射光
法
热电阻电极
法
参照标准 GB/T6920-8
6
GB/T11913-8
9
GB/T6908-201 GB/T13200-9
1
GB/T13195-9
1
测量范围 0～14 0mg/L～
20mg/L
0ms/m～
500ms/m
0NTU～
1000NTU
0～50℃
漂移 ±0.1pH ±0.3mg/L ±1% ±5% ——
精密度 ≤0.1pH ≤5% ≤1% ≤5% ——
示值误差 ±0.1pH ≤5% ±1% ±5% ——
电压影响 ±0.1pH ≤0.3mg/L ±1% ±5% ——
温度补偿
精度
±0.1pH ±0.3mg/L ±1% —— ——
水温误差 —— —— —— —— ±0.2℃
校准周期 一般每月两次
维护周期 一般每月一次，每次约30 min
整机参数
控制单元 嵌入式工业控制系统
显示单元 15寸彩色触屏控制
温控系统 配备冷暖两用空调
UPS稳压电
源（备选）
可备选UPS稳压电源，在突然断电情况下，可完成本次测量及清洗过程
防雷单元 具备三级防雷能力
质控单元 零点核查、跨度核查、标液核查
电源要求 AC 220 V±22 V，50 Hz±0.5 Hz
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2.3 水站技术特点
? 采用集成式自动水质自动监测站房，可同时测定多种元素；
? 多种分析检测单元，检测下限低，符合地表水在线监测要求；
? 采配水单元具备水样预处理与反冲洗功能，故障率低、易维护；
? 可选配视频监控设备，具有实时远程监控功能，实现全方位监控；
? 占地面积小， 整机占地面积≤2m 2 ；
? 配备废液分离及废液收集单元，满足两周以上废液量的收集；
? 配备防雷单元，保证系统稳定、可靠运行；
? 智能恒温系统，配备机柜式冷暖空调，确保水站在规定工作温度下运行。
2.4 运行模式设计方案
2.4.1间歇运行模式
间歇运行模式控制需求如下：
1）系统运行模式：周期或定点（建议时间间隔：4 小时或根据用户要求进行设计）
2）单次测量取水时间：10~15min
3）分析仪表测量频率一致
4)清洗要求：采样管路、溢流管路、排液管路、流通池每次都清洗
5）气洗要求：外管路（空压机对外部管路气洗即将取水完毕将外部管路的水排空，减
少藻类滋生同时防止冬季管路被冻）
6）数据存储模式：按照测量间隔存储每台仪表单次测量数据。五参数于流通池配水时
进行数据采集、其它仪表则统一在所有仪表测量完成后进行数据采集、所有数据统一
通讯接口 2路RS485，支持4G无线传输
整机功率 ≦2500W（含外泵、空调功率\工作时大功率）
环境温度 （5~40）℃
外形尺寸 高1800mm×宽1400mm×深1000mm
水站重量 400kg
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存储。
2.4.2 连续运行模式
? 控制需求
连续模式控制需求如下：
1) 取水泵连续取水，保证多参数池连续供水
2) 流通池进水电动球阀或者增压泵间歇取水配水，可设置运行周期
3) 分析仪表测量频率一致
4) 清洗要求：采配水内管路每次清洗（与取水泵无关），外管路及流通池每天清洗
（与取水泵相关）
5) 气洗要求：无
6) 数据存储：数据存储间隔 30min。五参数数据每 30min 采集一次， 其它仪表采
集当前值或根据实际要求进行设计数据存储及采集间隔。
2.4.3 应急运行模式
? 控制需求
应急模式控制需求如下：
1) 取水泵连续取水，保证流通池连续供水
2) 流通池进水电动球阀或者增压泵间歇取水配水
3) 氨氮分析仪表周期测量，周期为 25min
4) CODmn 分析仪表测量周期为 50min
5) 总磷分析仪表测量周期为35min
6) 总氮分析仪表测量周期为50min
7) 五参数分析仪表测量周期为5min
8) 清洗要求：流通池及内管路每次清洗（与取水泵无关部分）
9) 气洗要求：无气洗
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第3章 水站结构与系统设计
3.1水站结构设计方案
水站正面如下图所示。
图 3-1 1 水站正面示意图
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水站侧面如下图3-2所示。
图 3-2 水站侧面示意图
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3.2水站系统结构设计
户外水站系统结构如图3-3
样品流向
信号控制
水站采样口
系统采水口
图3-3户外水站系统结构
水质自动监测管理平台
控制单元
数据采集与传输
通信模式：GPRS、RS232\485
采配水系统
采
水
单
元
预
处
理
单
元
配
水
单
元
检测单元
常
规
五
参
数
模
块
氨
氮
检
测
模
块
总
磷
检
测
模
块
总
氮
检
测
模
块
C
O
D
检
测
模
块
质
量
控
制
与
保
证
单
元
辅助系统
废
液
收
集
单
元
反
吹
清
洗
单
元
防
雷
单
元
视
频
监
控
单
元
智
能
温
控
单
元