数据采集系统.doc

技术部分目录1.概述1.1.自动监测站组成12.在线自动监测站设计方案2.1.设计原则22.2.设计规范和依据22.3.主要设计内容32.4.监测站房要求42.5.系统技术指标62.6.统一进行水样采集、配水、预处理、辅助系统及自动控制系统的设计，各部分协调工作，温度可靠 2.6.1.水质自动监测装置特性表6 2.6.2.采水、配水系统8 2.6.3.水样预处理系统11 2.6.4.水样预处理系统各单元介绍13 2.6.5.辅助系统14 2.6.6.自动控制系统142.7.数据采集和传输系统 2.7.1.数据采集和传输系统功能概述15 2.7.2.数据采集和传输系统主要功能界面 2.7.3.数据采集工控机配置20 2.7.4.通讯设备24 2.7.5.计算机25 2.7.6.打印机261.概述 江苏省环境监测中心拟于灌云县建立一个水质自动监测站，用于监控地表水水质。自动监测站系统包括采水系统（采水部分、送水管、排水管及调整槽等）、配水及辅助系统、水质自动监测仪、水质自动采样器、数据采集及传输系统。本水质自动监测站系统的测定项目为：水温、PH值、溶解氧、电导率、浊度、高锰酸钾指数、氨氮。 1.1自动监测站组成 自动监测站主要以在线分析仪器为主体，运用环境水质监测技术、仪表分析技术、自动控制技术、计算机技术等多种现代科学技术，组成一个从取水样、预处理过滤、在线测量、数据处理存储并进行远程传输的水质在线自动化监测系统。 本项目地表水在线自动监测站主要由水样采集装置、水样过滤预处理装置、辅助控制系统、五参数分析仪、氨氮分析仪、高锰酸盐指数分析仪、水质自动采样器、数据采集处理及传输工控机、通信设备组成。其组成示意图如下： 2.在线自动监测站设计方案 2.1.设计原则 1. 设计符合相关的标准和规范。 2. 设计考虑系统先进性、准确性、稳定性。 3. 设计考虑便于运行维护。 4. 总结公司污染源在线监测站和地表水监测站建设的经验。 5. 设计充分考虑与系统集成监控中心平台的接口，保证通信的畅通和数 据与监控平台的长期稳定接通。 2.2.设计规范和依据 1. GBJ131-90自动化仪表安装工程质量检验评定标准。 2. GBJ93-86工业自动化仪表过程施工及验收标准。 3. GB50168-92电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范。 4. GB50259-96电气装置安装工程电气照明装置施工及验收规范。 5. GB50254-96电气装置安装工程低压电器施工及验收规范。 6. GJG 59-99施工现场安全检查标准。 7. GB50194-93建设工程施工现场供用电安全规范。 8. 上海市安全生产、文明施工等有关规定。 9. 水质、水温的测定 温度计或颠倒温度计法（GB13195-91）。 10. pH水质自动分析仪技术要求(HJ/T96-2003)。 11. 总有机碳（TOC）水质自动分析仪技术要求（HJ/T104-2003） 12. 水质pH值的测定 玻璃电极法（GB6920-86）。 13. 水质溶解氧的测定 电化学探头法（GB11913-89）。 14. 电导率水质自动分析仪技术要求（HJ/T97-2003）。 15. 浊度水质自动分析仪技术要求（HJ/T98-2003）。 16. 溶解氧水质自动分析仪技术要求（HJ/T99-2003）。 17. 氨氮水质自动分析仪技术要求（HJ/T101-2003）。 18. 高锰酸盐指数水质自动分析仪技术要求（HJ/T100-2003）。 19. 地表水和污水监测技术规范（HJ/T91-2002）。 20. 水质采样样品的保存和管理技术规定（GB/T12999-1991）。 2.3.主要设计内容 根据地表水在线监测站的建设内容要求，各项设计内容主要为：1、 水样采集、配水、样品预处理、辅助系统及自动控制系统设计2、 数据采集和传输系统的设计3、 仪器设备的选型和安装调试 2.4.监测站房要求 监测站房要满足在线监测仪器设备安装条件，面积不小于10平方米，站房内配合格的自来水、配电设施、消防设施和空调。站房必须具有避雷设施，能防止直击雷的破坏。监测站的供配电系统需具有电源防雷设计，需具备第一、第二级防雷保护。监测站需具有供电系统的接地设施和信号接地设施。 2.5.系统技术指标 1、支持语言： 该项目所有分析仪器和水质自动采样器均提供中文或英文样本，仪器操作均支持英文菜单 样品采集和预处理采用江苏常州摩特威尔流体取样设备制造 有限公司制造的水质自动监测预处理装置，其中控制单元具有醒目的中文标识，完全支持GB2312-80国际标准中文字符集 现场工控机采用Windows XP中文操作系统，软件界面完全中文化。 2、日期：所有日期均正确显示、计算和传输 3、电力：所有设备均采用交流单项供电：220V10,50Hz。 4、环境： 五参数分析仪工作环境：温度：-1055，湿度：595， 防护等级：IP54 氨氮分析仪工作环境：温度540，防护等级：IP43 高锰酸盐指数分析仪工作环境：温度540， 防护等级：IP55 自动采样器工作环境：温度-2040 防护等级：控制器（面板）：IP65 样品室：IP54 电器室：IP43 5、安全性： 除系统中空气压缩机工作时噪声指数较大以外，所有仪器设 备的噪音指数均低于55分贝。 所有在线分析仪器设备电磁辐射符合EN61000标准。 6、技术资料： 我方对合同设备提供一套完整的技术资料，包括目录索引、图纸、安装指导书、操作使用说明书、维修保养手册和服务 记录、品质证明、技术规格书、技术保证指标。对英文资料 配中译本2套。以上所有资料与合同设备同期运抵现场。 我方保证所交付的技术资料完整、清楚、正确，能满足合同设备安装调试、试运行、验收考核、日常操作和维修的要求。 我方提供中心站和子站软件安装、使用说明书，当我方中心站和子站软件有版本升级时，我方免费为用户进行软件更新。对于计算机硬件和软件，上述资料还包括系统运行手册、说 明手册和参考手册。 我方提供给买方涉及系统集成的完整的相关协议，主要有：现场仪器设备数据通讯协议、现场工控机与中心站数据传输 协议、系统接口，现场工控机数据库结构和中心站软件数据库结构，保证用户可以独立进行二次开发或系统升级。 除非合同另有规定，所有技术资料都适用公制单位并有中文或英文陈述和解释。2.6统一进行水样采集、配水、预处理、辅助系统及自动控制系统设计，各部分协调工作，稳定可靠在线监测系统中水样采集喝样品预处理是整个系统的正常运行的前提，是关系到系统监测稳定性和监测分析准确性的至关重要的一部分。我公司结合我公司以往大量在污染源在线监测站和地表水在线监测站建设和运行维护过程的经验，对本次地表水在线监测站的水样采集、配水、预处理以及相应得辅助系统合自动控制系统，使水样供给稳定畅通，达到高稳定性，少维护量等目的。系统包括采水单元、沉沙分离单元、样品预处理单元、辅助清洗单元、空气压缩机、控制单元，整个系统在控制单元的控制下自动配合各分析仪器进行工作，并定期自动进行清洗反吹、除藻。系统设计图如下:水质自动监测装置特性表采水、配水系统为了采集到反映本监测断面的有代表性的水样，并保证水样在传输过程中物理化学性质不发生变化，本次地表水在线监测站的水样采集取水单元采用以下设计:1、采水单元自动与整个系统同步工作, 2、取水口安装警灯提示安全，3、取水单元由粗滤网、吸水浮筒组成，吸入口距离水面0.51.0m浮动采样，4、吸水浮筒四周安装隔离栅阻挡水面漂浮物，有效防止取水口堵塞，吸水管安装初级过滤装置，过滤装置可拆卸，便于清洗和清除杂物，5、吸水浮筒安装在河道内的深度根据现场水位的落差设置，保证采水单元无论是丰水期还是枯水期均能正常采集到水样，6、系统中配备有沉沙分离装置，可有效分离泥沙，7、吸水泵选择满足扬程和提升能力的，性能稳定的WILO自吸泵，该水泵性能稳定，对水质无影响。维护维修很方便，8、采样泵的扬程根据河水到站房高度差和取水管路的压降选定，站房内旋转过滤器入口压力大于0.15Mpa，保证采水系统的采水总量数倍于各仪表所需水样量，供水量满足所有仪器设备分析用水。采水单元对测定项目（除温水）监测结果的影响小于5%，对水温的的影响小于20%。室内与处理装置具有手动取水口，便于水样比对实验的采水。9、吸水泵采用水泵双管路互为备份工作方式，由控制系统进行控制运转，可实现自动反冲清洗功能，防止泥沙沉积和藻类生成，10、配水管路各部分应有压力或流速显示，能调节各段管路中压力或流速。采样管中水样流速控制在0.81.2m/s，使水样在管路中保持稳流状态，以便减少温度、溶解氧等参数的变化，11、采水管道采用UPVC管道，耐腐蚀，不与样水产生物理、化学反应。室外管道进行保温、防晒以便环境温度对水样温度的影响和减少藻类繁殖。管道及部件性能稳定可靠，不易被清洗介质损坏。12、采样管道采用分段方式铺设，每段采用活动接头连接，便于拆卸清洗。13、设备采用机柜式安装方式分类安装，布置合理美观、便于维护保养，14、仪器设备残液和废液安置专门的废液回收桶，可定期送有资质的处理单元集中处理，15、系统配备能确保系统长期有效运行的自来水清洗、药剂清洗、压缩空气清洗、电加热方式清洗，所有清洗采用同一套母管，系统结构流程简捷，组成精简，同时系统中多采用气动控制设备，配无油空气压缩机，能使系统即使在停电时也能保持在正确的状态，提高系统的可靠性，设备投资合理，16、为了保证系统的正常工作、同时减少维护工作量同时对监测项目产生尽可能小的影响，采样系统的设计根据各分析仪对水质要求的不同而分别设计， 五参数分析仪水样不经过任何预处理，其分析仪内部的电极和测量池直接接触水体，直接测量氨氮分析仪和高锰酸盐指数分析仪采用三级过滤系统进行过滤，保证水质达到自动分析仪对水质的要求17、整个系统配备控制单元，可根据现场各分析仪器的分析测量时序自动进行采样、自动预处理反吹、自动分析和自动清洗，现场工控机自动进行数据记录和远程数据传输，18、水质自动采样器采用自动恒温分瓶采样器，配24个1升采样瓶，具体性能指标在仪器设备章节进行详细介绍。19、整个系统的维护周期为：15天水样预处理系统水样预处理系采用高效率低维护的屏架式水质自动监测装置：屏架式水质自动监测装置简介：屏架式水质自动监测装置是常州摩特威尔公司最近推出的精心制作，主要是为迎合高端用户需求，它主要立足于工厂化生产，充分利用公车正规的生产条件，一方面确保了产品的性能和质量，提升了产品的形象；另一方面，避免了原来那种工地化制作因为现场条件限制而产生的种种弊端，同时大大减少了现场的工作量。屏架式水质自动监测装置采用标准屏架结构设计，结构紧凑，外型整齐，可以根据用户要求和现场条件进行任意拼接组合。屏架式水质自动监测装置采用不锈钢管路设计，经久耐用并可拆洗，大大延长系统使用寿命。屏架式水质自动监测装置。前面布置仪表，数台仪表有秩排列，形成整齐划一的仪表屏，屏架后面是样水预处理系统并留有充足的检修空间，大大地方便了运行人员监控和检修。屏架式水质自动监测设有加药清洗系统，该系统配有高流速、大流量冲洗水泵，可以对系统定期进行带药清洗，有效杀灭各种藻类和洗清取样管污垢杂物。水样预处理系统各单元介绍本水样预处理系统：1、 取水单元进行初级过滤，2、 2、五参数分析仪水样不经任何预处理，其分析仪内部的电极的测量池直接接触水体，直接测量3、 沉沙分离单元对泥沙进行过滤 沉沙分离单元级旋转式固液分离器。 样水切向进入固液分离器，使得水流产生旋转，沙粒等较大固形物下沉并被排出，在分离器中样水被特制的反射板扬起，然后产生沉淀，使砂粒沉于底下，定时自动、手动排砂，并可空气反冲，以排清沉砂，是样水预处理的第一重要环节。4.高效率、低维护过滤系统 1、 高效率低维护过滤系统采用大流量旁通式管状过滤设计，过滤芯为水样的精细过滤，可根据配套仪表对过滤的不同要求选用不同规格的不锈钢滤芯。 2、 高效率低维护过滤系统过滤器设有电磁阀、三通阀、气动阀等，并与压缩空气连接，可根据仪器设备的分析流程由控制系统控制气/水切换阀自动切换，可调节设定定时反吹，定时从径向导入压缩空气，过量的水样经轴向冲刷滤芯并带走污物，起到空气反吹和自清洗的作用，以满足分析仪对水样的预处理要求。 3、 系统中各连接口尺寸应于分析仪器和系统管道配合。 4、 在过滤器的出样端加装有溢流杯，溢流杯的容积以所供仪器五分钟的采集量为标准，保证系统不会有延迟。溢流杯配有多个出水接口，可便于后续增加分析仪器用水。 5、 过滤器滤芯的数目的大小，可根据需要选定，过滤器滤芯可方便拆下清洗后再用 6、 可根据配套仪表对过滤的不同要求选用不同规格的不锈钢滤芯。具备可调节的空气自动反吹，各连接口尺寸应于分析仪器和系统管道配合。5清洗单元 在取水官道上设有清洗水和压缩空气入口，可以通入自来水进行自动反冲洗或使用化学试剂清洗液对全长采用管道进行自动反冲洗。由电磁阀的切换可以将清洗水及高压震荡空气通过进样管路冲洗至吸水头，以消除长时间运行造成的污物淤积。 采用管道内藻类的大量繁殖能改变水样的性状，严重时使用采集的水样市区代表性，其中最突出的表现在对氨氮的降解作用，是氨氮分析仪所测量的结果偏离真实值。采用化学清洗是通过一套计量加药装置直接把药液加入管道系统中清除管道内壁上的结垢和抑制藻类繁殖。正反向清洗设置清洗水箱和喷射器以便加入药品同时将清洗水加热到65以增加清洗效果。压缩空气伴随过滤器的反冲及清洗过程的擦洗使清除管道及元器件中的结垢、沉渣、藻类等更有效2.6.5自动辅助系统1、 根据系统需要，配置符合仪器清洗要求的清洁水系统、清洗反吹系统和除藻装置。2、 配置山特UPS系统，功率3KV，使系统在停电24小时内能保存及传输数据，恢复供电后系统能自动工作。3、 配置三科SVC-10KVA稳压源，稳压输出220V/50HZ，功率10KV。4、配置站房内配备雷盾单相电源防雷器。2.6.6自动控制系统 采用自动控制技术、计算机技术作为采样、预处理、清洗和分析测量的运行控制。由现场工程进行数据处理、自动维护、系统诊断、故障记录、故障处理、信号传输。事故报警与管理中心或上级主管部门的通讯联络通畅迅达，真正实现自动监测无人值守。1、 系统工作稳定，确保无人值守时正常工作，在半月维护一次的情况下，系统和仪器平均无故障连续运转时间大于720小时/次。2、 控制系统具有双泵双管路采样系统的自动或手动切换功能3、 控制系统具有水样预处理过滤器的自动反吹功能4、 控制系统具有断电后自动保护及自动恢复功能，并记录掉电状态5、 可进行远程系统参数设置、远程控制6.系统设计具有开放性，每个通道均可单独进行各参数的设置，用户可根据需要自行设计设置输入，输出通道等有关参数，具有良好的扩展能力。2.7.数据采集和传输系统 数据采集传输系统主要由以下几个部分： 现场工控机进行数据采集，计算机进行数据处理和分析，通信设备进行远程控制。2.7.1.数据采集和传输系统功能概述： 地表水数据采集和传输系统采用高性能低功耗嵌入式工控机为主体，配合工业控制PLC，实现对现场计算机进行处理分析，形成报表统计，图形分析等，并可方便的导入，导出，备份，打印等。系统主要特色有：1. 远程通信方式：系统嵌入式各种通信驱动程序，可通过设置选择通讯端口，自由选择使用电话线 MODEM，宽带ADSL,无锡GPRS/CDMA等通信方式进行数据传输，并可同时支持多路通讯连接。2. 系统配置16通道16位双输入模拟量采集卡，自己吃220MADC,+_5VDC,+_10VDC或010VDC等信号输入，数据采集和传输完整准确可靠，误差小于1%。3. 系统数据存储和传输格式符合国家环境监测技术规范的要求。4. 数据采集存储通过通用的RS-232/RS-485接口进行，数据传输采用开放的通信协议和标准的数据传输方式，用户可以对各级控制中心进行权限设置。通信协议符合国家和江苏省环境监测技术规范要求。5. 系统具有远程参数设置，远程自动站工作状态显示，用户权限设置，超标报警上下限设置功能，报警信号的水质分析数据可根据用户的设定采用短消息等方式发送的指定的手机或电话，系统可根据状态参数进行自动数据审核，判断数据的有效性等。系统支持有权限的管理人员进行人工数据审核。6. 各级监控中心可采用WINDOWSXP,WINDOWS2000，WINDOWSNT等操作系统，数据库采用MSSQLSRER2000型关系数据库，扩充性好，维护方便。7. 系统具有又好的人机界面，汉化的图形界面，可无障碍接入省环境监测中心现有的远程监控系统并生成相应的各类文档。8. 现场工控机系统采用微软推出的新一代嵌入式操作系统WINDOWSXPEmbedded，在可靠性及复杂数据处理能力上有突出特点。在软件设计上采用Microsoft Script(采用SCRIPT脚本为主体，具有相当大的灵活性，理论上可兼容一切检测因子的计算和通讯协议的解释)脚本做为数据解释手段，数据库采用MSSQLSRER2000。人机界面友好，操作方便。内置国家局的污染物因子的代码表，可灵活设置各端口的监测成分，各个数据采集通道可用户自定义，扩展性强。系统预留有可扩充接口，便于升级。9. 控制单元采用工业控制PLC作为主体，配置AD模块和IO模块，并配置辅助低压电器控制设备，根据现场需求进行程序各参数的设定，以达到使整个系统长期稳定可靠运行的目的。10. 系统可设定时间间隔定时和人为对不同时间段的历史数据进行采集，并进行报表统计的图形曲线分析，自动形成并打印；数据导入导出方便，并有数据备份功能；能根据有效数据自动生成日报，周报，月报，年报，该报表应至少包括样本数，最大值，最小值，平均值，均值水质类别等数据；能判断水质类别和各指标超标情况；能根据用户要求进行数据处理，可以进行不同时间段的数据对比，并按需要进行各种方式的数据查询。11、 数据库采用MSSQL2000数据引擎，为大容量的、长时间的数据保存奠定基础，各监测子站24小时自动数据存储，数据采集频率可每路单独设定，并可保存三个月以上的数据。12、 支持远程事件控制，可收集以下信息：通讯流量、采样次数、通讯有效率、掉线率、采样次数、停电记录、维护记录。可收集自身及监测仪器的运行故障信息。现场信息可及时上报。13、 可通过通讯端口为多个系统提供数据14、 支持视频监控及图像传输2.7.2数据采集和传输系统主要功能界面：实时数据显示界面历史数据浏览历史数据浏览表图报表打印报警记录数据采集仪参数配置可分别对每个检测通道碱性定义，配置灵活。2.7.3数据采集工控机配置 工控机选用： 机箱：WS-843A一体化工作站 主板：O CKY-4786EV CPU板 配备：CPU: CPU Pentium4, 2.4G以上 内存：1G以上硬盘：100G以上 光驱：16X DVD 通讯设备：外置56K MODEM有线MODEM 实达DTU100无线GPRS MODEM RS485扩展卡：CP132型2口工业型RS-422/485 PCI多串口卡WS-843A 一体化工作站： OSD (On Screen Display） 7U高度的工作站，可安装在19” DM-121 12.1”的LCD模块 -分辨率：800*600 -最大色：18位 -亮度：250cd/m2 -LCD MTBF:50000小时 -背光MTBF:25000小时 -模拟VGA视频输入，带屏显示操作键 触摸键板： 59个薄膜键盘，和10个功能键 前门保护区： -1个3.5”软驱 -1个5.25“驱动器 -电源开关 -1个USB接口 驱动器空间: -1个3.5”软驱 -1个5.25“驱动器 -1个3.5”硬盘 前部面板内建PS/2接口触摸鼠标板 一个12cm滚珠散热风扇 设计有报酬系统平稳的抗震卡夹 可搭配的底板: BP-10S/10SD, PCI-10S/10S2，PX-10S,IP-10S/10S2，PCIAGP-9S2，PXAGP-9S 电源：PS/2规格AT/ATX系列电源ACE-93x/92x/916系列ACE-8xx系列 可选配带有RS-232的电阻触摸屏 工作温度：050 相对湿度：5-85%，无冷凝 抗振动： 517Hz，0.1”双峰位移 17500Hz，1.5G峰-峰加速度 抗冲击： 10G峰-峰加速度 颜色： 白色（PANTONE 413C) 尺寸 483mm（宽）*310mm（深）*266mm（高）；（19”*12.2”*10.5”）主板：ROCKY-4786EV CPU 版性能：处理器-Socket-370架构，Intel，TuaIatin PIII，Celeron级别，外频可达66/100/133MHz系统芯片集-Intel 815E B Stepping芯片组系统内存- 2条168脚DIMM插槽，最大512MB系统存储器VGA- INTEL 815E芯片集内集成VGA-显存：共享系统内存（DVMT技术）-分辨率：1600*1200（8BIT)-显示：12.1高度度SVGA TFT-LCD显示，分辨率800*600.带触摸屏-亮度250CD/M2-模拟VGA输入在板网口- 1个10/100BPS以太网控制器，集成INTEL 815E系统芯片组（INTEL 82562)1个千兆网控制器，集成NS DP83820芯片组（ROCKY-3785EVG)音频：AC97音效编码（CODEC)3D环绕音效I/0接口：2个RS-232(兼容16C550 UARTS)1个 并口(SPP/EPP/ECP模式)2个USB 1.11个IRDA红外接口(SIR)1个FDD接口(支持1.44MB,2.88MB,3-MODE)2个ATA-100 IDE通道硬件监测 - 监测CPU和系统的电压,温度.风扇速度电源+5V/7.6A ,+12V/230MA (INTEL 1GHZ ,256MB 内存)工作温度:0-60度(CPU需加风扇)相对湿度- 5%-90%,非凝结重量:900(G)通讯设备通讯设备：外置56K MODEM 有线MODEM 实达DTU100 无线GP