一种用于村镇水质在线监测的分布式数据采集系统

摘要

本发明涉及村镇水厂水质监测领域，尤其涉及一种用于村镇水质在线监测的分布式数据采集系统，包括传感器单元、远程终端控制单元、水量监测单元、GPRS无线数据传输单元及服务器单元；传感器单元与远程终端控制单元连接；远程终端控制单元与GPRS无线数据传输单元连接；水量监测单元与GPRS无线数据传输单元连接；GPRS无线数据传输单元与服务器单元连接。通过该系统可将实时在线获取的水质监测数据及时、便捷地传送至管理终端，方便水厂管理人员随时掌握水质情况并可远程调节控制水量，实现对水质突发事件应急响应，同时实现了水质监测及水量调控的自动化，提高了监测效率，非常适用于村镇水厂的集中管理。

说明书

技术领域

本发明涉及村镇水厂水质监测领域，尤其涉及一种用于村镇水质在线 监测的分布式数据采集系统。

背景技术

在中国，绝大多数的村镇水厂管理监测以人工为主。村镇水厂的水质监 测指标主要包括浊度、余氯、PH值、电导率、水量等，在线监测指标包括 清水池水位及出厂水压力。目前，大部分村镇水厂主要依靠人工现场取水样 并通过相关检测仪表获取水质监测数据，清水池水位及出厂水压力数据则通 过在线监测仪表在本地监控室获取，水量调节控制及泵阀控制主要依靠人工 或在本地监控室控制。上述村镇水厂的水质监测方案具有以下技术缺陷：

1)地区水厂管理人员往往需要前往各水厂对水厂进行现场监管，而村 镇水厂分布广泛，路况复杂，不利于管理人员及时、便捷地掌握水厂的水质 情况；

2)人工对水质指标进行现场监测，手段效率低下，容易出错；

3)在本地对水量及泵阀进行调控，当遇到突发事件，不利于及时处理 和/或与本地区范围内其他水厂进行联动。

发明内容

为了实现上述目的，本发明的一个目的是提供一种用于村镇水质在线监 测的分布式数据采集系统，以解决上述问题。

本发明提供了一种用于村镇水质在线监测的分布式数据采集系统，包 括：传感器单元、远程终端控制单元、水量监测单元、GPRS无线数据传输 单元及服务器单元；传感器单元与远程终端控制单元连接，用于实时在线获 取水厂水质监测数据并通过模拟信号传输至远程终端控制单元；远程终端控 制单元与GPRS无线数据传输单元连接，用于将模拟信号转换为数字信号并 传输至GPRS无线数据传输单元；水量监测单元与GPRS无线数据传输单元 连接，用于制水量测定、流量调节控制及泵阀控制；GPRS无线数据传输单 元与服务器单元连接，用于接收远程终端控制单元传输的数字信号并将服务 器单元发送的指令信号传输至远程终端控制单元及水量监测单元；服务器单 元用于供终端实时获取水厂水质监测数据。

进一步，传感器单元包括但不限于投入式水位变送器、压力变送器、加 氯量传感器、浊度传感器。

进一步，水量监测单元包括发讯式远传水表及流量监控仪，发讯式远传 水表与流量监控仪连接，流量监控仪与流量调节控制单元、泵阀控制单元及 GPRS无线数据传输单元连接。

进一步，流量调节控制单元包括计量泵及调流阀。

进一步，泵阀控制单元包括反冲泵、反冲电动阀、制水泵及制水电动阀。

与现有技术相比本发明的有益效果是：通过该系统可将实时在线获取的 水质监测数据及时、便捷地传送至管理终端(如管理人员的手机)，方便水 厂管理人员随时掌握水质情况并可远程调节控制水量，实现对水质突发事件 应急响应，同时实现了水质监测及水量调控的自动化，提高了监测效率，非 常适用于村镇水厂的集中管理。

附图说明

图1是本发明一种用于村镇水质在线监测的分布式数据采集系统的结构 框图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

参图1所示，图1是本发明一种用于村镇水质在线监测的分布式数据采 集系统的结构框图。

本实施例提供了一种用于村镇水质在线监测的分布式数据采集系统，包 括：

传感器单元10、远程终端控制单元20、水量监测单元30、GPRS无线 数据传输单元40及服务器单元50；传感器单元10与远程终端控制单元20 连接，用于实时在线获取水厂水质监测数据并通过模拟信号传输至远程终端 控制单元20；远程终端控制单元20与GPRS无线数据传输单元40连接，用 于将模拟信号转换为数字信号并传输至GPRS无线数据传输单元40；水量监 测单元30与GPRS无线数据传输单元40连接，用于制水量测定、流量调节 控制及泵阀控制；GPRS无线数据传输单元40与服务器单元50连接，用于 接收远程终端控制单元20传输的数字信号并将服务器单元50发送的指令信 号传输至远程终端控制单元20及水量监测单元30；服务器单元50用于供(查 询)终端实时获取水厂水质监测数据。

本实施例中的远程终端控制单元20(RTU)作为数据采集设备，其主要 功能是将各传感器的电信号转换为数字信号传输至服务器单元50并接受服 务器单元50的指令。该远程终端控制单元20的特征如下：

供电电压：12VDC；

模拟输入：8路4-20mA；

通信接口：RS485。

本实施例通过GPRS无线数据传输单元40(DTU)进行数据传输，GPRS 无线传输方式具有覆盖范围广、运行费用低、通讯速率高、误码率低、可靠 性高、实时性高、维护成本极低等特点，非常适用于该用于村镇水质在线监 测的分布式数据采集系统。

本实施例的服务器单元50主要功能为响应远程终端控制单元20(RTU) 的连接请求、接受并存储数据、向RTU发出指令、提供数据查询服务等。 该服务器单元50包括服务器端通讯系统、数据库系统、数据发布系统等软 件系统，可为查询终端提供服务。查询终端主要包括手机、平板电脑、笔记 本电脑、台式电脑等。可通过短信、微信、网站、客户端程序等方式进行查 询。表现形式有文字、表格、图表、图片等。

本系统采用分布式数据采集，通过GPRS无线传输进行数据汇集，再通 过B/S结构进行数据查询及发布的方式进行系统集成，具有以下特点及效果：

单元测控(流量、浊度、余氯、PH值、电导率、水压、水位参数等) 集成为一体，可分别进行在线测控；

实现了多参数综合在线检测控制(各单元亦能独立使用)，可本地在线 测控，也可进行远程网络监控管理；

采用多址寻码，可实现分级(省、市、市(市)县)对各水厂进行远程 网络监控管理；

实现了水厂信息化网络管理，有效提高了水厂的管理水平；

配有网络化和工业控制标准接口；

在网络盲区，可配置短程无线传输设备与公网连接；

各单元测控参数(控制、报警灯)可集中显示；

流量(瞬时/累计)、水位传感器可实现水厂生产过程的控制或自控；

该系统相关参数既能本地显示也能远程网络传输显示；

该系统运行可靠、数据准确、操作简单、管理成本低、具有极高的行脚 比；

该系统安装便捷、运行维护简单、占地面积小。

本实施例通过该系统可将实时在线获取的水质监测数据及时、便捷地传 送至管理终端，方便水厂管理人员随时掌握水质情况并可远程调节控制水 量，实现对水质突发事件应急响应，同时实现了水质监测及水量调控的自动 化，节省了人力，提高了监测效率，非常适用于村镇水厂的集中管理。

在本实施例中，传感器单元10采用在线仪表对水厂水质指标进行实时 在线监测，水质监测指标一般包括余氯、PH值、电导率、浊度、(清水池) 水位、水压(出厂水压力)等，不同水质指标采用相应的传感器将相应物理 量转换为电信号，包括投入式水位变送器、压力变送器、加氯量传感器、浊 度传感器(浊度在线检测仪)、余氯在线检测仪、PH计、在线电导率仪等。

浊度是指水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度，可用比浊法或散 射光法进行测定，本实施例的浊度在线检测仪(浊度传感器)采用光电式， 利用水中悬浮微粒对散射光不同的反射率和透光率，将此物理特性变换为电 信号，再经放大、整形、滤波和A/D转换，并由数显仪表现场显示，同时提 供工业控制的标准模拟信号，以便扩展使用。本实施例的浊度传感器的检测 范围为：清水0-20NTU，源水0-200NTU。余氯是主水井盖加氯消毒，接触 一定时间后，水中所余留的有效氯，可用比色法或电极法进行测定，本实施 例采用电极法的余氯在线检测仪进行检测，电极法余氯在线检测仪利用特定 金属材料对不同物质的电化学反应的敏感型，检测其微弱变化，经放大、整 形、数字滤波和A/D变换，再转由数显仪表作现场显示，同时提供工业控制 的标准模拟信号，以便扩展使用。本实施例采用的电极法余氯在线检测仪响 应快速，检测时间短，能适应放映即时工况，便于实现生产工艺的过程控制， 且用户产生的二次费用几乎为零，可适应余氯、次氯酸、二氧化氯。检测范 围为0-5ppm，适应PH值6-8。

PH值即氢离子浓度指数，是指溶液中氢离子的总数和总物质的量的比， 表示溶液酸性或碱性程度的数值，即所含氢离子浓度的常用对数的负值，PH 值可采用比色法、电极法等方法进行测定，本实施例采用电极法进行检测， 检测仪器为PH计，PH计可对来水进行连续测量，将酸碱度转换为电信号， 再经放大、整形、滤波和A/D转换，由数显仪表作现场显示，同时提供工业 控制的标准模拟信号，以便扩展使用。PH检测范围为0-14。

电导率，指在介质中该量与电场强度之积等于传导电流密度，本实施例 采用电极法进行检测，检测仪器为在线电导率仪，电导率仪可对来水进行连 续测量，将微弱的电信号放大、整形、滤波和A/D转换，再转由数显仪表作 现场显示，同时提供工业控制的标准模拟信号，以便扩展使用。

在本实施例中，清水池水位及出厂水压力采用投入式液位变送器进行在 线监测，本实施例的水位变送器安装于蓄水池，可将水位高低数据送回5显 示，免除了工作人员来回奔波查看水位的辛苦，节省了人力；压力信号的显 示可使水厂供水水压经常处在可控范围。清水池水位测量参数：标配量程 0-5M，测量精度0.3级，显示精度0.5％；出厂水压力测量参数：标配量程 0-0.6Mpa，测量精度0.3级，显示精度0.5％。

在本实施例中，水量监测单元30包括发讯式远传水表及流量监控仪， 发讯式远传水表与流量监控仪连接，流量监控仪与流量调节控制单元、泵阀 控制单元及GPRS无线数据传输单元连接。本实施例中水量监测采用发讯式 远传水表及流量监控仪进行在线监测，流量监控仪可通过转换按键分别显示 瞬时流量和累积流量，瞬时流量为常显。该流量监控仪同时具有RS-485串 行信号和4-20mA的A/O输出端口，具有“过载”和“反洗”量值功能，可 及时报警或暂停运行，可从生产源头保障生活饮用水净化处理质量，从而防 止饮水安全事故发生。

在本实施例中，流量调节控制单元包括计量泵及调流阀。

在本实施例中，泵阀控制单元包括反冲泵、反冲电动阀、制水泵及制水 电动阀，反冲泵、反冲电动阀为一组用于反冲控制，制水泵及制水电动阀为 一组用于制水控制。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的 具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神 所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细 节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形 式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的， 而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因 此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发 明内。