农村饮水安全工程水厂自动化监控系统

'农村饮水安全工程水厂自动化监控系统方案唐山平升电子技术开发有限公司www.data86.net 目录一、需求概述......................................................................................................................................3二、系统解决方案..............................................................................................................................32.1总体设计思路........................................................................................................................32.2、系统拓扑图.........................................................................................................................42.3、系统选用产品.....................................................................................................................5三、通讯网络......................................................................................................................................6四、系统各组成部分介绍..................................................................................................................84.1水厂........................................................................................................................................84.1.1压力变送器.................................................................................................................84.1.2超声波流量计.............................................................................................................94.1.3余氯仪.......................................................................................................................104.1.4水厂监测终端...........................................................................................................114.1.5视频终端...................................................................................................................154.1.6摄像机.......................................................................................................................16型号：DS-2CC5192P(N).............................................................................................194.2管网监测站..........................................................................................................................204.2.1概述...........................................................................................................................204.2.2压力变送器..............................................................................................................204.2.3电池供电型超声波流量计........................................................................................214.2.4微功耗测控终端.......................................................................................................22五.监控中心.......................................................................................................................................245.1监控中心硬件要求..............................................................................................................245.2监控中心软件要求..............................................................................................................255.3农村饮水安全远程监控系统软件特点...............................................................................25六、设备清单....................................................................................................................................306.1单个水厂监测站..................................................................................................................306.2单个管网监测站..................................................................................................................302 一、需求概述农村饮水安全是当前农民最关心、最直接、最现实的问题。为进一步加强和规范农村饮水安全工程管理，确保农民喝上放心水，预计建设一套“饮水安全监控系统”。计划对所辖的70多个乡镇的出厂清水的水质（主要监测余氯）、出厂水量、水压进行监测。从水厂到村庄入口处这一段管网上建立若干个管网监测站，监测水流量与水压，保证正常供水。在每个水厂内建立一个监控中心，监测本水厂及所辖管网的运行数据。每个水厂内都有电信部门的光纤，具备INTERNET网络的固定IP地址。同时在每个水厂的加压泵房处、清水池处、源水进水口处、大门口处各安装一个摄像头，水务局内不设监控中心，通过INTERNET网络访问各水厂的数据及视频图像。二、系统解决方案2.1总体设计思路1、每个水厂内建设一个监测中心，配置计算机、供水远程监控系统软件。2、在每个水厂安装远程测控终端、流量计、压力变送器；安装视频服务器、摄像机。在水厂大门口处安装带夜视功能的变焦摄像机，其他地方安装定焦摄像机。3、在供水管网上安装微功耗测控终端、流量水表、压力变送器设备。3 4、水务局内不设立监控中心，但是可以通过INTERNET网络访问各水厂的固定IP地址，查看各水厂的运行数据及视频图像。所以水务局只需要有能上网的电脑即可。（如水务局想建立总中心，可增加服务器电脑与水厂监测系统中心软件。）5、水厂计算机与远程测控终端、视频服务器之间通过网线连接；水厂计算机与管网微功耗测控终端之间采用GPRS无线通信方式。2.2、系统拓扑图水务局计算机INTERNET网络某水厂计算机其它水厂计算机水视水视厂频GPRS厂频GPRS测服测服网络网络控务控务终器终器端端管管网网监监测测终终端端4 2.3、系统选用产品以某一个水厂为例，该系统由以下几部分组成：监控中心、通信网络、水厂监测终端设备、管网监测终端设备、计量设备、测量设备、视频设备。1、水厂处序号设备名称设备型号数量功能、性能、参数1监水厂计算机1详见：P252控农村饮水安全DATA-WS021详见：P26中远程监控软件3心工业交换机4监压力变送器1测量设备，详见P95测超声波流量计1计量设备，详见P106站余氯仪1测量设备，详见P117硬水厂监测终端DATA-92011测控终端设备，详见件详见：P128设视频终端1视频设备，详见P169备摄像机4视频设备，详见P175 2、管网处（或村庄入口处）序号设备名称设备型号数量功能、性能、参数1压力变送器1测量设备，详见P212超声波水表1计量设备，详见P223微功耗测控终端DATA-62111详见P234SIM卡1当地移动公司办理3、各设备之间的关系水厂设备管网设备GPRS无线网络水厂计算机RJ45RJ45交换机RJ45微功耗监测终端微功耗监测终端水厂监测终端视频终端超压超压压声力声力余流力摄摄摄摄波变波变氯量变像像像像水送水送仪计送机机机机表器表器器三、通讯网络本系统通讯网络采用有线跟无线相结合的方式；摄像机通过视频线缆连接到视频终端上，水厂监测终端与视频终端，通过网线连接到水厂计算机上，将监测数据与视频图像传输到计算机中。6 水厂监控中心具备电信或者网通公司的专线，管网及村庄入口处的流量与压力数据通过中国移动GRPS网络平台向中心发送数据。GPRS网络平台简介：GPRS网络是中国移动公司提供的数据无线传输网络，只要有GPRS信号的地方就能够支持数据无线传输，具有实时在线、覆盖面广、使用方便、按流量收费等优点。通讯网络——公网专线此种组网方式要求监控中心必须具备固定IP地址。当监控中心本身具备公网的固定IP时，或者监测点数量较多或者跨省分布，需要使用此种组网方式。公网专线系统通信网络采用中国移动公司GPRS网络和Internet公网。要求监测中心具备宽带（类型：光纤、ADSL等），并具有一个Internet网络上的固定IP。每个监测站的测控终端内安装一张开通GPRS功能的手机卡，通过登录GPRS网络与监控中心进行数据传输。分中心电脑必须可以上网，在IE地址栏里面输入总中心的固定IP来访问监控中心监控管理系统软件，分中心值班员按调度中心管理员所分配的权限管理所辖的设备。系统运行费用7 月运行费用=监测中心固定IP月租+单个测点数据卡月租×测点数量例：某地宽带办理固定IP包年费用为1200元，GPRS套餐最低资费标准为5元/30M，超出部分按1KB/1分钱计算。现场监测点以10个计算。则：系统月运行费用=1200÷12+5×10=150元四、系统各组成部分介绍4.1水厂水厂内需要监测出厂清水的余氯，出厂压力，出厂总流量。在加压泵房处、清水池处、源水进水口处、大门口处各安装一个摄像头。在水厂内安装在线余氯仪、压力变送器、超声波流量计、水厂监测终端，可实现上述功能。下面对水厂用的各项设备进行详细介绍。4.1.1压力变送器压力传感器的输出信号一般为模拟量信号（4-20mA信号或者0-5V）。外形及尺寸图：8 u量程0～7MPa内任量程，最小量程为10KPau测量精度（在参考条件下）±0.5％F.Su介质温度－20～+85℃u环境温度－10～+60℃u供电电压12～32VDC（通常24VDC）u非线性≤±0.2％F.Su迟滞性与可重复性≤±0.1％F.Su长期稳定性≤±0.2％F.S/年u热力零点漂移≤±0.03％F.S/℃u响应时间＜30msu最大工作压力2倍量程u电气连接四芯航差接头u过程连接M20×1.5外螺纹u测量介质油、水、气体及其他与316不锈钢兼容介质u防护等级IP544.1.2超声波流量计超声波流量计是用来测量封闭管路液体流量，用户基于被测管路和流体的特点来选择非接触、附着式、插入式的传感器，将两个传感器按照一定距离安装在管道外侧即可，可以使用两次声程的V法，四次声程的W法，或者采用声波直接穿过被测管路的Z法安装。超声波9 流量计主板中央处理器控制两个传感下游传感器器轮流接收和发射超声波并测量其间Tdown流向Tupθ的传播时间，计算时间差值，得到的安装距离上游传感器时差与流体的流速由直接的关系，如下表述：MDDTV=´sin2qT·Tupdown其中θ是声束于液体流动方向的夹角M是声束在液体中的直线传播次数D是管道内径Tup是声束在正方向上的传播时间Tdown是声束在逆方向上的传播时间ΔT=Tup–Tdown4.1.3余氯仪用于制水行业，水处理行业等工业过程游离氯和二氧化氯含量。技术规范：1、测量范围：CL：0.00-50ppmTemp:0-100℃2、精确度：±0.001ppm10 3、环境温度：-5～55℃4、供电电源：AC220V±10%5、输出信号：4～20mA.4.1.4水厂监测终端品牌：DATA86型号：DATA-9201用途：采集传输水厂数据（一）功能①采集功能u采集4-20mA信号输出的余氯分析仪的数据；u采集4-20mA信号输出的压力变送器的数据；u采集串口输出的流量计的瞬时流量与累计流量值；②显示功能u监测终端具备数码管显示窗口，可用手按动监测终端面板上的四位小键盘，可以显示出现场测量出的余氯值、压力值、瞬时流量与累计流量。u可以显示超声波（或电磁）流量计状态，依此判断当前流量计是否处于正常状态。③数据实时传输功能水厂内由于距离较近，走线也比较方便，采用以太网方式进行数11 据传输。具有长期在线、即时通讯特点。④告警功能u当余氯值、压力值超限时自动报警；u当箱门被非法打开时自动报警；u终端即刻将报警信息发送到监控中心。⑤上报方式u主动上报：主动上报包括定时上报、告警主动上报，是指监测点监测终端主动向中心发送测点数据。u上位机问讯（远程召测）:支持定时召测与即时召测两种模式共存;定时召测是指监控中心定时问询监测终端的数据，时间间隔可设置；即时召测是指监控中心值班员手动点击监控软件上的刷新按钮来查看最新数据。⑥历史记录存储、数据掉电不丢失、时钟保持功能u存储定点历史数据（包括时间、累计水量、瞬时流量、余氯值、压力值等）。u失电后，历史记录可保持2年不丢失。u失电后，时钟电路可正常计时1年。⑦远程操作与维护远程设置：监测终端支持监控中心远程设置监测终端参数。（包括：设备量程、报警上下限等）。⑧避雷保护功能12 监测终端对所有输入输出引线（如电源线、传感器引线、通信线等）都采取了多级隔离、吸收措施，最大限度地避免雷击等过电压过电流对测控器的破坏。⑨扩展功能监测终端具有5路DO输出接口，可以预留远程控制管道上阀门的开关操作功能。⑩视频采集功能终端内的视频服务器可以同时将四路摄像头的数据传到监控中心，并进行存储。（二）性能指标①适用环境工作电压：DC8-30V温度范围：-25～+70℃湿度范围：相对湿度≤90%，无凝露≤95%工作环境：无导电尘埃、无爆炸性、腐蚀性气体、无激烈震动、无液体喷溅；②功耗指标待机电流：50～55mA发射电流：170～175mA③数据传输信道13 通信介质：GPRS无线网络传输误码率：10-4④串行通信接口（RS232/485）接口类型：RS232/RS485可选。串口速率：300～19200bit/S数据格式：8位数据位；1位停止位；1位起始位；无校验/奇校验/偶校验可设。⑤9路开关量输入回路输入信号类型：输入为不带电的开/合切换触点测量精度：0.01%⑥8路模拟量输入回路输入信号类型：4～20mA电流信号，0～5V电压信号采样频率：50Hz最大不损坏输入范围：输入电流：-20～+30mA；输入电压：-0.5～+7V测量精度：±0.5%⑦5路开关量输出回路输出开关量类型：集电极开路输出。输出电压范围：DC0～30V输出电流范围：最大200mA14 最大不损坏输出范围：0～300mA4.1.5视频终端视频终端主要由防护箱、隔离变压器、开关电源、视频服务器等组成。品牌：DATA86型号：DATA-9201用途：视频编码1/2/4路，BNC接口（电平：1.0Vp-p,阻模拟视频输入视音频输抗：75Ω），PAL/NTSC自适应入1/2/4路，BNC接口（电平：2.0Vp-p,阻模拟音频输入抗：1KΩ）视音频输1路，3.5mm音频接口（线性电平，阻抗：音频输出出600Ω）视频压缩标准H.264视频编码分辨率4CIF/2CIF/CIF/QCIF32Kbps-2048Kbps，可自定义，最大视频码率3072Kbps视音频编视频帧率PAL:1—25帧/秒，NTSC:1—30帧/秒码参数码流类型复合流/视频流双码流支持音频压缩标准OggVorbis音频码率64kbps1个，RJ4510M/100Mbps自适应以太网网络接口口1个，RS-485串行接口（用于云台控制）串行接口1个，RS-232串行接口（用于参数配置、外部接口设备维护、透明通道）1路，3.5mm音频接口（电平：2.0Vp-p,语音对讲输入阻抗：1KΩ）报警输入4路15 报警输出2路电源DC12V功耗≤8W工作温度-10℃--＋55℃其他工作湿度10％--90％尺寸200.5mm(宽)×136mm(深)×42mm(高)重量≤2Kg4.1.6摄像机（一）红外中速智能球型摄像机产品名称：23倍模拟红外中速智能球型摄像机（HIK）型号：DS-2AM1-714型号室外DS-2AM1-714图像传感器1/4inchSonySuperHADCCD有效像素PAL:752(H)×582(V);NTSC:768(H)×494(V)水平解析度540TVL(彩色);570TVL(黑白)信号系统PAL/NTSC摄像机最低照度0.2Lux/F1.6(彩色);0.02Lux/F1.6(黑白);0LuxwithIR自动/手动/自动跟踪白平衡/室内/白平衡室外增益控制自动/手动信噪比大于50dB16 背光补偿背光补偿(ON/OFF)电子快门PAL:1/50~1/10,000s;NTSC:1/60~1/10,000s日夜模式滤光片彩转黑数字变倍16倍最多24块区域,同时最多有8块区域在同一隐私遮蔽个画面聚焦模式自动/半自动/手动焦距3.84-88.4mm,23倍变倍速度大约5.1秒(光学,广角-望远)镜头水平视角52.2-2.36度(广角-望远)近摄距10-1200mm(广角-望远)光圈数F1.6-F4.5水平范围360°连续旋转水平键控速度：0.1°~80°/s,速度可设;水平速度水平预置点速度：120°/s垂直范围-10°~90°(支持自动翻转)垂直键控速度：0.1°~60°/s,速度可设;垂直速度垂直预置点速度：100°/s比例变倍支持预置点个数256个巡航扫描8条,每条可添加32个预置点花样扫描4条,总记录时间大于10分钟断电记忆支持预置点/花样扫描/巡航扫描/水平扫功能守望功能描/垂直扫描/随机扫描/帧扫描/全景扫描方位信息显示开/关预置点视频冻结支持密码保护支持区域扫描、显示支持球机标题支持指南针功能支持,正北方可设预置点/花样扫描/巡航扫描/水平扫定时启动描/垂直扫描/随机扫描/帧扫描/全景扫描RS-485线路故障诊断支持17 曼码支持及故障诊断支持红外功红外照射距离60米能红外角度根据焦距可变报警输入2路（7路可选），优先级可调报警输出2路,支持报警联动报警预置点/花样扫描/巡航扫描/水平扫报警联动描/垂直扫描/随机扫描/帧扫描/全景扫描/开关量输出输入/输模拟视频输出1.0V[p-p]/75Ω,PAL或NTSC,BNC头出数据类型一路模拟视频，一路反向485数据光纤接物理接口默认FC（SC可选）口(仅光光纤波长TX1310/RX1550nm纤球支持)光纤类型单纤单模传输距离20km（40km，60km，80km可选）菜单中、英文HIKVISION,PELCO-P和PELCO-D(可添加),云台控制协议协议自适应电源AC24V(DC12V可选)功耗40Wmax工作温度和湿度-30℃~65℃;湿度小于90%IP66(室外球)TVS3000V防雷、防浪涌、防一般规防护等级突波范安装方式多种安装方式可选根据应用环境进行选择尺寸Φ230.6(mm)×351.5(mm)(室外)重量5.5kg长壁装支架:DS-1614ZJ;短壁装支架:DS-1615ZJ;墙角装支架:DS-1633ZJ;柱可选支架杆装支架:DS-1622ZJ;电源盒长壁装支架:DS-1634ZJ18 （二）日夜型半球摄像机产品名称：650TVL1/3"CCD日夜型半球摄像机型号：DS-2CC5192P(N)型号DS-2CC5192P(N)型号名称650TVL1/3"CCD日夜型半球摄像机传感器类型1/3"SONYEXVIEWHADCCDII信号系统PAL/NTSCPAL:976(水平)×582(垂直)有效像素NTSC:976(水平)×494(垂直)最低照度0.001Lux@(F1.2,AGCON)快门1/50（1/60）秒至1/100,000秒3.6mm@F2.0(6mm,8mm,12mm,16mm可镜头选)摄像机水平视场角：78°(3.6mm)镜头接口类型M12调整角度水平:0°~355°；垂直:0°~90°；旋转:0°~355°日夜转换模式电子彩转黑水平解析度650TVL同步方式内同步视频输出1Vp-pCompositeOutput（75Ω/BNC）信噪比大于62dB工作温度和湿度—10℃~60℃，湿度小于90%（无凝结）电源供应DC12V±10%一般规功耗2WMAX范尺寸(mm)Φ97.8×64.4重量300g19 4.2管网监测站4.2.1概述管网监测站大多在野外，现场不具备供电电源。可采用太阳能供电或者高能量锂电池供电。太阳能供电需要现场要有充足的日照，但是山区一般树木较多，每个监测点的环境又不太一样，而采用锂电池供电则不存在上述问题。锂电池供电时可直接将设备安装在测井内，在微功耗测控终端外加一个防水外壳，可防水防潮，防水等级可达到IP68。适合野外环境监测。该设备安装后，工作人员可以在监控中心远程监测供水管网的压力及流量情况。科学指挥各水厂启停供水设备，保障供水压力平衡、流量稳定；及时发现和预测爆管事故的发生。管网监测站各设备详细介绍如下：4.2.2压力变送器管网监测站由于不具备供电电源，所以选择的压力变送器必须为低功耗省电型。u输出信号：0.5-2.5V。u供电电源：DC12V。u量程0～7MPa内任量程，最小量程为10KPau测量精度（在参考条件下）±0.5％F.Su介质温度－20～+85℃u环境温度－10～+60℃20 u非线性≤±0.2％F.Su迟滞性与可重复性≤±0.1％F.Su长期稳定性≤±0.2％F.S/年u热力零点漂移≤±0.03％F.S/℃u响应时间＜30msu最大工作压力2倍量程u电气连接四芯航差接头u过程连接M20×1.5外螺纹u测量介质油、水、气体及其他与316不锈钢兼容介质u防护等级IP544.2.3电池供电型超声波流量计选择电池供电型超声波水表，该水表具有以下特点：◆多种供电方式单节3.6V锂电池可工作6年，或采用8-36VDC外接电源供电,当采用外接电源时,电池自动断电,外接电源停止供电时,电池自动恢复供电。◆防护等级高防护等级可达到IP68，可浸入水下2米工作◆通用型设计管段长度按普通机械式水表的长度设计，方便替换21 ◆结构坚固测量管段采用精密铸造工艺，无泄漏，无压力损失和活动部件，十年免维护设计◆测量范围大选用不同型号的传感器,可实现口径DN15～DN6000管道流量的测量◆人性化设计磁性棒操作，内部双按键，操作方便；故障自诊断，图形化故障指示器；循环显示正、负累积流量、瞬时流量、流速等4.2.4微功耗测控终端品牌：DATA86型号：DATA-6211用途：采集数据，无线传输数据22 （一）功能特点◆采集管网压力、流量、流向、电池电压等数据。◆将采集数据主动上报到调度中心；支持定时上报和监测数据超限上报。◆支持多种供电方式：电池供电、太阳能供电、市电供电。◆采用GPRS、短消息无线通信方式。◆现场可存储、压力、流量等数据及工作参数。◆数据存储间隔、数据上报间隔可以设置。◆防水防潮等级高，测井内安装时：IP68。◆4节高能电池可数据发送≥1万条，100Ah可充电电池充电1次可使用3-4个月。◆为现场压力变送器提供直流电源：5V、12V、24V。◆支持远程升级设备程序、设定参数。（二）终端设备安装方式将防水外罩安装在监测井井壁上，微功耗测控终端放置在防水罩内。压力变送器信号线、流量计（或者水表）信号线接在微功耗测控终端自带的防水接线盒上。23 四、测量计量设备的性能质量五.监控中心5.1监控中心硬件要求监控中心硬件基本配置：计算机1台。①计算机：CPU：AMD或Intel2.0G或更高内存：最低2G，推荐4G。硬盘：普通硬盘>320G24 5.2监控中心软件要求操作系统：Windows2003数据库软件：MicrosoftSQLServer2000监控与管理系统：农村饮水安全远程监控系统软件。5.3农村饮水安全远程监控系统软件特点该软件是针对供水行业开发的专用软件，服务器安装数据库及农村饮水安全远程监控系统软件，由系统管理员负责管理，领导者或其它工作人员经授权后可在自己的计算机上通过局域网访问服务器，可进行权利范围内的操作。如果需要，该软件可以在INTERNET公网上发布，被授权者在任何地方的计算机上都可以通过INTERNET公网访问和操作该系统。该软件采用模块结构，主要包括两大模块：一个是人机界面、另一个是前置机。每个模块又由若干小模块组成。前置机软件主要负责监控中心与现场设备的通信，它具有强大的兼容性，可支持任何厂家生产的GPRS、MODEM、RS485等通信产品，支持多种通信方式共存一个系统。人机界面包括基础数据管理、远程操作、人工录入、数据查询、数据报表、数据分析、地图管理等多项内容，可根据不同客户的不同需求设计组合成个性化的监控与管理系统软件。（1）显示功能：25 u地图显示功能：在地图上显示现场测点信息的地理位置，在鼠标点击监测点时会进入详细的测点信息界面。u数据显示功能：显示流量计的瞬时流量、累计流量，余氯值、压力值，高能量锂电池的电压值。u状态显示功能：显示监测终端的箱门状态。（2）管理功能：u测点信息管理：可添加、删除、修改每个监控点信息，可人工补录监测点的数据。u权限管理功能：具有授权管理功能，管理员为最高管理者，根据不同应用要求，分配给其它使用者不同的权利。u密码管理功能：根据不同的使用权利和用户设置不同的登录密码。u数据刷新管理：根据不同的使用权利和用户设置不同的数据刷新频率。u测点显示管理：根据不同的使用权利和用户设置可查看的数据和数量。（3）告警功能：u设备变化告警：水表故障告警、通信中断告警。u设备超限告警：压力超限报警。（4）存储功能测点信息、实时数据、事件记录、操作记录存入数据库。26 （5）统计功能：报表功能：日报、月报、年报；曲线功能：日曲线、月曲线、年曲线；（6）查询功能：测点信息、历史纪录、历史曲线、事件记录、操作记录、历史报表；（7）打印功能：测点信息、历史纪录、历史曲线、事件记录、操作记录、报表；（8）安全功能：密码功能：进入和退出系统必须输入密码；权限功能：不同的操作员具有不同的功能；用户切换：不同的操作员交接时可以在系统切换。（9）扩展功能系统可预留水厂生产调度系统接口，后期可接入水源井监控设备、泵站监控设备等。27 28 29 六、设备清单6.1单个水厂监测站序号设备名称数量备注1水厂计算机（或工控机）1监控2农村饮水安全远程监控系统软件1中心3百兆网8口工业交换机14水厂监测终端15二氧化氯在线分析仪16压力变送器1水厂7超声波流量计1车间设备8视频终端1923倍红外中速智能球型摄像机110日夜型半球摄像机311现场辅材112安装调试113总价6.2单个管网监测站序号设备名称数量备注1微功耗测控终端12防水外壳13压力变送器14超声波水表15SIM卡16安装调试17总价30'