智慧水務(wù)（污水管網(wǎng)）監(jiān)測(cè)

一、方案背景

污水收集管網(wǎng)作為污水處理系統(tǒng)工程的重要組成部分，首先必須保證具備較為完善的污水管網(wǎng)系統(tǒng)，才能有效收集沿途污水進(jìn)入污水處理廠進(jìn)行集中處理。如何衡量污水管網(wǎng)系統(tǒng)是否完善，設(shè)計(jì)是否合理，管網(wǎng)漏損率是否過高，后期如何完善管網(wǎng)，如何避免偷排漏排，如何應(yīng)對(duì)各種惡劣天氣，各種突發(fā)狀況引起的水質(zhì)水量沖擊，都是管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)需考慮的問題。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及居民對(duì)生活品質(zhì)的要求逐步提高，上述問題已經(jīng)有能力且有必要考慮如何解決。智慧水務(wù)的概念，就是在這種情況下提出。

所謂智慧水務(wù)，區(qū)別于以往傳統(tǒng)水務(wù)的地方在于，可以在線探測(cè)，實(shí)時(shí)回傳信息，經(jīng)過大數(shù)據(jù)分析，可以得出管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)健康狀況，對(duì)解決上述問題提出合理的建議，真正達(dá)到運(yùn)籌帷幄之中，決勝千里之外。

二、方案總體概述

方案整體由以下幾個(gè)部分組成： 采用多普勒超聲波流量計(jì)和水位計(jì)監(jiān)測(cè)管網(wǎng)內(nèi)的水量和水質(zhì)情況，配合AMT-RTU-1遙測(cè)終端機(jī)使用，采用市電或者太陽(yáng)能供電系統(tǒng)進(jìn)行供電，將流量計(jì)、水質(zhì)傳感器固定于渠道中，遙測(cè)終端機(jī)定時(shí)的采集流量計(jì)里面的數(shù)據(jù)通

過GPRS遠(yuǎn)程發(fā)送到服務(wù)器中，數(shù)據(jù)可以通過WEB平臺(tái)進(jìn)行查看。

整個(gè)系統(tǒng)由以下幾個(gè)方面組成：

（1）多普勒超聲波流量計(jì)，用于測(cè)量管道內(nèi)的流速、水位、水溫、流量、累計(jì)流量。

（2）水質(zhì)傳感器，用于監(jiān)測(cè)管道的水質(zhì)情況，包括pH，濁度，電導(dǎo)率，溶解氧等

（3）AMT-RTU-1遙測(cè)終端機(jī)，用于采集本地傳感器的相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器。

（4）設(shè)備機(jī)箱，用于放置膠體蓄電池，充電器，遙測(cè)終端機(jī)等。

（5）太陽(yáng)能供電系統(tǒng)，由太陽(yáng)能和蓄電池，以及充電控制器組成，用于給整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行供電，當(dāng)個(gè)別站點(diǎn)無(wú)法使用市電或者太陽(yáng)能供電時(shí)，可以采用鋰電池供電。

（6）服務(wù)器及相應(yīng)的接收軟件，用于接收和解析遙測(cè)終端機(jī)發(fā)送上來(lái)的相應(yīng)的報(bào)文，進(jìn)行解析和存儲(chǔ)。（7）數(shù)據(jù)云平臺(tái)，用戶可以通過WEB或者手機(jī)瀏覽器瀏覽各個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息。

RTU通過太陽(yáng)能供電系統(tǒng)供電，采集多普勒超聲波流速儀的流速與水位數(shù)據(jù)，通過水位計(jì)算橫截面積乘以流速計(jì)算流量。RTU采集到數(shù)據(jù)連接到智慧城市內(nèi)部平臺(tái)（兼容現(xiàn)有協(xié)議與平臺(tái)），同時(shí)可以連接到武漢德希科技云平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程配置，并提供免費(fèi)的平臺(tái)查詢數(shù)據(jù)（可以通過手機(jī)端或PC端，隨時(shí)隨地查詢數(shù)據(jù)，并提供微信預(yù)警）。

三、硬件產(chǎn)品的參數(shù)極其性能指標(biāo)

1、多普勒超聲波流量計(jì)

產(chǎn)品特點(diǎn)：

寬量程：0.02-5m/s(流速)

分辨率可達(dá)1mm/s（流速）

高響應(yīng)時(shí)間，打破以往需要長(zhǎng)時(shí)間才能得到流速流量的，測(cè)量結(jié)果時(shí)時(shí)刷新。

速度面積法流量測(cè)量，適合滿管及非滿管，可自由設(shè)定斷面水位關(guān)系。

內(nèi)部自帶高精度溫度傳感器可用于水溫測(cè)量和聲速補(bǔ)償。

流體力學(xué)外殼設(shè)計(jì)，對(duì)水體流態(tài)影響小，不影響測(cè)量精度。

防腐蝕外殼設(shè)計(jì)，能夠在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期工作。

可提供瞬時(shí)流量值和累積流量值。

無(wú)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，不存在泥沙堵塞或水草、雜物纏繞等問題，適用于泥沙懸浮物含量高，水草等漂浮物多的河流中測(cè)量。

測(cè)量線性，出廠已校準(zhǔn)長(zhǎng)期使用也無(wú)需校準(zhǔn)。

配有數(shù)據(jù)接收軟件，可讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和累計(jì)數(shù)據(jù)。

技術(shù)參數(shù)：

流速：測(cè)量范圍：0.02-5m/s

精度：1.0%±1cm/s

分辨率：1mm/s

水深：

測(cè)量范圍：0m-5m

精度：±1cm

分辨率：1mm

溫度：

測(cè)量范圍：-10℃-60℃

精度：±0.5℃，

分辨率：0.1℃

流量：

測(cè)量范圍：0.001m3/h-999999999 m3/h（根據(jù)斷面可以增加）

精度：±3%（根據(jù)斷面流態(tài)有所不同）

分辨率：0.0001 m3/s

電源：直流10V-24V

工作電流：12V 小于0.1A

輸出信號(hào)：RS485（Modbus-RTU）

存儲(chǔ)容量：2M（可擴(kuò)展）

防護(hù)等級(jí)：IP68

工作溫度：0℃-60℃（不結(jié)冰）

存儲(chǔ)溫度：-10℃-70℃

設(shè)備材質(zhì)：灰色PVC

多普勒超聲波流量計(jì)的工作原理：

AMT-LSX-1多普勒超聲波流量計(jì)流速測(cè)量基于多普勒效應(yīng)，探頭斜向上發(fā)出一束超聲波，超聲波在流體中傳播，流體中會(huì)含有氣泡或者顆粒等雜質(zhì)（可以認(rèn)為流體中的雜質(zhì)和水流的速度一致），當(dāng)超聲波接觸到流體中的雜質(zhì)時(shí)會(huì)使反射的超聲波產(chǎn)生多普勒頻移Δf，多普勒頻移Δf正比于流速。通過測(cè)量多普勒頻移Δf即可測(cè)量出流體的流速。

速度面積法測(cè)流原理：

AMT-LSX-1多普超聲波流量計(jì)采用速度面積法測(cè)流，利用超聲波流速傳感器測(cè)量流速V，利用壓力式水位計(jì)測(cè)量水位H，預(yù)先在控制器設(shè)置的渠道參數(shù)，控制器可以利用水位自動(dòng)換算出過流面積S，流體的流量公式為：

Q= V×S

其中V- - - -流速 S- - - -過流面積Q- - -瞬時(shí)流量

由于采用了速度面積法測(cè)流，其可以適用于任何形態(tài)的斷面。

1.多普勒超聲波流量計(jì)的安裝方式：

由于多普勒超聲波流量計(jì)采用速度面積法進(jìn)行測(cè)流，因而其可以適用于任何斷面的流量監(jiān)測(cè)，只需要將設(shè)備固定好放入待測(cè)斷面即可。

2、AMT-W400在線多參數(shù)水質(zhì)傳感器，用于監(jiān)測(cè)管道的水質(zhì)情況，包括pH、濁度、電導(dǎo)率、溶解氧等參數(shù)。

在線多參數(shù)自清洗數(shù)字?jǐn)?shù)傳感器，采用一體化設(shè)計(jì)，產(chǎn)品可靠易用。最多可同時(shí)測(cè)量5個(gè)參數(shù)，可選擇傳感器類型有溶解氧、pH、ORP、電導(dǎo)率/鹽度、氨氮、濁度等。采用RS-485總線，Modbus/RTU通訊協(xié)議，數(shù)據(jù)可直接傳輸至采集平臺(tái)。

在線多參數(shù)水質(zhì)傳感器上配備自動(dòng)清洗裝置，可以設(shè)定自動(dòng)清洗間隔時(shí)間和自動(dòng)清洗圈數(shù)，以適應(yīng)不同清潔程度的水質(zhì)。自動(dòng)清洗裝置可以有效地清潔傳感器表面，防止微生物附著，極大的減少維護(hù)成本。每支傳感器配備快速插拔防水接頭，拆裝方便。

前端的傳感器保護(hù)罩用來(lái)保護(hù)內(nèi)部傳感器不受損壞，保護(hù)罩四周開有槽孔，可以有效防止大的懸浮顆粒和生物對(duì)傳感器探頭的破壞，同時(shí)不會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。

特點(diǎn)：

數(shù)字傳感器，RS-485總線，Modbus/RTU通訊協(xié)議。

配備自動(dòng)清潔裝置，可以有效的清潔傳感器表面，防止微生物附著，測(cè)量更準(zhǔn)確，更低維護(hù)成本。

可選配溶解氧、電導(dǎo)率/鹽度、濁度、氨氮、pH、ORP等數(shù)字傳感器，適合長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)。一體化設(shè)計(jì)，可以同時(shí)測(cè)量5個(gè)參數(shù)（含溫度）。

技術(shù)參數(shù)：

PH測(cè)量范圍：0-14 測(cè)量精度：±0.1 分辨率：0.01

溶解氧測(cè)量范圍：0-20mg/L（0-200%飽和度）測(cè)量精度：±2%FS 分辨率：0.01mg/l

電導(dǎo)率測(cè)量范圍：0-5000uS/cm （可擴(kuò)展其他量程）測(cè)量精度：±1.5%FS 分辨率：1uS/cm

濁度測(cè)量范圍：0-1000NTU 測(cè)量精度：±3%或3NTU 分辨率：0.1NTU

水溫：測(cè)量范圍：0-50℃ 測(cè)量精度：±0.5℃ 分辨率：0.1℃

工作電壓：12-24V

輸出接口：RS485 Modbus

安裝方式：浸入式安裝。

校準(zhǔn)方式：兩點(diǎn)校準(zhǔn)

10.防護(hù)等級(jí)：IP68

11.工作溫度：0~65℃

12.工作壓力：＜0.2Mpa

3、AMT-RTU-1 遙測(cè)終端機(jī)：

產(chǎn)品特點(diǎn)：

通信功能：支持GPRS，短消息，衛(wèi)星，433，以太網(wǎng)等多種通信方式。

工作模式：支持實(shí)時(shí)在線以及定時(shí)喚醒等工作方式。

采集功能：水位，雨量，溫濕度，水文，流速，流量，風(fēng)速風(fēng)向，閘位，電池電壓等數(shù)據(jù)，其它傳感可定制。

圖片抓拍功能：支持4個(gè)工業(yè)相機(jī)抓拍上傳。

遠(yuǎn)程管理功能：支持遠(yuǎn)程配置，遠(yuǎn)程升級(jí)，遠(yuǎn)程重啟等遠(yuǎn)程維護(hù)功能。

報(bào)警功能：水位雨量，門限報(bào)警。

存儲(chǔ)功能：自帶flash存儲(chǔ)以及TF卡，可長(zhǎng)久存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，掉電不丟失。

本地配置：本地支持USB以及WIFI配置，數(shù)據(jù)查詢，歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

支持多3個(gè)中心，可實(shí)現(xiàn)“一包多投”功能

支持高達(dá)256GB容量TF卡，可作為海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用。

寬電壓設(shè)計(jì)，具有反接保護(hù)和短路保護(hù)功能。

所有輸入輸出端口采用抗雷擊設(shè)計(jì)，可省缺外置防雷保護(hù)模塊。

支持主備信道切換，以及GPRS短信同時(shí)上報(bào)（短信內(nèi)容格式可定制）。

安全報(bào)警功能：支持柜門開啟報(bào)警

技術(shù)參數(shù)：

硬件配置：2路RS485接口，1路TTL串口（可用作IO接口，外接單總線溫濕度傳感器，

控制繼電器等），SDI接口，1路IO接口，1路脈沖輸入接口，1路脈沖雨量計(jì)接口，2路

模擬量4-20mA接口，1路以太網(wǎng)接口（可外接多種轉(zhuǎn)換模塊），2路12V可控電源輸出，1

路5V可控電源輸出。

存儲(chǔ)容量：16M，支持高達(dá)256G TF卡。

供電電壓：6-24V。

功 耗 ：待機(jī)電流<1Ma(12V)。

工作電流<6Ma(12V)。

工作環(huán)境：溫度-30~60℃，濕度：<95%(無(wú)凝露)。

4、太陽(yáng)能電池板

功率：12V 40W。

工作溫度：-10℃～+50℃。

太陽(yáng)能電池組件：1 塊。

5、蓄電池

標(biāo)稱供電電壓：12V；

容量： 38AH；

通電電流：6A；

工作溫度：-10℃～+50℃；

壽命：3 年以上（25℃）；

尺寸：200x165x475mm

膠體太陽(yáng)能專用蓄電池

6、充電控制器

系統(tǒng)電壓：12/24VDC。

負(fù)載電流：5-30A。

工作環(huán)境溫度：-35℃ ～ 55℃。

自損耗：＜4mA。

溫度補(bǔ)償：-18mV/℃。

過放保護(hù)值：11.1V。

充電電流：5A-30A。

最終充電電壓：13.9V。

過放恢復(fù)值：12.6V ×2/24V。

7、信號(hào)防雷器

信號(hào)傳輸速率: 2M。

信號(hào)工作電壓：6V。

電源電壓保護(hù)：12/24V。

放電電流：10KA。

信號(hào)額定工作電壓：5V。

瞬間過電壓 10KV。

額定放電電流：5KA。電源持續(xù)運(yùn)行電壓：12V/24V。

電源額定工作電壓：12V/24V。

響應(yīng)時(shí)間：≤ 1 ns。

電源額定工作電流：2A。

溫(濕)度范圍-40℃…+80℃，相對(duì)濕度≤95%。

外殼防護(hù)等級(jí) IP20。

8、立桿機(jī)箱

立桿：高度 3m，材質(zhì)鍍鋅鋼管，管徑：114mm，壁厚 3mm。

含定制太陽(yáng)能支架，避雷針。

設(shè)備機(jī)箱：304 不銹鋼機(jī)箱，尺寸 500x400x300mm。

開關(guān)電源（有市電的地方）

12V 40W 開關(guān)電源

四、多普勒超聲波流量計(jì)的安裝方式： （城市管道安裝方式）

利用L型支架直接將設(shè)備伸到管道內(nèi)部，并用將支架固定在管壁，線纜用鍍鋅鋼管保護(hù)。根據(jù)環(huán)境可以選擇鋰電池供電或者太陽(yáng)能供電。

五、軟件平臺(tái)

云數(shù)據(jù)展示平臺(tái)：可以將遙測(cè)終端機(jī)采集到的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器上，主要用于展示各個(gè)站點(diǎn)的水位、流速、流量等信息。其功能為：站點(diǎn)的管理，全部站點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的查看，單個(gè)站點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)表、曲線、歷史圖形、站點(diǎn)圖片抓拍、站點(diǎn)視頻、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、EXCLE 報(bào)表、GIS 地理信息數(shù)據(jù)、該平臺(tái)可以免費(fèi)使用，如需自建平臺(tái)可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。遙測(cè)終端機(jī)支持的協(xié)議是SL651-2014 水文通訊規(guī)約。