План системы мониторинга расхода и качества воды в городских трубопроводах

Для полноценного освоения эксплуатационных характеристик дождевых и канализационных трубопроводов, сбросных сооружений, открытых каналов и рек необходимо измерять широкий спектр базовых эксплуатационных параметров — уровень жидкости, расход и качество воды — получать непрерывные данные об уровне, расходе и качестве воды, выявлять закономерности их изменения и, на основе мгновенного анализа, статистических расчётов и моделирования этих исходных данных, осуществлять комплексную диагностику и оценку системы, а также формировать надёжную информационную базу для проведения различных исследований.

Система онлайн‑мониторинга канализационных трубопроводов и сооружений должна расширяться с учётом реальной ситуации, что позволит обеспечить выполнение таких технических требований, как оптимизация проектирования, управление технологическими процессами и оперативное планирование эксплуатации муниципальных канализационных трубопроводов и сооружений, а также предоставить полезную, эффективную и своевременную информационную поддержку для их эксплуатации и управления.

Принципы дизайна:

① Оборудование для онлайн‑мониторинга должно включать уровнемеры, расходомеры, анализаторы качества воды и другие контрольные приборы.

②В соответствии с требованиями государственной системы обеспечения конфиденциальности осуществлять сбор, передачу, использование и обновление данных мониторинга дренажных трубопроводов и сооружений, обеспечивать непотерю этих данных и недопущение их незаконного использования, а также гарантировать безопасность данных.

③ При разработке проекта следует учитывать условия эксплуатации оборудования; выбор и монтаж средств мониторинга должны соответствовать реальным условиям работы систем водоотведения, а также обеспечивать проведение испытаний, калибровки, проверок и технического обслуживания этих средств, гарантируя их надлежащую работу.

④ Обеспечить надлежащую подготовку персонала на объекте: сотрудники должны понимать схему мониторинга и его цели, хорошо знать места контроля и состав контролируемых параметров, а также в совершенстве владеть техническими требованиями к установке, эксплуатации и обслуживанию оборудования. Следует придерживаться принципа «безопасность прежде всего, профилактика — в первую очередь» и обеспечивать охрану здоровья и безопасность персонала.

⑤Создать долгосрочный механизм эксплуатации и технического обслуживания сети дренажных трубопроводов и системы мониторинга объектов, обеспечивая устойчивую эффективность работы средств мониторинга и платформы управления данными.

Состав системы:

　　Система интегрирует передовые технологии, такие как современная сенсорная технология, технологии интернета вещей, мобильная связь, технологии хранилищ данных и системы автоматизации управления, обеспечивая автоматический сбор данных, онлайн‑мониторинг в режиме реального времени, управление мониторингом в реальном времени, поддержку принятия решений и управление реагированием на чрезвычайные ситуации в отношении гидрологической информации и данных о качестве воды в канализационных трубопроводах.

Система мониторинга расхода сточных вод и качества воды в дренажной трубопроводной сети состоит из следующих основных компонентов:

1. Датчик расхода, датчик качества воды;

2. Хост сбора данных в трубопроводе: его функция — обеспечивать длительное энергоснабжение, осуществлять управление питанием датчиков для поддержания режима мониторинга с низким энергопотреблением; одновременно устройство оснащено встроенным модулем связи 4G, позволяющим преобразовывать и передавать данные с промышленной шины на сеть Ethernet.

3. Платформа управления информацией: обеспечивает управление объектами проекта, принимает данные мониторинга и осуществляет их хранение и отображение, проводит статистический анализ, а также поддерживает загрузку и расширение различных бизнес‑приложений.

4. Монтажные аксессуары: специальные кронштейны для установки оборудования, паспорта расхода, а также вспомогательные инструменты для наладки и ввода в эксплуатацию и др.

Схема монтажа на объекте:

Схема технологического процесса строительства станции мониторинга:

Требования к мониторингу дорожного движения следующие:

　　Частота сбора данных и частота их передачи оборудованием мониторинга Интернета вещей могут быть настроены пользователем. В данном проекте как частота сбора, так и частота передачи составляют один раз в 4 часа.

Требования к развертыванию объекта:

1. Муниципальный департамент водоотведения должен осуществлять единообразное планирование и размещение точек установки приборов онлайн‑мониторинга, а собранные данные о работе канализационных сетей должны обеспечивать возможности анализа эксплуатационного состояния и управления объектами системы водоотведения.

2. Перед установкой приборов онлайн‑мониторинга необходимо провести проверку соответствия эксплуатационной среды требованиям, предъявляемым к условиям монтажа оборудования.

3. Перед установкой проверьте наименование, модель, технические характеристики и внешний вид прибора, а также внимательно ознакомьтесь с комплектующими и технической документацией.

4. Технические меры по обеспечению безопасности при производстве работ должны соответствовать действующим отраслевым нормам охраны труда и техники безопасности, а при монтаже сложных приборов должен быть разработан технологический процесс монтажа, обеспечивающий безопасность производства работ.

5. Приборы следует устанавливать вдали от механических вибраций, сильных электромагнитных полей, агрессивных сред и высоких температур.

6. При монтаже прибор не должен подвергаться ударным воздействиям или вибрации; после установки он должен быть надёжно закреплён и установлен строго вертикально, без восприятия внешних нагрузок со стороны трубопровода или другого оборудования.

7. Крепёжные элементы, используемые при монтаже приборов онлайн‑мониторинга, должны быть изготовлены из нержавеющей стали, за исключением анкерных болтов.

8. При проведении монтажных работ не допускается разрушение дорожного полотна, нарушение транспортного потока и спуск в колодец; при этом оборудование для мониторинга должно быть установлено удобно и надлежащим образом размещено.

Основной выбор оборудования, параметры:

Датчик качества воды по методу COD: измерение оптическим методом, без использования реагентов и без загрязнения. Глубокий ультрафиолетовый луч в процессе прохождения поглощается органическими веществами, растворёнными в воде, при этом степень поглощения пропорциональна концентрации этих веществ; таким образом, содержание органических загрязняющих веществ в образце можно оценить путём измерения коэффициента поглощения глубокого ультрафиолетового излучения.

1. Диапазон измерения ХПК: 0–600 мг/л, в пересчёте на КНТ

2. Точность измерения ХПК: ±5% от полной шкалы

3. Разрешение по ХПК: 0,1 мг/л

4. Диапазон содержания ТОК: 0–240 мг/л, в пересчёте на KHP

5. Точность TOC: ±5% от полной шкалы

6. Разрешение ТОС: 0,1 мг/л

7. Диапазон мутности: 0–300 НТУ

8. Точность измерения мутности: ±5% от полной шкалы

9. Разрешение по мутности: 0,1 НТУ

10. Рабочая температура: 5–40 °C

11. Максимальная глубина: 10 метров от поверхности

12. Цифровой интерфейс: MODBUS/RS485

13. Имитируемый интерфейс: 4–20 мА

14. Источник питания: 12–24 В пост. тока

15. Потребляемая мощность: Нормальное потребление: <0,5 Вт

16. Калибровка: одноточечная/двухточечная/трёхточечная калибровка

17. Степень защиты: IP68

18. Способ монтажа: установка в проточном бассейне, погружная установка, резьба 3/4″ NPT

19. Размер: Φ34×232 мм

20. Материал: нержавеющая сталь 316

　　Радарный измеритель уровня воды: данный радар работает в режиме FMCW, имеет бесконтактную конструкцию установки, компактен и элегантен по размеру, обладает компактной структурой, высокой точностью, низким энергопотреблением и отличной помехоустойчивостью. Подходит для мониторинга уровня воды в озёрах и реках, предупреждения о горных паводках, а также для контроля за водосборными резервуарами, канализационными трубопроводами и т. п.

1. Частота излучения: 76 ГГц–81 ГГц

2. Разрешение: 1 мм

3. Диапазон измерений: 0,15–40 м

4. Точность измерения: ±5 мм

5. Угол рассеивания: горизонтальный 6°/вертикальный 6°

6. Рабочее напряжение: 9–24 В

7. Способ связи: RS485

8. Рабочая температура: от −40 до 85 °C

9. Рабочий ток: 20 мА при 12 В

10. Время загрузки: 100 мс

12. Степень защиты: IP68

13. Размеры (диаметр × высота): 66×96 мм

　　Ультразвуковой радарный расходомер: данный прибор сочетает в себе преимущества радарного и ультразвукового измерения расхода. При неполном заполнении трубопровода для контроля скорости потока и уровня воды применяется радиолокационный метод; при полном заполнении — датчик уровня давления для измерения уровня воды и ультразвуковой метод для определения расхода, что обеспечивает измерение расхода как в полностью заполненных, так и в неполностью заполненных трубопроводах в любых условиях.

1. Напряжение питания: 12 В/24 В постоянного тока

2. Рабочий ток: 500 мА при постоянном напряжении 12 В

3. Рабочая температура: от −20 °C до 75 °C

4. Габариты: 207,0×108,6×109,5 мм

5. Интерфейс связи: RS485

6. Степень защиты: IP68

7. Радиолокационный диапазон измерения расхода: 60 ГГц

8. Угол луча радара: 16*20°

9. Диапазон измерения скорости радаром: 0,1–20 м/с

10. Точность измерения скорости радаром: 0,01 м/с

11. Диапазон измерения дальности радиолокатора: 0,1–50 м

12. Точность измерения дальности радиолокатора: ±2 мм

13. Разрешение по дальности РЛС: 1 мм

14. Диапазон измерения скорости ультразвуком: 0,021–6 м/с

15. Точность измерения скорости ультразвуковым методом: ±1,0% от полной шкалы ±1 см/с

16. Диапазон измерения уровня воды ультразвуковым датчиком: 0,03–5 м

　　Блок питания для систем связи: интегрированная конструкция, объединяющая РТУ, дисплей, шкаф, средства связи и систему электропитания, обеспечивающую комплексные функции сбора данных, их хранения, питания, отображения, передачи и сигнализации. Промышленный уровень исполнения: широкий диапазон рабочих температур, устойчивость к высоким и низким температурам, а также к сильным электромагнитным помехам; подходит для эксплуатации в различных тяжёлых полевых условиях.

1. Способ связи: полный диапазон 4G;

2. Встроенный аккумулятор: сверхбольшая ёмкость — 152 А·ч

3. Многопроцентровая отчётность: поддерживает функции отчётности для нескольких центров обработки данных и для основного/резервного центров, включая до 4 центров.

4. Дисплей: поддержка локального ЖК‑экрана для отображения данных о давлении, расходе, уровне воды и других параметрах мониторинга

5. Выходной источник питания: обеспечивает регулируемый выходной источник питания 12 В при токе 100 мА.

6. Интерфейс 485: 1 интерфейс RS485, встроена защита от электростатического разряда (ESD) на 15 кВ.

7. Аналоговый интерфейс: 2 канала аналогового входного интерфейса (16‑разрядный АЦП, поддерживает входной токовый сигнал 4–20 мА, по желанию — входной напряжённый сигнал 0–5 В)

8. Интерфейс дискретных сигналов: 2 канала входного интерфейса дискретных сигналов (оптическая развязка)

　　Логический уровень 0: мокрый контакт — 0–3 В постоянного тока, или сухой контакт — проводящий

　　Логика 1: Влажный контакт — 5–30 В пост. тока, либо сухой контакт — разомкнутый

9. Второй регулируемый источник питания (номинальная мощность 12 В/1 А, со встроенной защитой от перегрузки по току) 12 В/100 мА

10. Потребляемая мощность: в режиме работы <60 мА при напряжении 7,2 В постоянного тока (средний ток); в режиме сна ≤40 мкА при напряжении 7,2 В постоянного тока

11. Степень защиты корпуса: ABS+PC, IP68

12. Рабочая температура: −40…80 °C (−31…167 °F)

13. Температура хранения: от −40 до 85 °C (от −40 до 185 °F)

14. Рабочая температура экрана: от −20 до 70 °C (от −4 до 158 °F)

15. Температура хранения экрана: от −30 до 80 °C (от −22 до 176 °F)

16. Относительная влажность: 95% (без конденсации)

　　Датчик уровня воды по давлению: оборудование оснащено импортными датчиковыми преобразователями, которые преобразуют сигналы давления уровня жидкости в соответствующие цифровые сигналы, после чего обрабатывают их с помощью цифровых схем и формируют стандартные выходные сигналы, такие как 4–20 мА и RS‑485. Продукт отличается компактной конструкцией, надёжностью, стойкостью к коррозии, защитой от перегрузок и удобством эксплуатации.

1. Диапазон: 0 м ~ 10 м ~ 30 м ~ 100 м, по выбору

2. Типы давления: манометрическое или абсолютное давление

3. Точность: ±0,2% от полной шкалы

4. Приспосабливаться к скорости изменения уровня воды: ≤40 см/мин

5. Частота отклика: цифровой выходной сигнал ≤ 5 Гц

6. Рабочая температура: от −35 до 85 °C (тип «при комнатной температуре»)

7. Рабочее напряжение: 10–36 В постоянного тока, стандартное — 12 В постоянного тока

8. Выходной сигнал: RS485

9. Степень защиты: IP68

10. Корпус: нержавеющая сталь 1Cr18Ni9Ti

　　Датчик взвешенных веществ: содержание взвешённых частиц в воде является одним из показателей степени загрязнения воды. Прибор использует оптический метод измерения, не требует применения химических реагентов; оснащён встроенным датчиком температуры с функцией автоматической компенсации температурных изменений; применяет модулированный световой сигнал, что снижает влияние видимого света; может широко использоваться в сфере водоочистки, аквакультуры, экологического мониторинга и других отраслях.

1. Источник питания: 12 В постоянного тока

2. Потребляемая мощность: <0,5 Вт

3. Интерфейс связи: RS485; стандартный протокол ModBus‑RTU;

4. Принцип измерения: метод рассеяния света

5. Диапазон измерения: 0–3000 мг/л; 0–1000 мг/л; 0–200 мг/л

6. Погрешность измерения: ±8% от полной шкалы (в зависимости от однородности водного объекта)

7. Разрешение измерения: 0,1 мг/л

8. Время отклика: ≤30 с

9. Рабочие условия оборудования: 5–40 °C

10. Степень водонепроницаемости: IP68

11. Стойкость к давлению: 5 метров под водой

12. Материал корпуса: коррозионно-устойчивый пластик, нержавеющая сталь

　　Интегрированный терминал мониторинга колодцев: устройство включает беспроводные модули связи 4G/NB‑IOT, литиевые аккумуляторы большой ёмкости, а также функции сбора и хранения данных. Оно обладает степенью защиты IP68 и широко применяется в системах онлайн‑мониторинга городских канализационных и дренажных колодцев, а также рек и водохранилищ в сфере водного хозяйства и гидрологического проектирования.

1. Способ связи: полный диапазон 4G;

2. Встроенный аккумулятор: поддержка сверхбольшой ёмкости — 152 А·ч, 7,2 В (неперезаряжаемый), а также перезаряжаемых аккумуляторов — 72 А·ч, 8,4 В и 36 А·ч, 8,4 В.

3. Поддержка функции отчёта для нескольких центров обработки данных, включая основной и резервный центры; возможно подключение до 4 центров.

4. Интерфейс 485: 4 интерфейса RS485, встроенная защита от ESD на 15 кВ

5. Двухканальный источник питания с управляемым выходным напряжением (номинальная мощность 12 В/1 А, со встроенной защитой от перегрузки по току)

6. Встроенный датчик обнаружения метана

7. Датчик температуры и влажности с двусторонним измерением, внутренний и наружный

8. Потребляемая мощность: в рабочем режиме <60 мА при напряжении 7,2 В постоянного тока (средний ток); в спящем режиме ≤40 мкА при напряжении 7,2 В постоянного тока

9. Поддержка автоматических настроек дополнительной отчётности. (Автоматически корректируется плотность сбора данных при превышении заданного значения)

10. Удалить дополнительный режим отчёта. (Если значение ниже безопасного, плотность сбора восстанавливается автоматически)

11. Удалённое обновление — возможно выполнить удалённое обновление через сервер.

12. Локальная настройка последовательного порта и настройка Bluetooth.

13. Удалённая настройка: параметры конфигурации можно задавать с помощью удалённых сервисов.

14. Степень защиты корпуса: ABS+PC, IP68

15. Рабочая температура: −40…60 °C (без зарядки), −20…60 °C (с зарядкой)

16. Температура хранения: от −40 до 85 °C (от −40 до 185 °F)

17 Относительная влажность: 95% (без конденсации)

Строительство и монтаж оборудования:

1. Этап подготовки перед внедрением

　　Перед началом реализации проекта сообщить соответствующим органам о порядке проведения строительных работ; разработать план строительства на объекте с учётом его технических условий и провести инструктаж по проектной документации совместно с подрядной строительной организацией на основе рабочих чертежей; составить график производства работ; заказать основное оборудование и материалы, а также вспомогательные материалы для строительства; обеспечить подготовку строительной площадки, включая устройство временных мастерских и складских помещений, организацию электроснабжения и т. п., — за счёт Стороны А; а также подготовить необходимый инструментарий и испытательные приборы, составить график выполнения работ и осуществить прочие организационные мероприятия — за счёт Стороны Б.

2. Этап монтажа на месте

　　Применяются стандартизированные схемы электропроводки, а также необходимые меры экранирования и обеспечения безопасности, что гарантирует рациональность и надёжность проводки, её аккуратность и эстетичность, обеспечивая эффективную передачу сигналов и простое, оперативное обслуживание системы; стремление к повышению качества и гибкости системы передачи данных способствует облегчению расширения и модернизации системы. В соответствии с проектной документацией и реальной ситуацией на объекте оборудование и устройства устанавливаются в строгом соответствии с технологическими процедурами и стандартами, не нарушая нормальную эксплуатацию пользователей, что позволяет обеспечить высокое качество при максимально возможном сокращении сроков строительства.

3. Этап отладки

　　Пусконаладочные работы системного программного обеспечения перед сдачей; пусконаладочные работы системного оборудования перед сдачей; пусконаладочные работы отдельных узлов контрольного оборудования; пусконаладочные работы программного и аппаратного обеспечения в холодном режиме на строительной площадке; пусконаладочные работы подсистем; комплексная пусконаладка и др.

4. Меры предосторожности при монтаже оборудования

①Оборудование должно быть установлено в соответствии с требованиями, чтобы обеспечить выполнение проектных функций; внимательно ознакомьтесь с руководством по эксплуатации и производите монтаж под руководством инженера.

②Перед установкой проверьте, чтобы оборудование было в исправном состоянии и все детали были в наличии.

③ Опора проектируется и изготавливается с учётом конкретных условий строительства трубопроводной сети. Расположение подготовленных отверстий для монтажа опоры должно соответствовать расположению отверстий встроенного крепления оборудования.

④ При обращении с оборудованием соблюдайте осторожность, чтобы избежать ударов и столкновений; в противном случае это может негативно повлиять на его водонепроницаемые свойства или привести к выходу оборудования из строя и возникновению других проблем.

Схема установки:

Пример установки датчика качества воды

Схема установки ультразвукового радарного расходомера

Установка манометра уровня воды

Иллюстрация установки радарного измерителя уровня воды

Эксплуатация и техническое обслуживание оборудования для онлайн‑мониторинга:

1. Ежедневно проверяйте состояние эксплуатации оборудования, выявляйте устройства с неисправностями и составляйте перечень работ по их обслуживанию.

2. Разрабатывать планы патрульных проверок, осуществлять выездные патрульные осмотры и техническое обслуживание средств мониторинга, проверять рабочее состояние приборов онлайн‑мониторинга, в том числе наличие фактов кражи оборудования, его целостность, исправность зонда, необходимость проведения дноуглубительных работ и т. п.; проверять нормальное функционирование контрольного оборудования и сигнальных индикаторов, надёжность и гибкость работы переключателей, точность управления и т. д.

3. Регулярная очистка датчика прибора онлайн‑мониторинга от загрязнений, мусора и прочих отложений для обеспечения его нормальной работы и подтверждения возможности получения достоверных данных.

4. Регулярно проверяйте, не ослабли ли детали прибора онлайн‑мониторинга, а также учитывайте влияние температуры и влажности на его электронные компоненты и необходимость замены расходных материалов.

5. Разработать и внедрить стратегию замены аккумуляторов для контрольного оборудования на основе уровня напряжения каждого устройства.

6. В отношении таких неисправностей, как значительные колебания параметров (отсутствие сигнала, мгновенный расход или уровень и т. п.), несоответствие между мгновенным и накопленным расходом, нестабильность данных, а также отклонение данных, существенно превышающее диапазон нормальных значений, необходимо устранять их непосредственно на месте для приборов онлайн‑мониторинга.

7. Постоянно отслеживать конкретную ситуацию по данным онлайн‑мониторинга, проверять их стабильность и непрерывность, предварительно оценивать их достоверность, выявлять отклонения и своевременно осуществлять выездные ремонтные работы.

8. Качество данных мониторинга и обеспечение эксплуатационной надёжности оборудования должны соответствовать следующим требованиям:

①Количество эффективно собранных данных в сутки составляет не менее 90% от общего числа данных, которое должно быть собрано;

②Доля аномальных данных по отношению к общему числу данных, подлежащих ежедневному сбору, не должна превышать 10%. К аномальным данным относятся, помимо прочего: данные с ненормальным нулевым значением, значения, выходящие за пределы нормального диапазона, а также странные значения, находящиеся за пределами обычного диапазона колебаний и т. п.

③ Обеспечить непрерывную работу оборудования и системы сбора данных в режиме 7×24 часа. Время на ремонт или замену вышедшего из строя оборудования не должно превышать 24 часов.