一种用于水质监测的采水配水管路系统的制作方法

本实用新型属于水质监测技术领域，具体涉及一种用于水质监测的采水配水管路系统。

背景技术：

水是维持生命的必要条件，然而随着经济的不断发展，工农业用水的不断增加，所产生的工农业废水、生活污水等正在不断的破坏着我们赖以生存的水资源，水治理迫在眉睫。我国已于2015年4月16日正式发布《水污染防治行动计划》，计划中多次提到水环境监测的重要性，并要求2017年底前，京津冀、长三角、珠三角等区域、海域建成统一的水环境监测网。水质监测系统是水环境监测网络中的基础层设备，其采集的数据通过网络送至监测中心，实现水环境的全局监管；而其中的采水配水管路系统是水质监测系统的基础，其测量效率以及测值的准确性将直接影响到区域网络中数据的有效性。

中国专利CN101509849A中公开了一种水质水量在线监测前处理管路系统；该系统功能较完善，但结构较为复杂：其一，该专利所提及的系统中的热水是由每个水箱中的加热装置加热产生的，其加热设备分散，且这种加热装置放在水箱中安全系数并不高；其二，该专利所提及的系统如果用在北方，冬天水面结冰会导致产生负压而无法抽水；其三，该专利所提及的系统中的电磁阀未说明有反馈接点，PLC系统无法判断电磁阀的动作状态，若控制过程中流程失败则人机界面无法直观的显示出问题原因所在。

技术实现要素：

针对上述现有技术中的不足，本实用新型提供了一种安全可靠，自动化程度高，为水质监测系统提供强有力基础支撑的用于水质监测的采水配水管路系统。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种用于水质监测的采水配水管路系统，包括互相配合进行完整水质监测的监测机构和清洗机构；

所述监测机构包括采水单元和用于采样分析的配水单元；所述采水单元包括顺连的取水泵、原水阀、水箱，所述水箱包含有箱体、浮子开关、液位计，在箱体上设有与外部管路相连的进水口、出水口Ⅰ、出水口Ⅱ、喷淋口、溢流口、排水口Ⅰ与排水阀；所述配水单元包括在水箱下游与其出水口Ⅰ顺连的增压泵、增压阀、前置过滤器、仪表进水阀、采样杯、仪表排水阀，所述采样杯与水质分析仪连通；

所述清洗机构包括清水阀、喷淋阀、热水阀、空气干燥阀；

所述原水阀一端接取水泵另一端接水箱的进水口，用于控制水箱的进水；

所述喷淋阀一端接清水另一端接水箱的喷淋口，用于控制对水箱的喷淋；

所述清水阀一端接加压自来水源即清水源另一端接至原水阀前，用于控制清洗管路；

所述热水阀一端接电热水器出水口另一端接至增压阀后，用于控制热水管路；

所述空气干燥阀一端接空压机输出口另一端接至增压阀后，用于控制空气干燥管路；

所述排水阀一端接水箱下端排水口Ⅰ另一端接至排水总管，用于控制水箱排水；

所述增压阀一端接增压泵另一端接至前置过滤器，与增压泵联动，用于控制二次配水总管路；

所述仪表进水阀一端接配水总管另一端接采样杯进水口，用于控制水质分析仪对应的采样杯的进水；

所述仪表排水阀一端接采样杯的排水口Ⅱ另一端接排水总管，用于控制采样杯的排水；

在取水口管道外壁缠绕有伴热带；所述浮子开关、液位计、伴热带、原水阀、清水阀、喷淋阀、热水阀、空气干燥阀、排水阀、增压阀、仪表进水阀、仪表排水阀均采用微型电动球阀，且各球阀均与PLC通信连接。

优选的，所述取水泵设为2台冗余配置。

优选的，所述箱体由不锈钢材质折弯焊接而成，箱体底部配有斜板用于沉沙，形成沉砂池；箱体顶部盖板开孔用于安装多参数传感器，多参数探头浸没在水箱水样中。

优选的，所述出水口Ⅱ还连接有水槽，水槽上设有分别与水箱出水口Ⅱ、清水源连接的俩水龙头和一个排水口Ⅲ，排水口Ⅲ与排水总管相连。

进一步的，所述水槽由不锈钢折弯焊接而成。

优选的，所述浮子开关在水箱两侧各装一个，两个浮子开关与PLC连接的信号判断逻辑为或。

优选的，该系统中各管路上还设有截止阀、手阀。

优选的，所述水箱中内置有喷淋管路，喷淋管路与喷淋口相连；所述喷淋管路由水管件粘接形成，其管壁上方开有若干小孔。

本实用新型的有益效果在于：

1)、本实用新型管路系统中配置了带有位置反馈接点的电动球阀用于控制相应管路的通断；PLC系统通过接收电动球阀的位置信号实现了对电动球阀的闭环控制，控制流程失败后在人机界面会推送出报警信息，加强了设备的自身诊断功能。

2)、本实用新型系统中的水箱具有储水、沉沙、喷淋等功能，还装配有浮子开关和液位计，水位至设定位置即可以触发停水信号，PLC系统接收到此信号后停止水泵运行，实现了水泵的自动启停功能。此水箱可以用于多参数传感器的安装，同时解决水样缓冲、杂质沉淀、多参数集中测量的问题设备集成度高，节省了空间，减少了维护量。

3)、针对北方地区冬天气温较低，经常出现河流结冰产生负压导致系统无法取水的现象，本实用新型在取水口选配伴热带，伴热带的电源由PLC控制，在冬季取水前自动开启加热，待取水口管路周围融化后再启动水泵抽水；解决了冬季低温取水的问题。

4)、本实用新型中管路的热水除藻，空气干燥功能有效降低了前一次测量周期中的残留物质，增强了水质参数测量的准确性。且管路系统的热水来源于一台电热水器，布置较为简单，同时电热水器带有漏电保护，其安全性相比较一般的加热器要高。

5)、综上所述，本实用新型涵盖了水样的处理，管路的清洗，热水除藻，吹风干燥，水箱的清洗喷淋，取水口加热等功能，结构简洁而不失功能；具有稳定性高，管路简洁，功能齐全，水箱功能集成度高，系统控制自动化程度高等优点，相比较同行业其他系统有一定的优越性，也可以为水质监测系统或其他水处理设备的取水配水管路系统的设计及应用提供参考价值。

附图说明

图1为本实用新型采水配水系统示意图。

图2为本实用新型中的喷淋管路示意图。

图3为本实用新型系统的监测流程图。

图4为本实用新型系统的清洗流程图。

图中标注符号的含义如下：

1-采水单元 10-取水泵 100-伴热带 11-原水阀

12-水箱 120-进水口 121-出水口Ⅰ 122-出水口Ⅱ

123-喷淋口 124-溢流口 125-排水口Ⅰ 126-排水阀

127-斜板 128-喷淋管路 13-水槽 130-排水口Ⅲ

2-配水单元 20-增压泵 21-增压阀 22-前置过滤器

23-仪表进水阀 24-采样杯 240-排水口Ⅱ 25-仪表排水阀

26-水质分析仪 3-清水阀 4-喷淋阀 5-热水阀

50-电热水器 6-空气干燥阀 60-空压机

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，为一种用于水质监测的采水配水管路系统，包括互相配合进行完整水质监测的监测机构和清洗机构；

监测机构包括采水单元1和用于采样分析的配水单元2；采水单元1包括顺连的取水泵10、原水阀11、水箱12，水箱12包含有箱体、浮子开关、液位计，浮子开关用于触发停泵水位信号、液位计能直观的显示箱体内水位高度，在箱体上设有与外部管路相连的进水口120、出水口Ⅰ121、出水口Ⅱ 122、喷淋口123、溢流口124、排水口Ⅰ125与排水阀126；配水单元2包括在水箱12下游与其出水口Ⅰ121顺连的增压泵20、增压阀21、前置过滤器22、仪表进水阀23、采样杯24、仪表排水阀25，采样杯24与水质分析仪26连通；

清洗机构包括清水阀3、喷淋阀4、热水阀5、空气干燥阀6；

原水阀11一端接取水泵10另一端接水箱12的进水口，用于控制水箱 12的进水；

喷淋阀4一端接清水另一端接水箱12的喷淋口123，用于控制对水箱 12的喷淋；

清水阀3一端接加压自来水源即清水源另一端接至原水阀11前，用于控制清洗管路；

热水阀5一端接电热水器50出水口另一端接至增压阀21后，用于控制热水管路；电热水器50为管路提供热水进行除澡、清洗；

空气干燥阀6一端接空压机60输出口另一端接至增压阀21后，用于控制空气干燥管路；空压机用于吹干被清水和热水冲洗过的管壁，以减少上一次测量周期残留水样的影响，提高测值的准确性。

排水阀126一端接水箱12下端排水口Ⅰ125另一端接至排水总管，用于控制水箱12排水；

增压泵20用于将沉沙后的水样打至被测量仪表的采样杯24中，增压泵20为配水环节提供动力来源；

增压阀21一端接增压泵20另一端接至前置过滤器22，与增压泵20联动，用于控制二次配水总管路；

前置过滤器22为沉沙后的水样进行二次过滤，以保证水样的清洁，同时减少水样可能带有的固体颗粒及其他杂质而损坏测量仪器和电动球阀的风险；

仪表进水阀23一端接配水总管另一端接采样杯24进水口，用于控制水质分析仪26对应的采样杯24的进水；

仪表排水阀25一端接采样杯24的排水口Ⅱ240另一端接排水总管，用于控制采样杯24的排水；

在取水口管道外壁缠绕有伴热带100，用于解决冬天水面结冰产生负压导致无法抽水的问题；

浮子开关、液位计、伴热带100、原水阀11、清水阀3、喷淋阀4、热水阀5、空气干燥阀6、排水阀125、增压阀21、仪表进水阀23、仪表排水阀25均采用微型电动球阀，且各球阀均与PLC电气连接。选用微型电动球阀具有：体积小，不易垢死，寿命长，24V直流供电，自保持，功耗低，带有动作反馈接点等优点。球阀的控制接点与PLC开出通道进行电气连接，球阀的反馈接点与PLC的开入通道进行电气连接。因为球阀的反馈信号为PLC 流程控制提供了可靠的判据，当流程在某个环节控制失败，人机界面能够显示出准确的故障报警，从而能够实现PLC系统对管路系统的全自动控制。

取水泵10设为2台冗余配置。取水泵可根据需求配置自吸泵或者潜水泵，其作用是将水样抽至水箱中。水泵应能满足规定时间内将水箱打满的要求；两台水泵冗余配置，每个监测周期轮换启动。

其中，箱体由不锈钢材质折弯焊接而成，箱体底部配有斜板127用于沉沙，形成沉砂池；在箱体顶部盖板开孔用于安装多参数传感器，多参数探头浸没在水箱水样中。

出水口Ⅱ122还连接有水槽13，水槽13由不锈钢折弯焊接而成。水槽 13上设有分别与水箱出水口Ⅱ122、清水源连接的俩水龙头和一个排水口Ⅲ 130，排水口Ⅲ130与排水总管相连，水槽的设置用以必要时提供清水和被测量的水样用于人工测量。

浮子开关在水箱12两侧各装一个，两个浮子开关与PLC连接的信号判断逻辑为或，以防止浮子开关故障导致的长时间水泵运行甚至溢水情况的发生。

该系统中各水管路上还设有截止阀、手阀；水管为水提供通道、截止阀用于实现水流反向截止的功能、手阀用于实现手动控制管路通断的功能。

结合图2所示，水箱12中内置有喷淋管路128，喷淋管路128与水箱喷淋口123相连；喷淋管路128由水管件粘接形成，其管壁上开有若干小孔。外部加压水从喷淋口123进入喷淋管路128再从每个小孔喷出，实现对水箱 12中的各传感器及水箱壁的喷淋及清洗。

下面结合附图对本实用新型的工作原理作出如下的详细说明。

水质监测系统自动运行时每隔一个设定时间就会自动进行一次监测周期。一个完整的监测周期包含由监测机构和清洗机构分别执行一个监测流程和一个清洗流程，其中监测功能是水质监测系统的核心任务，清水清洗、喷淋、除藻、吹风干燥等辅助功能都为监测功能服务。

如图3所示，监测流程包含采水和配水两个环节：

(1)采水环节：将水样从水源地取至水箱中即称之为采水。当监测流程启动后首先开启排水阀，确保水箱中没有上次测量周期遗留的水样，然后关掉排水阀，同时开启原水阀。务必确保原水阀在开启位置才能启动取水泵打水，因为原水阀开启异常而直接打水会导致取水泵憋压而损坏。当水泵工作后水箱开始不断注入水样，当水位达到液位开关位置时，液位开关动作并将水位信号送至PLC，PLC收到信号后立即停止水泵并关闭原水阀。至此水箱取水完成。当监测的水源为地表水时，如果不做沉沙处理而直接给仪表供水，会导致测值不准确甚至仪表损坏，因而需要对水样进行静置沉沙处理；多参数探头浸没在水箱水样中，当设定的沉沙时间到了以后，PLC就可以对多参传感器读取数值。

(2)配水环节：将水箱中的水样送至仪表则称之为配水。本实用新型为无压供水的仪表即水质分析仪配置一个采样杯。首先开启增压阀和仪表进水阀，需要确认阀门在开启位置后才能开启增压泵以防止憋压导致增压泵损坏。增压泵工作并将水箱中的水样配送至仪表的采样杯中。采样杯中配置了液位开关，当水位至液位开关位置时即触发位置信号，PLC接收到信号停止增压泵工作并关闭仪表进水阀及增压阀。至此仪表采样杯配水完成，PLC触发命令至水质分析仪仪表开始测量。当仪表监测完成后，本监测流程完成。以上监测周期中任何一个环节故障，流程需要报警退出，并对相应的设备做复位处理。

清洗流程主要包括：喷淋、清水清洗、热水清洗、吹风干燥，具体流程图如图4所示：

(1)喷淋：关原水阀，开排水阀，仪表排水阀。阀门动作到位后，开启喷淋阀，清水从水箱的喷淋口进入喷淋管路，水从管壁上小孔喷出，对水箱的内壁喷射，以去除上次测量周期水样中遗留在水箱内壁上的杂质，图2 为喷淋管路示意图。

(2)清水清洗：关闭喷淋阀、排水阀，开启原水阀、清水阀、增压泵、增压阀、仪表进水阀(要确认增压阀、仪表进水阀在开启位置)，此时清水从整个管路前端开始对管路进行清水清洗。清水清洗流程结束后关闭清水阀。

(3)热水清洗：关闭清水阀同时打开热水阀，热水器中的热水对管路进行清洗及除藻。热水除藻是简单有效的除藻方式，调高水温和延长时间可以更好的去除藻类。热水除藻流程结束后关闭热水阀并排空水箱及管路中的水。

(4)吹风干燥：关闭热水阀同时开启吹风干燥阀，气罐中的压缩空气对管路吹风干燥，以去除管壁上的残留水样及杂质，尽可能的减少对下一测量周期测值的影响。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。