对舰船加装淡化水质监测装置的设计与实现

金炳哲许安静（．葫芦岛市90部队 辽宁 5000　．上海船舶运输科学研究所舰船分所 上海 0035）



对舰船加装淡化水质监测装置的设计与实现

金炳哲1许安静2
（1．葫芦岛市91202部队 辽宁 1250002．上海船舶运输科学研究所舰船分所 上海 200135）

摘要：为了提高我国水质监测的自动化水平，改变现行的用实验室分析方法监测水质的做法，采用前沿的水质检测技术，利用智能化、网络化计算机技术，结合舰船淡水舱结构特点，设计了舰船淡水舱水质三参数在线监测装置，建立了新型水质观，实现了新的舰船水质保障体系，具有良好的应用前景。

关键词：淡化水质 饮用水二次污染 水质监测 舰船

0　引言

舰船淡水系统是维持船员生存、生活质量的重要系统，主要包括饮用水、洗澡水、洗衣水等，其中饮用水系统的水源来自淡水舱，而淡水舱储存的水或是来自岸上水源，或由脱盐设备制造的淡水储存。

目前舰船淡水系统主要存在如下问题［1-2］：

（1）储水淡水舱的水存放的时间过长，水中余氯量不足

水舱长期反复加水，致使水中残存的还原性物质，包括微生物本身或者还原性二次污染物对余氯的过度消耗。致使舰船饮用水中的含氯量逐渐降低，甚至消失导致细菌繁殖。

（2）储水舱的卫生状况容易被忽视，水舱长期得不到彻底的清洁消毒。

由于舰船船体结构复杂，对水舱进行彻底清刷消毒有一定困难。有的清洗人员没有完全把设施内的沉积物排尽就往水舱中灌注饮用水，这些未排除的沉积物导致水质不合格，影响水质卫生状况。

（3）厨房之外的淡水用户缺乏水质保证手段。

（4）舰船淡水系统无对饮用水二次污染的监测。

据“舰船饮用水消毒发展趋势探讨”（《中国水运》2012 年 6 月）报道显示［3］，27．27%船舶的饮用水贮存期超过30天仍在饮用，高达62．79%船舶饮用水混浊度超标，95．45%氯含量不达标。鉴于由于舰船自备饮用水安全隐患较多，且舰船缺少对饮用水淡水舱水质监测环节，为了加强舰船饮用水水安全监督管理，开展舰船饮用水安全保障技术研发，对二次供水淡水舱环节水质监测，加装淡化水质监测装置依靠科技进步实现新的舰船水质保障体系意义十分重大。

1　系统设计

1．1系统组成及网络结构

舰船淡化水质监测装置由监测机箱、信号转换机箱及集成水质传感器组成。监测机箱配置有显控模块、LCD显示屏，信号转换机箱内置有信号转换模块、传感器检测处理模块，集成水质传感器为余氯、浊度、TDS和液位测量传感器的集成。通过配置复示器，可在集控室等其他场所监视舰船海水淡化系统运行状态和淡水舱水质指标参数，图1为舰船淡化水质监测系统图。

图1　舰船淡化水质监测系统图

淡化水质监测系统采用双CAN现场总线网络技术和嵌入式计算机技术，装置配置有以太网或串行通信口RS485可与外部系统进行数据通信。舰船淡化水质监测系统网络结构如图2所示。

图2　舰船淡化水质监测系统网络结构图

1．2系统功能

（1）在线监测显示淡水舱三参数水质指标

（2）三参数水质指标越限声光报警

（3）系统故障报警（网络节点丢失、传感器断线）。

（4）传感器定时维护提示。

（5）系统内部参数设置

1．3集成水质传感器

舰船淡化水质监测装置是对舰船二次供水淡水舱储存水的指标监测。由于舰船航行周期长，淡水舱长期反复加水，致使水中残存的还原性物质，包括微生物本身或者还原性二次污染物对余氯的过度消耗，致使舰船饮用水中的含氯量逐渐降低，甚至消失导致细菌繁殖。浑浊度是反映生活饮用水的物理性状的一项指标，用以表示水的清澈或浑浊程度，是衡量水质良好程度的重要指标。TDS溶解性固体值间接反映了水中固体物质的总含量，反映人体饮用水质的一项指标，TDS值越高表明水质越不好。通常把TDS值70以下的水称为可以直饮的纯净水。因此，淡化水质监测装置的水质监测参数确定为余氯、浊度和TDS水质指标。集成水质传感器的技术指标如表1所示。

表1　余氯、浊度值、TDS传感器技术指标

2　硬件设计

2．1系统模块

如图1、图2所示，淡化水质监测装置由传感器信号处理模块、信号转换模块、和现场显控模块组成。传感器信号处理模块将水质检测传感器的电极信号转换为相应物理含义的水质指标参数值，信号转换模块将水质指标参数模拟量转换为数字量上传至CAN现场总线，现场显控模块将CAN现场总线上的水质指标参数进行在线监视显示、声光报警、系统故障报警等并提供外部接口实现监测数据输出。

2．2集成水质传感器

鉴于现役舰船的淡水舱现场环境，利用原舰船淡水舱液位测量系统现有的传感器安装结构和已敷设的电缆设施（液位传感器信号仍接入原系统），集成水质传感器结构有顶装和管道式二种结构，如图3、图4所示。根据淡水舱现场环境条件，集成水质传感器有顶装、侧装两种安装方式，如图5、图6所示。

图3　顶装式集成水质传感器示意图

图4　管道式集成水质传感器示意图

图5　集成水质传感器顶装方式示意图

图6　集成水质传感器侧装方式示意图

3　软件设计

3．1软件总体设计

本装置的软件设计采用模块化的设计思想，把系统软件设计成由多个软件模块的集合，然后分别来开发各个模块的一种技术，其目的是把一个复杂的任务简单化，方便程序的编写。淡化水质监测装置软件总体结构如图7所示，淡化水质监测装置数据流图如图8所示。

图7　淡化水质监测装置软件总体结构图

图8　淡化水质监测装置数据流图

3．2软件模块设计

由软件总体结构图，各软件模块功能如下：

（1）初始化模块：系统初始化，设备初始化，常量、变量初始化，创建任务；

（2）CAN接收数据处理模块：接收来自信号转换模块CAN数据，转换成传感器数值；

（3）按键扫描模块：扫描键盘，如有键按下则进行相应的处理；

（4）界面显示模块：根据按键选择的结果，显示相应界面；

（5）数据处理模块：根据CAN通信网络获得余氯传感器、浊度传感器和TDS传感器的数值判定是否达到预报警和报警状态；当某一测点参数达到预警限值时，对应报警指示变橘色；当某一测点参数达到报警限值时，对应报警指示变红色，发出声光报警并记录在报警列表中；

（6）开关量输出模块：当报警时，驱动蜂鸣器和指示灯；

（7）历史曲线模块：根据选择的条件，在数据记录中找出符合条件的历史数据，并以曲线的形式显示。

显控模块的LCD屏是人机交互的显示界面，实时显示传感器信息，预警、报警信息，参数信息；显控模块的键盘是人机交互的输入设备，选择显示界面，输入参数。

各种传感器监测的数据以4mA～20mA的电流信号传入信号转换模块，信号转换模块转换成CAN数据通过CAN网络传给显控模块，显控模块对输入数据进行处理，判定是否达到预报警和报警状态。报警时，输出开关量信息驱动蜂鸣器和指示灯。

3．3人机界面设计

整个界面分成两个区域，即实时信息显示区域、报警信息提示区域。实时信息显示区域可呈现主界面、余氯历史曲线、浊度历史曲线、TDS历史曲线、报警列表和系统设置共四种类型界面。报警信息提示区域显示当前最新2条报警信息。通过显控模块功能按键实现显示屏上界面的切换。

图9　淡化水质监测装置数据流图

主界面实时显示各淡水舱余氯数值、浊度数值和TDS数值,当有数值越限时，报警灯亮提示。数值正常：灰色；数值超预警限值：桔色；数值超报警限值：红色（报警闪烁、应答消闪）。报警信息提示区域：以红色字符实时显示当前最新2条报警信息，消警后以黑色字符显示。

4　结束语

综上所述，淡化水质监测装置是针对舰船淡水舱饮用水余氯、浊度和TDS水质指标和液位监测，从而实现了对舰船淡水舱生活饮用水水质三参数指标在线检测，为定期维护舰船生活饮用水提供了方便，从而确保舰船生活饮用水安全，提高了舰船生活饮用水水质保障。

参考文献

［1］ 丁冰权,秦思昌,陶永华等.舰艇水舱饮用水水质调查［J］.海军医学杂志,2001年6月, 22（2）:175-177.

［2］ 赵志高,杨建民,王磊等.2010年海军某部饮用水水质情况调查分析［J］. 海军医学杂志,2011年7月, 32（4）:240-241.

［3］丁冰泉,黄富民,伍俊荣等.舰船饮用水消毒发展趋势探讨［J］.中国水运,2012年6月, 12（6）:139-140.