一種基於物聯網的水質自動監測系統的製作方法
2023-05-17 21:54:46
專利名稱：一種基於物聯網的水質自動監測系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基於物聯網的水質自動監測系統。
背景技術：
2010年全國環境監測工作會議的召開以及「十二五」監測方案的制定對水環境監測信息工作提出了新的要求環保部門常規的水環境監測數據，已不能滿足日益增長的業務需求和管理需求，特別是「傳統的孤立的、粗放式的採集、監控和應用方式，已經極大地制約了對水環境信息有機的、集約化的應用模式」。隨著物聯網、雲計算等先進信息技術的出現和應用，為水環境監測信息中歷史存在和新出現的問題提供了有力的解決手段。使得我們能夠「利用物聯網技術具有的深度探究、感知、辨析水環境的能力，形成對水環境問題的高解析度分析，通過加大時間、空間密度，感知水環境『肌膚皺理』，突出水環境信息的精細化過程採集，形成流域、區域尺度水環境安全目標的自適應建模能力」。物聯網是新一代信息技術的重要組成部分。物聯網的英文名稱叫「The Internet of things」。顧名思義，物聯網就是「物物相連的網際網路」。這有兩層意思第一，物聯網的核心和基礎仍然是網際網路，是在網際網路基礎上的延伸和擴展的網絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物體與物體之間，進行信息交換和通信。因此，物聯網的定義是通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統、雷射掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物體與網際網路相連接，進行信息交換和通信，以實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種能實時檢測水質狀況的基於物聯網的水質自動監測系統。本實用新型的技術方案如下一種基於物聯網的水質自動監測系統，包括至少一個採水單元、配水單元、分析單元、控制單元、監控單元，所述控制單元分別與所述至少一個採水單元、所述配水單元、所述分析單元、所述監控單元通信；所述配水單元還分別與所述至少一個採水單元、所述分析單元相連；所述採水單元，用於根據所述控制單元的指令採集水樣，並將所述水樣傳送至所述配水單元；所述配水單元，用於根據所述控制單元的指令調節所述水樣進入所述分析單元的水流量和水壓；由所述分析單元對所述水樣的水質進行分析處理；所述控制單元還與所述監控單元進行通信，接收所述監控單元發送的指令，並將所述分析單元輸出的分析結果發送至所述監控單元。進一步地，所述採水單元包括採水泵、浮筒、採水頭、採水管路、供電電纜及安裝結構部分。[0012]進一步地，所述採水單元包括採水泵、採水頭、採水管路、供電電纜及固定裝置；所述採水泵通過所述供電電纜與所述控制單元相連，接受外部供電，並接收所述控制單元發送的指令採集水樣；所述採水泵還分別與所述採水頭和所述採水管路相接，所述採水泵通過所述採水頭吸入水樣，並通過所述採水管路傳送至所述配水單元；所述固定裝置與所述採水頭相接，用於固定所述採水頭，並使所述採水頭懸浮於採樣液體上。進一步地，所述採水單元包括採水泵、浮筒、採水管路、供電電纜及固定裝置；所述採水泵通過所述供電電纜與所述控制單元相連，接受外部供電，並接收所述控制單元發送的指令採集水樣；所述固定裝置與所述浮筒相接，用於固定所述浮筒，並使所述浮筒懸浮於採樣液體上；所述採水泵還分別與所述浮筒和所述採水管路相接，所述採水泵吸入水樣，並通過所述採水管路傳送至所述配水單元。進一步地，所述配水單元通過設置手動閥門和/或自動閥門，調節所述水樣進入所述分析單元的水流量和水壓。進一步地，所述配水單元還包括除沙裝置、和/或除藻裝置、和/或過濾裝置，所述除沙裝置，用於除去所述水樣中的沙粒，並將所述水樣傳送至所述分析單元進行數據分析；所述除藻裝置，用於除去所述採水單元和所述配水單元管路中生長的藻類和菌類；所述過濾裝置，用於除去所述水樣中的雜質，並將所述水樣傳送至所述分析單元進行數據分析。進一步地，所述除沙裝置為旋流除砂器；所述過濾裝置為反衝洗過濾器；所述除藻裝置包括依次相連的交流電源、變頻變壓器、臭氧發生器、保護開關、防腐電磁閥和射流器；所述變頻變壓器，用於將所述交流電源提供的交流電轉換為高頻高壓信號，供給所述臭氧發生器；所述臭氧發生器，用於產生臭氧，並經所述保護開關和所述防腐電磁閥將所述臭氧通過所述射流器排出。進一步地，所述控制單元包括PLC控制模塊、通信模塊、電源模塊，所述電源模塊分別與所述PLC控制模塊和所述通信模塊相連，向二者供電；所述PLC控制模塊還分別與所述分析單元、所述採水單元、所述配水單元相連；所述通信模塊還分別與所述分析單元、所述監控單元進行通信；所述PLC控制模塊，用於向所述採水單元和所述配水單元發送指令，控制所述採水單元和所述配水單元同步啟動；所述PLC控制模塊還控制所述分析單元對所述水樣進行分析處理；所述通信模塊，用於將所述分析單元輸出的分析結果發送至所述監控單元。[0036]進一步地，所述控制單元還包括後備電源模塊，所述後備電源模塊分別與所述PLC 控制模塊、所述通信模塊、所述電源模塊相連；所述後備電源模塊接受所述電源模塊的供電，並在所述電源模塊停止供電時，向所述PLC控制模塊和所述通信模塊供電。進一步地，所述控制單元還包括監控模塊，所述監控模塊分別與所述PLC控制模塊、所述通信模塊、所述分析單元相連；所述監控模塊，用於採集所述所述分析單元輸出的分析結果並顯示；所述監控模塊還接收所述監控單元的指令，將所述分析結果通過所述通信模塊發送至所述監控單元。進一步地，所述通信模塊通過虛擬專網通信方式、無線專網通信方式、電話撥號通信方式、串口通信方式中的一種或多種與所述監控單元進行通信。本實用新型的有益效果是本實用新型技術方案就可實現監管部門對水質狀況的實時監測，及時了解被監控區域的水體情況，從而預警預報重大或流域性水質汙染事故、解決跨行政區域的水汙染事故糾紛、監督總量控制制度落實情況以及排放達標情況等。
圖1為本實用新型水質自動監測系統的構成示意圖；圖2為本實用新型中採水管路裝配後的截面示意圖；圖3為本實用新型中除藻裝置的構成示意圖；圖4為本實用新型中控制單元的構成示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本實用新型，並非用於限定本實用新型的範圍。如圖1所示，本實用新型的基於物聯網的水質自動監測系統包括至少一個採水單元10、配水單元20、分析單元30、控制單元40、監控單元50。控制單元40分別與至少一個採水單元10、配水單元20、分析單元30、監控單元50通信。配水單元20還分別與至少一個採水單元10、分析單元30相連。其中，採水單元10，用於根據控制單元40的指令採集水樣，並將水樣傳送至配水單元20。配水單元20，用於根據控制單元40的指令調節水樣進入分析單元30的水流量和水壓；由分析單元30對水樣的水質進行分析處理。控制單元40還與監控單元50進行通信，接收監控單元50發送的指令，並將分析單元30輸出的分析結果發送至監控單元50。本實用新型技術方案就可實現監管部門對水質狀況的實時監測，及時了解被監控區域的水體情況，從而預警預報重大或流域性水質汙染事故、解決跨行政區域的水汙染事故糾紛、監督總量控制制度落實情況以及排放達標情況等。監測系統中設置多個採水單元10，當一路採水通道出現故障時，可自動切換到其它採水單元10，進而完成採水工作。進一步地，根據具體應用情況的不同，採水單元可有以下兩種具體實現方式。採水單元的第一種實現方式，採水單元包括採水泵、採水頭、採水管路、供電電纜及固定裝置。其中，採水泵通過供電電纜與控制單元相連，接受外部供電，並接收控制單元發送的指令採集水樣。採水泵還分別與採水頭和採水管路相接，採水泵通過採水頭吸入水樣，並通過採水管路傳送至配水單元。固定裝置與採水頭相接，用於固定採水頭，並使採水頭懸浮於採樣液體上。進一步地，本實現方式中的採水泵為自吸泵。即不需在吸入管路內充滿水就能自動地把水抽上來的離心泵。自吸泵具有結構簡單可靠、經久耐用等特點。在泵正常情況下，一般不需要經常拆開保養，當發現故障後隨時給予排除即可。採水單元的第二種實現方式，採水單元包括採水泵、浮筒、採水管路、供電電纜及固定裝置。其中，採水泵通過供電電纜與控制單元相連，接受外部供電，並接收控制單元發送的指令採集水樣。固定裝置與浮筒相接，用於固定浮筒，並使浮筒懸浮於採樣液體上。採水泵還分別與浮筒和採水管路相接，採水泵吸入水樣，並通過採水管路傳送至配水單元。進一步地，本實現方式中的採水泵為潛水泵。潛水泵是深井提水的重要設備，主要是指泵體和電動機可浸入水中工作的排水泵。圖2為管路裝配完成後的截面示意圖，電纜11、採水管路12、聚乙烯保溫套管13、 保護套管14、硼巖棉保溫層15按照如圖布設，使得本實用新型的採水管路具有較強的機械性能，較好的抗壓、耐磨、防裂性能、以及化學穩定性和耐腐蝕性。為了保證採水單元10在冬季使用時不結冰，管路中還設置了加熱帶16。進一步地，配水單元20通過設置手動閥門和/或自動閥門，調節水樣進入分析單元30的水流量和水壓。從而滿足分析單元30內不同分析儀器對樣品水流量和水壓的要求。配水單元20還可按照分析單元30內各個分析儀器的不同需求，對水樣進行除沙、 過濾和沉澱等預處理。即，配水單元20還可包括除沙裝置、和/或除藻裝置、和/或過濾裝置。除沙裝置，用於除去水樣中的沙粒，並將水樣傳送至分析單元30進行數據分析。除藻裝置，用於除去採水單元和配水單元管路中生長的藻類和菌類，將藻類和菌類對水樣的影響降至可以忽略。過濾裝置，用於除去水樣中的雜質，並將水樣傳送至分析單元30進行數據分析。進一步地，除沙裝置為旋流除砂器。旋流除砂器採用重力加速度原理進行除沙當水樣進入旋流除砂器後高速旋轉，這時大顆粒泥沙的重力加速度瞬時提高几十倍，快速從除砂器下口排出，而水流則從上口進入管路，從而達到固液分離的目的。進一步地，過濾裝置為反衝洗過濾器。採用錯流方式對水樣進行過濾處理，使本實用新型的過濾裝置具有自清洗功能，可減少了維護和保養的時間和費用。進一步地，如圖3所示，除藻裝置包括依次相連的交流電源21、變頻變壓器22、臭氧發生器23、保護開關24、防腐電磁閥25和射流器26。其中，變頻變壓器22，用於將交流電源21提供的220V交流電轉換為高頻高壓信號，供給臭氧發生器23。臭氧發生器23，用於產生臭氧，並經保護開關M和防腐電磁閥25將臭氧通過射流器沈排出。在管路(包括採水單元10和配水單元20兩部分的管道)需要清洗時，自來水進入射流器沈，通過水流速產生的負壓將臭氧帶進管路，對水管進行滅藻和清洗，高效地滅菌除藻。在配水單元20對水樣進行預處理後，分別傳送到不同的分析儀內對水樣進行數據分析。根據環境管理的需要和水質監測的目的，確定監測項目，進而根據檢測項目選擇分析儀。主要的分析儀可包括5參數(水溫、PH值、電導率、溶解氧、濁度)分析儀、氨氮分析儀、高錳酸鹽指數分析儀、總磷總氮分析儀、總有機碳分析儀、化學需氧量分析儀、葉綠素分析儀等。如圖4所示，控制單元40包括PLC控制模塊42、通信模塊43、電源模塊41。電源模塊41分別與PLC控制模塊42和通信模塊43相連，向二者供電；PLC控制模塊42還分別與分析單元30、採水單元10、配水單元20相連；通信模塊43還分別與分析單元30、監控單元50進行通信；PLC控制模塊42，用於向採水單元10和配水單元20發送指令，控制採水單元10和配水單元20同步啟動；PLC控制模塊42還控制分析單元30對水樣進行分析處理； 通信模塊43，用於將分析單元30輸出的分析結果發送至監控單元50。PLC控制模塊42做為整個檢測系統的中心控制模塊，承擔了現場主要的控制功能，PLC控制模塊42通過Modbus現場總線與分析單元30內的智能儀器設備相連，可採集每個分析儀的測量數據和狀態，同時控制各儀器設備協同工作，使其成為一個整體。PLC控制模塊42還可以通過模擬量採集各儀器的測量數據，通過DIO (數字輸入輸出電路)控制監測系統中採水單元10和配水單元20的工作，並可對儀器實現同步控制。進一步地，控制單元40還可包括後備電源模塊，後備電源模塊分別與PLC控制模塊42、通信模塊43、電源模塊41相連。後備電源模塊接受電源模塊41的供電，並在電源模塊41停止供電時，向PLC控制模塊42和通信模塊43供電。 電源模塊41為控制單元40不間斷地穩定供電，但是在系統遇到停電情況時，可通過設置的後備電源模塊實現繼續對控制單元40內部各模塊的持續供電，並可保障正常通訊M小時以上，保證在停電此期間系統的正常工作。此外，在系統來電時，電源模塊41採取延時啟動，以防止儀器受到大電流的衝擊。進一步地，控制單元40還包括監控模塊，監控模塊分別與PLC控制模塊42、通信模塊43、分析單元30相連。監控模塊，用於採集分析單元30輸出的分析結果並顯示；監控模塊還接收監控單元50的指令，將分析結果通過通信模塊43發送至監控單元50。監控模塊做為監測現場最主要的人機互動設備，通過Modbus現場總線以主從方式與包括PLC控制模塊42在內的現場所有支持Modbus/RTU協議的智能儀器設備通信，採集各個儀器設備的數據和狀態，並將數據和狀態存儲到現場的資料庫中。同時監控模塊還實現了與監控單元50上位機通信的功能，既可主動上傳監測現場的數據和狀態，也可以接受上位機的遠程數據採集和參數設置等指示。進一步地，通信模塊43通過虛擬專網通信方式(例如VPN)、無線專網通信方式 (例如GPRS、CDMA、EDGE)、電話撥號通信方式(例如PSTN)、串口通信方式(例如GSM-CSD、 衛星、無線電臺)中的一種或多種與監控單元50進行通信。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種基於物聯網的水質自動監測系統，其特徵在於，包括至少一個採水單元、配水單元、分析單元、控制單元、監控單元，所述控制單元分別與所述至少一個採水單元、所述配水單元、所述分析單元、所述監控單元通信；所述配水單元還分別與所述至少一個採水單元、所述分析單元相連； 所述採水單元，用於根據所述控制單元的指令採集水樣，並將所述水樣傳送至所述配水單元；所述配水單元，用於根據所述控制單元的指令調節所述水樣進入所述分析單元的水流量和水壓；由所述分析單元對所述水樣的水質進行分析處理；所述控制單元還與所述監控單元進行通信，接收所述監控單元發送的指令，並將所述分析單元輸出的分析結果發送至所述監控單元。
2.按照權利要求1所述的基於物聯網的水質自動監測系統，其特徵在於，所述採水單元包括採水泵、採水頭、採水管路、供電電纜及固定裝置；所述採水泵通過所述供電電纜與所述控制單元相連，接受外部供電，並接收所述控制單元發送的指令採集水樣；所述採水泵還分別與所述採水頭和所述採水管路相接，所述採水泵通過所述採水頭吸入水樣，並通過所述採水管路傳送至所述配水單元；所述固定裝置與所述採水頭相接，用於固定所述採水頭，並使所述採水頭懸浮於採樣液體上。
3.按照權利要求1所述的基於物聯網的水質自動監測系統，其特徵在於，所述採水單元包括採水泵、浮筒、採水管路、供電電纜及固定裝置；所述採水泵通過所述供電電纜與所述控制單元相連，接受外部供電，並接收所述控制單元發送的指令採集水樣；所述固定裝置與所述浮筒相接，用於固定所述浮筒，並使所述浮筒懸浮於採樣液體上；所述採水泵還分別與所述浮筒和所述採水管路相接，所述採水泵吸入水樣，並通過所述採水管路傳送至所述配水單元。
4.按照權利要求1、2、或3所述的基於物聯網的水質自動監測系統，其特徵在於， 所述配水單元通過設置手動閥門和/或自動閥門，調節所述水樣進入所述分析單元的水流量和水壓。
5.按照權利要求4所述的基於物聯網的水質自動監測系統，其特徵在於，所述配水單元還包括除沙裝置、和/或除藻裝置、和/或過濾裝置，所述除沙裝置，用於除去所述水樣中的沙粒，並將所述水樣傳送至所述分析單元進行數據分析；所述除藻裝置，用於除去所述採水單元和所述配水單元管路中生長的藻類和菌類； 所述過濾裝置，用於除去所述水樣中的雜質，並將所述水樣傳送至所述分析單元進行數據分析。
6.按照權利要求5所述的基於物聯網的水質自動監測系統，其特徵在於， 所述除沙裝置為旋流除砂器；所述過濾裝置為反衝洗過濾器；所述除藻裝置包括依次相連的交流電源、變頻變壓器、臭氧發生器、保護開關、防腐電磁閥和射流器；所述變頻變壓器，用於將所述交流電源提供的交流電轉換為高頻高壓信號，供給所述臭氧發生器；所述臭氧發生器，用於產生臭氧，並經所述保護開關和所述防腐電磁閥將所述臭氧通過射流器排出。
7.按照權利要求1所述的基於物聯網的水質自動監測系統，其特徵在於，所述控制單元包括PLC控制模塊、通信模塊、電源模塊，所述電源模塊分別與所述PLC控制模塊和所述通信模塊相連，向二者供電；所述PLC控制模塊還分別與所述分析單元、所述採水單元、所述配水單元相連；所述通信模塊還分別與所述分析單元、所述監控單元進行通信；所述PLC控制模塊，用於向所述採水單元和所述配水單元發送指令，控制所述採水單元和所述配水單元同步啟動；所述PLC控制模塊還控制所述分析單元對所述水樣進行分析處理；所述通信模塊，用於將所述分析單元輸出的分析結果發送至所述監控單元。
8.按照權利要求7所述的基於物聯網的水質自動監測系統，其特徵在於，所述控制單元還包括後備電源模塊，所述後備電源模塊分別與所述PLC控制模塊、所述通信模塊、所述電源模塊相連；所述後備電源模塊接受所述電源模塊的供電，並在所述電源模塊停止供電時，向所述 PLC控制模塊和所述通信模塊供電。
9.按照權利要求7或8所述的基於物聯網的水質自動監測系統，其特徵在於，所述控制單元還包括監控模塊，所述監控模塊分別與所述PLC控制模塊、所述通信模塊、所述分析單元相連；所述監控模塊，用於採集所述所述分析單元輸出的分析結果並顯示；所述監控模塊還接收所述監控單元的指令，將所述分析結果通過所述通信模塊發送至所述監控單元。
10.按照權利要求7或8所述的基於物聯網的水質自動監測系統，其特徵在於，所述通信模塊通過虛擬專網通信方式、無線專網通信方式、電話撥號通信方式、串口通信方式中的一種或多種與所述監控單元進行通信。
專利摘要本實用新型的基於物聯網的水質自動監測系統包括至少一個採水單元、配水單元、分析單元、控制單元、監控單元。採水單元用於根據控制單元的指令採集水樣，並將水樣傳送至配水單元；配水單元用於根據控制單元的指令調節水樣進入分析單元的水流量和水壓；由分析單元對水樣的水質進行分析處理；控制單元還與監控單元進行通信，接收監控單元發送的指令，並將分析單元輸出的分析結果發送至監控單元。本實用新型技術方案就可實現監管部門對水質狀況的實時監測，及時了解被監控區域的水體情況，從而預警預報重大或流域性水質汙染事故、解決跨行政區域的水汙染事故糾紛、監督總量控制制度落實情況以及排放達標情況等。
文檔編號G01N35/00GK202057645SQ20112015855
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月18日 優先權日2011年5月18日
發明者劉豐, 宋奕採, 王磊, 賈慶 申請人:北京晟德瑞環境技術有限公司