一种废污水系统环保数据采集与分析取样装置及其方法
【专利摘要】本发明提供一种废污水系统环保数据采集与分析取样装置及其方法，包括多功能取样及预处理单元、数据采集及控制单元、无线数据传输单元；采用模块化设备，取样预处理装置的通用性，适合不同厂家、不同成分检测的分析表，可以把分散的数据采集并处理后，通过有线或无线数据通信，送到上一级数据采集中心。减少设备间的接口多样化，提高水质取样的可靠性，把分散的数据集中化处理，通过单片机与PLC控制系统的结合，更好处理污水处理厂现场需监测的分散的各种待监控数据；通过这种模块化的组成结构实现系统维护成本的最低化，调试时间最小化，提高工作效率，减少运行人员的维护量，保护取样适时性及数据准确性。
【专利说明】一种废污水系统环保数据采集与分析取样装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环保【技术领域】，具体涉及废污水系统环保数据采集与分析取样装置及其方法。
【背景技术】
[0002]随着社会的发展，水资源污染越来越严重，为提高我们的生存环境，国家对城市生活污水、工业废污水的排放标准要求越来越严格，另外随着市民环境意识的增强，越来越多的人开始关心所处环境质量的好坏，要求环境保护工作透明化；上级主管部门也需要数量大、种类多、更新快的信息。所有这一切，给环境监测部门提出了一个应引起重视的问题:如何建立起实用性强、覆盖面广、灵活性好的环保数据采集系统，满足各方面对环境监测信息的需求。目前国内有许多厂家的污水系统环保数据采集产品，另外还有许多厂家提供各种各样的污水系统相关采样分析仪表，但没有提供比较齐全的适合不同污水系统的分析取样装置及环保数据采集集成装置。目前状况是分析表厂家配套分析取样装置，环保数据采集器又是另一家提供，这样，一方面会产生许多电气、仪表、通信等接口问题，每家提供的接口不一样，运行维护人员需熟悉不同厂家的产品特性，这对运行人员的专业素质要求提高，另一方面，废污水的水质、水压等环境决定水质分析取样装置的选型，如果选择不当，后期会影响仪表测量，轻则导致测量不准，重则导致仪表损坏，另外产品种类多，现场增减设备，设备投资多，无形中增加运营的经济成本。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是:提供一种废污水系统环保数据采集与分析取样装置及其方法，实现模块化设备，取样预处理装置的通用性，适合不同厂家、不同成分检测的分析表，可以把分散的数据采集并处理后，通过有线或无线数据通信，送到上一级数据采集中心。减少设备间的接口多样化，提高水质取样的可靠性，把分散的数据集中化处理，通过单片机与PLC控制系统的结合，更好处理污水处理厂现场需监测的分散的各种待监控数据，并集中模块化取样装置，提供给当地环保部门多种数据通信接口 ；通过这种模块化的的组成结构实现系统维护成本的最低化，调试时间最小化，提高工作效率，减少运行人员的维护量，保护取样适时性及数据准确性。
[0004]本发明的技术方案是:一种废污水系统环保数据采集与分析取样装置，包括多功能取样及预处理单元、数据采集及控制单元、无线数据传输单元；
[0005]所述多功能取样及预处理单元包括样水进口、取样泵、压力表、第一回流稳压阀、回流排放出口、多路切换阀、节流稳压阀、管路电磁阀、第一二位三通电磁阀、第二二位三通电磁阀、第一浮子流量计、第二浮子流量计、第一分析仪表取样口、第二分析仪表取样口、多功能流量池、第二回流稳压阀；
[0006]所述样水进口连接取样泵进水口，取样泵出水口设置有压力表，取样泵出水管道分二路:一路通过第一回流稳压阀连接至回流排放出口，一路连接至多路切换阀；所述多路切换阀切换后分三路:一路连接第二二位三通电磁阀进水口，一路通过节流稳压阀连接至第一二位三通电磁阀进水口，一路连接至管路电磁阀进水口 ；所述第二二位三通电磁阀的二路出水口:一路通过第二浮子流量计连接至第二分析仪表取样口，一路连接至回流排放出口 ；所述第一二位三通电磁阀的二路出水口:一路通过第一浮子流量计连接至第一分析仪表取样口，一路连接至回流排放出口 ；所述管路电磁阀的出水管分二路:一路连接至多功能流量池的进水口，一路连接至第二二位三通电磁阀进水口 ；所述多功能流量池的溢流排放口通过第二回流稳压阀连接至回流排放出口；
[0007]所述数据采集及控制单元包括数据输入输出单元、可编程控制器、按钮指示灯组和人机界面；所述多功能流通池、取样泵、管路电磁阀、第一二位三通电磁阀、第二二位三通电磁阀信号连接至数据输入输出单元；数据输入输出单元、人机界面、按钮指示灯组信号连接至可编程控制器，可编程控制器通过串口电缆与无线数据传输单元连接。
[0008]进一步的，所述取样泵的进水管道上设置有取样过滤器。可过滤样水中粗杂质，延长装置使用寿命。
[0009]进一步的，所述多功能流量池上设置有液位开关、温度计和二到三个电极螺纹固定孔；所述液位开关信号连接至数据输入输出单元。
[0010]进一步的，所述数据输入输出单元可连接D1、D0、A1、A0、脉冲信号。能把分散在现场各个地方的各种模拟量及数字量信号通过数据输入输出单元采集到可编程控制进行处理后实现控制及监控。
[0011]进一步的，所述按钮指示灯组中按钮包括就地、远控，指示灯包括运行、停止、故障。
[0012]本发明还提供一种废污水系统环保数据采集与分析取样方法，当按钮指示灯组中取样泵、多路切换阀、管路电磁阀、第一二位三通电磁阀、第二二位三通电磁阀的选择按钮分别打到就地位置时，通过人机界面上按钮，人工随机启、停取样泵，设置取样周期，手动选择多路切换阀，手动打开管路电磁阀、第一二位三通电磁阀或第二二位三通电磁阀，并通过节流稳压阀控制流量，对各个分析仪表进行手动进样选择；
[0013]当按钮指示灯组中取样泵、多路切换阀、管路电磁阀、第一二位三通电磁阀、第二二位三通电磁阀的选择按钮分别打到远控位置时，可编程控制器检测分析仪表取样要求信号及流通池液位开关高、低液位连锁信号，逻辑控制取样泵的启停，管路电磁阀、第一二位三通电磁阀和第二二位三通电磁阀的开关；取样泵出口第一回流稳压阀开度大小根据取样泵出口压力表的压力大小进行调整，控制水样压力，多路切换阀根据实际分析仪表取样方式切换到要选择的样水流路；
[0014]将多功能取样及预处理单元中采集到的各种模拟量及数字量信号通过数据输入输出单元打包处理后传送至可编程控制器，可编程控制器将采集的各种数据在人机界面上实时显示，并送给无线数据传输单元，无线数据传输单元将打包后的数据发送到上一级监控中心。
[0015]进一步的，所述无线数据传输单元采用ARM9工业级高性能嵌入式处理器，设备支持串口 RS232接口、RS485接口、RS422接口、TTL接口或者USB接口，与可编程控制器采用MODBUS通讯协议进行串口通讯，实现数据采集、数据传输、设备控制功能，且可实现双数据中心备份，以及多数据中心同步接收数据功能；设备提供在线维持技术，保持数据终端永久在线；无线数据传输单元可提供TCP透明无线远距离数据传输或者UDP透明无线远距离数据传输的功能，可通过GPRS实现与上级数据管理中心的无线通讯功能。
[0016]进一步的，所述多功能取样及预处理单元中采集到的各种模拟量及数字量信号包括:取样泵的启停和故障信号，电磁阀的开关和故障信号，电机的电流和电压，回流排放出口流量，温度计的温度，样水的浊度、PH、SS、MLSS、总磷、COD和氨氮模拟量信号。
[0017]本发明的有益效果是:本发明是一种通用型数据采集与分析取样装置，适合不同厂家分析仪表取样预处理，并且能把分散在现场各个地方的各种模拟量及数字量信号通过数据输入输出单元采集到可编程控制进行处理后实现控制及监控，可编程控制通过无线数据传输单元实现数据传输、设备控制等功能，并可通过GPRS等无线通信方式发送到上一级监控中心。
[0018]本发明安装、敷设简单、操作方便，能配套作为多种废污水水质分析表的取样预处理，分散数据采集及处理、无线数据传输功能，并且保证数据传输全透明，双看门狗电路，自动重连功能，通讯不掉线，适合各类数据的环保数据采集及传输。
[0019]本发明采用模块化设备，实现系统维护成本的最低化，调试时间最小化，提高工作效率，减少运行人员的维护量，保护取样适时性及数据准确性。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明实施例的装置平面示意图。
[0021]图中:取样过滤器1、取样泵2、第一回流稳压阀3、管路电磁阀4、多路切换阀5、第一二位三通电磁阀6、液位开关7、温度计8、压力表9、多功能流量池10、电极螺纹固定孔11、样水进口 12、回流排放出口 13、第一分析仪表取样口 14、数据输入输出单元15、可编程控制器16、按钮指示灯组17、无线数据传输单元18、人机界面19、节流稳压阀20、第二二位三通电磁阀21、第二浮子流量计22、第二分析仪表取样口 23、第二回流稳压阀24、第一浮子流量计25。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0023]一种废污水系统环保数据采集与分析取样装置，包括多功能取样及预处理单元、数据采集及控制单元、无线数据传输单元。
[0024]多功能取样及预处理单元:包括样水进口 12、取样泵2、压力表9、第一回流稳压阀3、回流排放出口 13、多路切换阀5、节流稳压阀20、管路电磁阀4、第一二位三通电磁阀6、第二二位三通电磁阀21、第一浮子流量计25、第二浮子流量计22、第一分析仪表取样口 14、第二分析仪表取样口 23、多功能流量池10、第二回流稳压阀24、电极螺纹固定孔11。
[0025]样水进口 12连接取样泵2进水口，取样泵2出水口设置有压力表9，取样泵2出水管道分二路:一路通过第一回流稳压阀3连接至回流排放出口 13，一路连接至多路切换阀5。多路切换阀5切换后分三路:一路连接第二二位三通电磁阀21进水口，一路通过节流稳压阀20连接至第一二位三通电磁阀6进水口，一路连接至管路电磁阀4进水口。第二二位三通电磁阀21的二路出水口:一路通过第二浮子流量计22连接至第二分析仪表取样口23，一路连接至回流排放出口 13。第一二位三通电磁阀6的二路出水口:一路通过第一浮子流量计25连接至第一分析仪表取样口 14，一路连接至回流排放出口 13。管路电磁阀4的出水管分二路:一路连接至多功能流量池10的进水口，一路连接至第二二位三通电磁阀21进水口。多功能流量池10的溢流排放口通过第二回流稳压阀24连接至回流排放出口 13，分析仪表电极通过定制的电极螺纹固定孔11固定并检测水样。
[0026]数据采集及控制单元:包括数据输入输出单元15、可编程控制器16、按钮指示灯组17和人机界面19。多功能流通池10、取样泵2、管路电磁阀4、第一二位三通电磁阀6、第二二位三通电磁阀21信号连接至数据输入输出单元15。数据输入输出单元15、人机界面19、按钮指示灯组17信号连接至可编程控制器16，可编程控制器16通过串口电缆与无线数据传输单元18连接。
[0027]其中，取样泵2的进水管道上设置有取样过滤器I。可过滤样水中粗杂质，延长装置使用寿命。多功能流量池10上设置有液位开关7、温度计8和二到三个电极螺纹固定孔11 ;液位开关7通过中间继电器、接触器、热继、导线连接到数据输入输出单元15。所述数据输入输出单元15可连接D1、D0、A1、A0、脉冲信号。能把分散在现场各个地方的各种模拟量及数字量信号通过数据输入输出单元采集到可编程控制进行处理后实现控制及监控。所述按钮指示灯组17中按钮包括就地、远控，指示灯包括运行、停止、故障。
[0028]通过分析仪表样水流量要求及管路损耗，计算并选择合适的取样泵的扬程。多路切换阀为四路手动切换阀，管路电磁阀为二位二通管路电磁阀，
[0029]当按钮指示灯组中取样泵、多路切换阀、管路电磁阀、第一二位三通电磁阀、第二二位三通电磁阀的选择按钮分别打到就地位置时，通过人机界面上按钮，人工随机启、停取样泵，设置取样周期，手动选择多路切换阀，手动打开管路电磁阀、第一二位三通电磁阀或第二二位三通电磁阀，并通过节流稳压阀控制流量，对各个分析仪表进行手动进样选择。
[0030]当按钮指示灯组中取样泵、多路切换阀、管路电磁阀、第一二位三通电磁阀、第二二位三通电磁阀的选择按钮分别打到远控位置时，可编程控制器检测分析仪表取样要求信号及流通池液位开关高、低液位连锁信号，逻辑控制取样泵的启停，管路电磁阀、第一二位三通电磁阀和第二二位三通电磁阀的开关；取样泵出口第一回流稳压阀开度大小根据取样泵出口压力表的压力大小进行调整，控制水样压力，多路切换阀根据实际分析仪表取样方式切换到要选择的样水流路。
[0031]将多功能取样及预处理单元中采集到的各种模拟量及数字量信号，包括:取样泵的启停和故障信号，电磁阀的开关和故障信号，电机的电流和电压，回流排放出口流量，温度计的温度，样水的浊度、PH、SS、MLSS、总磷、COD和氨氮模拟量信号。通过数据输入输出单元打包处理后传送至可编程控制器，可编程控制器通过串口电缆与人机界面连接，分别对可编程控制器及人机界面编写相对应的接口程序、控制逻辑及控制画面，可编程控制器根据程序逻辑控制的电机启动、停止、电磁阀的开、关信号，从而实现周期性取样或连续流通池取样。同时可编程控制器把现场采集的各种数据通过AD、DA读取、转换后，在人机界面显示实时状态及参数，并且通过人机界面可以实现人工干预的泵的启、停，电磁阀的开、关，分析数据的采样周期设置等控制功能。可编程控制器同时把数据进行打包，并送给无线数据传输单元，无线数据传输单元将打包后的数据发送到上一级监控中心。
[0032]无线数据传输单元通过MODBUS通讯电缆与可编程控制器连接，无线数据传输单元采用ARM9工业级高性能嵌入式处理器，设备支持串口 RS232接口、RS485接口、RS422接口、TTL接口或者USB接口，与可编程控制器采用MODBUS通讯协议进行串口通讯，实现数据采集、数据传输、设备控制功能，且可实现双数据中心备份，以及多数据中心同步接收数据功能；设备提供在线维持技术，保持数据终端永久在线；无线数据传输单元可提供TCP透明无线远距离数据传输或者UDP透明无线远距离数据传输的功能，可通过GPRS实现与上级数据管理中心的无线通讯功能。
[0033]虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属【技术领域】中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
【权利要求】
1.一种废污水系统环保数据采集与分析取样装置，其特征在于:包括多功能取样及预处理单元、数据采集及控制单元、无线数据传输单元； 所述多功能取样及预处理单元包括样水进口(12)、取样泵(2)、压力表(9)、第一回流稳压阀(3)、回流排放出口(13)、多路切换阀(5)、节流稳压阀(20)、管路电磁阀(4)、第一二位三通电磁阀￠)、第二二位三通电磁阀(21)、第一浮子流量计(25)、第二浮子流量计(22)、第一分析仪表取样口(14)、第二分析仪表取样口(23)、多功能流量池(10)、第二回流稳压阀(24)； 所述样水进口(12)连接取样泵(2)进水口，取样泵(2)出水口设置有压力表(9)，取样泵(2)出水管道分二路:一路通过第一回流稳压阀(3)连接至回流排放出口(13)，一路连接至多路切换阀(5);所述多路切换阀(5)切换后分三路:一路连接第二二位三通电磁阀(21)进水口，一路通过节流稳压阀(20)连接至第一二位三通电磁阀(6)进水口，一路连接至管路电磁阀(4)进水口 ；所述第二二位三通电磁阀(21)的二路出水口:一路通过第二浮子流量计(22)连接至第二分析仪表取样口(23)，一路连接至回流排放出口(13);所述第一二位三通电磁阀(6)的二路出水口:一路通过第一浮子流量计(25)连接至第一分析仪表取样口(14)，一路连接至回流排放出口(13);所述管路电磁阀(4)的出水管分二路:一路连接至多功能流量池(10)的进水口，一路连接至第二二位三通电磁阀(21)进水口 ；所述多功能流量池(10)的溢流排放口通过第二回流稳压阀(24)连接至回流排放出口(13)； 所述数据采集及控制单元包括数据输入输出单元(15)、可编程控制器(16)、按钮指示灯组(17)和人机界面(19);所述多功能流通池(10)、取样泵(2)、管路电磁阀(4)、第一二位三通电磁阀￠)、第二二位三通电磁阀(21)信号连接至数据输入输出单元(15);数据输入输出单元(15)、人机界面(19)、按钮指示灯组(17)信号连接至可编程控制器(16)，可编程控制器(16)通过串口电缆与无线数据传输单元(18)连接。
2.根据权利要求1所述的一种废污水系统环保数据采集与分析取样装置，其特征在于:所述取样泵(2)的进水管道上设置有取样过滤器(I)。
3.根据权利要求1所述的一种废污水系统环保数据采集与分析取样装置，其特征在于:所述多功能流量池(10)上设置有液位开关(7)、温度计(8)和二到三个电极螺纹固定孔(11);所述液位开关(7)信号连接至数据输入输出单元(15)。
4.根据权利要求1所述的一种废污水系统环保数据采集与分析取样装置，其特征在于:所述数据输入输出单元(15)可连接D1、DO、Al、AO、脉冲信号。
5.根据权利要求1所述的一种废污水系统环保数据采集与分析取样装置，其特征在于:所述按钮指示灯组(17)中按钮包括就地、远控，指示灯包括运行、停止、故障。
6.一种废污水系统环保数据采集与分析取样方法，其特征在于:当按钮指示灯组中取样泵、多路切换阀、管路电磁阀、第一二位三通电磁阀、第二二位三通电磁阀的选择按钮分别打到就地位置时，通过人机界面上按钮，人工随机启、停取样泵，设置取样周期，手动选择多路切换阀，手动打开管路电磁阀、第一二位三通电磁阀或第二二位三通电磁阀，并通过节流稳压阀控制流量，对各个分析仪表进行手动进样选择； 当按钮指示灯组中取样泵、多路切换阀、管路电磁阀、第一二位三通电磁阀、第二二位三通电磁阀的选择按钮分别打到远控位置时，可编程控制器检测分析仪表取样要求信号及流通池液位开关高、低液位连锁信号，逻辑控制取样泵的启停，管路电磁阀、第一二位三通电磁阀和第二二位三通电磁阀的开关；取样泵出口第一回流稳压阀开度大小根据取样泵出口压力表的压力大小进行调整，控制水样压力，多路切换阀根据实际分析仪表取样方式切换到要选择的样水流路； 将多功能取样及预处理单元中采集到的各种模拟量及数字量信号通过数据输入输出单元打包处理后传送至可编程控制器，可编程控制器将采集的各种数据在人机界面上实时显示，并送给无线数据传输单元，无线数据传输单元将打包后的数据发送到上一级监控中心。
7.根据权利要求6所述的一种废污水系统环保数据采集与分析取样方法，其特征在于:所述无线数据传输单元采用ARM9工业级高性能嵌入式处理器，设备支持串口 RS232接口、RS485接口、RS422接口、TTL接口或者USB接口，与可编程控制器采用MODBUS通讯协议进行串口通讯，实现数据采集、数据传输、设备控制功能，且可实现双数据中心备份，以及多数据中心同步接收数据功能；设备提供在线维持技术，保持数据终端永久在线；无线数据传输单元可提供TCP透明无线远距离数据传输或者UDP透明无线远距离数据传输的功能，可通过GPRS实现与上级数据管理中心的无线通讯功能。
8.根据权利要求6所述的一种废污水系统环保数据采集与分析取样方法，其特征在于:所述多功能取样及预处理单元中采集到的各种模拟量及数字量信号包括:取样泵的启停和故障信号，电磁阀的开关和故障信号，电机的电流和电压，回流排放出口流量，温度计的温度，样水的浊度、PH、SS、MLSS、总磷、COD和氨氮模拟量信号。
【文档编号】G01N33/18GK104316663SQ201410588361
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】王荣, 周元 申请人:南京中电自动化有限公司