专利名称：现场控制器与农村生活污水处理站实时在线远程运营系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及污水处理技术领域，具体地，涉及现场控制器与农村生活污水处理站实时在线远程运营系统。
背景技术：
在“十二五”规划中，将环保提到首要的位置，因各种污水废水的排放，使得我国的河流、湖泊污染严重。农村生活污水是水环境污染的一个重要源头，改革开放以来由于对农村生活污水这一块不够重视，导致农村生活污水任意排放现象突出。现有的有关农村生活污水的处理也很简单，经过一些简单的工艺，就直接排放，从不关心经过这些工艺处理以后到底是否可以达到排放的标准；也无法准确判断处理工艺中各个环节的运行情况。另外，在上述农村生活污水的处理过程中，采用的控制电路也是及其简单的时间继电器控制，只能有规律的重复控制设备的启停，没办法对突发的情况做出任何应急的反应以及发出报警信息。由于农村生活污水处理站分布比较分散，致使农村生活污水处理系统不能联网集中运营，直接导致运营管理成本比较高。在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在应急能力差、可靠性差、 无法集中处理与运营成本高等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种现场控制器，以实现应急能力强、可靠性好、易于集中处理、实时性好与运营成本低的优点。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种现场控制器，包括电源单元、现场信号获取单元、控制单元、信号变送单元与通信接口，其中
所述电源单元，用于为各用电设备供电；
所述现场信号获取单元，用于获取现场信号，并传输至信号变送单元； 所述信号变送单元，用于将现场信号，转换为现场各执行元件的控制信号，并传输至控制单元；
所述控制单元，用于根据现场各执行元件的控制信号，进行处理，并将处理结果传输至现场各执行元件，控制并管理现场各执行元件的动作；
所述通信接口，用于远程控制时，实现控制单元与远程服务器之间的数据传输。进一步地，以上所述的现场控制器，还包括输入键盘与显示单元，其中 所述输入单元，用于操作者向控制单元输入控制信号；
所述显示单元，用于显示相应的输入信息和/或控制单元的处理结果和/或现场各执行元件的工作状态。进一步地，所述控制单元，包括相连的输入板SRB与底板，所述输入板SRB与信号变送单元连接；所述底板，通过数据总线，分别与输入单元及显示单元连接；在所述底板上CN 102541011 A安装有控制板，在所述控制板上安装有程序板；
所述底板至少包括信号寄存模块与A/D转换模块，所述输入板SRB、信号寄存模块、A/D 转换模块与程序板依次连接；
所述程序板，至少包括型号为RTL8019AS的以太网芯片，以及型号为Rabbit2000、且内置有us/OS- II操作系统的处理器；
所述通信接口通过正接网线，与程序板中与型号为RTL8019AS的以太网芯片匹配的以太网接口连接。进一步地，所述控制单元，还包括与现场各执行元件相匹配的多个固态继电器；所述多个固态继电器的信号输入端与底板的输出端连接，信号输出端与现场各执行元件连接。进一步地，所述现场信号获取单元，至少包括用于获取设置在现场且用于采集现场信号的水质信息获取模块、氧化还原信息获取模块、温度信息获取模块与液位信息获取模块中的任意多种，以及与液位信息获取模块相匹配的光电隔离模块；
所述水质信息获取模块、氧化还原信息获取模块与温度信息获取模块，分别连接至输入板SRB ；所述液位信息获取模块，通过光电隔离模块连接至输入板SRB。进一步地，所述信号变送单元，至少包括溶氧DO信号变送器、氧化还原仪ORP变送器与水质分析仪PH变送器。进一步地，所述电源单元包括交流电源，启动按钮SB，交流指示灯HL，熔断器FR1、 FR2与FR3，以及开关电源；其中
所述交流电源经启动按钮SB与交流指示灯HL后，一方面与开关电源连接，另一方面分别经熔断器FR1-FR3及相应的固态继电器的控制开个后接现场各执行元件；相应的固态继电器的电磁线圈，分别与底板上的现场执行元件控制端连接；所述开关电源，分别与输入板 SRB、底板、控制板、程序板及信号变送单元连接。进一步地，所述输入单元至少包括输入键盘，所述显示单元至少包括液晶显示屏与指示灯模块中的任意多种，所述通信接口至少包括3G路由器。同时，本发明采样的另一技术方案是一种基于以上所述的现场控制器的农村生活污水处理站实时在线远程运营系统，包括设置在各污水处理站的现场各执行元件，用于控制和管理各污水处理站的多个现场控制器，通信单元，以及远程服务器与操作终端；其中
所述各污水处理站的现场各执行元件，与相应的现场控制器连接；所述相应的现场控制器通过通信单元与远程服务器连接，所述操作终端与远程服务器连接。进一步地，在每个污水处理站的现场各执行元件中，至少内置有用于故障报警的霍尔元件；在每个污水处理站，至少设有格栅调节池、沉淀池、好氧池与厌氧池；
所述现场各执行元件，至少包括安装在格栅调节池中的污水泵、安装在沉淀池中的污泥泵、以及安装在好氧池中的射流曝气机中的任意多种；
与所述现场控制器的现场信号获取单元相匹配，在厌氧池中，设有用于采集水质信息的水质分析仪器PH，用于采集氧化还原信息的氧化还原仪器0RP，以及用于采集温度信息的温度传感器PT1000 ；在格栅调节池中，设有用于采集液位信息的浮球液位计。本发明各实施例的现场控制器与农村生活污水处理站实时在线远程运营系统，由于该现场控制器包括电源单元、现场信号获取单元、控制单元、信号变送单元与通信接口， 电源单元用于为现场信号获取单元、控制单元、信号变送单元及通信接口供电，现场信号获取单元、信号变送单元与通信接口，分别与控制单元连接；可以应用于农村生活污水处理站运行过程中，对每个工艺环节远程实时在线集中运营监控管理；从而可以克服现有技术中应急能力差、可靠性差、无法集中处理与运营成本高的缺陷，以实现应急能力强、可靠性好、 易于集中处理、实时性好与运营成本低的优点。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中
图1为根据本发明现场控制器的工作原理示意图； 图2为根据本发明现场控制器的工作流程示意图3为根据本发明农村生活污水处理站实时在线远程运营系统的工作原理示意图。结合附图，本发明实施例中附图标记如下
1-远程服务器；21、22_操作终端；3-互联网；4-2G/3G核心网；51、52、53_基站；61、 62,63,64- 3G 路由器；71、72、73、74_ 现场控制器；81、82、83、84_ 泵；91、92、93、94_ 传感
ο
具体实施例方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。控制器实施例
根据本发明实施例，提供了一种现场控制器。如图1和图2所示，本实施例包括电源单元、现场信号获取单元、控制单元、信号变送单元、通信接口、输入键盘与显示单元，其中
上述电源单元，用于为各用电设备供电；现场信号获取单元，用于获取现场信号，并传输至信号变送单元；信号变送单元，用于将现场信号，转换为现场各执行元件的控制信号， 并传输至控制单元；控制单元，用于根据现场各执行元件的控制信号，进行处理，并将处理结果传输至现场各执行元件，控制并管理现场各执行元件的动作；通信接口，用于远程控制时，实现控制单元与远程服务器之间的数据传输；输入单元，用于操作者向控制单元输入控制信号；显示单元，用于显示相应的输入信息和/或控制单元的处理结果和/或现场各执行元件的工作状态。在上述实施例中，控制单元，包括相连的输入板SRB与底板，以及与现场各执行元件相匹配的多个固态继电器；输入板SRB与信号变送单元连接，底板通过数据总线分别与输入单元及显示单元连接；在底板上安装有控制板，在控制板上安装有程序板；底板至少包括信号寄存模块与A/D转换模块，所述输入板SRB、信号寄存模块、A/D转换模块与程序板依次连接；程序板，至少包括型号为RTL8019AS的以太网芯片，以及型号为Rabbit2000、 且内置有us/OS- II操作系统的处理器；通信接口通过正接网线，与程序板中与型号为 RTL8019AS的以太网芯片匹配的以太网接口连接；多个固态继电器的信号输入端与底板的输出端连接，信号输出端与现场各执行元件连接。在上述实施例中，现场信号获取单元，至少包括用于获取设置在现场且用于采集现场信号的水质信息获取模块、氧化还原信息获取模块、温度信息获取模块与液位信息获取模块中的任意多种，以及与液位信息获取模块相匹配的光电隔离模块；水质信息获取模块、氧化还原信息获取模块与温度信息获取模块，分别连接至输入板SRB ；液位信息获取模块，通过光电隔离模块(优选为型号为TLP521-1光电隔离模块)连接至输入板SRB。在上述实施例中，信号变送单元，至少包括溶氧DO信号变送器、氧化还原仪ORP变送器与水质分析仪PH变送器。在上述实施例中，电源单元包括交流电源，启动按钮SB，交流指示灯HL，熔断器 FRUFR2与FR3，以及开关电源；其中交流电源经启动按钮SB与交流指示灯HL后，一方面与开关电源连接，另一方面分别经熔断器FR1-FR3及相应的固态继电器的控制开个后接现场各执行元件；相应的固态继电器的电磁线圈，分别与底板上的现场执行元件控制端连接； 开关电源，分别与输入板SRB、底板、控制板、程序板及信号变送单元连接。在上述实施例中，输入单元至少包括输入键盘，显示单元至少包括液晶显示屏与指示灯模块中的任意多种，通信接口至少包括3G路由器。上述实施例的现场控制器，主要应用于农村生活污水处理站运行过程中，对每个工艺环节远程实时在线集中运营监控管理；可以对农村生活污水处理工艺中的各个环节参数的实时在线监测，并将监测数据通过无线3G回传到远端服务器，工作人员或者预设程序根据监测数据发出相应的控制命令给现场控制器，现场控制器根据命令执行相应的控制程序。在图2中，上述实施例的现场控制器的工作流程，包括 步骤100 进行初始化设置；
步骤101 显示单元显示初始化设置信息；
步骤102 现场信号获取单元进行数据采样与滤波处理；
步骤103 将步骤102的处理结果发送至控制单元；
步骤104 控制单元判断是否接收到操作者发送的控制命令，若有控制命令，则解析控制命令，执行步骤105 ；若无控制命令，则返回步骤101 ；
步骤105 根据解析所得控制命令，执行相应的控制程序。运营系统实施例
根据本发明实施例，提供了一种基于上述现场控制器实施例的农村生活污水处理站实时在线远程运营系统。如图3所示，本实施例包括设置在各污水处理站的现场各执行元件 (如泵81、82、83与84)，用于控制和管理各污水处理站的多个现场控制器(如现场控制器 71、72、73与74)，通信单元(例如，可以由互联网3，2G/3G核心网4，基站51,52与53，以及 3G路由器61、62、63与64组成通信单元)，以及远程服务器1与操作终端(如台式计算机21 与笔记本电脑22);其中
上述各污水处理站的现场各执行元件，与相应的现场控制器连接；相应的现场控制器通过通信单元与远程服务器连接，操作终端与远程服务器连接。在上述实施例中，在每个污水处理站的现场各执行元件中，至少内置有用于故障报警的霍尔元件；在每个污水处理站，至少设有格栅调节池、沉淀池、好氧池与厌氧池；现场各执行元件，至少包括安装在格栅调节池中的污水泵、安装在沉淀池中的污泥泵、以及安装在好氧池中的射流曝气机中的任意多种。在上述实施例中，与现场控制器的现场信号获取单元相匹配，在厌氧池中，设有用于采集水质信息的水质分析仪器PH，用于采集氧化还原信息的氧化还原仪器0RP，以及用于采集温度信息的温度传感器PT1000 ；在格栅调节池中，设有用于采集液位信息的浮球液位计。这里，水质分析仪器PH、氧化还原仪器0RP、温度传感器PT1000与浮球液位计，如传感器 91、92、93 与 94。上述实施例的基于现场控制器的农村生活污水处理站实时在线远程运营系统，采用以Rabbit2000为处理器的嵌入式系统实现所有功能，将PH (水质分析仪器)，ORP (氧化还原)、温度传感器(PT1000)安装在农村生活污水微动力处理工艺中的厌氧池，测量厌氧池水体在处理过程中，PH，温度以及ORP的值；将DO (溶氧)安放在好氧池中，测量好氧池在处理过程中的溶解氧的含量；将浮球液位计安放在格栅调节池中，测量该池中的水体液位。 将污水泵，安装在格栅调节池，将污泥泵安装在沉淀池，将射流曝气安装在好氧池；将无线 3G路由器通过正接网线与程序板的以太网口连接起来；使用开关电源对底板，程序板，控制板，输入板供电。将PH、温度电极线接入PH信号变送器，将DO电极线接入DO信号变送器，将ORP电极线接入ORP信号变送器，将DO信号变送器、PH信号变送器、ORP信号变送器的输出接入到本系统的输入板中，将电流信号转换为电压信号，将浮球液位计的线缆也接入输入板中，使用TLP521-1进行光电隔离。将输入板SRB转换后的所有信号，全部接入到底板中去；同时，将污水泵、污泥泵与射流曝气机等的霍尔器件产生的电压也接入到底板中，因要实现设备的故障报警， 所以在泵中置入了霍尔器件；底板将信号寄存然后传给AD芯片，将模拟信号转换为数字信号，然后将数字信号给本系统的核心处理芯片Rabbit2000，通过内置的程序进行处理， Rabbit2000内置us/OS- II操作系统；处理后得到的数据通过以太网芯片RTL8019AS的网络功能，使用无线3G路由器与远端服务器建立通信连接后，上传数据并接受命令。将底板的输出端接入到固态继电器的信号输入端，在固态继电器的另一端接入各种泵；将数据总线连接到指示灯模块、液晶屏与输入键盘。操作人员可以在键盘上对设备参数进行校准，以及对泵进行各种控制；指示灯模块直观的将系统的运行状态显示出来，包括泵的运行状态，液位情况等。在上述实施例中，主要是通过将各种传感器安放在农村生活污水微动力处理工艺的各个环节中，通过传感器将被测水体中的变化转换为微电压或者微电流信号。将这些微电压或者微电流信号接入各种不同的信号变送器，信号变送器将这些微电压或者微电流进行滤波、放大后输出标准的工业模拟信号(4mA-20mA)。因为选用的A/D转换芯片只能接受电压信号，故需要将信号变送器的输出信号转换为电压信号后才可以接入嵌入式控制系统。将信号变送器输出信号通过硬件转换为lv_5v的电压信号。将电压信号接入嵌入式控制系统，通过A/D芯片将电压信号转换为计算机可以处理的数字信号。通过嵌入式系统的内置程序，将这些数字信号处理后，得到被测参数的测量值。将这些测量值以及控制的设备的运行状态，通过嵌入式系统的网络功能(基于TCP/IP通信协议)，使用3G无线通讯技术， 将测量值以及控制设备运行状态上传到远端服务器。远端服务器内置程序或者操作人员根据这些测量值以及设备的状态，作出相应的反应，形成控制命令，然后再发送现场控制器。 对于测量值超过常规值的通过短信模块发出报警信息。现场控制器接收到控制命令后，先使用内置程序解析，然后执行控制命令，并将执行的结果在下次发送数据的时候上传回去。
综上所述，本发明各实施例的现场控制器与上述实施例的基于现场控制器的农村生活污水处理站实时在线远程运营系统，与以往的技术相比的有益效果如下⑴实现了农村生活污水处理站的远程监测管理，由于不需要人员定期的到污水处理站点巡检，故降低了农村生活污水处理的运营费用；⑵实现了实时在线检测农村生活污水处理工艺各个环节运行情况，可以准确的判断处理是否达标，以及处理环节的运行情况；⑶实现了智能化的管理，可以通过内置程序自动化管理运营，可以对突发的情况及时的发布预警信息，为工作人员快速处理提供重要的信息。
本系统可以将所有的测量参数及其设备的运行状态进行存储，工作人员可对历史数据查询，也可以为工艺优化提供数据。
最后应说明的是以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明， 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种现场控制器，其特征在于，包括电源单元、现场信号获取单元、控制单元、信号变送单元与通信接口，其中所述电源单元，用于为各用电设备供电；所述现场信号获取单元，用于获取现场信号，并传输至信号变送单元；所述信号变送单元，用于将现场信号，转换为现场各执行元件的控制信号，并传输至控制单元；所述控制单元，用于根据现场各执行元件的控制信号，进行处理，并将处理结果传输至现场各执行元件，控制并管理现场各执行元件的动作；所述通信接口，用于远程控制时，实现控制单元与远程服务器之间的数据传输。
2.根据权利要求1所述的现场控制器，其特征在于，还包括输入键盘与显示单元，其中所述输入单元，用于操作者向控制单元输入控制信号；所述显示单元，用于显示相应的输入信息和/或控制单元的处理结果和/或现场各执行元件的工作状态。
3.根据权利要求1或2所述的现场控制器，其特征在于，所述控制单元，包括相连的输入板SRB与底板，所述输入板SRB与信号变送单元连接；所述底板，通过数据总线，分别与输入单元及显示单元连接；在所述底板上安装有控制板，在所述控制板上安装有程序板；所述底板至少包括信号寄存模块与A/D转换模块，所述输入板SRB、信号寄存模块、A/D 转换模块与程序板依次连接；所述程序板，至少包括型号为RTL8019AS的以太网芯片，以及型号为Rabbit2000、且内置有us/OS- II操作系统的处理器；所述通信接口通过正接网线，与程序板中与型号为RTL8019AS的以太网芯片匹配的以太网接口连接。
4.根据权利要求3所述的现场控制器，其特征在于，所述控制单元，还包括与现场各执行元件相匹配的多个固态继电器；所述多个固态继电器的信号输入端与底板的输出端连接，信号输出端与现场各执行元件连接。
5.根据权利要求4所述的现场控制器，其特征在于，所述现场信号获取单元，至少包括用于获取设置在现场且用于采集现场信号的水质信息获取模块、氧化还原信息获取模块、 温度信息获取模块与液位信息获取模块中的任意多种，以及与液位信息获取模块相匹配的光电隔离模块；所述水质信息获取模块、氧化还原信息获取模块与温度信息获取模块，分别连接至输入板SRB ；所述液位信息获取模块，通过光电隔离模块连接至输入板SRB。
6.根据权利要求4所述的现场控制器，其特征在于，所述信号变送单元，至少包括溶氧 DO信号变送器、氧化还原仪ORP变送器与水质分析仪PH变送器。
7.根据权利要求4所述的现场控制器，其特征在于，所述电源单元包括交流电源，启动按钮SB，交流指示灯HL，熔断器FR1、FR2与FR3，以及开关电源；其中所述交流电源经启动按钮SB与交流指示灯HL后，一方面与开关电源连接，另一方面分别经熔断器FR1-FR3及相应的固态继电器的控制开个后接现场各执行元件；相应的固态继电器的电磁线圈，分别与底板上的现场执行元件控制端连接；所述开关电源，分别与输入板SRB、底板、控制板、程序板及信号变送单元连接。
8.根据权利要求4所述的现场控制器，其特征在于，所述输入单元至少包括输入键盘， 所述显示单元至少包括液晶显示屏与指示灯模块中的任意多种，所述通信接口至少包括3G 路由器。
9.一种基于权利要求1所述的现场控制器的农村生活污水处理站实时在线远程运营系统，其特征在于，包括设置在各污水处理站的现场各执行元件，用于控制和管理各污水处理站的多个现场控制器，通信单元，以及远程服务器与操作终端；其中所述各污水处理站的现场各执行元件，与相应的现场控制器连接；所述相应的现场控制器通过通信单元与远程服务器连接，所述操作终端与远程服务器连接。
10.根据权利要求9所述的基于现场控制器的农村生活污水处理站实时在线远程运营系统，其特征在于，在每个污水处理站的现场各执行元件中，至少内置有用于故障报警的霍尔元件；在每个污水处理站，至少设有格栅调节池、沉淀池、好氧池与厌氧池；所述现场各执行元件，至少包括安装在格栅调节池中的污水泵、安装在沉淀池中的污泥泵、以及安装在好氧池中的射流曝气机中的任意多种；与所述现场控制器的现场信号获取单元相匹配，在厌氧池中，设有用于采集水质信息的水质分析仪器PH，用于采集氧化还原信息的氧化还原仪器0RP，以及用于采集温度信息的温度传感器PT1000 ；在格栅调节池中，设有用于采集液位信息的浮球液位计。
全文摘要
本发明公开了现场控制器与农村生活污水处理站实时在线远程运营系统，该现场控制器包括电源单元、现场信号获取单元、控制单元、信号变送单元与通信接口，所述电源单元用于为现场信号获取单元、控制单元、信号变送单元及通信接口供电，所述现场信号获取单元、信号变送单元与通信接口，分别与控制单元连接。本发明所述现场控制器与农村生活污水处理站实时在线远程运营系统，可以克服现有技术中应急能力差、可靠性差、无法集中处理与运营成本高等缺陷，以实现应急能力强、可靠性好、易于集中处理、实时性好与运营成本低的优点。
文档编号G05B19/418GK102541011SQ20121000392
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者林嵘, 陈琪 申请人:无锡和盟物联网科技有限公司