一种基于物联网的污水处理故障监测系统的制作方法

1.本实用新型属于污水处理技术领域，具体涉及一种基于物联网的污水处理故障监测系统。


背景技术：

2.污水处理厂因为选址较远，设备占地面积大，需要用自动化管理系统，以实现对污水处理装置的无需人力的远程实时监控。然而污水处理系统中的设备由于使用率高、应用环境恶劣，故障率较高。现有的污水处理系统，只能在系统运行异常时发出报警信号，但无法确定具体的故障发生位置，需要工作人员根据自身经验进行排查，当工作人员经验不足时，需要耗费大量时间精力进行故障排查，难以第一时间准确定位故障位置，严重影响工作效率，并且存在一定的安全隐患。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本实用新型提出了一种基于物联网的污水处理故障监测系统，通过电压电流采集装置和传感器实时获取污水处理系统运行数据，当故障发生时，系统根据运行数据判断故障可能的发生位置，简化和优化操作人员的故障排查程序，提高污水处理的故障排查效率。
4.本实用新型提供了一种基于物联网的污水处理故障监测系统，采用如下技术方案：
5.一种基于物联网的污水处理故障监测系统，包括：
6.多个污水处理模块，包括污水处理池和安装在污水处理池上的现场设备；
7.采集模块，包括设置在污水处理池上的多个传感器和设置在现场设备电缆线上的电压电流采集装置及其信号处理电路，用于实时获取每个污水处理模块的运行状态；
8.阈值比较模块，包括电压比较模块和电流比较模块，用于将采集模块采集到的数据与预设的阈值进行比较并输出比较结果；
9.终端监测模块，包括微处理器、存储器和无线通信模块，用于获取每个采集模块采集到的数据和对应的阈值比较结果，当一个或多个数据超出阈值时，判断可能的故障产生位置并将获取的数据与生成的故障信息通过无线通信模块上传至计算机终端；
10.计算机终端，用于接收每个终端监测模块发送的数据并实时显示，以实现对各个污水处理模块的实时监测。
11.优选的，所述污水处理模块包括预处理模块、生化处理模块、深度处理模块，同类型的模块可采用不同的工艺。
12.进一步地，所述预处理模块包括格栅处理模块、沉砂池处理模块、沉淀池处理模块中的一种或多种；所述生化处理模块包括a/o工艺模块、a2/o工艺模块、a3/o工艺模块，sbr工艺模块、cass工艺模块中的一种或多种；所述深处理模块包括混凝沉淀模块、过滤消毒模块、活性炭吸附模块、化学氧化模块、膜分离模块中的一种或多种。
13.优选的，所述传感器包括ph计、在线do计、液位计、流量计。
14.优选的，所述流量计包括设置在污水处理模块进水口的第一涡流流量计和设置在污水处理模块出水口的第二涡流流量计。
15.优选的，所述电压电流采集装置包括安装在现场设备电缆线上的至少一个电压互感器和至少一个电流互感器。
16.优选的，所述电压电流采集装置处理电路包括ac/dc转换电路、信号放大电路和滤波电路。
17.优选的，所述电压比较模块包括电阻r11、可调电阻r12、电阻r13、可调电阻r14、电阻r15、电阻r16、运算放大器u11、运算放大器u12、二极管d11、二极管d12、双向稳压二极管dz11；电阻r11的一端接电源vcc，电阻r11的另一端接可调电阻r12的滑动端和可调电阻r14的滑动端；可调电阻r12的非滑动端接运算放大器u11的反向输入端，可调电阻r14的非滑动端接运算放大器u12的反向输入端；电阻r13的一端接输入电压信号ui，另一端接运算放大器u11的正向输入端；电阻r15的一端接输入电压信号ui，另一端接运算放大器u12的正向输入端；运算放大器u11的输出端接二极管d11的正极，运算放大器u12的输出端接二极管d12的负极；二极管d11的负极和二极管d12的正极共同连接到电阻r16的一端，电阻r16的另一端接双向稳压二极管dz11的一端，双向稳压二极管dz11的另一端接地gnd；电阻r16和双向稳压二极管dz11之间接输出端子，输出电压信号uo1。
18.优选的，所述电流比较模块包括电阻r21、可调电阻r22、电阻r23、可调电阻r24、电阻r25、电阻r26、电阻r27、运算放大器u21、运算放大器u22、二极管d21、二极管d22、双向稳压二极管dz21；电阻r21的一端接电源vcc，电阻r21的另一端接可调电阻r22的滑动端和可调电阻r24的滑动端；可调电阻r22的非滑动端接运算放大器u21的反向输入端，可调电阻r24的非滑动端接运算放大器u22的反向输入端；电阻r23的一端接输入电流信号ii，另一端接运算放大器u21的正向输入端；电阻r25的一端接输入电流信号ii，另一端接运算放大器u22的正向输入端；输入电流信号ii还接到电阻r27的一端，电阻r27的另一端接地gnd；运算放大器u21的输出端接二极管d21的正极，运算放大器u22的输出端接二极管d22的负极；二极管d21的负极和二极管d22的正极共同连接到电阻r26的一端，电阻r26的另一端接双向稳压二极管dz21的一端，双向稳压二极管dz21的另一端接地gnd；电阻r26和双向稳压二极管dz21之间接输出端子，输出电压信号uo2。
19.优选的，所述终端监测模块与采集模块通过有线或无线连接；进一步地，当终端监测模块与采集模块通过无线连接时，所述采集模块需要额外配置无线通信模块。
20.进一步地，还包括至少一个移动终端，所述移动终端与计算机终端通信连接，用于接收一个或多个终端监测模块采集到的数据与故障信息，还可以调取存储在计算机终端内的历史数据。
21.与现有技术相比，本公开的有益效果是：
22.本实用新型通过电压电流采集装置和传感器实时获取污水处理系统运行数据，当终端监测模块监测到一项或多项数据出现异常时，判断发生故障，此时系统可通过当前异常情况，与预先存储的历史故障数据进行比较，判断可能的故障发生位置，并将报警信号、实时数据和可能的故障信息发送给工作人员，通知工作人员及时处理，简化和优化了故障排查程序，便于工作人员快速准确定位故障设备，大大提高了污水处理的故障排查效率。
附图说明
23.附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。
24.图1为本公开实施例1所述的污水处理故障监测系统的示意图。
25.图2为本公开实施例1中电压电流采集部分示意图。
26.图3为本公开实施例1中电压比较模块电路图。
27.图4为本公开实施例1中电流比较模块电路图。
28.其中，1-设备电缆线，2-电压互感器，3-电流互感器。
具体实施方式
29.下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
30.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
31.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
32.本实用新型中，术语如“连接”等应做广义理解，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本实用新型中的具体含义，不能理解为对本实用新型的限制。
33.实施例1：
34.如图1所示，本公开实施例1提供了一种基于物联网的污水处理故障监测系统，包括：
35.多个污水处理模块，包括污水处理池和安装在污水处理池上的现场设备；
36.采集模块，包括设置在污水处理池上的多个传感器和设置在现场设备电缆线上的电压电流采集装置及其信号处理电路，用于实时获取每个污水处理模块的运行状态；
37.阈值比较模块，包括电压比较模块和电流比较模块，用于将采集模块采集到的数据与预设的阈值进行比较并输出比较结果；其中，对于输出信号为电压信号的传感器，使用电压比较模块进行阈值比较，对于输出信号为电流信号的传感器，使用电流比较模块进行阈值比较。
38.终端监测模块，包括微处理器、存储器和无线通信模块，用于获取每个采集模块采集到的数据和对应的阈值比较结果，当一个或多个数据超出阈值时，判断可能的故障产生位置并将采集到的数据与生成的故障信息通过无线通信模块上传至计算机终端；
39.计算机终端，用于接收每个终端监测模块发送的数据并实时显示，以实现对各个污水处理模块的实时监测。
40.其中，所述污水处理模块包括预处理模块、生化处理模块、深度处理模块，所述预处理模块为格栅处理模块、沉砂池处理模块、沉淀池处理模块中的一种或多种；所述生化处理模块为a/o工艺模块、a2/o工艺模块、a3/o工艺模块、sbr工艺模块、cass工艺模块中的一种
或多种；所述深度处理模块为混凝沉淀模块、过滤消毒模块、活性炭吸附模块、化学氧化模块、膜分离模块中的一种或多种。
41.所述传感器包括用于测量污水ph值的ph计，用于测量污水中溶解氧含量的在线do计，用于测量污水处理池中污水深度的液位计，设置在污水处理池进水口的第一涡流流量计和设置在污水处理池出水口的第二涡流流量计。
42.如图2所示，在本实施例中，现场设备(如水泵)的任一相设备电缆线1上设置有一个电压互感器2和一个电流互感器3，用于检测现场设备运行过程中的实时电压电流数据。电压互感器2和电流互感器3的另一端分别依次连接ac/dc转换电路、信号放大电路、滤波电路，随后连接阈值比较模块。电压互感器2和电流互感器3的数量相同，当只有1个电压互感器和1个电流互感器时，可以测量单相负载电路或三相对称负载电路中任一相电流；在本实施例中，三相水泵的三根火线上分别设置了1个电压互感器和1个电流互感器。在实际使用中，根据设备的不同，具体的互感器数量和接线方式可以根据实际需要灵活设置，本技术不作额外限制。
43.在本实施例中，传感器采用市面上可购买到的传感器产品，由于多数在售现有产品自带信号处理电路，可以直接输出4-20ma模拟电流信号或0-5v/0-10v模拟电压信号，因此不需要额外设置传感器信号处理电路，输出的模拟信号通过有线传输的形式输入到对应设置的阈值比较模块的信号输入端，同时输出的模拟信号还会直接通过有线传输的形式输入到终端监测模块的微处理器中；终端监测模块的微处理器接收输出的模拟信号并将其转换为实际测量值，同时终端监测模块的微处理器还通过有线传输的形式接收阈值比较模块输出的比较结果。
44.微处理器将模拟信号转换为实际测量值采用现有技术即可实现。
45.在本实施例中，电压比较模块的电路如图3所示，电流比较模块的电路如图4所示。电流比较模块与电压比较模块的区别在于，电流比较模块在输入端额外接了一个下拉电阻r27，将输入的电流信号ii转化为电压信号，其他电路结构与电压比较模块相同。
46.电压比较模块和电流比较模块均为由双运放构成的三态比较器电路，以图3为例，采用两个可调电阻用于设置上下限阈值，其中r12用于设置阈值上限uh，r14用于设置阈值下限u
l
，当输入信号ui大于uh时，输出信号uo1为正，当输入信号ui小于u
l
时，输出信号uo1为负，当输入信号介于uh与u
l
之间时，输出uo1为0。
47.由于现有传感器通常输出信号均为标准4-20ma模拟电流信号或0-5v/0-10v模拟电压信号，因此在实际使用中，并不需要针对不同传感器额外改变电路中电阻的阻值，仅需根据待测量的正常范围调整可变电阻接入电路的阻值大小，设置对应的阈值即可。
48.针对电压互感器和电流互感器的输出信号，可以通过改变互感器的线圈匝数控制输出信号的大小，同时根据输出信号的大小相应调整电阻阻值和电源电压vcc的大小即可。
49.本实施例使用硬件电路替代常规采用微处理器判断输出信号是否超过阈值的方案，大大减少了微处理器的运算量，使得整个系统运行更加稳定流畅，同时使系统可以容纳更多的终端节点，增强了系统的可扩展性。
50.本实施例中，终端监测模块的存储器中预先存储了对应污水处理模块的历史故障数据。本实施例实时获取故障信息，简化和优化操作人员的故障排查程序，进一步提高污水处理工作效率的原理在于：通过采集模块内的传感器实时采集污水处理池内污水状态与进
出水流量，电压电流互感器实时获取现场设备的运行状态；当终端监测模块接收到一个或多个阈值比较模块输出了高/低电平时，即代表对应的监测数据出现了异常，可以判断污水处理系统发生了故障。此时系统可通过当前数据的异常情况，与预先存储的历史故障数据进行比较，判断可能的故障发生位置。比如，当污水处理系统中某一个污水处理模块的进水口处第一涡流流量计对应的阈值比较电路输出负电平时，表明此时该污水处理模块进水量过低，系统可根据当前水泵的工况(电流、电压信息)，推断是否发生了水泵堵塞、电机烧毁、跳闸等故障，并将报警信号、实时数据和可能发生故障的设备信息发送至计算机终端，及时通知工作人员，计算机终端再将信息实时推送给移动终端，通知现场工作人员及时处理。
51.并且需要说明的是，本实用新型通过记录采集每次的故障信息，不断丰富历史故障数据，形成历史故障数据库；并且不同模块与工艺可以配置形成不同的数据库，兼容性强。随着故障数据库不断的更新，故障的表现形式及解决方案随着设备的安装及运行时间的增加，使得系统对于故障的监测与定位越来越准确。
52.进一步地，当发生故障时，终端监测模块将获取的正常与异常数据及根据历史故障数据判断出的可能的故障位置通过无线通信模块发送至计算机终端，计算机终端实时显示故障信息，供工作人员及时查看。同时计算机终端还能够将接收到的数据推送至移动终端，供相关工作人员及时查看并处理。
53.实施例2
54.实施例2与实施例1的区别在于，在本实施例中，终端监测模块与采集模块之间通过无线形式传输数据。为了实现无线传输，需要在采集模块处配置与终端监测模块相同的无线通信模块，同时还需要配置微处理器以实现传输控制。此时，阈值比较模块可以同样配置于采集模块处，与无线通信模块、微处理器设置在一块电路板上。
55.相比实施例1，本实施例虽然需要额外设置多个微处理器和无线通信模块，但减少了有线传输方式对采集模块布置数量、位置的限制，将多个传感器与电压、电流互感器作为物联网节点，提高了系统的模块化与智能化，具有更强的适应性和可移植性。
56.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
57.上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。