一种基于物联网的污水处理监控系统的制作方法

本发明涉及污水处理技术领域，特别是一种基于物联网的污水处理监控系统。

背景技术：

污水处理工艺复杂(不同领域的污水采取不同的工艺，例如城市污水处理工艺包括物化调节池、氧化池、还原池、沉淀、生化调节池、水解酸钠池、缺氧池、纳滤装置、nf产水池、反渗透装置、污泥池、压滤机等工艺)，分布范围比较大，水中污染物质的浓度和分布是随着时间、空间、气象条件及污染源排放情况等因素的变化而不断改变的，为有效监控各个工艺环节的数据、准确控制污水处理，目前常采用基于物联网的污水处理监控系统实现在线实时监控；

具体为距离近的或每个工艺环节所处区域为一个子系统，子系统中由相应传感器检测现场污水处理设备运行状态信息和污水处理设备信息，有线或无线的方式传送到plc控制器，plc控制器通过物联网反馈到污水处理监控平台，对数据进行实时采集、调控，并可对数据进行显示、记录，但由于传输到plc控制器的数据以及plc控制器到污水处理监控平台的数据由于网络速率不稳定，传输的延时不一，若plc控制器、污水处理监控平台以接受到的数据时间为采集时间，会造成采集数据的时间不准确，进而不能准确的监控所在时间的反映的现场污水处理设备运行状态信息和污水处理设备信息的问题。

因此，本发明提供一种新的方案来解决此问题。

技术实现要素：

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种基于物联网的污水处理监控系统，有效解决了plc控制器、污水处理监控平台以接受到的数据时间为采集时间，会造成不能准确的监控所在时间的反映的现场污水处理设备运行状态信息和污水处理设备信息的问题。

其解决的技术方案是，包括数据采集时钟模块、plc控制器、污水处理监控平台，其特征在于，所述plc控制器接收现场污水处理设备运行状态信息和污水处理设备信息，plc控制器采集的时间经数据采集时钟模块校正，plc控制器在采集处理的数据上打上时间戳后，再通过物联网传输到污水处理监控平台；

所述数据采集时钟模块包括传输延时计算模块、变频比较模块、时钟补偿模块、反馈稳频模块。

优选的，所述传输延时计算模块通过采用除法器对检测现场污水处理设备运行状态信息和污水处理设备信息的现场传感器与控制器距离信号与现场网络速率信号相除，得出传输延时信号，之后经压控振荡器产生方波脉冲也即频率信号后输出；

所述变频比较模块接收传输延时计算模块输出的频率信号和原有的传输延时对应的时钟频率信号，三极管q1-q4为核心的频率差电路，计算出频率偏差量并转为0-5v电压，之后经环路滤波器稳压进入双比较器，高于+lh或低于+ll时输出高电平，否则输出低电平；

所述时钟补偿模块在变频比较模块输出低电平时，芯片ic1对原有的传输延时对应的时钟频率信号锁相、反相器缓冲后进入plc控制器，在变频比较模块输出高电平时，芯片ic1对原有的传输延时对应的时钟频率信号经环路滤波器转换为直流电压，同时与变频比较模块中环路滤波器稳压后电压耦合，经三极管q9、三极管q10稳压后进入芯片ic1，改变震荡频率后，再经锁相、反相器缓冲后进入plc控制器，plc控制器内部通过计数器计算出校正后的时延，并作为plc控制器的系统时钟，在采集处理的数据上打上时间戳；

所述反馈稳频模块接收时钟补偿模块缓冲后信号，一路经环路滤波器后反馈到三极管q10的基极，稳定芯片ic1的震荡频率，另一路进入三极管q8为核心的频率差电路，计算出缓冲后信号和原有的传输延时对应的时钟频率信号的频率差，反馈到芯片ic1，起到锁频、锁相的作用，芯片ic1以校正后震荡频率震荡。

本发明有益效果是：将实时检测的传输延时经转换为频率信号后与原有的传输延时对应的时钟频率信号进入频率差电路，计算出频率偏差量并转为0-5v电压，转化为频率信号分析处理，用以提高抗干扰能力，避免了模拟信号直接比较受杂讯信号干扰影响，进入双比较器比较控制进行锁相、反相器缓冲后进入plc控制器，或改变震荡频率后，再经锁相、反相器缓冲后进入plc控制器，plc控制器内部通过计数器计算出校正后的时延，最后plc控制器根据接受传感器数据的时间减去延时时间作为采集数据的时间，并作为plc控制器的系统时钟，在采集处理的数据上打上时间戳，再通过物联网传输到污水处理监控平台，污水处理监控平台根据时间戳，定义采集数据的时间，以此进行实时采集、调控，可准确的反映所在时间的现场污水处理设备运行状态信息和污水处理设备信息。

附图说明

图1为本发明的传输延时计算模块电路原理图。

图2为本发明的变频比较模块电路原理图。

图3为本发明的时钟补偿模块电路原理图。

图4为本发明的反馈稳频模块电路原理图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至图4对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

一种基于物联网的污水处理监控系统，包括数据采集时钟模块、plc控制器、污水处理监控平台，所述plc控制器接收现场污水处理设备运行状态信息和污水处理设备信息，plc控制器采集的时间经数据采集时钟模块校正，plc控制器在采集处理的数据上打上时间戳后，再通过物联网传输到污水处理监控平台，对数据进行实时采集、调控，并可对数据进行显示、记录；

所述数据采集时钟模块包括传输延时计算模块、变频比较模块、时钟补偿模块、反馈稳频模块。

在上述方案的基础上，所述传输延时计算模块通过采用除法器对检测现场污水处理设备运行状态信息和污水处理设备信息的现场传感器与控制器距离信号与现场网络速率信号相除，得出传输延时信号，之后经压控振荡器产生方波脉冲也即频率信号后输出；

所述变频比较模块接收传输延时计算模块输出的频率信号和原有的传输延时对应的时钟频率信号，三极管q1-q4为核心的频率差电路，计算出频率偏差量并转为0-5v电压，之后经环路滤波器稳压进入双比较器，高于+lh或低于+ll时输出高电平，否则输出低电平；

所述时钟补偿模块在变频比较模块输出低电平时，芯片ic1对原有的传输延时对应的时钟频率信号锁相、反相器缓冲后进入plc控制器，在变频比较模块输出高电平时，芯片ic1对原有的传输延时对应的时钟频率信号经环路滤波器转换为直流电压，同时与变频比较模块中环路滤波器稳压后电压耦合，经三极管q9、三极管q10稳压后进入芯片ic1，改变震荡频率后，再经锁相、反相器缓冲后进入plc控制器，plc控制器内部通过计数器计算出校正后的时延，并作为plc控制器的系统时钟，在采集处理的数据上打上时间戳；

所述反馈稳频模块接收时钟补偿模块缓冲后信号，一路经环路滤波器后反馈到三极管q10的基极，稳定芯片ic1的震荡频率，另一路进入三极管q8为核心的频率差电路，计算出缓冲后信号和原有的传输延时对应的时钟频率信号的频率差，反馈到芯片ic1，起到锁频、锁相的作用，芯片ic1以校正后震荡频率震荡。

在上述方案的基础上，所述传输延时计算模块接收对检测现场污水处理设备运行状态信息和污水处理设备信息的现场传感器与plc控制器的距离信号，经电感l1和电容c1滤波后，与检测现场污水处理设备运行状态信息和污水处理设备信息的现场传感器到plc控制器的有线或无线传输的现场网络速率信号，进入运算放大器ar1、乘法器d1、电阻r1-电阻r3组成的除法器进行相除，得出传输延时信号，之后经运算放大器ar2、ar3、电阻r4-电阻r8、二极管d1、二极管d2、电解电容e1组成的压控振荡器产生方波脉冲，也即频率信号后输出，转化为频率信号用以提高抗干扰能力，避免了模拟信号直接比较受杂讯信号干扰影响，在此说明检测现场污水处理设备运行状态信息和污水处理设备信息的现场传感器相对集中时，可采用一路进行，分散时，可采用多路，具体可根据不同的污水处理工艺环节进行相应的设置，包括电感l1、电阻r2，电感l1的一端连接传感器检测的现场传感器与控制器距离信号，电感l1的另一端分别连接接地电容c1的一端、乘法器d1的引脚2，电阻r2的另一端连接传感器检测的现场网络速率信号，电阻r2的另一端分别连接电阻r1的一端、运放ar1的反相输入端，电阻r1的另一端连接乘法器d1的引脚3，运放ar1的同相输入端通过电阻r3连接地，运放ar1的输出端分别连接乘法器d1的引脚1、电感l2的一端，电感l2的另一端分别连接接地电容c2的一端、电阻r4的一端，电阻r4的另一端分别连接运算放大器ar2的反相输入端、电阻r7的一端，运算放大器ar2的同相输入端连接电阻r5的一端，电阻r5的另一端分别连接接地电阻r6的一端、二极管d1的负极，运算放大器ar2的输出端连接二极管d2的负极，二极管d2的正极分别连接电阻r7的另一端、运算放大器ar3的同相输入端，运算放大器ar3的反相输入端分别连接电阻r8的一端、电解电容e1的正极，电解电容e1的负极连接地，运算放大器ar3的输出端分别连接电阻r8的另一端、二极管d1的正极、电阻r9的一端，电阻r9的一端连接三极管q3的基极。

在上述方案的基础上，所述变频比较模块接收传输延时计算模块输出的频率信号和原有的传输延时对应的时钟频率信号，经三极管q1-q4、电阻r10、电阻r11、电阻r13、电阻r14、二极管d3、二极管d4、电解电容e5-e7组成的频率差电路，计算出频率偏差量并转为0-5v电压，通过对两路频率信号比较，而不是将原采样延时和现采样延时直接比较，用以提高比较过程中的抗干扰能力，避免了模拟信号直接比较受杂讯信号干扰影响，之后经电阻r15、r16和电容c4、电容c5组成的环路滤波器稳压，再进入运放ar4、运放ar5组成的双比较器，高于预设的允许正向波动电压+lh(如+0.006s)或低于允许负向波动电压+ll(如-0.006s)时输出高电平，二极管d5导通，否则输出低电平，二极管d6导通，也即输出控制信号控制时钟补偿模块是否进行时钟校正，也即对延时时间进行修正，包括三极管q2、三极管q3，三极管q2通过电容c3连接芯片ic1的引脚14，三极管q2的集电极分别连接电阻r11的一端、电解电容e5的负极，电解电容e5的正极分别连接二极管d3的负极、三极管q1的发射极，三极管q1的集电极分别连接电阻r13的一端、电解电容e7的正极、电阻r14的一端、三极管q4的集电极、电阻r15的一端，三极管q2的发射极、电阻r13的另一端、电解电容e7的负极均连接地，电阻r14的另一端三极管q1的基极、二极管d3的正极、电阻r11的另一端、电阻r10的一端均连接电源+5v，电阻r10的另一端分别连接三极管q3的集电极、电解电容e6的负极，电解电容e6的正极分别连接二极管d4的正极、三极管q4的发射极，三极管q3的发射极、二极管d4的负极、三极管q4的基极均连接地，电阻r15的另一端分别连接电容c4的一端、运放ar4的同相输入端、运放ar5的反相输入端，电容c4的另一端分别连接接地电阻r16的一端、接地电容c5的一端，运放ar4的反相输入端连接正允许误差信号+lh，运放ar5的同相输入端连接负允许误差信号-ll，运放ar4的输出端分别连接运放ar5的输出端、二极管d5的正极、二极管d6的负极。

在上述方案的基础上，所述时钟补偿模块在变频比较模块输出低电平也即二极管d6导通时，三极管q6导通，型号为mc74hc4046an的芯片ic1对原有的传输延时对应的时钟频率信号锁相，再经反相器u1、u2、电阻r20、电容c10组成的缓冲器缓冲后进入plc控制器，在变频比较模块输出高电平也即二极管d5导通时，三极管q5、三极管q7同时导通，芯片ic1对原有的传输延时对应的时钟频率信号经电阻r17、r18和电容c6、电容c7组成的环路滤波器转换为直流电压，同时与变频比较模块中环路滤波器稳压后电压耦合，经三极管q9、三极管q10稳压后进入芯片ic1的vco端，改变震荡频率后，再经锁相、反相器缓冲后进入plc控制器，由plc控制器内部通过计数器计算出校正后的时延，最后plc控制器根据接受传感器数据的时间减去延时时间作为采集数据的时间，并作为plc控制器的系统时钟，在采集处理的数据上打上时间戳，再通过物联网传输到污水处理监控平台，污水处理监控平台根据时间戳，定义采集数据的时间，以此进行实时采集、调控，可准确的反映所在时间的现场污水处理设备运行状态信息和污水处理设备信息，包括芯片ic1，芯片ic1的引脚14接入延时时钟信号，芯片ic1的引脚13分别连接三极管q6的发射极、三极管q5的集电极，三极管q5的发射极连接电阻r17的一端，电阻r17的另一端接电容c6的一端、三极管q9的集电极、三极管q7的发射极、电阻r25的一端，电容c6的另一端分别连接接地电阻r18的一端、接地电容c7的一端，电阻r25的另一端分别连接三极管q9的基极、三极管q10的集电极，三极管q9的发射极分别连接三极管q10的发射极、芯片ic1的引脚9，三极管q7的集电极连接电阻r15的另一端，三极管q7的基极和三极管q5的基极连接二极管d5的负极，三极管q6的基极连接二极管d6的正极，芯片ic1引脚6和引脚7间接电容c8，芯片ic1引脚9和接地电容c9的一端接电源+5v，芯片ic1引脚11通过电阻r19连接地，芯片ic1引脚5和引脚8连接地，芯片ic1引脚4分别连接反相器u1的引脚1、三极管q6的集电极，反相器u1的引脚2连接电阻r20的一端，电阻r20的另一端分别连接接地电容c10的一端、反相器u2的引脚1，反相器u2的引脚2输出到控制器。

在上述方案的基础上，所述反馈稳频模块接收时钟补偿模块缓冲后信号，一路经电阻r21、r22和电容c13、电容c12组成的环路滤波器转换为直流电压环路滤波器后反馈到三极管q10的基极，三极管q10发射极电压和基极电压比较，反馈到三极管q9的基极，三极管q9调整进行稳压，稳定芯片ic1的震荡频率，另一路进入通过三极管q8、电感l3-电感l5、电容c11、电容c14-c16可变电容cp2及电阻r23频率差电路计算出缓冲后信号和原有的传输延时对应的时钟频率信号的频率差，反馈到芯片ic1，起到锁频、锁相的作用，芯片ic1以校正后震荡频率震荡，包括电阻r21、电容c14，电阻r21的一端、电容c14的一端连接反相器u2的引脚2，电阻r21的另一端通过电容c13分别连接接地电阻r22的一端、接地电容c12的一端、变容二极管dc1的正极、三极管q10的基极，变容二极管dc1的负极连接地，电容c14的另一端分别连接三极管q8的基极分别连接电容c15的一端、接地电容c10的一端、接地电感l3的一端，电容c15的另一端连接芯片ic1引脚14，三极管q4的发射极通过电阻r23连接电源-15v，三极管q4的集电极通过电容c16分别连接可变电容cp2的一端、电感l5的一端，可变电容cp2的另一端连接地，电感l5的另一端分别连接接地电感l7的一端、芯片ic1引脚11。

本发明在使用时，所述plc控制器接收现场污水处理设备运行状态信息和污水处理设备信息，plc控制器采集的时间经数据采集时钟模块校正，plc控制器在采集处理的数据上打上时间戳后，再通过物联网传输到污水处理监控平台，对数据进行实时采集、调控，并可对数据进行显示、记录；所述数据采集时钟模块包括传输延时计算模块、变频比较模块、时钟补偿模块、反馈稳频模块，传输延时计算模块接收对检测现场污水处理设备运行状态信息和污水处理设备信息的现场传感器与plc控制器的距离信号，与检测现场污水处理设备运行状态信息和污水处理设备信息的现场传感器到plc控制器的有线或无线传输的现场网络速率信号，进入除法器进行相除，得出传输延时信号，之后经压控振荡器产生方波脉冲，也即频率信号后输出到变频比较模块，与原有的传输延时对应的时钟频率信号进入频率差电路，计算出频率偏差量并转为0-5v电压，通过对两路频率信号比较，而不是将原采样延时和现采样延时直接比较，用以提高比较过程中的抗干扰能力，避免了模拟信号直接比较受杂讯信号干扰影响，之后经电阻r15、r16和电容c4、电容c5组成的环路滤波器稳压，再进入运放ar4、运放ar5组成的双比较器，高于预设的允许正向波动电压+lh(如+0.006s)或低于允许负向波动电压+ll(如-0.006s)时输出高电平，二极管d5导通，否则输出低电平，二极管d6导通，也即输出控制信号控制时钟补偿模块是否进行时钟校正，对原有的传输延时对应的时钟频率信号锁相，再经反相器u1、u2、电阻r20、电容c10组成的缓冲器缓冲后进入plc控制器，或芯片ic1对原有的传输延时对应的时钟频率信号经环路滤波器转换为直流电压，同时与变频比较模块中环路滤波器稳压后电压耦合，经稳压后进入芯片ic1的vco端，改变震荡频率后，再经锁相、反相器缓冲后进入plc控制器，由plc控制器内部通过计数器计算出校正后的时延，最后plc控制器根据接受传感器数据的时间减去延时时间作为采集数据的时间，并作为plc控制器的系统时钟，在采集处理的数据上打上时间戳，再通过物联网传输到污水处理监控平台，所述反馈稳频模块接收时钟补偿模块缓冲后信号，一路经环路滤波器转换为直流电压环路滤波器后反馈到三极管q10的基极，三极管q10发射极电压和基极电压比较，反馈到三极管q9的基极，三极管q9调整进行稳压，稳定芯片ic1的震荡频率，另一路进入通过频率差电路计算出缓冲后信号和原有的传输延时对应的时钟频率信号的频率差，反馈到芯片ic1，起到锁频、锁相的作用，芯片ic1以校正后震荡频率震荡。