申請(qǐng)日2014.10.28

　　公開(公告)日2015.01.28

　　IPC分類號(hào)G01N33/18; G08C17/02; G01N1/14

　　摘要

　　本發(fā)明提供一種廢污水系統(tǒng)環(huán)保數(shù)據(jù)采集與分析取樣裝置及其方法，包括多功能取樣及預(yù)處理單元、數(shù)據(jù)采集及控制單元、無線數(shù)據(jù)傳輸單元;采用模塊化設(shè)備，取樣預(yù)處理裝置的通用性，適合不同廠家、不同成分檢測(cè)的分析表，可以把分散的數(shù)據(jù)采集并處理后，通過有線或無線數(shù)據(jù)通信，送到上一級(jí)數(shù)據(jù)采集中心。減少設(shè)備間的接口多樣化，提高水質(zhì)取樣的可靠性，把分散的數(shù)據(jù)集中化處理，通過單片機(jī)與PLC控制系統(tǒng)的結(jié)合，更好處理污水處理廠現(xiàn)場(chǎng)需監(jiān)測(cè)的分散的各種待監(jiān)控?cái)?shù)據(jù);通過這種模塊化的組成結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)維護(hù)成本的最低化，調(diào)試時(shí)間最小化，提高工作效率，減少運(yùn)行人員的維護(hù)量，保護(hù)取樣適時(shí)性及數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種廢污水系統(tǒng)環(huán)保數(shù)據(jù)采集與分析取樣裝置，其特征在于：包括多功能取樣及預(yù)處 理單元、數(shù)據(jù)采集及控制單元、無線數(shù)據(jù)傳輸單元;

　　所述多功能取樣及預(yù)處理單元包括樣水進(jìn)口(12)、取樣泵(2)、壓力表(9)、第一回流 穩(wěn)壓閥(3)、回流排放出口(13)、多路切換閥(5)、節(jié)流穩(wěn)壓閥(20)、管路電磁閥(4)、 第一二位三通電磁閥(6)、第二二位三通電磁閥(21)、第一浮子流量計(jì)(25)、第二浮子流 量計(jì)(22)、第一分析儀表取樣口(14)、第二分析儀表取樣口(23)、多功能流量池(10)、 第二回流穩(wěn)壓閥(24);

　　所述樣水進(jìn)口(12)連接取樣泵(2)進(jìn)水口，取樣泵(2)出水口設(shè)置有壓力表(9)， 取樣泵(2)出水管道分二路：一路通過第一回流穩(wěn)壓閥(3)連接至回流排放出口(13)，一 路連接至多路切換閥(5);所述多路切換閥(5)切換后分三路：一路連接第二二位三通電磁 閥(21)進(jìn)水口，一路通過節(jié)流穩(wěn)壓閥(20)連接至第一二位三通電磁閥(6)進(jìn)水口，一路 連接至管路電磁閥(4)進(jìn)水口;所述第二二位三通電磁閥(21)的二路出水口：一路通過第 二浮子流量計(jì)(22)連接至第二分析儀表取樣口(23)，一路連接至回流排放出口(13);所 述第一二位三通電磁閥(6)的二路出水口：一路通過第一浮子流量計(jì)(25)連接至第一分析 儀表取樣口(14)，一路連接至回流排放出口(13);所述管路電磁閥(4)的出水管分二路： 一路連接至多功能流量池(10)的進(jìn)水口，一路連接至第二二位三通電磁閥(21)進(jìn)水口; 所述多功能流量池(10)的溢流排放口通過第二回流穩(wěn)壓閥(24)連接至回流排放出口(13);

　　所述數(shù)據(jù)采集及控制單元包括數(shù)據(jù)輸入輸出單元(15)、可編程控制器(16)、按鈕指示 燈組(17)和人機(jī)界面(19);所述多功能流通池(10)、取樣泵(2)、管路電磁閥(4)、第 一二位三通電磁閥(6)、第二二位三通電磁閥(21)信號(hào)連接至數(shù)據(jù)輸入輸出單元(15);數(shù) 據(jù)輸入輸出單元(15)、人機(jī)界面(19)、按鈕指示燈組(17)信號(hào)連接至可編程控制器(16)， 可編程控制器(16)通過串口電纜與無線數(shù)據(jù)傳輸單元(18)連接。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢污水系統(tǒng)環(huán)保數(shù)據(jù)采集與分析取樣裝置，其特征在于： 所述取樣泵(2)的進(jìn)水管道上設(shè)置有取樣過濾器(1)。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢污水系統(tǒng)環(huán)保數(shù)據(jù)采集與分析取樣裝置，其特征在于： 所述多功能流量池(10)上設(shè)置有液位開關(guān)(7)、溫度計(jì)(8)和二到三個(gè)電極螺紋固定孔(11); 所述液位開關(guān)(7)信號(hào)連接至數(shù)據(jù)輸入輸出單元(15)。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢污水系統(tǒng)環(huán)保數(shù)據(jù)采集與分析取樣裝置，其特征在于： 所述數(shù)據(jù)輸入輸出單元(15)可連接DI、DO、AI、AO、脈沖信號(hào)。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢污水系統(tǒng)環(huán)保數(shù)據(jù)采集與分析取樣裝置，其特征在于： 所述按鈕指示燈組(17)中按鈕包括就地、遠(yuǎn)控，指示燈包括運(yùn)行、停止、故障。

　　6.一種廢污水系統(tǒng)環(huán)保數(shù)據(jù)采集與分析取樣方法，其特征在于：當(dāng)按鈕指示燈組中取樣 泵、多路切換閥、管路電磁閥、第一二位三通電磁閥、第二二位三通電磁閥的選擇按鈕分別 打到就地位置時(shí)，通過人機(jī)界面上按鈕，人工隨機(jī)啟、停取樣泵，設(shè)置取樣周期，手動(dòng)選擇 多路切換閥，手動(dòng)打開管路電磁閥、第一二位三通電磁閥或第二二位三通電磁閥，并通過節(jié) 流穩(wěn)壓閥控制流量，對(duì)各個(gè)分析儀表進(jìn)行手動(dòng)進(jìn)樣選擇;

　　當(dāng)按鈕指示燈組中取樣泵、多路切換閥、管路電磁閥、第一二位三通電磁閥、第二二位 三通電磁閥的選擇按鈕分別打到遠(yuǎn)控位置時(shí)，可編程控制器檢測(cè)分析儀表取樣要求信號(hào)及流 通池液位開關(guān)高、低液位連鎖信號(hào)，邏輯控制取樣泵的啟停，管路電磁閥、第一二位三通電 磁閥和第二二位三通電磁閥的開關(guān);取樣泵出口第一回流穩(wěn)壓閥開度大小根據(jù)取樣泵出口壓 力表的壓力大小進(jìn)行調(diào)整，控制水樣壓力，多路切換閥根據(jù)實(shí)際分析儀表取樣方式切換到要 選擇的樣水流路;

　　將多功能取樣及預(yù)處理單元中采集到的各種模擬量及數(shù)字量信號(hào)通過數(shù)據(jù)輸入輸出單元 打包處理后傳送至可編程控制器，可編程控制器將采集的各種數(shù)據(jù)在人機(jī)界面上實(shí)時(shí)顯示， 并送給無線數(shù)據(jù)傳輸單元，無線數(shù)據(jù)傳輸單元將打包后的數(shù)據(jù)發(fā)送到上一級(jí)監(jiān)控中心。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種廢污水系統(tǒng)環(huán)保數(shù)據(jù)采集與分析取樣方法，其特征在于： 所述無線數(shù)據(jù)傳輸單元采用ARM9工業(yè)級(jí)高性能嵌入式處理器，設(shè)備支持串口RS232接口、 RS485接口、RS422接口、TTL接口或者USB接口，與可編程控制器采用MODBUS通訊協(xié)議進(jìn) 行串口通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、設(shè)備控制功能，且可實(shí)現(xiàn)雙數(shù)據(jù)中心備份，以及多 數(shù)據(jù)中心同步接收數(shù)據(jù)功能;設(shè)備提供在線維持技術(shù)，保持?jǐn)?shù)據(jù)終端永久在線;無線數(shù)據(jù)傳 輸單元可提供TCP透明無線遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸或者UDP透明無線遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ�，可�?過GPRS實(shí)現(xiàn)與上級(jí)數(shù)據(jù)管理中心的無線通訊功能。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種廢污水系統(tǒng)環(huán)保數(shù)據(jù)采集與分析取樣方法，其特征在于： 所述多功能取樣及預(yù)處理單元中采集到的各種模擬量及數(shù)字量信號(hào)包括：取樣泵的啟停和故 障信號(hào)，電磁閥的開關(guān)和故障信號(hào)，電機(jī)的電流和電壓，回流排放出口流量，溫度計(jì)的溫度， 樣水的濁度、PH、SS、MLSS、總磷、COD和氨氮模擬量信號(hào)。

　　說明書

　　一種廢污水系統(tǒng)環(huán)保數(shù)據(jù)采集與分析取樣裝置及其方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及廢污水系統(tǒng)環(huán)保數(shù)據(jù)采集與分析取樣裝置及其方法。

　　背景技術(shù)

　　隨著社會(huì)的發(fā)展，水資源污染越來越嚴(yán)重，為提高我們的生存環(huán)境，國(guó)家對(duì)城市生活污 水、工業(yè)廢污水的排放標(biāo)準(zhǔn)要求越來越嚴(yán)格，另外隨著市民環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)，越來越多的人 開始關(guān)心所處環(huán)境質(zhì)量的好壞，要求環(huán)境保護(hù)工作透明化;上級(jí)主管部門也需要數(shù)量大、種 類多、更新快的信息。所有這一切，給環(huán)境監(jiān)測(cè)部門提出了一個(gè)應(yīng)引起重視的問題：如何建 立起實(shí)用性強(qiáng)、覆蓋面廣、靈活性好的環(huán)保數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，滿足各方面對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)信息的需 求。目前國(guó)內(nèi)有許多廠家的污水系統(tǒng)環(huán)保數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品，另外還有許多廠家提供各種各樣的 污水系統(tǒng)相關(guān)采樣分析儀表，但沒有提供比較齊全的適合不同污水系統(tǒng)的分析取樣裝置及環(huán) 保數(shù)據(jù)采集集成裝置。目前狀況是分析表廠家配套分析取樣裝置,環(huán)保數(shù)據(jù)采集器又是另一家 提供,這樣,一方面會(huì)產(chǎn)生許多電氣、儀表、通信等接口問題,每家提供的接口不一樣,運(yùn)行維 護(hù)人員需熟悉不同廠家的產(chǎn)品特性,這對(duì)運(yùn)行人員的專業(yè)素質(zhì)要求提高,另一方面,廢污水的 水質(zhì)、水壓等環(huán)境決定水質(zhì)分析取樣裝置的選型,如果選擇不當(dāng),后期會(huì)影響儀表測(cè)量,輕則導(dǎo) 致測(cè)量不準(zhǔn),重則導(dǎo)致儀表損壞,另外產(chǎn)品種類多,現(xiàn)場(chǎng)增減設(shè)備,設(shè)備投資多,無形中增加運(yùn) 營(yíng)的經(jīng)濟(jì)成本。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的是：提供一種廢污水系統(tǒng)環(huán)保數(shù)據(jù)采集與分析取樣裝置及其方法，實(shí)現(xiàn)模 塊化設(shè)備，取樣預(yù)處理裝置的通用性，適合不同廠家、不同成分檢測(cè)的分析表，可以把分散 的數(shù)據(jù)采集并處理后，通過有線或無線數(shù)據(jù)通信，送到上一級(jí)數(shù)據(jù)采集中心。減少設(shè)備間的 接口多樣化,提高水質(zhì)取樣的可靠性，把分散的數(shù)據(jù)集中化處理,通過單片機(jī)與PLC控制系統(tǒng) 的結(jié)合,更好處理污水處理廠現(xiàn)場(chǎng)需監(jiān)測(cè)的分散的各種待監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),并集中模塊化取樣裝置, 提供給當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門多種數(shù)據(jù)通信接口;通過這種模塊化的的組成結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)維護(hù)成本的 最低化，調(diào)試時(shí)間最小化,提高工作效率，減少運(yùn)行人員的維護(hù)量，保護(hù)取樣適時(shí)性及數(shù)據(jù)準(zhǔn) 確性。

　　本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種廢污水系統(tǒng)環(huán)保數(shù)據(jù)采集與分析取樣裝置，包括多功能取樣 及預(yù)處理單元、數(shù)據(jù)采集及控制單元、無線數(shù)據(jù)傳輸單元;

　　所述多功能取樣及預(yù)處理單元包括樣水進(jìn)口、取樣泵、壓力表、第一回流穩(wěn)壓閥、回流 排放出口、多路切換閥、節(jié)流穩(wěn)壓閥、管路電磁閥、第一二位三通電磁閥、第二二位三通電 磁閥、第一浮子流量計(jì)、第二浮子流量計(jì)、第一分析儀表取樣口、第二分析儀表取樣口、多 功能流量池、第二回流穩(wěn)壓閥;

　　所述樣水進(jìn)口連接取樣泵進(jìn)水口，取樣泵出水口設(shè)置有壓力表，取樣泵出水管道分二路： 一路通過第一回流穩(wěn)壓閥連接至回流排放出口，一路連接至多路切換閥;所述多路切換閥切 換后分三路：一路連接第二二位三通電磁閥進(jìn)水口，一路通過節(jié)流穩(wěn)壓閥連接至第一二位三 通電磁閥進(jìn)水口，一路連接至管路電磁閥進(jìn)水口;所述第二二位三通電磁閥的二路出水口： 一路通過第二浮子流量計(jì)連接至第二分析儀表取樣口，一路連接至回流排放出口;所述第一 二位三通電磁閥的二路出水口：一路通過第一浮子流量計(jì)連接至第一分析儀表取樣口，一路 連接至回流排放出口;所述管路電磁閥的出水管分二路：一路連接至多功能流量池的進(jìn)水口， 一路連接至第二二位三通電磁閥進(jìn)水口;所述多功能流量池的溢流排放口通過第二回流穩(wěn)壓 閥連接至回流排放出口;

　　所述數(shù)據(jù)采集及控制單元包括數(shù)據(jù)輸入輸出單元、可編程控制器、按鈕指示燈組和人機(jī) 界面;所述多功能流通池、取樣泵、管路電磁閥、第一二位三通電磁閥、第二二位三通電磁 閥信號(hào)連接至數(shù)據(jù)輸入輸出單元;數(shù)據(jù)輸入輸出單元、人機(jī)界面、按鈕指示燈組信號(hào)連接至 可編程控制器，可編程控制器通過串口電纜與無線數(shù)據(jù)傳輸單元連接。

　　進(jìn)一步的，所述取樣泵的進(jìn)水管道上設(shè)置有取樣過濾器�？蛇^濾樣水中粗雜質(zhì)，延長(zhǎng)裝 置使用壽命。

　　進(jìn)一步的，所述多功能流量池上設(shè)置有液位開關(guān)、溫度計(jì)和二到三個(gè)電極螺紋固定孔; 所述液位開關(guān)信號(hào)連接至數(shù)據(jù)輸入輸出單元。

　　進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)輸入輸出單元可連接DI、DO、AI、AO、脈沖信號(hào)。能把分散在現(xiàn)場(chǎng) 各個(gè)地方的各種模擬量及數(shù)字量信號(hào)通過數(shù)據(jù)輸入輸出單元采集到可編程控制進(jìn)行處理后實(shí) 現(xiàn)控制及監(jiān)控。

　　進(jìn)一步的，所述按鈕指示燈組中按鈕包括就地、遠(yuǎn)控，指示燈包括運(yùn)行、停止、故障。

　　本發(fā)明還提供一種廢污水系統(tǒng)環(huán)保數(shù)據(jù)采集與分析取樣方法，當(dāng)按鈕指示燈組中取樣泵、 多路切換閥、管路電磁閥、第一二位三通電磁閥、第二二位三通電磁閥的選擇按鈕分別打到 就地位置時(shí)，通過人機(jī)界面上按鈕，人工隨機(jī)啟、停取樣泵，設(shè)置取樣周期，手動(dòng)選擇多路 切換閥，手動(dòng)打開管路電磁閥、第一二位三通電磁閥或第二二位三通電磁閥，并通過節(jié)流穩(wěn) 壓閥控制流量，對(duì)各個(gè)分析儀表進(jìn)行手動(dòng)進(jìn)樣選擇;

　　當(dāng)按鈕指示燈組中取樣泵、多路切換閥、管路電磁閥、第一二位三通電磁閥、第二二位 三通電磁閥的選擇按鈕分別打到遠(yuǎn)控位置時(shí)，可編程控制器檢測(cè)分析儀表取樣要求信號(hào)及流 通池液位開關(guān)高、低液位連鎖信號(hào)，邏輯控制取樣泵的啟停，管路電磁閥、第一二位三通電 磁閥和第二二位三通電磁閥的開關(guān);取樣泵出口第一回流穩(wěn)壓閥開度大小根據(jù)取樣泵出口壓 力表的壓力大小進(jìn)行調(diào)整，控制水樣壓力，多路切換閥根據(jù)實(shí)際分析儀表取樣方式切換到要 選擇的樣水流路;

　　將多功能取樣及預(yù)處理單元中采集到的各種模擬量及數(shù)字量信號(hào)通過數(shù)據(jù)輸入輸出單元 打包處理后傳送至可編程控制器，可編程控制器將采集的各種數(shù)據(jù)在人機(jī)界面上實(shí)時(shí)顯示， 并送給無線數(shù)據(jù)傳輸單元，無線數(shù)據(jù)傳輸單元將打包后的數(shù)據(jù)發(fā)送到上一級(jí)監(jiān)控中心。

　　進(jìn)一步的，所述無線數(shù)據(jù)傳輸單元采用ARM9工業(yè)級(jí)高性能嵌入式處理器，設(shè)備支持串口 RS232接口、RS485接口、RS422接口、TTL接口或者USB接口，與可編程控制器采用MODBUS 通訊協(xié)議進(jìn)行串口通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、設(shè)備控制功能，且可實(shí)現(xiàn)雙數(shù)據(jù)中心備 份，以及多數(shù)據(jù)中心同步接收數(shù)據(jù)功能;設(shè)備提供在線維持技術(shù)，保持?jǐn)?shù)據(jù)終端永久在線; 無線數(shù)據(jù)傳輸單元可提供TCP透明無線遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸或者UDP透明無線遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)?功能，可通過GPRS實(shí)現(xiàn)與上級(jí)數(shù)據(jù)管理中心的無線通訊功能。

　　進(jìn)一步的，所述多功能取樣及預(yù)處理單元中采集到的各種模擬量及數(shù)字量信號(hào)包括：取 樣泵的啟停和故障信號(hào)，電磁閥的開關(guān)和故障信號(hào)，電機(jī)的電流和電壓，回流排放出口流量， 溫度計(jì)的溫度，樣水的濁度、PH、SS、MLSS、總磷、COD和氨氮模擬量信號(hào)。

　　本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明是一種通用型數(shù)據(jù)采集與分析取樣裝置，適合不同廠家分 析儀表取樣預(yù)處理，并且能把分散在現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)地方的各種模擬量及數(shù)字量信號(hào)通過數(shù)據(jù)輸入 輸出單元采集到可編程控制進(jìn)行處理后實(shí)現(xiàn)控制及監(jiān)控，可編程控制通過無線數(shù)據(jù)傳輸單元 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、設(shè)備控制等功能，并可通過GPRS等無線通信方式發(fā)送到上一級(jí)監(jiān)控中心。

　　本發(fā)明安裝、敷設(shè)簡(jiǎn)單、操作方便，能配套作為多種廢污水水質(zhì)分析表的取樣預(yù)處理， 分散數(shù)據(jù)采集及處理、無線數(shù)據(jù)傳輸功能，并且保證數(shù)據(jù)傳輸全透明，雙看門狗電路，自動(dòng) 重連功能，通訊不掉線，適合各類數(shù)據(jù)的環(huán)保數(shù)據(jù)采集及傳輸。

　　本發(fā)明采用模塊化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)維護(hù)成本的最低化，調(diào)試時(shí)間最小化,提高工作效率， 減少運(yùn)行人員的維護(hù)量，保護(hù)取樣適時(shí)性及數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。