一种全生命周期城市污水处理监测装置的制作方法

本实用新型涉及全生命周期污水处理技术领域，具体的说，是一种全生命周期城市污水处理监测装置。

背景技术：

当前时代，随着人类社会的不断发展，城市规模的不断扩大，城市的用水量和排放量都在不断增加，加剧了城市河流的水质污染，环境问题日益突出。由此造成的水危机和生态环境污染以及环保治理设施管理失控已经成为社会经济发展的重要制约因素。目前，环境保护被确立为我国的一项基本国策之一，今年来呈现出蓬勃发展之势，而环境科学与工程的许多热点和重点领域更是国内众多学者、科研人员及工程技术人员关注的对象，我国污水处理和管理事业在改革开放二十多年来也取得了迅速的发展，通过环保工作者的不懈努力，许多污水处理方面的新技术、新工艺、新设备、新材料在我国得到了广泛地应用。我国城市污水处理产业进入快速发展期，城市污水处理作为市政基础产业，首先获得了长足的发展，处理设施数量快速增长。然而各地方只注重城市污水处理唱数量的建设而不注重技术平台的提升建设，随着运营成本的不断上涨，使得城市污水处理的运行费用不断增加，甚至造成了一批污水处理厂不能正常运转。

因此提出一种全生命周期的污水处理和监测装置，能对城市污水事业作出一套实用性、可靠性都高的方案，不仅能节约污水处理的成本，而且能够大大提升污水处理的效率，并且在污水监测方面也能得到时效性。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种全生命周期城市污水处理监测装置，其中城市污水监控中心用于监控、调用、汇总城市中所有河流区域的水质情况，每个区域设置一个分区数据服务器，所述分区数据服务器通过无线通信的方式与城市污水监控中心连接，所述无线通信为GPRS卫星通信方式。

本实用新型通过下述技术方案实现：一种全生命周期城市污水处理监测装置，包括城市污水监控中心、分别通过无线通信与城市污水监控中心连接的多个分区数据服务器，每个所述分区数据服务器分别连接有进水泵房、集水渠、出水泵房，所述进水泵房、集水渠、出水泵房依次连接；所述进水泵房包括CPU控制器，所述集水渠包括PLC控制器；所述CPU控制器、PLC控制器相互连接，且分别通过以太网与分区数据服务器连接。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述进水泵房还包括传感器单元、模拟量输入单元、线性信号输出单元、开关量输入单元、开关量输出单元、报警单元，所述传感器单元包括流量传感器、液位传感器、温度传感器；所述流量传感器、液位传感器、温度传感器分别通过模拟量输入单元与CPU控制器连接，所述模拟量输入单元、线性信号输出单元、开关量输入单元、开关量输出单元、报警单元分别与CPU控制器连接。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述集水渠还包括浊度仪检测模块、AI模块、指令模块、变频器A、变频器B、罗茨鼓风机、自吸泵；所述浊度仪检测模块通过AI模块与PLC控制器连接，所述罗茨鼓风机和自吸泵分别通过变频器A和变频器B与PLC控制器连接，所述指令模块与PLC控制器连接。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述出水泵房包括清水闸门、浑水闸门，所述清水闸门、浑水闸门分别与指令模块连接。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述分区数据服务器包括数据库存储器、水质化验测试系统、常态检测仪表、工艺仿真控制器，所述水质化验测试系统、常态检测仪表、工艺仿真控制器分别与数据库存储器连接；所述CPU控制器、PLC控制器分别通过以太网与水质化验测试系统、常态检测仪表、工艺仿真控制器连接。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述模拟量输入单元包括第一芯片U1和二极管D1至二极管D8；所述第一芯片U1采用型号为CD4051芯片；第一芯片U1的引脚VEE接地，二极管D1的阴极同时与二极管D2的阴极、二极管D3的阴极、二极管D4的阴极、二极管D5的阴极、二极管D6的阴极、二极管D7的阴极、二极管D8的阴极和地线连接；第一芯片U1的引脚X7至引脚X0分别与二极管D1的阳极至二极管D8的阳极一一对应连接。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述线性信号输出单元包括第四芯片U4、电阻R2至电阻R5、电容C1、电容C2；所述第四芯片U4采用型号为AD694JN的芯片；所述第四芯片U4的引脚VS与电源+24V相连，第四芯片U4的引脚FORCE与第四芯片U4的引脚SENSE相连，第四芯片U4的引脚FB与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端同时与电阻R3的一端和第四芯片U4的引脚-SIG相连，电阻R3的另一端接地，第四芯片U4的引脚+SIG同时与电容C1的一端和电阻R4的一端相连，电容C1的另一端接地，电阻R4的另一端同时与电阻R5的一端和电容C2的一端相连，电容C2的另一端接地，电阻R5的另一端为线性信号输出单元的线性信号输出端。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述开关量输入单元包括第二芯片U2、第三芯片U3和电阻R1；所述第二芯片U2采用型号为PC817的芯片，第三芯片U3采用型号为74HC245的芯片；电阻R1的一端与电源VCC相连，电阻R1的另一端与第二芯片U2的正向输入端相连，第二芯片U2的第一输出端与电源VDD相连，第二芯片U2的第二输出端与第三芯片U3的引脚B0相连。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述开关量输出单元包括第五芯片U5、第六芯片U6、电阻R6和电阻R7；第五芯片U5采用型号为74HC573的芯片，第六芯片U6采用型号为PC817的芯片；所述电阻R6的一端与电源VDD相连，电阻R6的另一端与第六芯片U6的正向输入端相连，第六芯片U6的第二输出端接地，第六芯片U6的第一输出端同时与第五芯片U5的引脚1Q和电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与电源VCC相连。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述报警单元包括第八芯片U8、三极管Q2、电阻R11、电阻R12以及第九芯片U9；所述第八芯片U8采用型号为AP18108的芯片，第九芯片U9采用型号为DCTT的芯片，三极管Q2的发射极同时与电源地、电阻R11的一端和第八芯片U8的引脚GND相连，电阻R11的另一端同时与三极管Q2的基极和第八芯片U8的引脚OUT3相连，三极管Q2的集电极与第九芯片U9的一端相连，第九芯片U9的另一端同时与电阻R12的一端、第八芯片U8的引脚VCC和电源VCC相连，电阻R12的另一端与第八芯片U8的引脚OSC相连。

工作原理：

每个区域河流中的水首先从进水泵房进入集水渠，在进入进水泵房时，传感器单元对河水进行流量、液位、温度的采集，并传输给CPU控制器。CPU控制器与集水渠中的PLC控制器连接，PLC控制器对河水进行处理，处理后分为清水和浑水，清水通过出水泵房的清水闸门放回至河流中，浑水通过浑水闸门放出后进行再次处理或回收。

分区数据服务器分别与进水泵房、集水渠、出水泵房通过以太网连接，分区数据服务器用于对河水进行实时检测并得出可视化的结果，加以保存和归档。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本实用新型采用水质化验测试系统、常态检测仪表、工艺仿真控制器，可以很好地将水处理工艺过程进行数字化和关键设备运行数字化，并实现二者的紧密结合，完成水处理过程动态优化和设备最有效地运行，保证出水稳定达标，并且给污水处理事业带来巨大的经济效益，实现节能减排的目的；

（2）本实用新型在城市河流的不同区域设置分区数据服务器，全面地监控和处理了城市中污水的情况，行程一套健全的体系，大大提升了污水处理效率；

（3）本实用新型分为清水闸门和浑水闸门，可有效的调节闸门的切换，为处理后尾水的达标排放提供更加可靠、更加精准、更加高效的控制保证；

（4）本实用新型可以根据工作人员的要求设置相应功能，以实现不同层次的管理，如数据管理、远程监控、设施维护管理、设施运行管理、设施故障排除以及水质精准检测等，实现全生命周期污水处理和监测的管理，提升系统的综合分析能力，支撑各种运营策略。

附图说明

图1为本实用新型全生命周期系统框图；

图2为本实用新型进水泵房系统框图；

图3为本实用新型集水渠系统框图；

图4为本实用新型分区数据服务器系统框图；

图5为本实用新型模拟量输入单元电路原理图；

图6为本实用新型线性信号输出单元电路原理图；

图7为本实用新型开关量输入单元电路原理图；

图8为本实用新型开关量输出单元电路原理图；

图9为本实用新型报警单元电路原理图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

本实用新型通过下述技术方案实现，如图1-图9所示，一种全生命周期城市污水处理监测装置，包括城市污水监控中心、分别通过无线通信与城市污水监控中心连接的多个分区数据服务器，每个所述分区数据服务器分别连接有进水泵房、集水渠、出水泵房，所述进水泵房、集水渠、出水泵房依次连接；所述进水泵房包括CPU控制器，所述集水渠包括PLC控制器；所述CPU控制器、PLC控制器相互连接，且分别通过以太网与分区数据服务器连接。

需要说明的是，通过上述改进，本实用新型提出一种全生命周期城市污水处理监测装置，其中城市污水监控中心用于监控、调用、汇总城市中所有河流区域的水质情况，每个区域设置一个分区数据服务器，所述分区数据服务器通过无线通信的方式与城市污水监控中心连接，所述无线通信为GPRS卫星通信方式。所述CPU控制器采用型号为 CRESTRON AV2的控制器；所述PLC控制器采用西门子公司的S7-400系列。

所述分区数据服务器用于收集和控制进水泵房、集水渠、出水泵房的信息，所述进水泵房将河流中的水引入集水渠，集水渠对水进行检测和处理，最后从出水泵房将水放回河流中。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例2：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1、图2所示，所述进水泵房还包括传感器单元、模拟量输入单元、线性信号输出单元、开关量输入单元、开关量输出单元、报警单元，所述传感器单元包括流量传感器、液位传感器、温度传感器；所述流量传感器、液位传感器、温度传感器分别通过模拟量输入单元与CPU控制器连接，所述模拟量输入单元、线性信号输出单元、开关量输入单元、开关量输出单元、报警单元分别与CPU控制器连接。

需要说明的是，通过上述改进，所述CPU控制器为进水泵房系统的核心控制器，与CPU控制器连接的模拟量输入单元用于接收流量传感器、液位传感器、温度传感器的模拟信号至CPU控制器中。所述线性信号输出单元使CPU控制器中的非线性信号转化为线性信号。所述开关量输入单元用于控制传感器单元和模拟量输入单元的开关，所述开关量输出单元用于控制线性信号输出单元的开关。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1、图3所示，所述集水渠还包括浊度仪检测模块、AI模块、指令模块、变频器A、变频器B、罗茨鼓风机、自吸泵；所述浊度仪检测模块通过AI模块与PLC控制器连接，所述罗茨鼓风机和自吸泵分别通过变频器A和变频器B与PLC控制器连接，所述指令模块与PLC控制器连接。

需要说明的是，通过上述改进，所述浊度仪检测模块用于对刚进入集水渠的水进水浊度检测，AI模块用于判断和采集浊度仪检测模块检测的结果值，并将检测的浊度结果通过PLC控制器发送至分区数据服务器做为河水的初始浊度参考，同使AI模块也间接控制指令模块对出水泵房闸门的开启或关闭。所述浊度仪检测模块包括浊度仪本体、仪表箱及电缆等，所述浊度仪本体的型号为CM442-AAM1A1F010A。

所述罗茨鼓风机通过变频器A与PLC控制器连接，自吸泵通过变频器B与PLC控制器连接，罗茨鼓风机和自吸泵都设置在集水渠道中，用于对河水进行处理。所述PLC控制器用于整个集水渠系统指令的执行、数学与逻辑的运算、数据的存储与传送以及对内对外输入与输出的控制。根据输入的数字量和模拟量进行逻辑计算后，获得预先设定好的数据控制命令，并将所述控制命令输出至指令模块和分区数据服务器。PLC控制器通过控制罗茨鼓风机，让罗茨鼓风机启动同时触发PLC控制器的计时器，当罗茨鼓风机正常运行时，PLC控制器通过控制自吸泵，当自吸泵启动同时PLC控制器触发两组计时器，控制罗茨鼓风机和自吸泵的工作时长。

本实施例对污水处理的方式提出罗茨鼓风机和自吸泵，在实际使用时，可根据具体情况增加污水的处理方式。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图3所示，所述出水泵房包括清水闸门、浑水闸门，所述清水闸门、浑水闸门分别与指令模块连接。

需要说明的是，通过上述改进，AI模块用于对集水渠中的水进行简单的浊度判断，当浊度符合标准时，将指令传达给PLC控制器，PLC控制器控制指令模块对清水闸门和浑水闸门的开启或关闭。起初进入集水渠中的河水被罗茨鼓风机和自吸泵进行处理后，河水分别清水和浑水，清水处于集水渠中上层，浑水处于集水渠中下层；清水闸门开启后将清水放回河流中，将浑水进行进一步回收处理。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1、图4所示，所述分区数据服务器包括数据库存储器、水质化验测试系统、常态检测仪表、工艺仿真控制器，所述水质化验测试系统、常态检测仪表、工艺仿真控制器分别与数据库存储器连接；所述CPU控制器、PLC控制器分别通过以太网与水质化验测试系统、常态检测仪表、工艺仿真控制器连接。

需要说明的是，通过上述改进，所述水质化验测试系统用于检测和存储集水器中的水的化验水质数据，并通过曲线和报表直观展示水质的变化情况。水质化验测试系统需要测定的基本参数主要有化学需氧量COD、生化需氧量BOD、悬浮性固体物质SS、总磷TP、总氮TN、氨氮NH3-N、硝酸盐氮NO3-N、溶解氧DO、污泥浓度MLSS、污泥沉降比SV30、污泥体积指数SVI等，这些参数对河流处理运行具有重要意义。水质化验测试系统可以为这些数据完善档案，并通过以太网将这些数据发送给工艺仿真控制器以及发送给数据库存储器进行存储。

常态检测仪器主要包括出水流量计、PH计、COD分析仪、氨氮分析仪、总磷分析仪，与水质化验测试系统工作原理类似，将上述检测结果通过曲线和报表的形式展示出来，并通过以太网将其传入工艺仿真控制器和数据库存储器进行分析和存储。

工艺仿真控制器用于分析水质化验测试系统和常态检测仪器的数据，包括仪表数据分析模块、参数可视化模块、设备仿真模块、工艺预警模块，这些模块分别通过以太网与数据库存储器连接。所述仪表数据分析模块通过对常态检测仪器、水质化验测试系统的数据进行对比分析来判断污水处理结果。所述设备仿真模块是将污水处理过程中使用的罗茨鼓风机、自吸泵等设备进行工作的数学建模，建立一套工艺与运行参数之间的关系模型。所述参数可视化模块将设备仿真模块的工艺参数、仪表数据分析模块解析的水质工艺参数构建成一个数字化的污水处理参数模型，可根据实际的水质和水量动态计算出各个工艺阶段的参数。工艺预警模块用于当水质和水量超出范围或者关键设备发生故障或异常时，可以通过仿真模型参数快速计算，准备地告诉工作人员预警情况，并为工作人员提出相应的解决方案。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例6：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图2、图5-图9所示，本实施例对所述CPU控制器与模拟量输入单元、线性信号输出单元、开关量输入单元、开关量输出单元、报警单元的连接做出参考，在使用时，可根据实际情况做出调整。

如图5所示，所述模拟量输入单元包括第一芯片U1和二极管D1至二极管D8；所述第一芯片U1采用型号为CD4051芯片；第一芯片U1的引脚VEE接地，二极管D1的阴极同时与二极管D2的阴极、二极管D3的阴极、二极管D4的阴极、二极管D5的阴极、二极管D6的阴极、二极管D7的阴极、二极管D8的阴极和地线连接；第一芯片U1的引脚X7至引脚X0分别与二极管D1的阳极至二极管D8的阳极一一对应连接；

如图6所示，所述线性信号输出单元包括第四芯片U4、电阻R2至电阻R5、电容C1、电容C2；所述第四芯片U4采用型号为AD694JN的芯片；所述第四芯片U4的引脚VS与电源+24V相连，第四芯片U4的引脚FORCE与第四芯片U4的引脚SENSE相连，第四芯片U4的引脚FB与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端同时与电阻R3的一端和第四芯片U4的引脚-SIG相连，电阻R3的另一端接地，第四芯片U4的引脚+SIG同时与电容C1的一端和电阻R4的一端相连，电容C1的另一端接地，电阻R4的另一端同时与电阻R5的一端和电容C2的一端相连，电容C2的另一端接地，电阻R5的另一端为线性信号输出单元的线性信号输出端；

如图7所示，所述开关量输入单元包括第二芯片U2、第三芯片U3和电阻R1；所述第二芯片U2采用型号为PC817的芯片，第三芯片U3采用型号为74HC245的芯片；电阻R1的一端与电源VCC相连，电阻R1的另一端与第二芯片U2的正向输入端相连，第二芯片U2的第一输出端与电源VDD相连，第二芯片U2的第二输出端与第三芯片U3的引脚B0相连；

如图8所示，所述开关量输出单元包括第五芯片U5、第六芯片U6、电阻R6和电阻R7；第五芯片U5采用型号为74HC573的芯片，第六芯片U6采用型号为PC817的芯片；所述电阻R6的一端与电源VDD相连，电阻R6的另一端与第六芯片U6的正向输入端相连，第六芯片U6的第二输出端接地，第六芯片U6的第一输出端同时与第五芯片U5的引脚1Q和电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与电源VCC相连；

如图9所示，所述报警单元包括第八芯片U8、三极管Q2、电阻R11、电阻R12以及第九芯片U9；所述第八芯片U8采用型号为AP18108的芯片，第九芯片U9采用型号为DCTT的芯片，三极管Q2的发射极同时与电源地、电阻R11的一端和第八芯片U8的引脚GND相连，电阻R11的另一端同时与三极管Q2的基极和第八芯片U8的引脚OUT3相连，三极管Q2的集电极与第九芯片U9的一端相连，第九芯片U9的另一端同时与电阻R12的一端、第八芯片U8的引脚VCC和电源VCC相连，电阻R12的另一端与第八芯片U8的引脚OSC相连。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。