CN105373053A - 一种人工湿地运行工况监控终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人工湿地运行工况监控终端，涉及生态环境保护领域，主要针对政府环保及相关监管部门难以监控人工湿地污水处理设施是否正常开机运行这一难题，在人工湿地技术工艺的处理设施中安装基于GPRS数据传输的智能终端，将智能终端采集并处理的人工湿地设施运行工况数据，以手机短消息的形式发送至政府及相关监管部门的接收终端，从而实现对人工湿地处理设施的远程监管。该终端成本低、适应性强、对接收设备要求低，使用者只要处于GPRS信号范围内，即可接收到智能终端发出的信息，不受时空限制。

Description

一种人工湿地运行工况监控终端

一、技术领域

本发明涉及生态环境保护领域，具体涉及一种人工湿地运行工况监控终端。

二、背景技术

由于环保意识淡薄，尽管国家有多种环保保护法律、法规及规定约束，但我国很多湿地污水处理设施仍是在政府环保及相关部门的监督下运行。有很多这样的企业，其污水处理设施往往是白天开、晚上关，或者是检查时开、不检查时不开，政府环保及相关监管部门对其污水处理设施的监管或监督则是鞭长莫及。尤其是人工湿地污水处理设施尤为普遍。相比较大中型城市污水处理厂、工业园区污水处理厂、大中型电厂、水泥厂及冶金企业等，由于处理规模大、污染物产生量多，这些设施一般建有在线设备，政府及相关监管部门可以通过在线设施获取相关实时工艺运行数据，从而实时监控其运行工况、处理效能和达标排放情况。这些在线监控设备大多价格昂贵、运行成本高、而且需要专门技术人员进行管理维护。如一套水处理在线COD、NH₃-N、TP检测仪器需要投入50万元以上，一般中小企业是难以承受的。对于政府投入的公益性污水处理设施建设，更是不可能，因为这些中小型湿地污水处理设施本身投资一般为10-30万元。这些湿地处理设施虽然规模不大，但其如果不正常运行，会对环境造成极大影响，对水环境系统造成损害。据2013年12月17日《中国环境报》第6版右上角报道，2011-2012年河南省农村环境连片综合整治资金投资总额11亿，目前已完工的248套污水处理系统中，103套闲置、139套不能正常运行，能正常运行的只有6套，这并非河南一省个案，其他各地也有类似监管难题。本发明正是基于上述难题而提出的。

三、发明内容

鉴于上述政府环保及相关监管部门难以监控人工湿地污水处理设施是否正常开机运行这些难题，本发明提供一种基于GPRS数据传输的智能终端，实现对人工湿地处理设施的在线实时监管或监督。应用人工湿地技术处理中型城市污水处理厂、工业园区污水处理厂等污水越来越普遍，人工湿地技术工艺的处理设施现有的用电单元主要包括进进水泵继电器(开关)、全景摄像、进水泵感应、曝气机传感、水位传感、温度传感器。通过实时采集上述这些设施的运行状态，即可有效的监管或监督人工湿地工艺处理设施的运行工况。

本发明的主要原理：通过开发具有电信采集与无线传输功能的智能终端，将其并联接入人工湿地污水处理设施的控制系统(即开关柜)，从而定时采集控制系统的开关量信号，据此判断污水处理设备何时关、何时开及通电时长，并同步利用电器设备的电磁学效应理论，通过电磁学感应传感器感知用电设备的电磁感应电流和电压，从而判定设备是否运转，通过智能终端内部的微型计算机(CPU)，利用给定数学模型判定设备的运行工况。再通过GPRS无线通讯模块，将智能终端采集并处理的污水处理设施运行工况数据，以手机短消息的形式发送至政府及相关监管部门的接收终端，该终端可以为普通手机、智能手机、电脑或iPad等其他智能终端，从而实现对该设施远程监管或监督。

本发明具有以下优点：

(1)本终端成本低、技术原理简单、相关配件耗材少，所有电子元器件均可以从普通电子元器件商品市场购得；

(2)本终端仅监控污水处理设施运行工况，不采集相关污染物指标数据(如COD、NH₃-N、TP、TN等)。因此，没有污染物监测传感器的投入，因而本机投入成本低、自动运行，无需专人管理维护等。

(3)本终端与现有设备并联接入，不破坏、不影响、不干扰既有污水处理设施控制系统的正常运行，实现与既有设备控制系统的100％兼容和无缝对接。

(4)本终端环境适应性强、信号传输可靠、数据传输费用低等优点。由于利用GPRS公共数据传输平台，因而对数据传输没有硬件设施要求，即凡是有手机信号的地方均可安装、使用。

(5)本终端对接收设备要求低，任何手机电脑及其他GPRS终端均可接收，基本不需投入专门费用购置接收终端，方便众多相关监管人员同时使用。由于利用GPRS公共数据传输平台，使用者只要处于GPRS信号范围内(中国移动、中国联通、中国电信营运商等)，均可接收到智能终端发出的信息，不受时空限制。

四、附图说明

附图1为本发明的示意图。

1、现有用电单元接入端口；2.基于电磁学效应的用电工况感知单元；3.终端控制单元；4.输出单元；5.GPRS发射天线单元；6.进水泵继电器(开关)；7.景观灯继电器(开关)；8.全景摄像头；9.进水泵传感器；10.曝气机传感器；11.水位传感器；12.温度传感器；13.微型计算机(CPU)；14.电源；15.存储器；16.时钟芯片；17.开关量信号输入单元；18.模拟量信号输入单元；19.GPRS信号发送单元；20.电路板线路单元(上述1-7、9-19单元及相关电子元器件均用电子器件焊接的方式固定于电路线路板单元，并用专用防水油漆涂料作防水、防湿和防尘处理)；21.标准化外接线；22.终端外壳(为普通钢制并作防锈处理或不锈钢及塑料制造)；23.输出接线端；24.输入接线端；25.天线接线端；26.CRT显示器与接线端。

五、具体实施方式

如图1所示，本发明由用电单元接入端口1、全景摄像头8、基于电磁学效应的用电设备工况感知单元2、终端控制单元3、输出单元4、GPRS发射天线单元5，共6个单元组成。各单元内部组成及实施方式分述如下：

(1)用电单元接入端口并联接入现有人工湿地设备控制系统(如开关柜)，根据开关单元数量，确定开关量输入总数，即：进水泵继电器(开关)6、景观灯继电器(开关)7；其控制系统(即开关柜)主要由进水泵传感器9、曝气机传感器10、水位传感器11、温度传感器12组成。通过实时采集这些设施的运行状态，即可掌握这些设施或设备开或关的状态。此开关量数据直接接入终端控制单元的开关量信号接入端。

(2)全景摄像头8带有云台装置，通过USB接口与监控终端连接，每隔一段时间拍一次人工湿地污水处理点全景照片，将拍摄下来的照片存储在终端控制单元的存储器中。

(3)基于电磁学效应的用电工况感知单元，由电磁互感线圈和信号放大器构成。当用电设备正常运行时，依据电磁学原理，其电机设备周边必将有一定强度的电磁场，特制的采集线圈上将产生一定大小的交流电流、电压信号，并通过信号放大器放大后，输入CPU，从而感知、判定设备是否正常运转。用电工况感知单元由主要由进水泵传感器9、曝气机传感器10、水位传感器11、温度传感器12组成。将模拟量信号与用电单元接入端口对应设备信号开关量信号按给定的运算法则进行逻辑运算，即可精确判定设备运行工况。若设备用电开关开了，无一定强度电流、电压感应信号，表明该设备运行异常。

(4)此感应信号通过终端单元内部的模块量输入单元转化为数字量信号，输入终端控制单元。终端控制单元，是本智能终端的“心脏”或“大脑”，它由CPU13、电源14、存储器15、时钟芯片16及开关量信号输入单元17、控制量信号输入单元18、GPRS信号发送单元19、电路单元20、标准化外接线21、终端外壳22等组成，负责采集、运算、存储、发送进水泵继电器(开关)6、景观灯继电器(开关)7的工况信息。

(5)输出单元4由输入接线端23、输出接线端24、天线接线端25、CRT显示器与接线端26组成，输入接线端23、输出接线端24单元由输入、输出2个模块组成。输入模块负责从编程计算机下载无线终端的CPU计算机程序，并通过CRT显示终端26于应用现场实时调节监控相关变量或参数。输出接线端24由GPRS发射天线组成，该天线为市购普通GPRS天线，其基座内含有磁铁，可直接吸附于铁质支撑物上。

(6)电路板线路单元、上述用电单元接入端口、用电感知单元及相关电子元器件(如图1中1-7、9-19)均用电子器件焊接的方式固定于电路板线路单元之上，并用专用防水油漆涂料作防水、防湿和防尘处理。终端外壳22为普通钢制并作防尘、防锈处理或不锈钢及塑料制造。

将上述终端并联接入人工湿地污水处理设施的控制系统(即开关柜)，从而定时采集控制系统的开关量信号，据此判断污水处理设备何时关、何时开及通电时长，并同步利用电器设备的电磁学效应理论，通过电磁学感应传感器感知用电设备的电磁感应电流和电压，从而判定设备是否运转，通过智能终端内部的微型计算机(CPU)，利用给定数学模型判定设备的运行工况。再通过GPRS无线通讯模块，将智能终端采集并处理的污水处理设施运行工况数据，以手机短消息形式的发送至政府及相关监管部门的接收终端，该终端可以为普通手机、智能手机、电脑或iPad等其他智能终端，从而实现对该设施远程监管或监督。

Claims (2)

1.一种人工湿地运行工况监控终端，其特征在于：该终端由用电单元接入端口、全景摄像头、基于电磁学效应的用电设备工况感知单元、终端控制单元、输出单元、GPRS发射天线单元共6个单元组成。

2.根据权利要求1所述的一种人工湿地运行工况监控终端，其特征是：通过GPRS无线通讯模块，将智能终端采集并处理的污水处理设施运行工况数据，以手机短消息形式的发送至政府及相关监管部门的接收终端(该终端可以为普通手机、智能手机、电脑或iPad等其他智能终端，从而实现对该设施远程监管或监督)。