CN106643910A - 一种水产养殖用多点水质监测与传感器清洁维护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水产养殖用多点水质监测与传感器清洁维护装置，其技术特点是：包括监测水槽系统、清水水槽系统、水质监测传感器、三轴移动系统和电控装置，在监测水槽系统中设有多个监测水槽，在清水水槽系统中设有一个清水水槽，清水水槽和监测水槽均为敞口水槽，清水水槽分别与多个监测水槽连接在一起，三轴移动系统安装在监测水槽和清水水槽的上方，水质监测传感器安装在三轴移动系统的底部；电控装置与监测水槽系统、清水水槽系统、水质监测传感器、三轴移动系统相连。本发明实现了对多个监测点的水质监测功能及传感器的自动清洁功能，延长了传感器的寿命与精度，减少了传感器的数量，降低了监测成本，提高了传感器测试精度和可靠性。

Description

一种水产养殖用多点水质监测与传感器清洁维护装置
技术领域
本发明属于水产养殖传感器技术领域，尤其是一种水产养殖用多点水质监测与传感器清洁维护装置。
背景技术
由于水产养殖水体中含有多种微生物、杂质和异物，而实现水质在线监测功能的传感器长期浸泡在水下，经过一段时间的工作后，传感器探头极易附着杂物而又难于清洗和校准，导致传感器探头灵敏度下降，直接影响采集数据的准确性。目前，对水下传感器通常采用固定喷头清洗方案，其存在的问题是：采用喷头清洗需要水泵的功率较大，同时，仅采用射流清洁方案，对采样水箱以及传感器表面的微生物附着清洁效果不佳。此外，现有水质监测系统通常需要在每个监测水槽中设置一组传感器组件，由于传感器价格昂贵，其监测成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种水产养殖用多点水质监测与传感器清洁维护装置，解决水产养殖传感器难于清洁以及监测成本较高的问题。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种水产养殖用多点水质监测与传感器清洁维护装置，包括监测水槽系统、清水水槽系统、水质监测传感器、三轴移动系统和电控装置，在监测水槽系统中设有多个监测水槽，在清水水槽系统中设有一个清水水槽，清水水槽和监测水槽均为敞口水槽，清水水槽分别与多个监测水槽连接在一起，三轴移动系统安装在监测水槽和清水水槽的上方，水质监测传感器安装在三轴移动系统的底部并随三轴移动系统移至清水水槽内或监测水槽内；所述电控装置与监测水槽系统、清水水槽系统、水质监测传感器、三轴移动系统相连接实现水产养殖用多点水质监测与传感器清洁维护的控制功能。
进一步地，所述三轴移动系统包括水平XY移动机构和竖直移动机构并安装在监测水槽和清水水槽的上方，在水平XY移动机构和竖直移动机构上分别安装有X轴步进驱动电机、Y轴步进驱动电机和Z轴步进驱动电机、两个X轴限位开关、两个Y轴限位开关、两个Z轴限位开关，上述步进驱动电机、限位开关与电控装置相连接。
进一步地，所述监测水槽系统包括监测水槽、进水口电磁阀、排水口电磁阀、液位传感器和超声波发生器，进水口电磁阀、排水口电磁阀分别安装在清水水槽的两侧，超声波发生器安装在清水水槽的外侧底部实现对水槽的清洁功能，在监测水槽的内侧底部安装有液位传感器用于监测水槽中的水位；上述液位传感器、进水口电磁阀、排水口电磁阀、超声波发生器与电控装置相连接。
进一步地，所述清水水槽系统包括清水水槽、清水储水箱、紫外除藻灯、进水口电磁阀、排水口电磁阀、液位传感器、校准传感器、两个清水循环泵、两个清水过滤器和超声波发生器，所述进水口电磁阀、排水口电磁阀分别安装在清水水槽的两侧，所述清水储水箱两侧均通过清水循环泵和清水过滤器连接进水口电磁阀和出水口电磁阀；所述紫外除藻灯与清水储水箱安装在一起实现对清水储水箱的除藻功能；所述超声波发生器安装在清水水槽底部外侧实现对水槽的超声清洁功能；所述校准传感器安装在清水水槽内实现对水质监测传感器校准功能；液位传感器安装在清水水槽内的底部用于监测水槽中的水位；上述进水口电磁阀、液位传感器、校准传感器、排水口电磁阀、清水循环泵、紫外除藻器、清水循环泵和超声波发生器均与电控装置相连接。
进一步地，所述电控装置包括控制器、控制面板、触摸屏和供电电源电路；所述控制器与控制面板、触摸屏、监测水槽系统、清水水槽系统、水质监测传感器、三轴移动系统相连接，电源供电电路为控制器、控制面板、触摸屏、监测水槽系统、清水水槽系统、水质监测传感器、三轴移动系统供电。
进一步地，所述控制器为PLC控制器或单片机。
进一步地，所述控制器通过I/O接口模块、RS485模块或RS232模块与控制面板、触摸屏、监测水槽系统、清水水槽系统、水质监测传感器、三轴移动系统相连接。
进一步地，所述控制面板上设有启动开关、停机开关、手动强制清洁开关、自动循环开关、手动强制监测旋钮和参数复位开关。
进一步地，所述水质监测传感器包括水温传感器、溶解氧传感器、氨氮传感器、PH传感器和盐度传感器；所述校准传感器包括水温传感器、溶解氧传感器、氨氮传感器、PH传感器和盐度传感器。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明通过三轴移动系统将水质监测传感器在监测水槽之间切换，实现对多个监测点的水质监测功能，减少了传感器的数量，降低了监测成本。
2、本发明使用始终浸泡在清水水槽中的校准传感器实现对水质监测传感器的性能评测与校准，提高了整个监测系统的可靠性。
3、本发明在水质监测传感器不监测时，通过三轴移动系统将其浸泡在清水水槽中，实现了传感器的自动清洁功能，延长了传感器的寿命与精度。
4、本发明能够对监测水槽依次清洁，减少了用于清洁的超声波电源的功率，降低了能耗。
5、本发明的监测水槽始终通过进水口与水样供水单元相连，保证了水样的稳定性。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的监测水槽系统连接示意图；
图3是本发明的清水水槽系统连接示意图；
图4是本发明的电控装置电路方框图；
图5是电控装置的触摸屏人机交互示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：
一种水产养殖用多点水质监测与传感器清洁维护装置，包括监测水槽系统、清水水槽系统、水质监测传感器、三轴移动系统和电控装置。在监测水槽系统中设有多个监测水槽，在清水水槽系统中设有一个清水水槽，如图1所示，清水水槽和监测水槽均为敞口水槽，清水水槽分别与多个监测水槽连接在一起，监测水槽的数量为1至5个。三轴移动系统安装在监测水槽和清水水槽的上方，所述水质监测传感器安装在三轴移动系统的底部并随三轴移动系统移至清水水槽内或监测水槽内。所述电控装置与监测水槽系统、清水水槽系统、水质监测传感器、三轴移动系统相连实现水产养殖用多点水质监测与传感器清洁维护的控制功能。
所述三轴移动系统包括水平XY移动机构和竖直移动机构并安装在监测水槽和清水水槽的上方，移动机构既可以采用丝杠螺母机构实现，也可采用直线步进电机实现，或者其他的形式。三轴移动系统与电控装置相连接，电控装置控制水平XY移动机构移动到对应水槽上方并通过竖直移动机构上下运动使得安装在三轴移动系统底部的水质监测传感器进入监测水槽/清水水槽中或从监测水槽/清水水槽中移出，实现水质在线监测功能或清洁维护功能。同时，在水质监测传感器放入清水水槽中浸泡时，电控装置控制水平XY机构驱动传感器组件高速往复移动，实现传感器的冲刷清洁功能。
如图2所示，监测水槽系统包括监测水槽、进水口电磁阀、排水口电磁阀、液位传感器和超声波发生器，进水口电磁阀、排水口电磁阀分别安装在清水水槽的两侧，超声波发生器安装在清水水槽的外侧底部实现对水槽的清洁功能，在监测水槽的内侧底部安装有液位传感器用于监测水槽中的水位。上述液位传感器、进水口电磁阀、排水口电磁阀、超声波发生器与电控装置相连接，实现水质监测功能。在监测水槽中，当水样流速不满足要求时，电控装置可控制水平XY移动机构驱动传感器组件相对运动，补偿监测水槽中的水流速度。
如图3所示，清水水槽系统包括清水水槽、清水储水箱、紫外除藻灯、进水口电磁阀、排水口电磁阀、液位传感器、校准传感器、两个清水循环泵、两个清水过滤器和超声波发生器，所述进水口电磁阀、排水口电磁阀分别安装在清水水槽的两侧，所述清水储水箱两侧均通过清水循环泵和清水过滤器连接进水口电磁阀和出水口电磁阀，清水过滤器采用过滤精度为0.001～0.02μm的超纯过滤系统，保证用于浸泡的清水系统的纯度。所述紫外除藻灯与清水储水箱安装在一起实现对清水储水箱的除藻功能；所述超声波发生器安装在清水水槽底部外侧实现对水槽的超声清洁功能；所述校准传感器安装在清水水槽内，当水质监测传感器浸泡在清水中时，电控装置通过比对水质监测传感器和校准传感器的数值，判断监测传感器的工作状态。液位传感器安装在清水水槽内的底部用于监测水槽中的水位。上述进水口电磁阀、液位传感器、校准传感器、排水口电磁阀、清水循环泵、紫外除藻器、清水循环泵和超声波发生器均与电控装置相连接，实现水质传感器的清洁维护功能。
如图4所示，所述电控装置包括控制器、控制面板、触摸屏和供电电源电路。本实施例的电控装置采用PLC控制器实现控制功能，在实际应用时，还可以采用单片机进行控制。电源供电电路为PLC控制器、控制面板、触摸屏、水质监测传感器、校准传感器、监测水槽系统、清水水槽系统、水质监测传感器供电。所述的PLC控制器通过I/O接口模块与水质监测传感器相连接采集各个水质传感器的信息。该PLC控制器通过I/O接口模块与监测水槽系统的电磁阀、超声波发生器、液位传感器相连接，实现对各个监测水槽的控制功能。该PLC控制器通过I/O接口模块与清水水槽系统的电磁阀、清水循环泵、超声波发生器、液位传感器、校准传感器相连接，实现对清水水槽系统的控制功能。该PLC通过I/O接口模块与三轴移动系统的步进电机驱动器、行程开关相连，实现三轴移动系统的运动控制功能；该PLC通过I/O接口模块与控制面板相连接并通过控制面板上的开关或旋钮实现对装置的控制功能。该PLC通过点对点方式与触摸屏相连接，实现工作参数设置及工作状态显示功能，触摸屏可以采用mcgs触摸屏。下面对电控装置的各个部分分别进行说明：
水质监测传感器包括水温传感器、溶解氧传感器、氨氮传感器、PH传感器，盐度传感器等；上述传感器可以采用模拟方式集成，也可以采用数字方式集成。模拟方式集成时，其使用变送器将各传感器调节成0-10V电压信号或4-20mA的电流信号连接到PLC的模拟I/O接口模块的输入端口上；数字方式集成时，其将各传感器的输出信号采用变送器处理后，通过RS485接口，使用标准modbus协议或其他通讯协议连接到PLC的通讯接口，实现传感器信号的汇集功能。
校准传感器包括水温传感器、氨氮传感器、溶解氧传感器、PH值传感器、盐度传感器，上述传感器可以采用模拟方式集成，也可以采用数字方式集成。模拟方式集成时，其使用变送器将各传感器调节成0-10V电压信号或4-20mA的电流信号连接到PLC的模拟I/O接口模块的输入端口上；数字方式集成时，其将各传感器的输出信号采用变送器处理后，通过RS485接口，使用标准modbus协议或其他通讯协议连接到PLC的通讯接口，实现传感器信号的汇集功能。校准传感器始终浸泡在清水中，当水质监测传感器浸泡在清水中时，控制器通过比对采样传感器和校准传感器的数值，可以判断校准采样传感器的工作状态。
三轴移动系统安装有X轴步进驱动电机、Y轴步进驱动电机及和Z轴步进驱动电机、两个X轴限位开关、两个Y轴限位开关、两个Z轴限位开关，上述步进驱动电机、限位开关连接到通过PLC控制器的I/O接口模块。三轴移动系统的XY轴通过TB6560步进电机驱动板控制步进电机转动，实现XY平面的精确定位，Z轴是通过TB6560步进电机驱动板控制步进电机实现Z轴的上下移动。由PLC控制三轴移动系统带动集成传感器组件实现传感器组件在不同水槽之间的切换，从而最终实现传感器数据采集与清洁维护状态的切换，通过限位开关实现三轴移动系统的的复位和保护功能。
监测水槽系统中的液位传感器、进水口电磁阀、排水口电磁阀、超声波发生器均通过I/O接口模块与PLC控制器相连，实现水质的监测功能。清水水槽系统中的液位传感器、进水口电磁阀、校准传感器、排水口电磁阀、清水循环泵、紫外除藻器、清水循环泵和超声波发生器均通过I/O接口模块与PLC控制器相连，实现水质传感器的清洁维护功能。
控制面板与PLC控制器相连接，在控制面板上设有启动开关、停机开关、手动强制清洁开关、自动循环开关、手动强制监测旋钮和参数复位开关，通过控制面板可以简单有效地控制装置的工作，上述开关或旋钮连接到PLC的I/O接口模块的输入端口。
触摸屏与PLC控制器采用点对点通信相连接，实现人机交互功能。如图5所示，在触摸屏上可以进行参数设置，如配置监测水槽数量、自动循环采集时间间隔、监测水槽一次采样时长、监测传感器水槽相对运动速度、自动监测水槽超声波清洗时间间隔、手动强制超声波清洗监测水槽、手动强制清水清洁传感器，清水清洁传感器运动速度，水质监测报警阈值，并能显示各水槽当前采样时间、水槽状态(包括水位、电磁阀、超声波清洗)，水质监测传感器监测数据、校准传感器监测数据。触摸屏设计有报警界面，当PLC收到传感器发送过来的监测数据超过设定水质监测报警阈值时，触摸屏画面自动切换到报警界面，同时通过RS485通讯接口向远程监控主机发送报警信息，要求工作人员采取措施来降低报警的参数。
电源供电电路由系统开关电源、电源滤波器、辅助电源连接构成，为包括采样传感器、校准传感器、电磁阀、步进电机驱动、紫外除藻器、超声波清洁系统超声波发生器、臭氧发生器、清水泵在内的整个系统供电。
本装置为了便于远程调控，在PLC控制器上预留RS485通讯接口,可以通过一台控制机实现对本系统的远程调控功能。
本装置为了保证安全，PLC还连接有状态指示灯、报警指示灯和报警器，通过状态指示灯显示工作状态显示，通过报警器和报警指示灯提供声光报警功能。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种水产养殖用多点水质监测与传感器清洁维护装置，其特征在于：包括监测水槽系统、清水水槽系统、水质监测传感器、三轴移动系统和电控装置，在监测水槽系统中设有多个监测水槽，在清水水槽系统中设有一个清水水槽，清水水槽和监测水槽均为敞口水槽，清水水槽分别与多个监测水槽连接在一起，三轴移动系统安装在监测水槽和清水水槽的上方，水质监测传感器安装在三轴移动系统的底部并随三轴移动系统移至清水水槽内或监测水槽内；所述电控装置与监测水槽系统、清水水槽系统、水质监测传感器、三轴移动系统相连接实现水产养殖用多点水质监测与传感器清洁维护的控制功能。
2.根据权利要求1所述的一种水产养殖用多点水质监测与传感器清洁维护装置，其特征在于：所述三轴移动系统包括水平XY移动机构和竖直移动机构并安装在监测水槽和清水水槽的上方，在水平XY移动机构和竖直移动机构上分别安装有X轴步进驱动电机、Y轴步进驱动电机和Z轴步进驱动电机、两个X轴限位开关、两个Y轴限位开关、两个Z轴限位开关，上述步进驱动电机、限位开关与电控装置相连接。
3.根据权利要求1所述的一种水产养殖用多点水质监测与传感器清洁维护装置，其特征在于：所述监测水槽系统包括监测水槽、进水口电磁阀、排水口电磁阀、液位传感器和超声波发生器，进水口电磁阀、排水口电磁阀分别安装在清水水槽的两侧，超声波发生器安装在清水水槽的外侧底部实现对水槽的清洁功能，在监测水槽的内侧底部安装有液位传感器用于监测水槽中的水位；上述液位传感器、进水口电磁阀、排水口电磁阀、超声波发生器与电控装置相连接。
4.根据权利要求1所述的一种水产养殖用多点水质监测与传感器清洁维护装置，其特征在于：所述清水水槽系统包括清水水槽、清水储水箱、紫外除藻灯、进水口电磁阀、排水口电磁阀、液位传感器、校准传感器、两个清水循环泵、两个清水过滤器和超声波发生器，所述进水口电磁阀、排水口电磁阀分别安装在清水水槽的两侧，所述清水储水箱两侧均通过清水循环泵和清水过滤器连接进水口电磁阀和出水口电磁阀；所述紫外除藻灯与清水储水箱安装在一起实现对清水储水箱的除藻功能；所述超声波发生器安装在清水水槽底部外侧实现对水槽的超声清洁功能；所述校准传感器安装在清水水槽内实现对水质监测传感器校准功能；液位传感器安装在清水水槽内的底部用于监测水槽中的水位；上述进水口电磁阀、液位传感器、校准传感器、排水口电磁阀、清水循环泵、紫外除藻器、清水循环泵和超声波发生器均与电控装置相连接。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种水产养殖用多点水质监测与传感器清洁维护装置，其特征在于：所述电控装置包括控制器、控制面板、触摸屏和供电电源电路；所述控制器与控制面板、触摸屏、监测水槽系统、清水水槽系统、水质监测传感器、三轴移动系统相连接，电源供电电路为控制器、控制面板、触摸屏、监测水槽系统、清水水槽系统、水质监测传感器、三轴移动系统供电。
6.根据权利要求5所述的一种水产养殖用多点水质监测与传感器清洁维护装置，其特征在于：所述控制器为PLC控制器或单片机。
7.根据权利要求5所述的一种水产养殖用多点水质监测与传感器清洁维护装置，其特征在于：所述控制器通过I/O接口模块、RS485模块或RS232模块与控制面板、触摸屏、监测水槽系统、清水水槽系统、水质监测传感器、三轴移动系统相连接。
8.根据权利要求5所述的一种水产养殖用多点水质监测与传感器清洁维护装置，其特征在于：所述控制面板上设有启动开关、停机开关、手动强制清洁开关、自动循环开关、手动强制监测旋钮和参数复位开关。
9.根据权利要求5所述的一种水产养殖用多点水质监测与传感器清洁维护装置，其特征在于：所述水质监测传感器包括水温传感器、溶解氧传感器、氨氮传感器、PH传感器和盐度传感器；所述校准传感器包括水温传感器、溶解氧传感器、氨氮传感器、PH传感器和盐度传感器。
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