CN107503926B - 一种基于物联网的泵站自动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于物联网的泵站自动控制装置，包括智能数字终端、水位检测装置、温度检测装置、压力检测装置、流量检测装置、电量检测装置、控制单元、水泵、第一过滤器、蓄水池、第二过滤器和排水管；所述控制单元分别与所述智能数字终端、水位检测装置、温度检测装置、压力检测装置、流量检测装置、电量检测装置及水泵连接。本发明能实现远程监测并能进行相对应的设置，这样结构简单，减少了工作人员的工作强度，同时省时省力。

Description

一种基于物联网的泵站自动控制装置

技术领域

本发明涉及泵站技术领域，尤其涉及一种基于物联网的泵站自动控制装置。

背景技术

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂。水是一种狭义不可再生，广义可再生资源。人们是使用水的过程中，经常需要用到水泵进行抽水，有的抽取的是干净的，有的抽取的书污水，但是在抽水过程中，都需要进行时刻检测水质，然后再实现抽水，同时，在抽水的过程中，操作人员不能离开设备太远，需要时常监测显示屏上的数据，这样费时费力，操作麻烦，也使工作人员不能做自己相关的事情。而且对于污水的治理更需从源头抓起，需能够在现场进行实时检测。传统人工监测的手段，通常是技术人员现场采集样本，带回检测中心，由专业人员进行试验分析，容易产生检测效率低、检测精度低、不能进行实时检测的问题，导致不能准确判断水体实际污染情况，无法满足现代污水治理的需求，还浪费人力、物力成本。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的问题是提供一种基于物联网的泵站自动控制装置，以克服现有技术中费时费力、操作麻烦、污水检测效率低、检测精度低、不能实时检测的缺陷。

(二)技术方案

为解决所述技术问题，本发明提供一种基于物联网的泵站自动控制装置，包括智能数字终端、水位检测装置、温度检测装置、压力检测装置、流量检测装置、电量检测装置、控制单元、水泵、第一过滤器、蓄水池、第二过滤器和排水管；所述控制单元分别与所述智能数字终端、水位检测装置、温度检测装置、压力检测装置、流量检测装置、电量检测装置及水泵连接；所述水位检测装置、温度检测装置、压力检测装置、流量检测装置及电量检测装置分别用于检测所述水泵的水位、温度、压力、流量及电量；所述水泵上端与所述第一过滤器及蓄水池连通；所述水泵右端与所述第二过滤器和排水管连通；

所述基于物联网的泵站自动控制装置还包括电磁阀，所述电磁阀设置在所述水泵和第二过滤器之间；

所述检测装置还包括污水检测装置，所述污水检测装置包括光源、第一光纤耦合器、校准样品池、待测样品池、第二光纤耦合器和光电探测器；所述光源通过滤光片、会聚透镜连接所述第一光纤耦合器的输入端；所述第一光纤耦合器的输出端分别通过所述校准样品池和待测样品池连接所述第二光纤耦合器的输入端，所述校准样品池内装有衬底标准液，所述待测样品池内装有待测水流样品；所述光电探测器接收所述第二光纤耦合器的输出端光信号，将所述光信号转换为电信号，并将所述电信号发送到所述控制单元；所述电信号包括待测信号U_S和校准信号D_S。

进一步的，所述控制单元包括污水数据处理模块和控制模块；所述污水数据处理模块用于对所述待测信号U_S和校准信号D_S进行处理，得到水流污染指数，并将所述水流污染指数发送到所述控制模块；所述控制模块用于将所述水流污染指数和预先设定的阈值进行比较，并根据比较结果向所述水泵下发控制命令。

进一步的，所述污水数据处理模块包括：

待测信号分量获取单元，用于对所述待测信号U_S进行处理，得到待测水流样品的吸光值与粒子浓度；

校准信号分量获取单元，用于对所述校准信号D_S进行处理，得到衬底标准液的吸光值与粒子浓度；

水流污染指数获取单元，用于对所述待测水流样品的吸光值与粒子浓度和衬底标准液的吸光值与粒子浓度进行比较，得到水流污染指数。

进一步的，所述待测信号分量获取单元根据如下计算过程对所述待测信号U_S进行处理：

将所述待测信号U_S经过采样后的待测污染信号表示为x(n)，所述待测污染信号x(n)满足的差分方程为：

c₁[x(n-1)+x(n-3)]+c₂x(n-2)+[x(n)+x(n-4)]＝0

该差分方程的系数c₁、c₂分别为：

c₁＝-2(cosΩ₁₁+cosΩ₁₂)

c₂＝4cosΩ₁₁cosΩ₁₂+2

其中Ω₁₁和Ω₁₂分别为待测水流样品的吸光值与粒子浓度；

利用能量算子和差分能量算子得到该差分方程的系数表达式为：

其中，Ψ[x(n)]为待测污染信号的能量算子，其表达式为Ψ[x(n)]＝x²(n)-x(n-1)x(n+1)；

Υ_k[x(n)]为待测污染信号k阶离散差分能量算子：其表达式为Υ_k[x(n)]＝x(n)x(n+k-2)-x(n-1)x(n+k-1)；

联立式该差分方程的两个系数表达式，得到待测水流样品的吸光值与粒子浓度的表达式为：

进一步的，所述校准信号分量获取单元根据如下计算过程对所述校准信号D_S进行处理：

将所述校准信号D_S经过采样后的校准污染信号表示为y(n)，所述校准污染信号y(n)满足的差分方程为：

d₁[y(n-1)+y(n-3)]+d₂y(n-2)+[y(n)+y(n-4)]＝0

该差分方程的系数d₁、d₂分别为：

d₁＝-2(cosΩ₂₁+cosΩ₂₂)

d₂＝4cosΩ₂₁cosΩ₂₂+2

其中Ω₂₁和Ω₂₂分别为衬底标准液的吸光值与粒子浓度；

利用能量算子和差分能量算子得到该差分方程的系数表达式为：

其中，Ψ[y(n)]为校准污染信号的能量算子，其表达式为Ψ[y(n)]＝y²(n)-y(n-1)y(n+1)；

Υ_k[y(n)]为校准污染信号k阶离散差分能量算子：其表达式为Υ_k[y(n)]＝y(n)y(n+k-2)-y(n-1)y(n+k-1)。

联立式该差分方程的两个系数表达式，得到衬底标准液的吸光值与粒子浓度的表达式为：

进一步的，所述水流污染指数获取单元根据公式

得到水流污染指数r。

进一步的，在所述水流污染指数r小于预先设定的阈值时，所述控制模块向所述水泵下发正常运行的控制命令；所述水流污染指数r大于或等于预先设定的阈值时，所述控制模块向所述水泵下发切换到污水处理的控制命令。

(三)有益效果

本发明的基于物联网的泵站自动控制装置，通过智能数字终端的软件的设置，能实现远程监测并能进行相对应的设置，这样结构简单，减少了工作人员的工作强度，同时省时省力。本发明利用污水检测装置进行现场实时检测，检测效率高，实时性强；本发明的污水检测装置结构简洁，可操作性强，且光学系统易于集成，光路稳定性好，成本低；本发明的污水数据处理模块获得的水流污染指数精度高，对污水的检测结果可信度高。

附图说明

图1为本发明一种基于物联网的泵站自动控制装置的结构示意图；

图2是本发明的污水检测装置的结构图；

图3是本发明的污水数据处理模块的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明的一种基于物联网的泵站自动控制装置，包括智能数字终端11、水位检测装置12、温度检测装置13、压力检测装置14、流量检测装置15、电量检测装置16、控制单元17、水泵18、第一过滤器19、蓄水池110、第二过滤器111和排水管112；所述控制单元17分别与所述智能数字终端11、水位检测装置12、温度检测装置13、压力检测装置14、流量检测装置15、电量检测装置16及水泵18连接；所述水位检测装置12、温度检测装置13、压力检测装置14、流量检测装置15及电量检测装置16分别用于检测所述水泵18的水位、温度、压力、流量及电量；所述水泵18上端与所述第一过滤器19及蓄水池110连通；所述水泵18右端与所述第二过滤器111和排水管112连通。

如图1所示，所述基于物联网的泵站自动控制装置还包括电磁阀113，所述电磁阀113设置在所述水泵18和第二过滤器111之间。所述基于物联网的泵站自动控制装置还包括故障检测装置114，所述故障检测装置114与所述控制单元17连接，所述故障检测装置114用于监测所述水泵18故障。

工作时，其开启设备开关，其泵站控制器及其它元件开始工作，该基于物联网的自动控制设备通过无线连接的智能数字终端和自动控制装置，实现了现场工作人员对自动控制装置的遥控操作，智能数字终端11控制通过控制单元17启动水泵18，水位检测装置12、温度检测装置13、压力检测装置14、流量检测装置15及电量检测装置16分别用于检测水泵18的水位、温度、压力、流量及电量，当水泵18的水位、温度、压力、流量及电量超出负载时，控制单元17发出信号给智能数字终端11，从而控制水泵18的工作，当水泵18的水位、温度、压力、流量及电量一起正常时，水泵18正常工作，蓄水池110内的水通过第一过滤器19、水泵18及第二过滤器111，从排水管112排水。

所述检测装置包括污水检测装置，所述污水检测装置的结构如图2所示，包括光源21、第一光纤耦合器24、校准样品池25、待测样品池26、第二光纤耦合器27和光电探测器28；所述光源21通过滤光片22、会聚透镜23连接所述第一光纤耦合器24的输入端；所述第一光纤耦合器24的输出端分别通过所述校准样品池25和待测样品池26连接所述第二光纤耦合器27的输入端，所述校准样品池25内装有衬底标准液，所述待测样品池26内装有待测水流样品；所述光电探测器28接收所述第二光纤耦合器27的输出端光信号，将所述光信号转换为电信号，并将所述电信号发送到所述控制单元114；所述电信号包括待测信号U_S和校准信号D_S。

所述控制单元114包括污水数据处理模块和控制模块；所述污水数据处理模块用于对所述待测信号U_S和校准信号D_S进行处理，得到水流污染指数，并将所述水流污染指数发送到所述控制模块；所述控制模块用于将所述水流污染指数和预先设定的阈值进行比较，并根据比较结果向所述水泵11下发控制命令。

所述污水数据处理模块的结构如图3所示，包括：

待测信号分量获取单元，用于对所述待测信号U_S进行处理，得到待测水流样品的吸光值与粒子浓度；

校准信号分量获取单元，用于对所述校准信号D_S进行处理，得到衬底标准液的吸光值与粒子浓度；

水流污染指数获取单元，用于对所述待测水流样品的吸光值与粒子浓度和衬底标准液的吸光值与粒子浓度进行比较，得到水流污染指数。

所述待测信号分量获取单元根据如下计算过程对所述待测信号U_S进行处理：

将所述待测信号U_S经过采样后的待测污染信号表示为x(n)，所述待测污染信号x(n)满足的差分方程为：

c₁[x(n-1)+x(n-3)]+c₂x(n-2)+[x(n)+x(n-4)]＝0

该差分方程的系数c₁、c₂分别为：

c₁＝-2(cosΩ₁₁+cosΩ₁₂)

c₂＝4cosΩ₁₁cosΩ₁₂+2

其中Ω₁₁和Ω₁₂分别为待测水流样品的吸光值与粒子浓度；

利用能量算子和差分能量算子得到该差分方程的系数表达式为：

其中，Ψ[x(n)]为待测污染信号的能量算子，其表达式为Ψ[x(n)]＝x²(n)-x(n-1)x(n+1)；

Υ_k[x(n)]为待测污染信号k阶离散差分能量算子：其表达式为Υ_k[x(n)]＝x(n)x(n+k-2)-x(n-1)x(n+k-1)；

联立式该差分方程的两个系数表达式，得到待测水流样品的吸光值与粒子浓度的表达式为：

所述校准信号分量获取单元根据如下计算过程对所述校准信号D_S进行处理：

将所述校准信号D_S经过采样后的校准污染信号表示为y(n)，所述校准污染信号y(n)满足的差分方程为：

d₁[y(n-1)+y(n-3)]+d₂y(n-2)+[y(n)+y(n-4)]＝0

该差分方程的系数d₁、d₂分别为：

d₁＝-2(cosΩ₂₁+cosΩ₂₂)

d₂＝4cosΩ₂₁cosΩ₂₂+2

其中Ω₂₁和Ω₂₂分别为衬底标准液的吸光值与粒子浓度；

利用能量算子和差分能量算子得到该差分方程的系数表达式为：

其中，Ψ[y(n)]为校准污染信号的能量算子，其表达式为Ψ[y(n)]＝y²(n)-y(n-1)y(n+1)；

Υ_k[y(n)]为校准污染信号k阶离散差分能量算子：其表达式为Υ_k[y(n)]＝y(n)y(n+k-2)-y(n-1)y(n+k-1)。

联立式该差分方程的两个系数表达式，得到衬底标准液的吸光值与粒子浓度的表达式为：

所述水流污染指数获取单元根据公式

得到水流污染指数r。

在所述水流污染指数r小于预先设定的阈值时，所述控制模块向所述水泵11下发正常运行的控制命令；所述水流污染指数r大于或等于预先设定的阈值时，所述控制模块向所述水泵11下发切换到污水处理的控制命令。

本实施例的基于物联网的泵站自动控制装置，通过智能数字终端的软件的设置，能实现远程监测并能进行相对应的设置，这样结构简单，减少了工作人员的工作强度，同时省时省力。

本实施例利用污水检测装置进行现场实时检测，检测效率高，实时性强；本实施例的污水检测装置结构简洁，可操作性强，且光学系统易于集成，光路稳定性好，成本低；本实施例的污水数据处理模块获得的水流污染指数精度高，对污水的检测结果可信度高。

综上所述，上述实施方式并非是本发明的限制性实施方式，凡本领域的技术人员在本发明的实质内容的基础上所进行的修饰或者等效变形，均在本发明的技术范畴。

Claims (7)

1.一种基于物联网的泵站自动控制装置，其特征在于：包括智能数字终端、水位检测装置、温度检测装置、压力检测装置、流量检测装置、电量检测装置、控制单元、水泵、第一过滤器、蓄水池、第二过滤器和排水管；所述控制单元分别与所述智能数字终端、水位检测装置、温度检测装置、压力检测装置、流量检测装置、电量检测装置及水泵连接；所述水位检测装置、温度检测装置、压力检测装置、流量检测装置及电量检测装置分别用于检测所述水泵的水位、温度、压力、流量及电量；所述水泵上端与所述第一过滤器及蓄水池连通；所述水泵右端与所述第二过滤器和排水管连通；

所述基于物联网的泵站自动控制装置还包括电磁阀，所述电磁阀设置在所述水泵和第二过滤器之间；

所述基于物联网的泵站自动控制装置还包括污水检测装置，所述污水检测装置包括光源、第一光纤耦合器、校准样品池、待测样品池、第二光纤耦合器和光电探测器；所述光源通过滤光片、会聚透镜连接所述第一光纤耦合器的输入端；所述第一光纤耦合器的输出端分别通过所述校准样品池和待测样品池连接所述第二光纤耦合器的输入端，所述校准样品池内装有衬底标准液，所述待测样品池内装有待测水流样品；所述光电探测器接收所述第二光纤耦合器的输出端光信号，将所述光信号转换为电信号，并将所述电信号发送到所述控制单元；所述电信号包括待测信号U_S和校准信号D_S。

2.如权利要求1所述的基于物联网的泵站自动控制装置，其特征在于，所述控制单元包括污水数据处理模块和控制模块；所述污水数据处理模块用于对所述待测信号U_S和校准信号D_S进行处理，得到水流污染指数，并将所述水流污染指数发送到所述控制模块；所述控制模块用于将所述水流污染指数和预先设定的阈值进行比较，并根据比较结果向所述水泵下发控制命令。

3.如权利要求2所述的基于物联网的泵站自动控制装置，其特征在于，所述污水数据处理模块包括：

待测信号分量获取单元，用于对所述待测信号U_S进行处理，得到待测水流样品的吸光值与粒子浓度；

校准信号分量获取单元，用于对所述校准信号D_S进行处理，得到衬底标准液的吸光值与粒子浓度；

水流污染指数获取单元，用于对所述待测水流样品的吸光值与粒子浓度和衬底标准液的吸光值与粒子浓度进行比较，得到水流污染指数。

4.如权利要求3所述的基于物联网的泵站自动控制装置，其特征在于，所述待测信号分量获取单元根据如下计算过程对所述待测信号U_S进行处理：

将所述待测信号U_S经过采样后的待测污染信号表示为x(n)，所述待测污染信号x(n)满足的差分方程为：

c₁[x(n-1)+x(n-3)]+c₂x(n-2)+[x(n)+x(n-4)]＝0

该差分方程的系数c₁、c₂分别为：

c₁＝-2(cosΩ₁₁+cosΩ₁₂)

c₂＝4cosΩ₁₁cosΩ₁₂+2

其中Ω₁₁和Ω₁₂分别为待测水流样品的吸光值与粒子浓度；

利用能量算子和差分能量算子得到该差分方程的系数表达式为：

其中，Ψ[x(n)]为待测污染信号的能量算子，其表达式为Ψ[x(n)]＝x²(n)-x(n-1)x(n+1)；

γ_k[x(n)]为待测污染信号k阶离散差分能量算子：其表达式为γ_k[x(n)]＝x(n)x(n+k-2)-x(n-1)x(n+k-1)；

联立式该差分方程的两个系数表达式，得到待测水流样品的吸光值与粒子浓度的表达式为：

5.如权利要求4所述的基于物联网的泵站自动控制装置，其特征在于，所述校准信号分量获取单元根据如下计算过程对所述校准信号D_S进行处理：

将所述校准信号D_S经过采样后的校准污染信号表示为y(n)，所述校准污染信号y(n)满足的差分方程为：

d₁[y(n-1)+y(n-3)]+d₂y(n-2)+[y(n)+y(n-4)]＝0

该差分方程的系数d₁、d₂分别为：

d₁＝-2(cosΩ₂₁+cosΩ₂₂)

d₂＝4cosΩ₂₁cosΩ₂₂+2

其中Ω₂₁和Ω₂₂分别为衬底标准液的吸光值与粒子浓度；

利用能量算子和差分能量算子得到该差分方程的系数表达式为：

其中，Ψ[y(n)]为校准污染信号的能量算子，其表达式为Ψ[y(n)]＝y²(n)-y(n-1)y(n+1)；

γ_k[y(n)]为校准污染信号k阶离散差分能量算子：其表达式为γ_k[y(n)]＝y(n)y(n+k-2)-y(n-1)y(n+k-1)；

联立式该差分方程的两个系数表达式，得到衬底标准液的吸光值与粒子浓度的表达式为：

6.如权利要求5所述的基于物联网的泵站自动控制装置，其特征在于，所述水流污染指数获取单元根据公式

得到水流污染指数r。

7.如权利要求6所述的基于物联网的泵站自动控制装置，其特征在于，在所述水流污染指数r小于预先设定的阈值时，所述控制模块向所述水泵下发正常运行的控制命令；所述水流污染指数r大于或等于预先设定的阈值时，所述控制模块向所述水泵下发切换到污水处理的控制命令。