CN108020444B

CN108020444B - 一种水位随动采样系统

Info

Publication number: CN108020444B
Application number: CN201711146562.7A
Authority: CN
Inventors: 訾嘉; 周骅; 余凯华; 张琦; 戴勇华; 季斌; 韩晓嫣; 刘平; 姚祺; 严冬; 耿亮; 顾竹琴; 马经纬; 蒋文洁; 王磊
Original assignee: Shanghai Urban Drainage Monitoring Station Co ltd
Current assignee: Shanghai Urban Drainage Monitoring Station Co ltd
Priority date: 2017-11-17
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2020-12-29
Anticipated expiration: 2037-11-17
Also published as: CN108020444A

Abstract

本发明提供一种水位随动采样系统，所述水位随动采样系统由远程控制系统、自动控制系统、输送系统组成；所述远程控制系统为远程工控机；所述自动控制系统由PLC控制系统、触摸屏组成；所述PLC控制系统包括以太网、PLC控制器、通讯线；所述PLC控制系统通过以太网和远程工控机相连；所述PLC控制系统通过异步传输标准接口与触摸屏相连，完成人工对PLC控制系统的操作；所述PLC控制系统通过通讯线和输送系统连接，从而实现水位随动采样系统的自动化控制；所述输送系统至少由采样器、进水管、自吸泵、出水管、输送控制系统、第一软管和水位变送器组成；所述自吸泵上设置有泵入口和泵出口，所述进水管的一端通过单向阀和泵入口相连。

Description

一种水位随动采样系统

技术领域

本发明涉及自动化控制领域，特别涉及一种水位随动采样系统。

背景技术

随着城市工农业的不断发展，城市排水设施的不断增加，城市排水的监测工作显得尤为重要，城市排水的监测不仅为了保护排水设施，保护市政工人的健康，提供第一手的基础数据，同时为环境保护及城市规划及涉及做了大量的基础工作，因为排水监测工作已成为城市发展，城市管理不可缺少的一部分。

同时由于各种原因导致的水资源紧缺使得国家对污水处理问题特别重视。但是，污水处理厂的建设需要大量的投资，运行和维护也要花费大量的人工和资金，这些实际问题的出现，促使对于己有的管网、污水处理厂的设备、设施和仪器加倍保护的污水处理在线监测势在必行。

在许多实际工程中，城市排水监测技术与管理体系的环境效益和经济效益仍未得到充分发挥，还存在诸多问题。例如，在实际工作中发现过未经处理的强酸和强碱工业废水排放，直接进入城市排水管网和泵站后，直接影响排水管网、污水处理厂的设备、设施，甚至使污水处理效果变差。

同时，现有的水样采样系统中采用浮球随动来判断取水位置，但是水样的水质比较脏，水体表面污浊物比较多，水中的污浊物会粘附到浮球表面时，会影响浮球的漂浮效果；同时，浮球因为是漂浮在水体表面的，因为要求其必须随着水位能自由升降，所以不能对浮球进行固定，当开启水泵时，水体流速较快，会导致浮球随水流摆动太大而损坏。同时浮球所连接的摆动第一软管也会因水流太快被吸入格栅内，影响其他设备的运转。另外，采样器进水管采用的是1寸钢丝缠绕管，为了可靠的悬吊采样管，保守估计需要直径30cm的不锈钢浮球，这么大体积的浮球安装极易干涉其他设备的运转；其次，为了不干涉其他设备运转，需要给浮球固定一个安装空间，也就说必须沿池壁从上到下安装一道矩形格栅，把浮球隔离在格栅内，格栅的制造和安装成本较高，安装孔间较大，很难找到容许位置；且浮球牵引进水口一旦固定，无法在使用中随时更改采样水位，无法多位置采样。

针对上述情况，本发明提供一种水位随动采样系统，可以通过远程监控使采样器能自动根据程序设定采样，其采样高度可以通过远程软件方便的调整，提高采样精度，降低采样难度，且水位变送器随时检测当前取水口水位高度，同时水位变送器和水管组成闭环系统，能可靠调整取水口位。

发明内容

本发明提供一种水位随动采样系统，所述水位随动采样系统由远程控制系统、自动控制系统、输送系统组成；

所述远程控制系统为远程工控机；

所述自动控制系统由PLC控制系统、触摸屏组成；所述PLC控制系统包括以太网、PLC控制器、通讯线；

所述PLC控制系统通过以太网和远程工控机相连；所述PLC控制系统通过异步传输标准接口与触摸屏相连，完成人工对PLC控制系统的操作；

所述PLC控制系统通过通讯线和输送系统连接，从而实现水位随动采样系统的自动化控制；

所述输送系统至少由采样器、进水管、自吸泵、出水管、输送控制系统、第一和水位变送器组成；

所述自吸泵上设置有泵入口和泵出口，所述进水管的一端通过单向阀和泵入口相连，所述进水管的另一端通过单向阀和输送控制系统相连；

所述出水管的一端通过单向阀和泵出口相连，且所述出水管的另一端通过双向阀和采样器的入口相连；所述双向阀上还连接有第二出水软管；

所述输送控制系统由底座、电机、编码器、减速机、卷筒和出水口组成；所述减速机通过转动轴和卷筒连接，所述转动轴和卷筒之间设置有法兰；

所述出水口处通过滑环、挡片和正负压旋转接头和出水接头相连；

所述第一软管的一端通过出水接头和输送控制系统相连，所述第一软管的另一端放置在待采样区域，且放置在待采样区域的第一软管的一段上连接有水位变送器和三通阀采样口；

所述水位变送器可以检测三通阀采样口的水样深度，将信号发送至PLC控制系统，所述PLC控制系统根据水位变送器发送的信号与预设定水样深度进行比较后，发送信号至输送控制系统，对第一软管进行深度的控制。

作为本发明的一种实施方式，所述放置在待采样区域的第一软管的四周设置有不锈钢滤管。

作为本发明的一种实施方式，所述水位变送器的四周设置有滤网。

作为本发明的一种实施方式，所述输送系统还包括不锈钢潜水泵。

作为本发明的一种实施方式，所述不锈钢潜水泵的直径小于100mm。

作为本发明的一种实施方式，所述不锈钢潜水泵和所述三通阀采样口相连。

作为本发明的一种实施方式，所述滤网上设置有污物收集框。

作为本发明的一种实施方式，所述滤网上设置有疏水疏油涂层。

作为本发明的一种实施方式，所述滤网上设置有过滤通道。

本发明的第二方面提供所述的一种水位随动采样系统，用于城市排水监测领域。

有益效果：本发明提供的所述水位随动采样系统，可以有效解决浮球采样器的赃物严重，影响精度；难以固定，较易损坏或影响其他设备运转；体积太大，没有安装空间；浮球成本低，辅助设施成本高；采样水位固定，采样中无法调整等缺点，同时本发明提供的滤网上的疏水疏油涂层可以有效的隔离水样中的污渍，避免对水位变送器造成污染。

附图说明

本发明中所述向“下”是指指向重力方向，所述竖直方向是指与重力方向平行的方向。

图1：所述水位随动采样系统的示意图

图2：所述自动控制系统和输送系统的连接示意图

图3：所述输送控制系统的示意图

图4：所述滤网的结构示意图

图5：所述远程控制系统和自动控制系统的示意图

符号说明：远程控制系统-1、自动控制系统-2、输送系统-3；

PLC控制系统-4、触摸屏-5、以太网-6、PLC控制器-7、通讯线-8；

采样器-9、进水管-10、自吸泵-11、出水管-12、输送控制系统-13、第一软管-14和水位变送器-15；

泵入口-16、泵出口-17、单向阀-18、双向阀-19、第二出水软管-20；

底座-21、电机-22、编码器-23、减速机-24、卷筒-25、出水口-26；

转动轴-27、法兰-28、滑环-29、挡片-30、正负压旋转接头-31、出水接头-32、待采样区域-33、三通阀采样口-35、不锈钢滤管-36、滤网-37、不锈钢潜水泵-38、污物收集框-39、疏水疏油涂层-40；过滤通道-41；

具体实施方式

参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。

连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。

单数形式包括复数讨论对象，除非上下文中另外清楚地指明。“任选的”或者“任意一种”是指其后描述的事项或事件可以发生或不发生，而且该描述包括事件发生的情形和事件不发生的情形。

说明书和权利要求书中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该具体数量，还包括与该数量接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。在本申请说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。

此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。

所述远程控制系统为远程工控机；

所述输送系统至少由采样器、进水管、自吸泵、出水管、输送控制系统、第一软管和水位变送器组成；

作为本发明的一种实施方式，所述滤网上设置有过滤通道。

所述过滤通道的孔径为0.5cm；

本发明中所述仪器的型号为市面上现有的仪器的型号，只要可以实现本发明的技术效果即可。

其中，

所述滤网由波形结构的过滤板组合成“框形”结构，所述过滤板上设置有过滤通道，且所述滤网上设置有疏水疏油涂层。

作为本发明的一种实施方式，所述疏水疏油涂层的制备原料至少包含：二酐、异氰酸酯、羟基化合物。

作为本发明的一种实施方式，所述二酐为含有两个酸酐的化合物；作为本发明的优选方式，所述二酐选自均苯四甲酸酐、3,4,9,10-苝四羧酸酐、4,4'-(六氟异丙烯)二酞酸酐、双环[2.2.2]辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐、3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐、1,4,5,8-萘四甲酸二酐、六氟二酐中的任意一种或多种。

作为本发明的一种优选方式，所述二酐为1,4,5,8-萘四甲酸二酐和六氟二酐的混合物。

作为本发明的一种实施方式，所述异氰酸酯选自脂肪族三异氰酸酯、多异氰酸酯等。

作为本发明的一种实施方式，所述脂肪族三异氰酸酯可以列举出1,3,6-三异氰酸酯甲基己烷。

作为本发明的一种实施方式，所述多异氰酸酯，可以列举出多亚甲基多苯基多异氰酸酯、由上述二异氰酸酯化合物衍生的多异氰酸酯。作为由上述二异氰酸酯衍生的多异氰酸酯，有异氰脲酸酯类多异氰酸酯、缩二脲类多异氰酸酯、氨基甲酸酯类多异氰酸酯、脲基甲酸酯类多异氰酸酯、碳二酰亚胺类多异氰酸酯等。

作为本发明的优选方式，所述异氰酸酯为三苯基甲烷三异氰酸酯。

羟基化合物：本发明中所述羟基化合物为含有羟基的大环化合物。

作为本发明的一种实施方式，所述羟基化合物为含有羟基的苯并冠醚和含有羟基的核壳结构化合物的混合物。

作为本发明的一种实施方式，所述含有羟基的苯并冠醚为二羟基-苯并-15-冠醚-5，具体结构如下：

作为本发明的一种实施方式，所述含有羟基的核壳结构的制备方法如下：

(1)将2,6-二异氰酸基己酸甲酯和环己烷混合均匀后，在搅拌下保持恒温20℃；

(2)将聚酯多元醇和环己烷、丙酮混合均匀后，在1000-1500r/min转速下分散搅拌20-40分钟，得到混合乳液；

(3)将步骤(1)中的混合后的溶液在搅拌下逐滴滴入步骤(2)中的混合乳液中，滴入完成后，在500-1000r/min转速下分散搅拌1-5分钟后，经抽滤、洗涤，用蒸馏水、无水乙醇交替清洗3组，自然烘干后得到核壳结构化合物的粗品；

(4)取步骤(3)的1重量份的核壳结构化合物和5重量份的双(2-羟乙基)-3-氨丙基三乙氧基硅烷加入到反应器中，调节pH为7后，在80℃下恒温反应1小时后，冷却抽滤，分别用无水乙醇和去离子水交替洗涤三组，自然烘干，得到核壳结构化合物。

所述疏水疏油涂料的制备方法如下：

1.向容器中依次加入N,N-二甲基甲酰胺和二酐，搅拌并在升温至60℃时停止加热；

2.室温条件下向步骤1溶液中依次加入三乙醇胺、表面活性剂、去离子水配置成组合料；

3.室温常压条件下将异氰酸酯迅速添加到所述组合料中快速搅拌均匀，得到混合料浆；

4.将核壳结构化合物和羟基化合物溶解于二甲基亚砜溶剂中，得到溶液；

5.在60℃下，同时进行氮气保护，将步骤3混合浆料加到步骤4的溶液中，反应体系保温反应10h；升温至100℃，继续反应12h；得到疏水疏油涂料。

下面，结合附图对本发明的实施方式进行说明。此外，以下优选实施方式仅仅是说明本质的示例而已。

图1：

图1为所述水位随动采样系统的示意图，所述水位随动采样系统由远程控制系统1、自动控制系统2和输送系统3组成，所述远程控制系统1为远程工控机，且所述远程控制系统1通过以太网6和自动控制系统2相连，而所述自动控制系统2通过通讯线8和输送系统3相连。

图2：

图2为所述自动控制系统和输送系统的连接示意图。

所述自动控制系统2由PLC控制系统4、触摸屏5组成；所述PLC控制系统4包括以太网6、PLC控制器7、通讯线8；

所述输送系统3至少由采样器9、进水管10、自吸泵11、出水管12、输送控制系统13、第一软管14和水位变送器15组成；

所述自吸泵11上设置有泵入口16和泵出口17，所述进水管10的一端通过单向阀18和泵入口17相连，所述进水管的另一端通过单向阀和输送控制系统13相连；

所述出水管12的一端通过单向阀和泵出口17相连，且所述出水管12的另一端通过双向阀和采样器9的入口相连；所述双向阀上还连接有第二出水软管20；

所述第一软管14的另一端放置在待采样区域，且放置在待采样区域的第一软管的一段上连接有水位变送器15和三通阀采样口35；

所述水位变送器15可以检测三通阀采样口35的水样深度，将信号发送至PLC控制系统4，所述PLC控制系统4根据水位变送器15发送的信号与预设定水样深度进行比较后，发送信号至输送控制系统13，对第一软管进行深度的控制；

所述放置在待采样区域的第一软管的四周设置有不锈钢滤管36，所述水位变送器15的四周设置有滤网37。

图3：

所述图3为所述输送控制系统的示意图。

所述输送控制系统由底座21、电机22、编码器23、减速机24、卷筒25和出水口26组成；所述减速机24通过转动轴27和卷筒25连接，所述转动轴27和卷筒25之间设置有法兰28；

所述出水口26处通过滑环29、挡片30和正负压旋转接头31和出水接头32相连；

所述第一软管的一端通过出水接头32和输送控制系统13相连。

图4：

图4为所述滤网的结构示意图。

所述滤网37由波形结构的过滤板组合成“框形”结构，所述过滤板上设置有过滤通道41，且所述滤网上设置有疏水疏油涂层40，所述滤网的下部设置有污物收集框39。

图5：

图5为所述远程控制系统和自动控制系统的示意图。

所述PLC控制系统4通过以太网6和远程控制系统1相连；所述PLC控制系统1通过异步传输标准接口与触摸屏5相连，完成人工对PLC控制系统的操作。

综上所述，本发明所述水位随动采样系统采用不锈钢体控制柜，PLC控制系统，触摸屏设定参数，GPRS模块上传数据到远程工控机。

同时，若吸程大于8米，采用直径不大于100mm的不锈钢潜水泵；若吸程小于等于8米，采用自吸泵。

通过输送控制系统上的正负压旋转接头，电机等控制第一软管的收与放。同时采用水位变送器检测吸水口液位，采用编码器来检测水管收卷长度。

具体原理如下：水位变送器采样口位置，和设定取水样深度对比，输送控制系统控制自动收卷或释放水管，使采样口处于设定范围内；当采样工艺有采样需求时，自吸泵连续抽水，并通过第二出水软管再排放到待采样区域内，直至采样成功；通过水位变送器监测值，可以把第一软管取样口置入适当位置，同时也能防止自吸泵无水干抽。通过编码器，计算收卷第一软管或释放第一软管的长度，防止第一软管过放过收。

下面通过具体实施例来对本发明的实施方式进行说明。

实施例1：本实施例提供一种水位随动采样系统，所述水位随动采样系统由远程控制系统1、自动控制系统2、输送系统3组成；所述远程控制系统为远程工控机；所述自动控制系统由PLC控制系统4、触摸屏5组成；所述PLC控制系统包括以太网6、PLC控制器7、通讯线8；所述PLC控制系统4通过以太网6和远程控制系统1相连；所述PLC控制系统4通过异步传输标准接口与触摸屏5相连，完成人工对PLC控制系统的操作；所述PLC控制系统4通过通讯线8和输送系统3连接，从而实现水位随动采样系统的自动化控制；所述输送系统3至少由采样器9、进水管10、自吸泵11、出水管12、输送控制系统13、第一软管14和水位变送器15组成；所述自吸泵11上设置有泵入口16和泵出口17，所述进水管10的一端通过单向阀和泵入口16相连，所述进水管10的另一端通过单向阀和输送控制系统13相连；所述出水管的一端通过单向阀和泵出口17相连，且所述出水管12的另一端通过双向阀和采样器9的入口相连；所述双向阀上还连接有第二出水软管20；所述输送控制系统由底座21、电机22、编码器23、减速机24、卷筒25、不锈钢潜水泵38和出水口26组成；所述减速机24通过转动轴27和卷筒25连接，所述转动轴27和卷筒25之间设置有法兰28；所述出水口26处通过滑环29、挡片30和正负压旋转接头31和出水接头32相连；所述第一软管14的一端通过出水接头和输送控制系统13相连，所述第一软管14的另一端放置在待采样区域33，且放置在待采样区域的第一软管的一段上连接有水位变送器15和三通阀采样口35；

所述水位变送器可以检测三通阀采样口的水样深度，将信号发送至PLC控制系统，所述PLC控制系统根据水位变送器发送的信号与预设定水样深度进行比较后，发送信号至输送控制系统，对第一软管进行深度的控制。所述放置在待采样区域的第一软管的四周设置有不锈钢滤管。

所述水位变送器的四周设置有滤网。所述不锈钢潜水泵的直径小于100mm。所述不锈钢潜水泵和所述三通阀采样口相连。所述滤网37由波形结构的过滤板组合成“框形”结构，所述过滤板上设置有过滤通道41，且所述滤网上设置有疏水疏油涂层40，所述滤网的下部设置有污物收集框39。

所述疏水疏油涂层的制备原料包含：二酐、异氰酸酯、羟基化合物。

本实施例中所述二酐为1,4,5,8-萘四甲酸二酐和六氟二酐的混合物，且1,4,5,8-萘四甲酸二酐和六氟二酐的摩尔比为3：1；所述异氰酸酯为三苯基甲烷三异氰酸酯；所述羟基化合物为含有羟基的苯并冠醚和含有羟基的核壳结构化合物的混合物；所述含有羟基的苯并冠醚为二羟基-苯并-15-冠醚-5，所述含有羟基的核壳结构化合物的制备方法如下：

所述含有羟基的苯并冠醚和含有羟基的核壳结构化合物的摩尔比为2：1。

所述疏水疏油涂料的制备方法如下：

1.向容器中依次加入20重量份的N,N-二甲基甲酰胺和100重量份的二酐，搅拌并在升温至60℃时停止加热；

2.室温条件下向步骤1溶液中依次加入15重量份的三乙醇胺、100重量份去离子水配置成组合料；

3.室温常压条件下将100重量份异氰酸酯迅速添加到所述组合料中快速搅拌均匀，得到混合料浆；

4.将110重量份的核壳结构化合物和羟基化合物溶解于120重量份二甲基亚砜溶剂中，得到溶液；

将滤网放置在所述疏水疏油涂料中静置2小时后，取出，烘干，即可得到所述具有疏水疏油涂层的滤网。

实施例2：与实施例1的区别在于，所述滤网上不具有疏水疏油涂层。

实施例3：与实施例1的区别在于，所述疏水疏油涂层的制备原料不包含六氟二酐。

实施例4：与实施例1的区别在于，所述疏水疏油涂层的制备原料不包含含有羟基的核壳结构化合物。

实施例5：与实施例1的区别在于，所述疏水疏油涂层的制备原料不包含含有羟基的苯并冠醚。

实施例6：与实施例1的区别在于，所述疏水疏油涂层的制备原料不包含羟基化合物。

对实施例1-6中滤网的过滤性能、防水性能和抗水压性能进行测试。

抗水压测试：将涂覆有疏水疏油涂层的滤网置于水深50m的水池中1个月，观察滤网表面涂层的情况，分别为脱落、起泡、无损害。

过滤性能测试：将吸水泵放置在污水中，吸水泵周围设置有滤网，开启吸水泵，收集吸水泵吸水中污染物，和原始污水中污染物进行对比，测量吸水泵吸水中的污染物和原始污水中污染物的比例。

为便于理解本发明，水位随动采样系统的多种结构特征可能被省略或以简化形式示出。例如，包含连续剖面线的区域可另外表示实体，然而，实际的实施例可能在剖面线区域包括多个油气分离器部件和/或油气分离器的中空或空白部分。另外，一些结构特征可能于此处在一个平面中被示出，但也可能从一个平面开始而在另一个平面结束。一些部件未示出剖面线，并可认作是这些特定元件的侧视图。

本发明的设计思路和保护范围之内，对上述的具体实施例的其他改动或变型对本领域技术人员来讲是显而易见的。尽管本发明是对照特定实施例进行描述的，但这些实施例的目的只在于例示而不是为了进行限定，相应地，本专利并不仅限于此处描述的几个特定实施例的范围和效果，也不限于与本领域内由发明所取得的进展在某种程度上不一致的其他任何方式。

Claims

1.一种水位随动采样系统，其特征在于，所述水位随动采样系统由远程控制系统、自动控制系统、输送系统组成；

所述远程控制系统为远程工控机；

所述水位变送器可以检测三通阀采样口的水样深度，将信号发送至PLC控制系统，所述PLC控制系统根据水位变送器发送的信号与预设定水样深度进行比较后，发送信号至输送控制系统，对第一软管进行深度的控制；

所述水位变送器的四周设置有滤网；所述滤网上设置有疏水疏油涂层；所述疏水疏油涂层的制备原料至少包含：二酐、异氰酸酯、羟基化合物；所述羟基化合物为含有羟基的苯并冠醚和含有羟基的核壳结构化合物的混合物。

2.权利要求1所述的一种水位随动采样系统，其特征在于，所述放置在待采样区域的第一软管的四周设置有不锈钢滤管。

3.权利要求1所述的一种水位随动采样系统，其特征在于，所述输送系统还包括不锈钢潜水泵。

4.权利要求3所述的一种水位随动采样系统，其特征在于，所述不锈钢潜水泵的直径小于100mm。

5.权利要求3所述的一种水位随动采样系统，其特征在于，所述不锈钢潜水泵和所述三通阀采样口相连。

6.权利要求1所述的一种水位随动采样系统，其特征在于，所述滤网上设置有污物收集框。

7.权利要求1所述的一种水位随动采样系统，其特征在于，所述滤网上设置有过滤通道。

8.权利要求1-7任一项所述的一种水位随动采样系统，用于城市排水监测领域。