CN108732324A - 注射器式加标回收水质监测质量控制运维机器人 - Google Patents

Abstract

本发明是一种注射器式加标回收水质监测质量控制运维机器人，系统由互联网远程自动控制前端设备来控制各种管路的切换进行智能质控和加标回收作业，内置4G通信模组与通信网络连接到互联网服务器，服务器软件系统远程控制其单片机模组，通过电机驱动电路控制丝杆滑块来回移动进而拉动注射器活塞杆往复运动来实现吸入液体和排出液体的目的并控制多通阀切换管道来实现加标回收功能；系统通过对标液、加标液、母液、纯水使用存量状况的全程监测以及通过对注射泵和多通阀的控制来实现智能运维；并通过对监测仪器的远程视频诊断为设备维保提供有力的保障。视频技术的应用为监测数据和加标回收数据提供真实可信的佐证，提升水质监测质量控制的公信度。

Description

注射器式加标回收水质监测质量控制运维机器人

技术领域

本发明涉及环保水质监测质量控制和加标回收设备领域，具体为注射器式加标回收水质监测质量控制运维机器人。

背景技术

目前环保水质监测质量控制领域缺乏具有注射器式加标回收功能和自动运营维护功能的质控设备，尤其是具有丝杆滑块控制的注射器式加标回收和运维质控机器人还是空白。本发明虽然与水质监测仪器有通信但对水质监测质量控制作业全程视频录像，视频采集测试仪器上的监测数据和加标回收数据，提供视频、照片和数据的报告，做到对水质监测质量控制客观、公正并可以视频证据追查。本发明对加标液的使用量控制精准，代替人工对水质监测质量控制和加标回收进行远程作业也可以全自动对水质监测质量控制和加标回收进行作业，可全面实现水质监测质量控制工作的自动化。本发明最显著特征在于：具有自动运营维护功能，在质控标液和加标液用完时能够自动配制并添加，运维用的加标液和母液与纯水用完时可以给管理人员发送预警信息，方便管理人员及时处理；而且可以通过在线视频观察仪器工作状态，仪器维保人员只需在办公室里或者通过移动设备（比如手机、PAD、笔记本电脑等 ）就可以对分布在各个地方的仪器设备是否正常工作进行判断，对有故障的仪器可以事先准备维修配件和工具，方便了工作、提高了效率。

发明内容

本发明是为环保水质监测质量控制领域提供具有人工智能的注射式加标回收水质监测质量控制和运维的机器人。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

本发明包括摄像机、终端控制器、气控电磁阀、液位传感器、加标池、曝气管、注射器、丝杆及滑块、支架、步进电机、多通道切换阀（本发明此处以6通道切换阀来论述，以V_N6来表示）、空气过滤器、循环水制冷机、注射泵、加标液瓶、多通道切换阀（本发明此处以10通道切换阀来论述，以V_N10来表示）、废液容器、运维加标液瓶、母液瓶、纯水容器，其特征在于：将摄像机安装在监测仪器柜体内适当位置以便视频识别监测仪器屏幕上的数据，摄像机电源从终端控制器取电并通过网线将信息传给质控主机，终端控制器由电源和CAN总线与质控主机相连接，主机安装在循环水制冷机顶部通过电源和CAN总线连接形成一体化设计，循环水制冷机将水温控制在2摄氏度左右通过水泵将冷水输送到各保温箱和运维箱内的细铜管制作热交换器后回到循环水制冷机内继续降温再循环从而使各保温箱和运维箱内的温度控制在4摄氏度左右，将监测用试剂、质控用的标液、加标回收用的加标液都储藏在保温箱中，运维用的加标液、母液和纯水都储藏在运维箱中，使原来的监测和质量控制及运营维护都达到最佳温度条件、温度传感器接入终端控制器，在水质监测质量控制作业时将各种液体储藏的温度数据通过485总线实时传给终端控制器，加标池、各标液瓶、各加标液瓶、母液瓶和纯水容器中的液位传感器将液位数据通过485总线传给终端控制器、同时终端控制器将数据通过RS485、 CAN、LAN通讯总线传给质控主机，质控主机通过互联网传到云端服务器。

本发明提出注射式加标回收水质监测质量控制运维机器人采用互联网控制，可以远程进行质量控制和运营维护作业，定时或者随时发出命令自动启动机器人，本发明虽与监测仪器发生通信，但在启动质控和加标回收后，同时连续抓拍水质自动监测仪器的液晶显示屏画面（与标准工作溶液同在一个画面中，如图2），并将视频或图片内容发送至服务器，服务器一方面存储作为后续证据，另外一方面通过智能分提取画面内容，获取监测数据，同时这些数据可以与水质监测点地理坐标关联（如图3），可以通过位置检索，也可以通过位置进入远程质控控制，也可以以图表的方式进行数据分析。针对在质控和加标回收和自动运维中的问题，经过系统分析可以依据不同级别，以多种方式进行提醒或预警，包括消息推送、短信通知、打电话和现场声光报警。

附图说明

图1是原有水质监测仪器正视剖面结构示意图；图2是注射式加标回收水质监测质量控制运维机器人正视剖面结构示意图；图3是注射式加标回收水质监测质量控制运维机器人地理坐标关联示意图；图4是质控终端拓补结构示意图；图5是注射式加标回收质控和运维示意图；图6是注射器往复运动示意图。其中图2中1-摄像机；2-终端控制器；3-气控电磁阀；4-液位传感器；5-加标池；6-曝气管；7-注射器；8-丝杆及滑块；9-支架；10-步进电机；11-多通道切换阀（本发明此处以6通道切换阀来论述，以VN6来表示）；12-空气过滤器；13-循环水制冷机；14-注射泵；15-加标液瓶；16-多通道切换阀（本发明此处以10通道切换阀来论述，以VN10来表示）；17-废液容器；18-运维加标液瓶；19-母液瓶；20-纯水容器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

参见图1，是原有水质监测仪器正视剖面结构示意图。原有的水质监测仪器对原水（即河水、湖水或者污水等）进行日常监测。水质监测质量控制常用的方法是将原有的水质监测仪器对标准溶液进行检测得出一个数据结果，再将这一数据结果与标准溶液的标准数值（该标准数值就像天砰的砝码是被公认的）进行对比，如果原有水质监测仪器用标准溶液检测得出的数据结果在标准数值误差范围内的，则说明原有的水质监测仪器工作正常，其日常监测得出的监测数据有效，可作为环保部门管理的依据；如果原有水质监测仪器用标准溶液检测得出的数据结果不在标准数值误差范围内的，则说明原有的水质监测仪器工作不正常，其日常监测得出的监测数据是无效的，不能作为环保部门管理的依据。

加标回收是水质监测质量控制的一种有效方法，就是在原有的水质监测基础上由质控人员在原水（即河水、湖水或者污水等）中随意添加已知数量（比如2毫克、3毫克、5毫克等）的加标液进行检测后得出的结果与最近一次水质监测的结果作比对得出添加了多少毫克其相对值称为加标回收率，从另一角度对监测仪器是否准确是否正常作出判断。

通过水质监测常用质控和加标回收多种方法进行质量控制的目的就是要对原有的水质监测仪器工作是否正常作出精准判断，使水质监测所进行的质量管理与控制充分达到水质监测的公信度，切实做到质控数据溯源可靠性、质控过程客观性、数据判断公正性。

本发明可以进行远程对水质监测仪器进行加标回收质控管理和运维操作，并且可以通过视频来判断是否有故障并诊断什么故障从而为去维修保养准备好工具和配件；而本发明正是为此研发的，参见图2，是本发明正视剖面结构示意图摄像机、终端控制器、气控电磁阀、液位传感器、加标池、曝气管、注射器、丝杆及滑块、支架、步进电机、多通道切换阀（本发明此处以6通道切换阀来论述，以V_N6来表示）、空气过滤器、循环水制冷机、注射泵、加标液瓶、多通道切换阀（本发明此处以10通道切换阀来论述，以V_N10来表示）、废液容器、运维加标液瓶、母液瓶、纯水容器，其特征在于：将摄像机安装在监测仪器柜体内适当位置以便视频识别监测仪器屏幕上的数据，摄像机电源从终端控制器取电并通过网线将信息传给质控主机，终端控制器由电源和CAN总线与质控主机相连接，主机安装在循环水制冷机顶部通过电源和CAN总线连接形成一体化设计，循环水制冷机将水温控制在2摄氏度左右通过水泵将冷水输送到各保温箱和运维箱内的细铜管制作热交换器后回到循环水制冷机内继续降温再循环从而使各保温箱和运维箱内的温度控制在4摄氏度左右，将监测用试剂、质控用的标液、加标回收用的加标液都储藏在保温箱中，运维用的加标液、母液和纯水都储藏在运维箱中，使原来的监测和质量控制及运营维护都达到最佳温度条件、温度传感器接入终端控制器，在水质监测质量控制作业时将各种液体储藏的温度数据通过485总线实时传给终端控制器，加标池、各标液瓶、各加标液瓶、母液瓶和纯水容器中的液位传感器将液位数据通过485总线传给终端控制器、同时终端控制器将数据通过RS485、 CAN、LAN通讯总线传给质控主机，质控主机通过互联网传到云端服务器。

本发明提出注射器式加标回收水质监测质量控制运维机器人采用互联网控制，可以远程进行质量控制作业，定时或者随时发出命令自动启动机器人，本发明虽与监测仪器发生通信，但在启动质控和加标回收后，同时连续抓拍水质自动监测仪器的液晶显示屏画面（与标准工作溶液同在一个画面中，如图2），并将视频或图片内容发送至服务器，服务器一方面存储作为后续证据，另外一方面通过智能分提取画面内容，获取监测数据，同时这些数据可以与水质监测点地理坐标关联（如图3），可以通过位置检索，也可以通过位置进入远程质控控制，也可以以图表的方式进行数据分析。针对在质控和加标回收中的问题，经过系统分析可以依据不同级别，以多种方式进行提醒或预警，包括消息推送、短信通知、打电话和现场声光报警。

本发明由质控主机、质控终端、循环水制冷机、保温箱和运维箱、空压机五部分组成，质控主机可以对多个质控终端进行控制，并将质控信息通过互联网发送至服务器；循环水制冷机为储存各种标液、各种加标液的保温箱和储存运维加标液、母液及纯水的运维箱提供4摄氏度左右温度环境；质控终端由摄像机、终端控制器、气控电磁阀、液位传感器、加标池、曝气管、注射器、丝杆及滑块、支架、步进电机、多通道切换阀（本发明此处以6通道切换阀来论述，以VN6来表示）、空气过滤器、注射泵、加标液瓶、多通道切换阀（本发明此处以10通道切换阀来论述，以VN10来表示）、废液容器、运维加标液瓶、母液瓶、纯水容器组成。

当系统控制平台软件（可以是电脑软件、手机APP也可以微信公众号）通过互联网定时或随时向质控主机发出命令，质控主机会给某一终端控制器下达指令：

接收到质控指令时，系统首先检测是否有标液如果标液用完了则提示预警信息等待配制标液，如果有标液再判断在线水质监测设备是否为空闲，如果在线水质监测仪器正在工作则应等待其空闲后将水样管路切换到标液管路如图5所示，首先关闭电磁阀V1水样管路方向同时打开V2方向的阀门，然后关闭电磁阀V2加标管路方向同时打开V3方向阀门，此时系统通过控制电磁阀V3通往标液1方向和V4通往标液2、标液3方向的管路通道，可以随机或者任选一种标液来进行质控作，最后等待水质监测仪器进行自动检测，结束后将数据传回系统，摄像机全程录制这一过程同时抓拍原有水质监测仪器显示屏上的测试结果并反馈给终端控制器，液位传感器和温度传感器全过程将液位和温度信息反馈给终端控制器，再由终端控制器反馈给质控主机，质控主机通过互联网将信息存储在服务器上，由平台软件通过智能分析提取画面内容，获取质控数据与标准数值比对，提供带有照片的数据报告并提供视频佐证，从而完成质控作业。

由于氨氮和高锰酸盐指数的水质监测仪器本身是独立的，加标回收检测需要在加标池中沉淀半小时以上才能进行，而总磷总氮的水质监测仪器也是独立的，加标回收检测要求被测的加标水样是不能有沉淀过的因此需要曝气搅拌后立即进行检测，本发明将其分开论述。

氨氮和高锰酸盐指数的水质监测仪器终端控制器接收到加标回收指令时，先检测加标池是否加满水，如果未加满则继续等待加水直到加满为止，如图5所示，如果加满则打开V6排水阀,排水3分钟后关闭排水阀；然后再判断加标池是否加满了水，如果未加满则继续等待加水直到加满为止然后关闭V5进水阀，然后启动步进电机对注射器做往复运动如图6所示进行抽液加标，首先检测是否有加标液，如果没有侧预警运维，如果有则将多通道切换阀切换至3号口，启动步进电机拉动注射器抽取加标液，通过空气过滤器进行换器直到将所需加标液抽入注射器内，然后6通道切换阀V_N6切换到5号口将注射器内的加标液往废液容器内排，通过空气过滤器进行换器直到将注身器和管道内排空并全部排入废液容器内，上述反复操作3次（或者6次）以便对管道和注射器内腔进行润洗，润先后再将加标液抽入注射器内，然后切换到2号口由步进电机推动注射器将加标液往加标池管道注射，通过空气过滤器进行换器直到将注身器和管道内排空并全部注射到加标池内，进行曝气搅拌均匀等待加标加收检测；如果水质监测仪器正在工作则继续等待其工作结束，然后判断其下次工作时间，如果水质监测仪器下次工作的时间减去加标池最近一次曝气搅拌结束时间大于30分钟则切换至加标管路，如图5所示，关闭V1电磁阀水样管路方向同时打开V2方向的阀门，然后关闭V2电磁阀通往V3方向的阀门同时打开通往加标管路方向的阀门，等待仪器检测，检测结束后将数据传回系统，再打开V6排水阀门，将加标池里的水排空后关闭V6排水阀，然后打开V5进水阀门，进入下一个循环检测加标池是否加满水。

总磷总氮的水质监测仪器终端控制器接收到加标回收指令时，先检测加标池是否加满水，如果未加满则继续等待加水直到加满为止，如图5所示，如果加满则打开V6排水阀,排水3分钟后关闭排水阀；然后再判断加标池是否加满了水，如果未加满则继续等待加水直到加满为止然后关闭V5进水阀，然后启动步进电机对注射器做往复运动如图6所示进行抽液加标，首先检测是否有加标液，如果没有侧预警运维，如果有则将多通道切换阀切换至3号口，启动步进电机拉动注射器抽取加标液，通过空气过滤器进行换器直到将所需加标液抽入注射器内，然后6通道切换阀V_N6切换到5号口将注射器内的加标液往废液容器内排，通过空气过滤器进行换器直到将注身器和管道内排空并全部排入废液容器内，上述反复操作3次（或者6次）以便对管道和注射器内腔进行润洗，润先后再将加标液抽入注射器内，然后切换到2号口由步进电机推动注射器将加标液往加标池管道注射，通过空气过滤器进行换器直到将注身器和管道内排空并全部注射到加标池内，进行曝气搅拌均匀等待加标加收检测；如果水质监测仪器正在工作则继续等待其工作结束，然后判断其下次工作时间，在水质监测仪器下次启动工作之前7分钟对加标池进行曝气搅拌2分钟，然后切换至加标管路，如图5所示，关闭V1电磁阀水样管路方向同时打开V2方向的阀门，然后关闭V2电磁阀通往V3方向的阀门同时打开通往加标管路方向的阀门，等待仪器检测，检测结束后将数据传回系统，再打开V6排水阀门，将加标池里的水排空后关闭V6排水阀，然后打开V5进水阀门，进入下一个循环检测加标池是否加满水。

接收到运维指令时，如图5所示，首先判断有无标液1,如果标液1用完了则将多通道切换阀VN10切换至10号口，启动注射泵（或者由本发明前述的步进电机控制丝杆滑块使注射器做复运动的自动注射器来代替，本发明以注射泵论述）抽取一定量的纯水，再切换到2号口启动注射泵将纯水注入标液1的瓶子；再切换至9号口启动注射泵抽取一定量的母液，然后重新切换至2号口启动注射泵将母液注入标液1的瓶子；如果管内有余液未排尽则可以切换到1号口通过空气过滤器抽取空气再切换到2号口，通过空气挤压将管内余液往前挤，重复做直到排尽为止，最后对标液1瓶子进行曝气搅拌均匀。

如果标液1没用完则判断标液2是否用完，如果标液2用完了则将多通道切换阀V_N10切换至10号口，启动注射泵抽取一定量的纯水，再切换到3号口启动注射泵将纯水注入标液2的瓶子；再切换至9号口启动注射泵抽取一定量的母液，然后重新切换至3号口启动注射泵将母液注入标液2的瓶子；如果管内有余液未排尽则可以切换到1号口通过空气过滤器抽取空气再切换到3号口，通过空气挤压将管内余液往前挤，重复做直到排尽为止，最后对标液2瓶子进行曝气搅拌均匀。

如果标液2没用完则判断标液3是否用完，如果标液3用完了则将多通道切换阀V_N10切换至10号口，启动注射泵抽取一定量的纯水，再切换到4号口启动注射泵将纯水注入标液3的瓶子；再切换至9号口启动注射泵抽取一定量的母液，然后重新切换至4号口启动注射泵将母液注入标液3的瓶子；如果管内有余液未排尽则可以切换到1号口通过空气过滤器抽取空气再切换到4号口，通过空气挤压将管内余液往前挤，重复做直到排尽为止，最后对标液3瓶子进行曝气搅拌均匀。

另外，本发明增加了对加标液的运维功能。如果加标液用完了也是可以将运维箱中的加标液补充添加入加标液瓶中，将多通道切换阀V_N10切换到8号口启动注射泵抽取运维加标液，再切换到5号口启动注射泵将其注入加标液瓶；如果管内有余液未排尽则可以切换到1号口通过空气过滤器抽取空气再切换到5号口，通过空气挤压将管内余液往前挤，重复做直到排尽为止。

上述每次运维配制添加完标液后都要对管道进行润洗，将多通道切换阀V_N10换切换到9号口抽取纯水然后再切换到7号口将纯水注入废液容器，连续地重复做3次（或6次），将公共管道用纯水润洗干净。

一般情况下，当保温箱中的某标液或者加标液没有了、当运维箱中的动维加标液、纯水或者母液用完了，置于其中的液位传感器会将信号反馈给服务器的平台软件，系统以多种方式进行提醒或预警，包括消息推送、短信通知、打电话和现场声光报警，由用户确定是否一键启动远程自动运维还是人工干预远程运维。

当然，对于本领域的一般技术人员，不花费创造性的劳动，在上述实施案例的基础

上能够作多种变化，同样能够实现本发明的目的。但是，这种变化显然应该在本发明的权利要求书的保护范围内。

Claims (7)

1.注射器式加标回收水质监测质量控制运维机器人，其显著特征在于：具有自动运营维护功能，在质控标液和加标液用完时能够自动配制并添加，运维用的加标液和母液与纯水用完时可以给管理人员发送预警信息，方便管理人员及时处理；而且可以通过在线视频观察仪器工作状态，仪器维保人员只需在办公室里或者通过移动设备（比如手机、PAD、笔记本电脑等 ）就可以对分布在各个地方的仪器设备是否正常工作进行判断，对有故障的仪器可以事先准备维修配件和工具，方便了工作、提高了效率。

2.循环水制冷机通过冷水循环来保证保温箱和运维箱的储藏温度在4摄氏度左右，母液、纯水和备用加标液储存在运维箱里，水质监测质量控制用的标液和加标回收用的加标液储存在保温箱里，本发明通过系统软件采集保温箱中的标液和加标液的液位来判断标液和加标液是否用完，同时也采集运维箱中的运维用的加标液和母液及纯水的液位来判断运维加标液、母液和纯水是否用完；保温箱中的标液和加采液用完则系统自动通过步进电机控制注射泵和多通道切换阀来对完成配制和添加标液和加标液，标液瓶呈加标液瓶内置曝气管系统通过控制空气压缩机和气控电磁阀来实现对其进行曝气搅拌均匀；如果运维箱中的加标液、母液和纯水用完则发出预警信息提示管理人员处理。

3.本发明内置4G通信模组与通信网络连接到互联网服务器，服务器软件系统远程控制其单片机模组，通过电机驱动电路控制丝杆滑块来回移动进而拉动注射器活塞杆往复运动来实现吸入液体和排出液体的目的。

4.通过对多路阀的控制实现管路润洗并对润洗管路的废液进行回收到废液溶器临时储存。

5.加标池放置在冷藏箱中低温储存并设计成倒置的圆锥形方便润洗，加标池内置曝气管以便通过曝气方式对加标池中的水和加标液混合后进行曝气搅拌均匀。

6.质控终端可以通过摄像头拍摄自动水质监测仪器显示屏的画面，并把画面上传到云端服务器保存同时进行图像智能识别，获得测试仪器数据结果，从而使质控结果和加标回收结果有据可查，客观公正。

7.终端控制器与水质监测仪器通过RS485(或RS232或CAN或LAN通讯总线) 根据通信协议进行通信来实现远程自动化控制。