CN109445316A - 自动海水水质监测和水样分配系统 - Google Patents

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罗均
张俊楠
彭艳
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Abstract

本发明公开了一种自动海水水质监测和水样分配系统。本系统总体架构分为三级，分别为嵌入式控制级，底层控制级和管道级。管道级为主要环节。自动采水采用立式多级离心泵取水。原样水进入原水池后，分为四路并行，第一路经电磁阀1进入多参数分析仪流通槽；第二路经电磁阀2进入总氮总磷流通槽；第三路经电磁阀3进入营养盐分析，在进入营养盐分析前经过多级过滤，前三路最后经各自支路调压阀后后经总路排出。原水池中多余原水经调压阀3后排出。

Description

自动海水水质监测和水样分配系统
技术领域
本发明涉及海洋自动化装备领域，特别是涉及一种海水自动水质监测和水样分配系统领域。
背景技术
在相当长的一段时间内，海洋环境自动监测站内布设的水质类传感器以多参数水质仪为主，监测要素主要是温度、盐度、电导率、Ph、叶绿素、溶解氧等常规指标。
随着人类对海洋的进一步开发，要求测量和监测的指标日益增多，如营养盐、总磷、总氮、TOC、COD等。因此需要建设监测指标齐全、集成度高、智能化水平高的海洋环境自动监测站。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种自动水质监测及其自动水样分配，以解决自动水质监测系统的自动水质监测和水样自动分配问题。为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：一种自动海水水质监测和水样分配系统，由一个嵌入式控制级系统(Ⅰ)接一个底层控制级系统(Ⅱ)连接一个管道级系统(Ⅲ)构成。实现对海水的水质自动监测和水样分配。
所述嵌入式控制级系统(Ⅰ)主要包括一个工控机，输入输出设备，与底层通信RS232串口线，电源等。RS232线负责工控机与底层单片机之间通信，输入输出设备用于人机交互，电源负责给系统供电。
所述底层控制级系统(Ⅱ)主要包括一个STM32单片机，底层电路等。RS232串口负责与工控机通信，底层电路与个传感器通信。
所述管道级系统(Ⅲ)主要包括一个原水池通过四条管道连接一个废水池，该四条管道为：
1)第一管道：其上依次装有一个电磁阀，一个多参数分析仪和一个调压阀；
2)第二管道：其上依次装有一个电磁阀，一个过滤器，一个营养盐分析仪和一个调压阀；
3)第三管道：其上装有一个调压阀；
4)第四管道：其上依次装有一个电磁阀，一个消解池，一个TN/TP/COD检测仪和一个调压阀。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和显著技术进步：整个系统分为三级，分工明确，嵌入式控制级负责人机交互等功能，底层控制级负责采集下层传感器数据及数据上传与上层命令下达，管道级系统利用电磁阀的开启与关闭，可以控制三路水路的开启与关闭。调压阀控制回路中的水压，水压超过预设值时，水路自动泄压排水。结构简单高效。
附图说明
图1是本发明的自动海水水质监测和水样分配系统总体架构图。
图2是管道级系统结构示意图。
图3是嵌入式控制级与底层控制级系统结构示意图。
具体实施方式
图1为水样分配系统总体架构，分为三级，分别为嵌入式控制级(Ⅰ)，底层控制级(Ⅱ) 和管道级(Ⅲ)。
1.嵌入式控制级系统
嵌入式控制级系统由一个工控机，输入输出设备，与底层通信RS232串口线，电源等组成。嵌入式控制级系统由工控机监视控制，包括对系统任务控制、各种海水分析仪器信号的采集的控制以及数据的上传等，同时还需要一个工业显示屏进行人机交互界面设计，并根据系统状态对系统动作做相应的调整，确保水质自动站自身的稳定运行。
可远程登录工控机发送远程指令，实现对设备的人为控制，具备数据采集、传输功能。
2.底层控制级系统
底层控制级系统主要由STM32单片机，底层电路等组成。单片机控制系统按照预先设定的程序负责完成系统采水配水控制，实现对外部泵阀及辅助设备的控制功能。
3.管道级系统
将所需水采集到原水池，然后分别进入四个管道，第一管道：，负责多参数分析；第二管道负责营养盐分析；第三管道为调压管道；第四管道负责TN/TP/COD检测。管内系统具有稳压装置，可以确保系统所需压力值。
图2为管道级系统结构。自动采水系统采用立式多级离心泵取水。原样水进入原水池后，分为四路并行，第一路经电磁阀1进入多参数分析仪流通槽；第二路经电磁阀2进入总氮总磷流通槽；第三路经电磁阀3进入营养盐分析，在进入营养盐分析前经过多级过滤，前三路最后经各自支路调压阀后后经总路排出。原水池中多余原水经调压阀3后排出。自动分配系统将泵抽上来的水进行自动的分配，按照一定的逻辑时序将这些原样水分配到所需要地方。管道级的管路设计采用优质聚四氟乙烯管路，采用泵以及电磁阀和安全阀对整套管路进行控制。电磁阀可以实现的功能是可以通过控制电磁阀的通断来控制原样水是否可以从电磁阀中通过。调压阀为系统的保压装置，压力值很小的时候安全阀关闭，当整套系统的压力值到达一个设定值时由于水压会自动将调压阀打开，所以可以通过调节安全阀的压力值来控制整套系统的压力，以满足整套系统的压力需求。
图3为嵌入式控制级与底层控制级系统结构。整个控制系统由工控机、STM32单片机、各仪器设备空接线端子等部分组成。控制系统采用工控机对系统实现统一监控，各智能仪表通过RS232/485数字链路与单片机进行通讯，实现数据、仪表状态的采集与仪表反控。
其中嵌入式控制级系统由工控机监视控制，包括对系统任务控制、各种信号的采集的控制以及数据的上传等，同时还需要一个工业显示屏进行人机交互界面设计，并根据系统状态对系统动作做相应的调整，确保水质自动站自身的稳定运行。
底层控制级系统采用STM32单片机作为系统逻辑控制器，单片机控制系统按照预先设定的程序负责完成系统采水配水控制，实现对外部泵阀及辅助设备的控制功能。

Claims (6)

1.一种自动海水水质监测和水样分配系统，由一个嵌入式控制级系统(Ⅰ)接一个底层控制级系统(Ⅱ)连接一个管道级系统(III)构成。实现对海水的水质自动监测和水样分配。
2.根据权利要求1所述的自动海水监测和水样分配系统,其特征在于：所述嵌入式控制级系统(Ⅰ)主要包括一个工控机，输入输出设备，与底层通信RS232串口线，电源等。RS232线负责工控机与底层单片机之间通信，输入输出设备用于人机交互，电源负责给系统供电。
3.根据权利要求1所述的自动海水监测和水样分配系统,其特征在于：所述底层控制级系统(Ⅱ)主要包括一个STM32单片机，底层电路等。RS232串口负责与工控机通信，底层电路与个传感器通信。
4.根据权利要求1所述的自动海水监测和水样分配系统,其特征在于：所述管道级系统(Ⅲ)主要包括一个原水池(1)通过四条管道连接一个废水池(14)，该四条管道为：
1)第一管道：其上依次装有一个电磁阀1(2)，一个多参数分析仪(3)和一个调压阀(4)；
2)第二管道：其上依次装有一个电磁阀3(5)，一个过滤器(6)，一个营养盐分析仪(7)和一个调压阀(2)；
3)第三管道：其上装有一个调压阀3(9)；
4)第四管道：其上依次装有一个电磁阀2(10)，一个消解池(11)，一个TN/TP/COD检测仪(12)和一个调压阀4(13)。
5.根据权利要求1所述的自动海水水质监测和水样分配系统，其特征在于：所述4路管道组成，利用电磁阀的开启与关闭，可以控制三路水路的开启与关闭。调压阀控制回路中的水压，水压超过预设值时，水路自动泄压排水。结构简单高效。
6.根据权利要求1所述的自动水质监测系统和水样分配系统，其特征在于：第一管道为海水的多参数分析，主要监测分析海水的Ph、ORP、电导率、温度，试验后的水排入废水池中做集中处理；第二管道为海水的TN/TP/COD检测，这一管道中的海水先经过消解，而后监测其中的总磷总氮含量以及化学需氧量；第三管道为海水的营养盐分析回路，主要监测分析海水中的硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐、铵盐、硅酸盐等的含量；第四管道为泄流管道，用于泄压。
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