CN109678253A - 移动式自动修复智能景观生态浮床及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多点巡航移动式自动修复智能景观生态浮床、系统及其工作方法。其通过GPS定位，实现远程控制智能景观生态浮床在水域中运动，对目标水域进行巡航检测，并对超过指标的水域进行局部投入絮凝剂，从而快速实现有效实现水体的净化，保障生态平衡。由于通过PLC控制加料阀的开度，因此投入量更加准确，投入后还对该水域的效果进行再次监测，从而保障真正达到预期的目的。
Description
技术领域
本发明涉及生态浮床技术领域，尤其是一种多点巡航移动式自动修复智能景观生态浮床、系统及其工作方法。
背景技术
生态浮床是一种将现代农艺和生态工程措施综合集成的水面无土种植技术；该技术通过植物根系的吸附、吸收作用及根系周围附着的细菌和其他微生物形成的生物膜的水解代谢作用，分解吸收水体中的有机物和富余的营养成分，通过收割植物体的形式，将营养物质搬离水体，使污染物大幅度减少，从而起到净化水质、美化环境的作用。
但是现有的生态浮床主要依靠植物本身的修复作用，周期很长。而且对于污染较严重的区域，植物的修复作用十分有限。
发明内容
本发明的目的，就是要提供一种移动式自动修复智能景观生态浮床、系统及其工作方法，不但可以快速实现有效实现水体的净化，保障生态平衡，其采用的技术方案如下：
一种移动式自动修复智能景观生态浮床，包括生态浮床本体、生态浮床本体上方设有植物种植区，所述生态浮床本体上设有PLC模块，所述生态浮床本体下方设有避障传感器、动力组件和水质监测仪，所述避障传感器、动力组件和水质监测仪分别与PLC模块电连接，所述生态浮床本体上还设有与PLC通信的无线模块、用于生态浮床定位的GPS 模块以及复合微生物絮凝剂加料阀，所述PLC控制复合微生物絮凝剂加料阀的开度以调节絮凝剂的速度。
进一步地，所述生态浮床本体上还设有曝气机，所述曝气机位于浮床本体中部且贯穿所述浮床本体。
进一步地，所述动力组件包括位第一直流电机和第二直流电机，所述第一直流电机和第二直流电机分别驱动位于生态浮床本体两侧的桨叶，所述PLC通过第一调速器和第二调速器分别调节第一直流电机和第二直流电机。
进一步地，所述生态浮床为矩形，所述避障传感器为八个，分别位于生态浮床的四个顶角和四条边的中部，所述避障传感器深入水中。
进一步地，所述水质检测仪包括浊度采集模块、溶解氧浓度采集模块和叶绿素A浓度采集模块。
一种自动修复智能景观生态浮床系统，包括多个上述移动式自动修复智能景观生态浮床，以及与所述移动式自动修复智能景观生态浮床进行无线通信的上位机。
一种自动修复智能景观生态浮床系统的工作方法，包括以下步骤：
A.上位机系统初始化；
B.上位机选择待工作的智能景观生态浮床，并向该智能景观生态浮床的无线传输模块发送数据，然后依据返回数据，判断无线通信是否正常，正常则进入步骤C，否则报警；
C.读取GPS模块的的数据和PLC存储器内的数据；
D.选择操作模式，选择手动模式则进入步骤E，选择自动模式进入步骤F；
E.通过上位机调节动力组件的第一直流电机和第二直流电机转速，从而控制生态浮床的运动方向，使其运动至待测目的地，然后进入步骤H；
F.输入待测目的地的地理坐标；
G.上位机比较当前地理坐标与目的地的坐标，根据算法组态策略，计算电机的转速，然后将控制命令通过无线模块传输至PLC，控制第一直流电机和第二直流电机转速，使生态浮床转向、移动，间隔时间t,GPS模块将新的当前地理坐标反馈给上位机，上位机通过新的地理坐标和目的地地理坐标重新生成控制命令，如此循环直至生态浮床到达待测目的地，然后进入步骤H；
H.监测该区域的浊度、溶解氧和叶绿素A浓度是否超出阈值，超出则进入步骤I；否则判断任务是否完成，完成则结束，尚未完成则返回步骤B重新选择智能景观生态浮床和目的地；
I.PLC控制复合微生物絮凝剂加料阀的开度，向水中注入絮凝剂，注入时间为t2,然后关闭复合微生物絮凝剂加料阀，间隔时间t3后返回步骤H。
进一步地，所述步骤H中，所述浊度阈值为50NTU，叶绿素A阈值为5mg/L；所述步骤I中，当浊度为50-100NTU或叶绿素为10-26mg/L时，阀门开度为20；当浊度为 150-200NTU或叶绿素为26-64mg/L时，阀门开度为40；当浊度为200-300NTU或叶绿素为64-160mg/L时，阀门开度为60；当浊度为大于300NTU或叶绿素为大于160mg/L时，阀门开度为80。
进一步地，所述步骤I中，t3为50-70分钟。
采用本发明的技术方案，具有以下技术效果：
1.通过动力组件，可以有效对水域多点巡航监测，数据更加准确。通过PLC控制加料阀的开度，可以及时对污染严重程度不同的水域进行局部处理，快速有效完成水体修复。
2.通过第一直流电机和第二直流电机分别驱动位于生态浮床本体两侧的桨叶，通过PLC控制直流电机的转速，即可实现生态浮床本体的转向、运动等，结构简单，接合GPS的定位功能，即可准确到达待测目的地。
3.通过位于浮床本体周侧的多个避障传感器，即可有效防止浮床在运动过程中发生碰撞，从而使得生态浮床稳定工作。
4.通过上位机与本发明的多个生态浮床组成的系统及其工作方法，可以远程对多个水域的特定目标地进行监测，快速有效恢复生态平衡，从而实现水域的多点巡航自动修复。
附图说明
图1是本发明实例一的移动式自动修复智能景观生态浮床结构示意图。
图2是本发明实施例一的生态浮床电气结构示意图。
图3是本发明实施例一的自动修复智能景观生态浮床系统结构示意图。
图4是本发明实施例一的自动修复智能景观生态浮床系统的通信示意图。
图5是本本发明实施例一的自动修复智能景观生态浮床系统的工作方法流程图。
移动式自动修复智能景观生态浮床A、生态浮床本体1、曝气机11、植物种植区2、PLC 模块3、避障传感器4、动力组件5、第一直流电机51、第二直流电机52、第一调速器53、第二调速器54、水质监测仪6、浊度采集模块61、溶解氧浓度采集模块62、叶绿素A浓度采集模块63、无线模块7、GPS模块8、复合微生物絮凝剂加料阀9、上位机10。
具体实施方式
为使贵审查员及公众能进一步了解本发明的特征及其有益效果，特以实施例对本发明的具体实施方式详细描述如下：
实施例一：
如图1、2所示，一种移动式自动修复智能景观生态浮床A，包括生态浮床本体1、生态浮床本体1上方设有植物种植区2，所述生态浮床本体上设有PLC模块3，生态浮床1为矩形，所述生态浮床本体1下方设有避障传感器4、动力组件5和水质监测仪6，所述避障传感器4、动力组件5和水质监测仪6分别与PLC模块电连接。
避障传感器4为八个，分别位于生态浮床的四个顶角和四条边的中部，避障传感器4伸入水中。通过避障传感器的配合，有效防止浮床在运动过程中发生碰撞，从而使得生态浮床稳定工作。
动力组件5包括位第一直流电机51和第二直流电机52，所述第一直流电机51和第二直流电机52分别驱动位于生态浮床本体两侧的桨叶，所述PLC通过第一调速器53和第二调速器54分别调节第一直流电机51和第二直流电机52。因此，通过PLC控制直流电机的转速，即可实现生态浮床本体的转向、运动等，结构简单，接合GPS的定位功能，即可准确到达待测目的地。本实施例通过动力组件，可以有效对水域多点巡航监测，数据更加准确。通过PLC 控制加料阀的开度，可以及时对污染严重程度不同的水域进行局部处理，快速有效完成水体修复。
水质检测仪包括浊度采集模块61、溶解氧浓度采集模块62和叶绿素A浓度采集模块63，浊度模块61包括浊度传感器，其测量范围0～10000NTU，分辨率为0.01％，0.1℃。
生态浮床本体1上还设有与PLC通信的无线模块7、用于生态浮床定位的GPS模块8以及复合微生物絮凝剂加料阀9，所述PLC控制复合微生物絮凝剂加料阀的开度以调节絮凝剂的速度，复合微生物絮凝剂加料阀9为电动调节阀，阀门的输出控制信号是DC4～20mA，即通过PLC模拟量控制阀门开度，当输出信号为4mA时，阀门开度为0，当输出信号为20mA时，阀门开度为100，生态浮床本体1上还设有曝气机11，所述曝气机11位于浮床本体1中部且贯穿所述浮床本体1。
如图3、4所示，一种自动修复智能景观生态浮床系统，包括多个上述移动式自动修复智能景观生态浮床，以及与所述移动式自动修复智能景观生态浮床进行无线通信的上位机10，在本实施例中，上位机为手机，可以理解，为了提高上位机的性能，也可以采用PC等作为上位机。
上位机作为节点数据最终目的地，主要完成数据的存储、分析与显示等，根据实现功能主要分为五大块：
(1)实时显示：通过切换节点号将接收到的最新时刻水质数据在界面显示出来，同时还可利用图片标识各节点监测数据的状态，方便操作人员直观明了地查看。
(2)参数设置：设置报警阈值、数据采样周期、清洗周期以及故障报警手机号码等参数，从而实现对整个监控系统的节点管理。
(3)历史数据：节点数据由数据库进行保存管理，根据用户选择的节点号在数据库中寻找与之匹配的数据，并显示。
(4)图形化显示：上位机还具备曲线显示功能，通过按钮切换水质参数，显示相应的曲线。
(5)故障诊断报警：上位机具备阈值语音报警功能，提示监控人员及时处理。此外，考虑到用户不在监控室的情况，还具备手机短信报警功能。
一种自动修复智能景观生态浮床系统的工作方法，包括以下步骤，如图5所示：
A.上位机系统初始化，智能景观生态浮床的GPS定位模块将定位信号传输到PLC中，PLC通过数据分析和处理，将经纬度实时转换成x－y平面直角坐标；
B.上位机选择待工作的智能景观生态浮床，并向该智能景观生态浮床的无线传输模块发送数据，然后依据返回数据，判断无线通信是否正常，正常则进入步骤C，否则报警；
C.读取GPS模块的的数据和PLC存储器内的数据；
D.选择操作模式，选择手动模式则进入步骤E，选择自动模式进入步骤F；
E.通过上位机调节动力组件的第一直流电机和第二直流电机转速，从而控制生态浮床的运动方向，使其运动至待测目的地，然后进入步骤H；
F.输入待测目的地的地理坐标；
G.上位机比较当前地理坐标与目的地的坐标，上位机通过组态王软件完成上位机人机界面与后台数据库管理，运用其策略组运算进行自主航行计算，然后将控制命令通过无线模块传输至PLC，控制第一直流电机和第二直流电机转速，使生态浮床转向、移动，间隔时间t,GPS模块将新的当前地理坐标反馈给上位机，上位机通过新的地理坐标和目的地地理坐标重新生成控制命令，如此循环直至生态浮床到达待测目的地，然后进入步骤H；
H.监测该区域的浊度、溶解氧和叶绿素A浓度是否超出阈值，超出则进入步骤I；否则判断任务是否完成，完成则结束，尚未完成则返回步骤B重新选择智能景观生态浮床和目的地；所述浊度阈值为50NTU，叶绿素A阈值为5mg/L；所述步骤I中，当浊度为 50-100NTU或叶绿素为10-26mg/L时，阀门开度为20；当浊度为150-200NTU或叶绿素为 26-64mg/L时，阀门开度为40；当浊度为200-300NTU或叶绿素为64-160mg/L时，阀门开度为60；当浊度为大于300NTU或叶绿素为大于160mg/L时，阀门开度为80；当溶解氧小于小于5mg/L时，开启曝气机，当溶氧值大于8mg/L时，则停止曝气机。
I.PLC控制复合微生物絮凝剂加料阀的开度，向水中注入絮凝剂，注入时间为t2,然后关闭复合微生物絮凝剂加料阀，间隔时间t3后返回步骤H，t3为50-70分钟。
通过上位机与本发明的多个生态浮床组成的系统及其工作方法，可以远程对多个水域的特定目标地进行监测，快速有效恢复生态平衡，从而实现水域的多点巡航自动修复。由于絮凝剂的添加速度是根据当前检测值控制阀门开度，从而防止絮凝剂增加过多。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种移动式自动修复智能景观生态浮床，其特征在于：包括生态浮床本体、生态浮床本体上方设有植物种植区，所述生态浮床本体上设有PLC模块，所述生态浮床本体下方设有避障传感器、动力组件和水质监测仪，所述避障传感器、动力组件和水质监测仪分别与PLC模块电连接，所述生态浮床本体上还设有与PLC通信的无线模块、用于生态浮床定位的GPS模块以及复合微生物絮凝剂加料阀，所述PLC控制复合微生物絮凝剂加料阀的开度以调节絮凝剂的速度。
2.根据权利要求1所述的移动式自动修复智能景观生态浮床，其特征在于：生态浮床本体上还设有曝气机，所述曝气机位于浮床本体中部且贯穿所述浮床本体。
3.根据权利要求1所述的移动式自动修复智能景观生态浮床，其特征在于：生态浮床本体下方还设有生物绳。
4.根据权利要求1所述的移动式自动修复智能景观生态浮床，其特征在于：所述动力组件包括位第一直流电机和第二直流电机，所述第一直流电机和第二直流电机分别驱动位于生态浮床本体两侧的桨叶，所述PLC通过第一调速器和第二调速器分别调节第一直流电机和第二直流电机。
5.根据权利要求1所述的移动式自动修复智能景观生态浮床，其特征在于：所述生态浮床为矩形，所述避障传感器为八个，分别位于生态浮床的四个顶角和四条边的中部，所述避障传感器深入水中。
6.根据权利要求1所述的移动式自动修复智能景观生态浮床，其特征在于：所述水质检测仪包括浊度采集模块、溶解氧浓度采集模块和叶绿素A浓度采集模块。
7.一种自动修复智能景观生态浮床系统，包括多个权利要求1-6之一的移动式自动修复智能景观生态浮床，以及与所述移动式自动修复智能景观生态浮床进行无线通信的上位机。
8.根据权利要求7所述的自动修复智能景观生态浮床系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.上位机系统初始化；
B.上位机选择待工作的智能景观生态浮床，并向该智能景观生态浮床的无线传输模块发送数据，然后依据返回数据，判断无线通信是否正常，正常则进入步骤C，否则报警；
C.读取GPS模块的的数据和PLC存储器内的数据；
D.选择操作模式，选择手动模式则进入步骤E，选择自动模式进入步骤F；
E.通过上位机调节动力组件的第一直流电机和第二直流电机转速，从而控制生态浮床的运动方向，使其运动至待测目的地，然后进入步骤H；
F.输入待测目的地的地理坐标；
G.上位机比较当前地理坐标与目的地的坐标，根据算法组态策略，计算电机的转速，然后将控制命令通过无线模块传输至PLC，控制第一直流电机和第二直流电机转速，使生态浮床转向、移动，间隔时间t,GPS模块将新的当前地理坐标反馈给上位机，上位机通过新的地理坐标和目的地地理坐标重新生成控制命令，如此循环直至生态浮床到达待测目的地，然后进入步骤H；
H.监测该区域的浊度、溶解氧和叶绿素A浓度是否超出阈值，超出则进入步骤I；
否则判断任务是否完成，完成则结束，尚未完成则返回步骤B重新选择智能景观生态浮床和目的地；
I.PLC控制复合微生物絮凝剂加料阀的开度，向水中注入絮凝剂，注入时间为t2,然后关闭复合微生物絮凝剂加料阀，间隔时间t3后返回步骤H。
9.根据权利要求8所述的自动修复智能景观生态浮床系统的工作方法，其特征在于，所述步骤H中，所述浊度阈值为50NTU，叶绿素A阈值为5mg/L；所述步骤I中，当浊度为50-100NTU或叶绿素为10-26mg/L时，阀门开度为20；当浊度为150-200NTU或叶绿素为26-64mg/L时，阀门开度为40；当浊度为200-300NTU或叶绿素为64-160mg/L时，阀门开度为60；当浊度为大于300NTU或叶绿素为大于160mg/L时，阀门开度为80。
10.根据权利要求8所述的自动修复智能景观生态浮床系统的工作方法，其特征在于，所述步骤I中，t3为50-70分钟。
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