CN110009762B - 一种专用于污水处理厂生物反应池智能巡检系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种专用于污水处理厂生物反应池智能巡检系统，生物反应池上方设有混凝土顶板，其特征在于，所述智能巡检系统包括充电站、导轨、自动启闭盖板、智能机器人、智能综合管理平台和通讯装置，混凝土顶板的一端设有充电站，混凝土顶板设有孔洞，孔洞内覆设有自动启闭盖板，导轨的一端位于充电站内部，导轨弯折倾斜向下穿过自动启闭盖板的间隙沿顶板下方设置，智能机器人沿导轨滑行，顶板下方设有通讯装置，通讯装置与充电站连接，充电站还与智能综合管理平台连接；本发明的优点在于：可以在生物反应池顶板下巡检，观察生物反应池曝气情况，智能判断曝气强弱，减少人员劳动强度，保障人身安全，提供设备维护依据。

Description

一种专用于污水处理厂生物反应池智能巡检系统

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种专用于污水处理厂生物反应池智能巡检系统。

背景技术

污水处理厂生化处理部分是污水处理工艺流程的核心部分，生物反应池是生化处理工艺流程的核心中的核心。

污水厂运行时，生物反应池中进行着一系列极为复杂的生物化学反应，涉及多个过程和多种物料，特别是生物需氧量，是其中最为重要的一个因素，它由鼓风机将空气送至生物反应池底部，通过曝气器将空气均匀分配到污水中，以保证生物反应所需氧气量。

由于生物反应池污泥容易淤积，以及污染腐蚀严重，曝气器很容易损坏，在运行过程中的维护和保养工作量较大，寿命也短，因此曝气器的优劣是决定生物反应池运行好坏的关键。曝气器安装在生物反应池水底部，肉眼无法直接观察到曝气器，判断曝气器运行好坏就只能观察生物反应池水面气泡翻滚的情况，当水面气泡翻滚多了、少了或没了，就说明曝气器有问题。

目前，判断生物反应池曝气器运行情况采用人工巡检方式。常规污水处理厂生物反应池是敞开的，工作人员每天巡视，通过人眼观察生物反应池水面气泡翻滚情况，判断曝气器运行状况。

随着我国城市化水平和居民环境要求的提高，能够与周边环境协调、封闭性强、无二次污染的地下式污水处理厂正在逐渐成为城市污水治理工程建设的新思路。近年来此类项目越来越多，是污水处理厂发展的趋势。采用地下式污水处理厂建设方式时，生物反应池采用混凝土顶板进行加盖处理，工作人员无法看见反应池内情况，无法了解曝气状况，目前还是以目视观察法为主，需要在池板上开观察孔设置移动盖板。在巡检时，工作人员打开盖板，弯腰探头观察水面曝气状况，这就增加了工作人员的工作强度及危险性。并且生物反应池加盖后光线微弱，目视范围小，增加了工作人员观察难度。目前国内还没有更好的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种专用于污水处理厂生物反应池智能巡检系统，可以在生物反应池盖板下巡检，观察生物反应池曝气情况，智能判断曝气强弱，减少人员劳动强度，保障人身安全，提供设备维护依据。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种专用于污水处理厂生物反应池智能巡检系统，所述生物反应池的上方设有混凝土顶板，所述混凝土顶板设有一孔洞，其特征在于，所述智能巡检系统包括导轨、智能机器人、充电站、通讯装置、智能综合管理平台以及自动启闭盖板，所述自动启闭盖板遮覆于孔洞的上方，自动启闭盖板设置两块盖板通过反向平移实现开闭，所述混凝土顶板的上方设有充电站，所述充电站位于生物反应池沿长度方向的一端，所述导轨沿着生物反应池的长度方向铺设，所述导轨的一端在混凝土顶板的上方沿水平方向设置，所述导轨的一端延伸至充电站的内部，所述导轨弯折倾斜向下并穿过述自动启闭盖板的间隙设置，所述导轨的主体部分在混凝土顶板的下方沿水平方向设置，所述智能机器人沿导轨滑行，所述充电站还设有通信连接件，所述通信连接件贯穿混凝土顶板设置，所述通信连接件的下端设有通讯装置，所述通讯装置内设有泄漏电缆，所述泄漏电缆在混凝土顶板的下方与导轨平行延伸设置，所述充电站与智能综合管理平台通过光纤网络连接。

进一步地，所述智能机器人包括数据采集及控制模块、以及由数据采集及控制模块驱动的视频采集模块、照明模块、环境监测模块、定位模块、电池模块和无线通讯模块。

进一步地，所述视频采集模块包括若干视频摄像机。

进一步地，所述环境监测模块包括有毒有害气体传感器、温度传感器和湿度传感器。

进一步地，所述有毒有害气体传感器包括H₂S传感器、NH₃传感器和CH₄传感器。

进一步地，所述自动启闭盖板与智能机器人设有一对相配合的距离传感器，所述自动启闭盖板与智能机器人通过距离传感器联动开闭。

进一步地，所述通讯装置采用无线通讯，所述通讯装置与智能机器人的无线通讯模块配合，实时交换数据。

进一步地，所述智能综合管理平台包括设施层和应用层，智能综合管理平台的设施层包括操作显示设备、数据存储设备和通讯设备；智能综合管理平台的应用层包括智能识别模块、实时监控模块、巡检管理模块和数据查询统计模块。

进一步地，所述操作显示设备包括操作站计算机，实时显示智能机器人工作状态、视频、环境监测等数据，并对智能机器人运行和巡检任务进行操作控制；

所述数据存储设备包括数据服务器、视频存储装置，用于存储视频数据、智能机器人运行数据、环境监测数据；

所述通讯设备包括交换机和光纤通讯装置，通过网线或光缆与现场充电站、污水处理厂中央控制室进行通信。

进一步地，所述智能识别模块对生物反应池曝气状态视频信号进行自主识别分析判断，当生物反应池出现水面气泡翻滚出现异常时定位报警；

所述实时监控模块实时监视现场视频、系统工作状态以及现场环境参数等数据，这些数据能在平台计算机屏幕上显示，同时实现控制智能机器人前进、后退及转向，并调节视频摄像机，对设备存在的故障或者异常点位进行确认；

所述巡检管理模块管理和设定机器人巡检方式，分为全自主巡检与人工遥控巡检两种模式；

所述数据查询统计模块用于实现巡检点位数据查询、报警信息查询、巡检数据统计和缺陷异常分析的功能，此外所有报表、报告具备查询、打印、导出，对温度、湿度、气体浓度等模拟量提供历史曲线展示功能。

本发明的优点在于：（1）本发明整体结构合理，实用性强，维护工作量低，适用于污水处理厂生物反应池复杂恶劣的条件；

（2）本发明代替人工实现了污水处理厂生物反应池无人化巡检，减少了工作人员劳动强度，保障人身安全；

（3）本发明能智能识别污水处理厂生物反应池曝气状况，实现异常情况实时报警，判别曝气器设备运行情况；

（4）可以在生物反应池盖板下巡检，观察生物反应池曝气情况，智能判断曝气强弱，减少人员劳动强度，保障人身安全，提供设备维护依据。

附图说明

图1为本发明中污水处理厂生物反应池智能巡检系统整体框架示意图；

图2为本发明中智能机器人的结构示意图；

图3为本发明具体实施时智能综合管理平台的结构示意图。

附图标记：

充电站-1、导轨-2、智能机器人-3、盖板-4、无线通信装置-5、智能监控管理平台-6、混凝土顶板-7、生物反应池液面-8、曝气器-9；

视频采集模块-301、照明模块-302、环境监测模块-303、定位模块-304、电池模块-305、数据采集及控制模块-306、无线通讯模块-307；

操作显示设备-601、数据存储设备-602、通讯设备-603、智能识别模块-604、实时监控模块-605、巡检管理模块-606、数据查询统计模块-607。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开一种专用于污水处理厂生物反应池的智能巡检系统，其可以在生物反应池混凝土顶板下巡检，观察生物反应池曝气情况，智能判断曝气强弱，图1所示为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图，包括充电站1、导轨2、智能机器人3、无线通信装置5、智能综合管理平台6和自动启闭盖板4，所述生物反应池的上方设有混凝土顶板7，底部设有曝气器9，标号8为生物反应池液面的高度。

所述充电站1安装在生物反应池的混凝土顶板7上方，充电站1向智能机器人3充电，充电站1还作为智能机器人3与智能综合管理平台6两者通信的中继站，充电站1内置清洗装置，在智能机器人3回到充电站1充电时使用清洗装置进行清洗。

所述导轨2从充电站1的一侧开始敷设，导轨2的一端在混凝土顶板7的上方沿水平方向设置，导轨2向下通过自动启闭盖板4的间隙进入生物反应池内，导轨2主体部分水平固定在混凝土顶板7的下方，导轨2沿着生物反应池长度方向，也即生物反应池的水流方向敷设；导轨2采用耐腐蚀、强度高的316不锈钢或其他耐腐蚀、强度高的材料，可以应对生物反应池内产生的有毒有害气体，比如腐蚀能力强的硫化氢气体。

智能机器人3设置车轮，智能机器人3根据预先设定的巡检模式沿着导轨2自主行走，自动摄制生物反应池液面8状况。智能机器人3行走至导轨2的末端后原路返回至充电站1进行充电。智能机器人3的数据实时上传智能综合管理平台6。

如图2所示，智能机器人3内置视频采集模块301、照明模块302、环境监测模块303、定位模块304、电池模块305、数据采集及控制模块306、无线通讯模块307。

所述视频采集模块301实时采集生物反应池水面曝气状态的图像和视频，视频采集模块301包括一对视频摄像机，视频摄像机安装在智能机器人3壳体的前部及后部，摄像机优选采用低照度高清产品，可在生物反应池昏暗的环境下摄制清晰的视频或图像。

所述照明模块302用于在巡检过程中提供照明，便于观察和摄制视频，智能机器人3的壳体沿周向设置LED照明灯具，照明区域覆盖生物反应池所需监控的区域。

所述环境监测模块303包括有毒有害气体传感器、温度传感器和湿度传感器，可对生物反应池内环境参数进行实时检测，所述有毒有害气体传感器种类包括H₂S传感器、NH₃传感器和CH₄传感器，用于测量生物反应池内H₂S 、NH₃和CH₄的浓度，环境监测模块303的数据实时上传智能综合管理平台6。

所述定位模块304的定位方式优选采用定位标签，或计算智能机器人3移动距离，比如计算智能机器人3的车轮转动次数，定位信息实时上传智能综合管理平台6，当智能机器人3发现生物反应池曝气异常时，在智能机器人3向智能综合管理平台6提供的视频或图像中标明位置。

所述电池模块305采用锂电池组，电池模块305具备自主充电功能，电池电量不足时智能机器人3自动返回充电站1，与充电站1的充电设备配合完成自主充电。

所述数据采集及控制模块306，用于生物反应池的视频数据采集、环境数据采集以及智能机器人3运行状态数据采集，根据设定的巡检程序控制智能机器人3的运行。

所述无线通讯模块307用于将数据采集及控制模块306采集的数据通过无线通讯网络实时上传，并实时接受智能综合管理平台6控制指令。

所述智能机器人3的巡检过程从生物反应池的混凝土顶板7下穿至生物反应池内，混凝土顶板7预留一个孔洞，该孔洞采用自动启闭盖板4密封，自动启闭盖板4两块盖板之间设有和导轨2尺寸配合的缝隙，自动启闭盖板4平时默认闭合，自动启闭盖板4两块盖板通过反向平移实现开闭，自动启闭盖板4关闭时和导轨2形成密封结构，防止生物反应池内有毒有害气体散溢出来；此外，自动启闭盖板4与智能机器人3设有一对相配合的距离传感器，当智能机器人3执行巡检任务时，所述自动启闭盖板4与智能机器人3通过距离传感器联动开闭。

生物反应池内设置通讯装置5，通讯装置5优选采用无线泄漏电缆方式敷设在导轨2附近，智能机器人3通过通讯装置5将视频数据和运行状态信号实时传输至充电站1后，再传输给智能综合管理平台6。

智能综合管理平台6设置在污水处理厂中央控制室内，可以智能判别生物反应池曝气状态，对智能机器人3的巡检进行监控和管理，自动形成报警、报表等。

具体实施时，智能综合管理平台6包括设施层和应用层，智能综合管理平台6的设施层设置操作显示设备601、数据存储设备602和通讯设备603。

操作显示设备601包括操作站计算机，实时显示智能机器人工作状态、视频、环境监测等数据，并对智能机器人运行和巡检任务进行操作控制。

数据存储设备602包括数据服务器、视频存储装置，用于存储视频数据、智能机器人运行数据、环境监测数据。

通讯设备603包括交换机和光纤通讯装置，通过网线/光缆与现场充电站、污水处理厂中央控制室全厂控制系统进行通信。

智能综合管理平台6的应用层包括智能识别模块604、实时监控模块605、巡检管理模块606、数据查询统计模块607四个功能模块。

智能识别模块604对生物反应池曝气状态视频信号进行自主识别分析判断，当生物反应池出现水面气泡翻滚出现异常时定位报警。

实时监控模块605实时监视现场视频、系统工作状态以及现场环境参数等数据，这些数据能在平台计算机屏幕上显示，同时平台实现控制智能机器人3前进、后退及转向，并调节视频摄像机，对设备存在的故障或者异常点位进行确认。

巡检管理模块606设定机器人巡检方式，分为全自主巡检与人工遥控巡检两种模式，正常情况下机器人采用全自主巡检模式，特殊情况下亦可手动控制智能机器人3巡检。

数据查询统计模块607用于实现巡检点位数据查询、报警信息查询、巡检数据统计和缺陷异常分析的功能，此外所有报表、报告具备查询、打印、导出，对温度、湿度、气体浓度等模拟量提供历史曲线展示功能，每次巡视任务完毕后，对当次巡视的结果和过程中发现的问题，即各类报警信息，数据查询统计模块607自动生成异常缺陷报表。

具体实施时，该发明可运用在地下式污水处理厂生物反应池以及地上式污水处理厂生物反应池加盖的工程中，还可以应用在类似密闭环境需要观察水面状况的调蓄池、地下式泵站的巡检中。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种专用于污水处理厂生物反应池智能巡检系统，所述生物反应池的上方设有混凝土顶板，所述混凝土顶板设有一孔洞，其特征在于，所述智能巡检系统包括导轨、智能机器人、充电站、通讯装置、智能综合管理平台以及自动启闭盖板，所述自动启闭盖板遮覆于孔洞的上方，自动启闭盖板设置两块盖板通过反向平移实现开闭，所述混凝土顶板的上方设有充电站，所述充电站位于生物反应池沿长度方向的一端，所述导轨沿着生物反应池的长度方向铺设，所述导轨的一端在混凝土顶板的上方沿水平方向设置，所述导轨的一端延伸至充电站的内部，所述导轨弯折倾斜向下并穿过自动启闭盖板的间隙设置，所述导轨的主体部分在混凝土顶板的下方沿水平方向设置，所述智能机器人沿导轨滑行，所述充电站还设有通信连接件，所述通信连接件贯穿混凝土顶板设置，所述通信连接件的下端设有通讯装置，所述通讯装置内设有泄漏电缆，所述泄漏电缆在混凝土顶板的下方与导轨平行延伸设置，所述充电站与所述智能综合管理平台通过光纤网络连接；

所述智能机器人包括数据采集及控制模块、以及由数据采集及控制模块驱动的视频采集模块、照明模块、环境监测模块、定位模块、电池模块和无线通讯模块；

所述智能综合管理平台包括设施层和应用层，智能综合管理平台的设施层包括操作显示设备、数据存储设备和通讯设备；智能综合管理平台的应用层包括智能识别模块、实时监控模块、巡检管理模块和数据查询统计模块；所述智能识别模块对生物反应池曝气状态视频信号进行自主识别分析判断，当生物反应池出现水面气泡翻滚出现异常时定位报警；所述实时监控模块实时监视现场视频、系统工作状态以及现场环境参数等数据，这些数据能在平台计算机屏幕上显示，同时实现控制智能机器人前进、后退及转向，并调节视频摄像机，对设备存在的故障或者异常点位进行确认；所述巡检管理模块管理和设定机器人巡检方式，分为全自主巡检与人工遥控巡检两种模式；所述数据查询统计模块用于实现巡检点位数据查询、报警信息查询、巡检数据统计和缺陷异常分析的功能，此外所有报表、报告具备查询、打印、导出，对温度、湿度、气体浓度等模拟量提供历史曲线展示功能。

2.根据权利要求1所述的一种专用于污水处理厂生物反应池智能巡检系统，其特征在于，所述视频采集模块包括若干视频摄像机。

3.根据权利要求1所述的一种专用于污水处理厂生物反应池智能巡检系统，其特征在于，所述环境监测模块包括有毒有害气体传感器、温度传感器和湿度传感器。

4.根据权利要求3所述的一种专用于污水处理厂生物反应池智能巡检系统，其特征在于，所述有毒有害气体传感器包括H₂S传感器、NH₃传感器和CH₄传感器。

5.根据权利要求1所述的一种专用于污水处理厂生物反应池智能巡检系统，其特征在于，所述自动启闭盖板与智能机器人设有一对相配合的距离传感器，所述自动启闭盖板与智能机器人通过距离传感器联动开闭。

6.根据权利要求1所述的一种专用于污水处理厂生物反应池智能巡检系统，其特征在于，所述通讯装置采用无线通讯，所述通讯装置与智能机器人的无线通讯模块配合，实时交换数据。

7.根据权利要求1所述的一种专用于污水处理厂生物反应池智能巡检系统，其特征在于，所述操作显示设备包括操作站计算机，实时显示智能机器人工作状态、视频、环境监测等数据，并对智能机器人运行和巡检任务进行操作控制；

所述数据存储设备包括数据服务器、视频存储装置，用于存储视频数据、智能机器人运行数据、环境监测数据；

所述通讯设备包括交换机和光纤通讯装置，通过网线或光缆与现场充电站、污水处理厂中央控制室进行通信。

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