CN110850803A - 一种智能浮床的自动投料控制电路及其水质调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能浮床的自动投料控制电路，包括PLC控制系统，分别与PLC控制系统电连接的数据采集装置以及驱动装置，以及给控制电路供电的供电电源，所述驱动设备分别包括与PLC控制系统电连接的曝气系统、动力系统、投料系统；所述数据采集装置分别包括通过AD/DA扩展模块与PLC控制系统电连接的水质检测装置、避障检测装置。本发明提供了一种智能浮床的自动投料控制电路及其水质调节方法，能够检测水质、进行水质调节。
Description
技术领域
主要涉及生态浮床领域，具体涉及一种智能浮床的自动投料控制电路及其水质调节方法。
背景技术
作为城市经脉和绿色生命线的城市河流及景观水，不仅具有水路运输、水源供给、水体循环和贮水调洪等功能，而且还能调节温湿度、改善城市小气候。健康的城市水体环境是城市可持续发展的重要保障，然而，随着经济的快速发展和城市化进程的加速，城市污水排放量迅速增长，我国许多城市正面临着河流水质污染和生态退化的问题，城市水体的水质状况已经成为公众关注的问题。
生态浮床又称生态浮岛，其通常用于修复城市河流、景观及农村的水体污染，也常用于建设城市湿地景区等。相对于物理化学的净化水质方法，生态浮床植物修复方法具有操作简单、占地少、造价低、净化能力好的特点。但传统的生态浮床只简单地种植一些植物，而植物在生长过程中却会吸收水中大量的氧气导致水体氧气不足，且植物生长中分解的大量有机物导致水体的富营养化，致使水质修复不彻底。另外传统生态浮床修复的水质表面看上去很干净，但是大量的淤泥会沉淀在水低，相关部门还得组织人力、物力按时清理底部淤泥。因此，传统生态浮床的植物修复方法因水质修复时间过长，水质修复不彻底、过分依赖人工等问题限制了其的广泛应用。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种智能浮床的自动投料控制电路及其水质调节方法，能够检测水质、进行水质调节。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种智能浮床的自动投料控制电路，包括PLC控制系统，分别与PLC控制系统电连接的数据采集装置以及驱动装置，以及给控制电路供电的供电电源，所述驱动设备包括分别与PLC控制系统电连接的曝气系统、动力系统、投料系统；所述数据采集装置包括分别通过AD/DA扩展模块与PLC控制系统电连接的水质检测装置、避障检测装置。
本发明一个较佳实施例中，PLC控制系统内还设置有AD/DA扩展模块，所述AD/DA扩展模块包括AD扩展模块和DA扩展模块；所述水质检测装置包括通过AD/DA扩展模块与PLC控制系统电连接的溶解氧分析仪、叶绿素a监测仪、浊度仪。
本发明一个较佳实施例中，PLC控制系统还连接有报警系统，所述报警系统包括与PLC控制系统电连接的浊度报警装置或/和溶解氧报警装置或/和叶绿素α报警装置。
本发明一个较佳实施例中，浊度报警装置、溶解氧报警装置、叶绿素α报警装置分别采用的是警示灯。
本发明一个较佳实施例中，供电电源包括给PLC控制系统的直流端、溶解氧分析仪、叶绿素a监测仪和AD/DA扩展模块的GB直流电源；以及给PLC控制系统的交流端、浊度仪、曝气机提供交流电的逆变器。
本发明一个较佳实施例中，动力系统包括与DA扩展模块电连接的至少一组调速器和直流电机。
本发明一个较佳实施例中，投料系统包括与DA扩展模块电连接的电动调节阀，电动调节阀设置在投料系统的投料管上。
本发明一个较佳实施例中，避障检测装置包括与PLC控制系统连接的若干个避障传感器。
本发明一个较佳实施例中，PLC控制系统还连接有人机交互界面。人机交互界面优选是触摸屏。
本发明一个较佳实施例中，智能浮床的自动投料控制电路的水质调节方法：
步骤一，将健康水质的正常数据范围录入PLC控制系统作为参考数据；
步骤二，智能浮床中间装载复合微生物絮凝剂；把采用自动投料控制电路的智能浮床投入水体中；
步骤三，通过动力系统驱动智能浮床在水体中运行，利用避障检测装置进行障碍物的监测，并通过动力系统调节行进轨迹避开障碍物；
步骤四，通过溶解氧分析仪检测水体溶解氧量，曝气系统进行水体溶解氧量调节，达到正常范围后停止工作；通过浊度仪和叶绿素a监测仪进行采集与监测，当监测到数据超出正常数据范围时，通过电动调节阀开启喷洒复合微生物絮凝剂，复合微生物絮凝剂可以溶解水中的混浊物、叶绿素a、有机碳等物质，达到正常范围后停止工作。
步骤四中还包括，溶解氧分析仪检测水体溶解氧量，水体溶解氧量不足，监测系统将溶解氧量不足数据传输给PLC模块，PLC模块接收到数据后，驱动曝气系统进行曝气，抽出水域中的水向空中喷洒，使水与空气中的氧气充分接触，直至监测系统监测到水中氧气量值达到正常范围后停止；
当水体出现水质污染或富营养化时，启动动力系统和投料系统，通过浊度仪和叶绿素a监测仪进行采集与监测，当监测到数据超出正常数据范围时，监测系统将数据传输给PLC模块，PLC模块接收到数据后，驱动电动调节阀开启喷洒复合微生物絮凝剂，复合微生物絮凝剂可以溶解水中的混浊物、叶绿素a、有机碳等物质，且在喷洒复合微生物絮凝剂的过程中，监测系统一直实时工作，直至监测水体污染或富营养值达到正常范围后停止工作。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明的有益效果：
随着监测与PLC技术的日趋成熟，基于智慧环保概念，实现水体修复剂的装载，将在线监测与自动投料系统融入生态浮床，形成一款可移动的智能浮床，以便智能地修复水体污染和克服传统生态浮床的弊端。具备在线监测与自动投料系统。
采用本发明的自动投料控制电路的智能浮床，自动投料控制电路能自动监测、显示水质数据。当水体出现污染或富营养化时，监测到水质超标，自动投料控制电路能驱动控制水体修复剂的出料阀，自动喷洒水体修复剂。当监测到水体中溶解氧量不足时，自动投料控制电路驱动开启曝气机进行曝气，提升水体中的溶解氧。
采用本发明的自动投料控制电路的智能浮床的工作效率要大大高于传统生态浮床，既能省时又能省力。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明优选实施例的自动投料控制电路结构示意图；
图2是PLC输入输出点分配表；
1-PLC控制系统，2-浊度仪，3-溶解氧分析仪，4-叶绿素a监测仪，51-浊度报警装置，52-溶解氧报警装置、53-叶绿素α报警装置，61-前左避障传感器，62-前右避障传感器，63-中左避障传感器，64-中右避障传感器，65-后左避障传感器，66-后右避障传感器，7-电动调节阀,8-触摸屏,9-曝气系统。
具体实施方式
现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1、图2所示，本实施例公开了一种智能浮床的自动投料控制电路，包括PLC控制系统1，分别与PLC控制系统1电连接的数据采集装置、驱动装置、报警系统，以及给控制电路供电的供电电源，供电电源包括给PLC控制系统1的直流端、溶解氧分析仪3、叶绿素a监测仪4和AD/DA扩展模块的GB直流电源；以及给PLC控制系统的交流端、浊度仪2、曝气系统9提供交流电源的逆变器。GB直流电源采用的是松下18650锂电池组成的24伏锂电池。交流电源采用能将直流24V与交流220V转换的逆变器，逆变器型号采用的是功率为500W的科迈尔逆变器。逆变器将直流电转化成交流电，并通过串接熔断器FU后与PLC控制系统的交流端、浊度仪2、曝气系统9电连接，进行电气保护。
PLC控制系统1采用FX3U-32M型PLC，FX3U-32M型号的PLC组合配置了AD/DA扩展模块。AD/DA扩展模块包括FX3U-4AD扩展模块和FX3U-4DA扩展模块。驱动设备分别包括与PLC控制系统1电连接的曝气系统9、动力系统、投料系统。PLC控制系统1还连接有用于人机交互的触摸屏,触摸屏HMI通过专用连接线RS232与PLC的RS422连接进行数据传输。
数据采集装置分别包括通过AD/DA扩展模块与PLC控制系统电连接的溶解氧分析仪3、叶绿素a监测仪4、浊度仪2、避障检测装置。报警系统包括与PLC控制系统电连接的分别采用的是警示灯作为警示装置的浊度报警装置51、溶解氧报警装置52、叶绿素α报警装置53。
动力系统包括与FX3U-4DA扩展模块电连接的多组调速器和直流电机，本发明优选2组调速器和直流电机，分别是调速器GV1和直流电机MD1;以及调速器GV2和直流电机MD2。图1中，FX3U-4DA扩展模块调速输出信号CH1中的DA1与调速器GV1、直流电机MD1串联；同理，FX3U-4DA扩展模块调速输出信号CH2中的DA2与调速器GV2、直流电机MD2串联；MD1和MD2电源线分别与24V直流电源相连。
曝气系统9所需电源为交流220V，报警系统所需电源为直流24V，将曝气机线圈与报警系统分开输出，曝气机线圈由Y0输出；浊度报警装置51、溶解氧报警装置52、叶绿素α报警装置53报警信号分别由Y5、Y6和Y7输出。曝气系统9采用的机型号是MS1500PQ-AC曝气机。
投料系统包括与FX3U-4DA扩展模块电连接的电动调节阀7，电动调节阀7设置在投料系统的投料管上。FX3U-4DA扩展模块阀门开关输出信号CH3中的DA3与电动调节阀7串联，电动调节阀7电源线与220V交流电源相连。电动调节阀7采用的型号是西门子座阀VVF47。
浊度仪2电源是220V的交流电，浊度仪2的电源线与220V交流电源相连，其浊度超标报警信号传入FX3U-32M型PLC的X2端口，其浊度仪2的模似量输入FX3U-4AD扩展模块的CH1端口中的AD1。浊度仪2型号选用IP65浊度仪，浊度仪2的浊度传感器选用沉入式IP68。
溶解氧分析仪3供电电源选配的是24V直流电，溶解氧分析仪3的电源线与24V直流电源相连，其浓度超标报警信号传入PLC的X3，其浓度模似量输入FX3U-4AD扩展模块的CH2端口中的AD2。溶解氧分析仪3的型号采用SUP-DM2800在线溶解氧分析仪。
叶绿素a监测仪4供电电源选配的是24V直流电，所以设计其电源线与直流电源GB的24V直流电源相连，其浓度超标报警信号传入FX3U-32M型PLC的X4端口，其浓度模似量输入FX3U-4AD扩展模块的CH3端口中的AD3。叶绿素a监测仪4的型号采用U0D7500F1叶绿素在线监测分析仪。
避障检测装置包括与PLC控制系统连接的若干个避障传感器，避障传感器的型号采用的是水下避碍传感器18mmip66。避障检测装置包括前左避障传感器61、前右避障传感器62、中左避障传感器63、中右避障传感器64、后左避障传感器65、后右避障传感器66，避障信号分别输入PLC的X5端口、X6端口、X7端口、X10端口、X11端口和X12端口。
步骤一，将健康水质的正常数据范围录入FX3U-32M型PLC作为参考数据；
步骤二，智能浮床中间装载复合微生物絮凝剂；把采用自动投料控制电路的智能浮床投入水体中；
步骤三，通过动力系统驱动智能浮床在水体中运行，利用避障检测装置进行障碍物的监测，并通过动力系统调节行进轨迹避开障碍物；
步骤四，通过溶解氧分析仪3检测水体溶解氧量，曝气系统9进行水体溶解氧量调节，达到正常范围后停止工作；通过浊度仪2和叶绿素a监测仪4进行采集与监测，当监测到数据超出正常数据范围时，通过电动调节阀开启喷洒复合微生物絮凝剂，复合微生物絮凝剂可以溶解水中的混浊物、叶绿素a、有机碳等物质，达到正常范围后停止工作。
工作原理：
优选的，将原先的单层浮床改造为双层浮床，中间装载复合微生物絮凝剂。将健康水质的正常数据范围录入FX3U-32M型PLC作为参考数据。把采用本发明的自动投料控制电路的智能浮床投入水体中。当溶解氧分析仪3探测到水体中溶解氧量不足时，监测系统将溶解氧量不足数据传输给PLC模块，PLC模块接收到数据后，驱动曝气系统9进行曝气，抽出水域中的水向空中喷洒，使水与空气中的氧气充分接触，直至监测系统监测到水中氧气量值达到正常范围后停止。
当水体出现水质污染或富营养化时，启动动力系统和投料系统，通过浊度仪2和叶绿素a监测仪4进行采集与监测，当监测到数据超出正常数据范围时，监测系统将数据传输给PLC模块，PLC模块接收到数据后，驱动电动调节阀7开启喷洒复合微生物絮凝剂。复合微生物絮凝剂可以溶解水中的浊度、叶绿素a、有机碳等物质，且在喷洒复合微生物絮凝剂的过程中，监测系统一直实时工作，直至监测水体污染或富营养值达到正常范围后停止工作。上述过程为一个工作周期，一个工作周期的长短由水质污染程度来衡量。水质污染程度越低，系统工作周期越短，反之则越长。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。
Claims (10)
1.一种智能浮床的自动投料控制电路，包括PLC控制系统，分别与PLC控制系统电连接的数据采集装置以及驱动装置，以及给控制电路供电的供电电源，其特征在于：所述驱动设备包括分别与PLC控制系统电连接的曝气系统、动力系统、投料系统；所述数据采集装置包括分别通过AD/DA扩展模块与PLC控制系统电连接的水质检测装置、避障检测装置。
2.根据权利要求1所述的智能浮床的自动投料控制电路，其特征在于：所述PLC控制系统内还设置有AD/DA扩展模块，所述AD/DA扩展模块包括AD扩展模块和DA扩展模块；所述水质检测装置包括通过AD/DA扩展模块与PLC控制系统电连接的溶解氧分析仪、叶绿素a监测仪、浊度仪。
3.根据权利要求2所述的智能浮床的自动投料控制电路，其特征在于：所述PLC控制系统还连接有报警系统，所述报警系统包括与PLC控制系统电连接的浊度报警装置或/和溶解氧报警装置或/和叶绿素α报警装置。
4.根据权利要求3所述的智能浮床的自动投料控制电路，其特征在于：浊度报警装置、溶解氧报警装置、叶绿素α报警装置分别采用的是警示灯。
5.根据权利要求4所述的智能浮床的自动投料控制电路，其特征在于：所述供电电源包括给PLC控制系统的直流端、溶解氧分析仪、叶绿素a监测仪和AD/DA扩展模块的GB直流电源；以及给PLC控制系统的交流端、浊度仪、曝气机提供交流电的逆变器。
6.根据权利要求2所述的智能浮床的自动投料控制电路，其特征在于：所述动力系统包括与DA扩展模块电连接的至少一组调速器和直流电机。
7.根据权利要求2所述的智能浮床的自动投料控制电路，其特征在于：所述投料系统包括与DA扩展模块电连接的电动调节阀，电动调节阀设置在投料系统的投料管上。
8.根据权利要求1所述的智能浮床的自动投料控制电路，其特征在于：所述避障检测装置包括与PLC控制系统连接的若干个避障传感器；所述PLC控制系统还连接有人机交互界面。
9.采用上述权利要求1~8中任一权利要求所述的智能浮床的自动投料控制电路的水质调节方法，其特征在于：
步骤一，将健康水质的正常数据范围录入PLC控制系统作为参考数据；
步骤二，智能浮床中间装载复合微生物絮凝剂；把采用自动投料控制电路的智能浮床投入水体中；
步骤三，通过动力系统驱动智能浮床在水体中运行，利用避障检测装置进行障碍物的监测，并通过动力系统调节行进轨迹避开障碍物；
步骤四，通过溶解氧分析仪检测水体溶解氧量，曝气系统进行水体溶解氧量调节，达到正常范围后停止工作；通过浊度仪和叶绿素a监测仪进行采集与监测，当监测到数据超出正常数据范围时，通过电动调节阀开启喷洒复合微生物絮凝剂，复合微生物絮凝剂可以溶解水中的混浊物、叶绿素a、有机碳等物质，达到正常范围后停止工作。
10.根据权利要求9所述的智能浮床的自动投料控制电路的水质调节方法，其特征在于：
步骤四中还包括，溶解氧分析仪检测水体溶解氧量，水体溶解氧量不足，监测系统将溶解氧量不足数据传输给PLC模块，PLC模块接收到数据后，驱动曝气系统进行曝气，抽出水域中的水向空中喷洒，使水与空气中的氧气充分接触，直至监测系统监测到水中氧气量值达到正常范围后停止；
当水体出现水质污染或富营养化时，启动动力系统和投料系统，通过浊度仪和叶绿素a监测仪进行采集与监测，当监测到数据超出正常数据范围时，监测系统将数据传输给PLC模块，PLC模块接收到数据后，驱动电动调节阀开启喷洒复合微生物絮凝剂，复合微生物絮凝剂可以溶解水中的混浊物、叶绿素a、有机碳等物质，且在喷洒复合微生物絮凝剂的过程中，监测系统一直实时工作，直至监测水体污染或富营养值达到正常范围后停止工作。
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