CN111721586A - 一种城市排水管网污水自动采集系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种城市排水管网污水自动采集系统及其控制方法，系统包括自动抽水装置、旋转注水装置、旋转臂自动驱动装置、样品收集装置、支撑整个系统的箱体和为整个系统供电的电源，样品收集装置的数量为多个，旋转注水装置分别连接自动抽水装置和样品收集装置，旋转注水装置受旋转臂自动驱动装置驱动，旋转注水装置的注水端与样品收集装置的位置相配合；样品收集装置连接有液位传感器，自动抽水装置连接有时控开关，液位传感器分别连接时控开关和旋转臂自动驱动装置；箱体连接有吊环，该吊环用于通过绳索将系统悬置于污水采集区域内。与现有技术相比，本发明具有加工简单，成本低廉，安全可靠等优点，有利于推动城市水环境质量改善。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护技术领域，尤其是涉及一种城市排水管网污水自动采集系统及其控制方法。
背景技术
随着我国社会经济的快速发展，城市污水收集率在逐步提高，但是很多城市的水环境质量却没有得到明显改善，其主要原因之一为城市排水管网中的溢流污水排放。排水管网产生溢流污水的原因有很多，主要包括：雨、污管道系统混接、错接造成的分流制雨水系统旱天污水溢流、上游管网中的地下水和转输水超出下游收集系统蓄排能力产生的旱天污水溢流以及不同排水体制原生污水随雨水排放而导致的雨天污水溢流等。明确排水系统溢流污染的具体成因，是实施溢流污染有效控制的基础和前提条件，这就需要对溢流污染特征进行全方位表征。溢流污染特征的全方位表征需要采集大量污水样本进行检测。然而，排水系统往往沿道路布设，传统的通过开井盖采集方式，需要花费大量的人力物力和财力，不但会造成城市交通拥堵，严重时会危及采样人员的人身安全。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种无需频繁启闭窨井盖、无需人员值守、不影响道路交通，具有程序控制功能的城市排水管网污水自动采集系统及其控制方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种城市排水管网污水自动采集系统，包括自动抽水装置、旋转注水装置、旋转臂自动驱动装置、样品收集装置、支撑整个系统的箱体和为整个系统供电的电源，所述样品收集装置的数量为多个，所述旋转注水装置分别连接所述自动抽水装置和所述样品收集装置，所述旋转注水装置受所述旋转臂自动驱动装置驱动，所述旋转注水装置的注水端与所述样品收集装置的位置相配合；
所述样品收集装置连接有液位传感器，所述自动抽水装置连接有时控开关，所述液位传感器分别连接所述时控开关和所述旋转臂自动驱动装置；
所述箱体连接有吊环，该吊环用于通过绳索将所述系统悬置于污水采集区域内。
进一步地，所述自动抽水装置连接有滤头。
进一步地，所述自动抽水装置包括隔膜泵和进水管，所述隔膜泵分别连接所述进水管和所述样品收集装置，所述进水管连接所述旋转注水装置，所述箱体表面设有进水孔，所述进水管穿过所述进水孔。
进一步地，所述旋转注水装置包括旋转臂，该旋转臂设有注水孔，该注水孔的位置与所述样品收集装置的位置相配合。
进一步地，所述旋转臂自动驱动装置包括依次连接的两相步进电机脉冲控制器、两相步进电机驱动器和两相步进电机，所述两相步进电机脉冲控制器还连接所述液位传感器。
进一步地，所述城市排水管网污水自动采集系统包括上下依次设置的控制区和收集区，所述控制区和所述收集区通过不锈钢搭扣相互连接，所述控制区包括控制区底座，所述自动抽水装置和所述旋转臂自动驱动装置均受所述控制区底座支撑，并位于所述控制区内，所述收集区包括收集区底座，所述旋转注水装置和所述样品收集装置均受所述收集区底座支撑，并位于所述收集区内，所述控制区底座设有穿线孔和连通孔，所述旋转臂自动驱动装置通过所述穿线孔连接所述液位传感器，所述旋转臂自动驱动装置通过所述连通孔连接所述旋转注水装置。
进一步地，所述控制区底座、控制区的上端和收集区底座侧面均设有所述吊环。
进一步地，所述样品收集装置包括样品罐基座和有机玻璃收集罐，所述有机玻璃收集罐位于所述样品罐基座内，所述液位传感器为非接触式液位传感器，所述液位传感器安装于所述样品罐基座，所述液位传感器的检测端指向所述有机玻璃收集罐。
进一步地，所述有机玻璃收集罐为带有泡沫逆止阀的有机玻璃采集器。
进一步地，所述电源为锂电池。
本发明还提供一种如上所述的一种城市排水管网污水自动采集系统的控制方法，包括以下步骤：
系统安装步骤：通过绳索连接污水自动采集系统中的吊环，将污水自动采集系统置于污水收集区域，并使污水自动采集系统保持水平状态；
启动步骤：自动抽水装置启动，抽取污水，注入样品收集装置中；
自动抽水装置控制步骤：当注入的污水水位到达设定液位时，时控开关接收液位传感器发射的电信号后立即关闭自动抽水装置，并在预设的第一时间后启动自动抽水装置；
样品收集装置切换步骤：旋转臂自动驱动装置接收到液位传感器发射的电信号，驱动旋转注水装置旋转预设的第一角度，使得旋转注水装置的注水端位于下一个样品收集装置上方；
重复采样步骤：重复执行自动抽水装置控制步骤和样品收集装置切换步骤，直至满足预设的采样任务。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明城市排水管网污水自动采集系统，可安装于排水管道检查井中，并通过旋转臂自动驱动系统、自动抽水系统、旋转注水装置以及样品收集系统，按照时间序列程序自动采集管道污水，能够为城市排水系统溢流污染的全方位表征提供丰富样本，该采集系统具有加工简单，成本低廉，安全可靠等优点，可在在各类城市排水管网系统中推广应用，有利于推动城市水环境质量改善。
(2)本发明在进水管末端安装污水过滤装置，即滤头，能避免污水中较大悬浮颗粒对隔膜泵的堵塞作用。
(3)本发明加工简单，成本低廉，可大批量生产与应用。
(4)本发明采用电池供电，适用于野外作业。
(5)本发明不需要频繁启闭窨井盖，不需要人员值守，避免了可能产生的人身安全问题和道路交通拥堵问题。
附图说明
图1为本发明城市排水管网污水自动采集系统的结构示意图；
图2为本发明样品收集装置的信号传输示意图；
图3为本发明下部样品收集区的俯视图；
图中，1、箱体，2、进水管，3、滤头，4、穿线孔，5、锂电池，6、两相步进电机脉冲控制器，7、两相步进电机驱动器，8、连通孔，9、两相步进电机，10、电机基座，11、隔膜泵，12、时控开关，13、进水孔，14、样品罐基座，15、安装孔，16、电机驱动轴，17、旋转臂，18、注水孔，19、非接触式液位传感器，20、有机玻璃采集罐，21、泡沫逆止阀，22、驱动轴安装孔，23、控制区底座，24、收集区底座，25、吊环，26、不锈钢搭扣。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种城市排水管网污水自动采集系统，该系统由箱体1、进水管2、滤头3、穿线孔4、锂电池5、两相步进电机脉冲控制器6、两相步进电机驱动器7、连通孔8、两相步进电机9、电机基座10、隔膜泵11、时控开关12、进水孔13、样品罐基座14、安装孔15、电机驱动轴16、旋转臂17、注水孔18、非接触式液位传感器19、有机玻璃采集罐20、泡沫逆止阀21、驱动轴安装孔22、控制区底座23、收集区底座24、吊环25和不锈钢搭扣26组成。
下面分别对本系统的具体结构和原理进行详细描述。
一、具体结构
箱体1由上部的采样控制区和下部的样品收集区组成，二者通过不锈钢搭扣26连接。箱体1上的吊环25用于绳索连接，以便该装置能够悬置于检查井中。
采样控制区装配有由两相步进电机脉冲控制器6、两相步进电机驱动器7和两相步进电机9组成的旋转臂自动驱动装置，以及由进水管2、隔膜泵11和时控开关12组成的自动抽水装置。旋转臂自动驱动装置和自动抽水装置均由锂电池5供电。非接触式液位传感器19发射的电信号由两相步进电机脉冲控制器6和时控开关12接收，并转为相应的控制信号。为了避免污水中较大悬浮颗粒对隔膜泵的堵塞作用，需要在进水管末端安装污水过滤装置，即滤头3。两相步进电机9由电机基座10固定在采样控制区底座23上。在采样控制区底座23中心处开设有连通孔8，在边缘处开设有穿线孔4。其中，连通孔8用于布设进水管2、连接旋转臂自动驱动装置和旋转注水装置；穿线孔4用于布设非接触式液位传感器19与两相步进电机脉冲控制器6和时控开关12之间的信号传输线。
如图2和图3所示，样品收集区装配有由电机驱动轴16、旋转臂17和注水孔18组成的旋转注水装置；由样品罐基座14、带有泡沫逆止阀21的有机玻璃收集罐20组成的样品收集装置。电机驱动轴16与旋转臂17采用刚性连接，进水管2固定在旋转臂17上，通过注水孔18将采集到的污水注入有机玻璃采集罐中.
非接触式液位传感器19的信号传输线统一布置于收集区底座24上，并沿箱体内壁经由穿线孔4与采样控制区内的两相步进电机脉冲控制器6和时控开关12进行连接；旋转臂通过驱动轴安装孔22与电机驱动轴16进行刚性连接。进水管2固定在旋转臂17，通过注水孔18将采集到的污水注入有机玻璃采集罐20中。
二、工作原理
在开展城市排水管网污水样品采集工作时，通过绳索连接所述装置箱体1上的吊环25，将其置于检查井中并始终保持水平状态。当采样装置启动时，隔膜泵11开始运转并从管道中抽取污水，随后通过进水管2和注水孔18注入有机玻璃采集罐20中。当有机玻璃采集罐20中的液位到达预设水平时，非接触式液位传感器19被触发，随即向时控开关12和两相电机脉冲控制器6发射电信号。其中，时控开关12接收到电信号后，会立即切断隔膜泵11电源，终止其运行状态，并进入下一采样时间点的倒计时状态；在时控开关倒计时期间的任一时刻，两相电机脉冲控制器6将接收的电信号转化为脉冲信号，并发送给两相步进电机驱动器7，进一步转化为两相步进电机9的角位移，使其带动旋转臂17转动一定角度至下一有机玻璃采集罐20上方的注水位置。上述程序将重复执行，直至设定的采样任务全部结束。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种城市排水管网污水自动采集系统，其特征在于，包括自动抽水装置、旋转注水装置、旋转臂自动驱动装置、样品收集装置、支撑整个系统的箱体(1)和为整个系统供电的电源，所述样品收集装置的数量为多个，所述旋转注水装置分别连接所述自动抽水装置和所述样品收集装置，所述旋转注水装置受所述旋转臂自动驱动装置驱动，所述旋转注水装置的注水端与所述样品收集装置的位置相配合；
所述样品收集装置连接有液位传感器，所述自动抽水装置连接有时控开关(12)，所述液位传感器分别连接所述时控开关(12)和所述旋转臂自动驱动装置；
所述箱体(1)连接有吊环(25)，该吊环(25)用于通过绳索将所述系统悬置于污水采集区域内。
2.根据权利要求1所述的一种城市排水管网污水自动采集系统，其特征在于，所述自动抽水装置连接有滤头(3)。
3.根据权利要求1所述的一种城市排水管网污水自动采集系统，其特征在于，所述自动抽水装置包括隔膜泵(11)和进水管(2)，所述隔膜泵(11)分别连接所述进水管(2)和所述样品收集装置，所述进水管(2)连接所述旋转注水装置，所述箱体(1)表面设有进水孔(13)，所述进水管(2)穿过所述进水孔(13)。
4.根据权利要求1所述的一种城市排水管网污水自动采集系统，其特征在于，所述旋转注水装置包括旋转臂(17)，该旋转臂(17)设有注水孔(18)，该注水孔(18)的位置与所述样品收集装置的位置相配合。
5.根据权利要求1所述的一种城市排水管网污水自动采集系统，其特征在于，所述旋转臂自动驱动装置包括依次连接的两相步进电机脉冲控制器(6)、两相步进电机驱动器(7)和两相步进电机(9)，所述两相步进电机脉冲控制器(6)还连接所述液位传感器。
6.根据权利要求1所述的一种城市排水管网污水自动采集系统，其特征在于，所述城市排水管网污水自动采集系统包括上下依次设置的控制区和收集区，所述控制区和所述收集区通过不锈钢搭扣(26)相互连接，所述控制区包括控制区底座(23)，所述自动抽水装置和所述旋转臂自动驱动装置均受所述控制区底座(23)支撑，并位于所述控制区内，所述收集区包括收集区底座(24)，所述旋转注水装置和所述样品收集装置均受所述收集区底座(24)支撑，并位于所述收集区内，所述控制区底座(23)设有穿线孔(4)和连通孔(8)，所述旋转臂自动驱动装置通过所述穿线孔(4)连接所述液位传感器，所述旋转臂自动驱动装置通过所述连通孔(8)连接所述旋转注水装置。
7.根据权利要求1所述的一种城市排水管网污水自动采集系统，其特征在于，所述控制区底座(23)、控制区的上端和收集区底座(24)侧面均设有所述吊环(25)。
8.根据权利要求1所述的一种城市排水管网污水自动采集系统，其特征在于，所述样品收集装置包括样品罐基座(14)和有机玻璃收集罐，所述有机玻璃收集罐位于所述样品罐基座(14)内，所述液位传感器为非接触式液位传感器(19)，所述液位传感器安装于所述样品罐基座(14)，所述液位传感器的检测端指向所述有机玻璃收集罐。
9.根据权利要求8所述的一种城市排水管网污水自动采集系统，其特征在于，所述有机玻璃收集罐为带有泡沫逆止阀(21)的有机玻璃采集器。
10.一种如权利要求1所述的一种城市排水管网污水自动采集系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
系统安装步骤：通过绳索连接污水自动采集系统中的吊环(25)，将污水自动采集系统置于污水收集区域，并使污水自动采集系统保持水平状态；
启动步骤：自动抽水装置启动，抽取污水，注入样品收集装置中；
自动抽水装置控制步骤：当注入的污水水位到达设定液位时，时控开关(12)接收液位传感器发射的电信号后立即关闭自动抽水装置，并在预设的第一时间后启动自动抽水装置；
样品收集装置切换步骤：旋转臂自动驱动装置接收到液位传感器发射的电信号，驱动旋转注水装置旋转预设的第一角度，使得旋转注水装置的注水端位于下一个样品收集装置上方；
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