CN112791220B - 一种采用化学接触法进行微生物与病菌灭杀的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用化学接触法进行微生物与病菌灭杀的系统及方法，该系统中：控制模块分别用于控制各模块，并基于数据模型、感控协同实现精准药剂投放；添加药剂执行模块用于接收药剂缓存模块送入的药剂，并在控制模块的控制下将药剂送入消毒执行模块；药剂缓存模块用于接收药剂补充模块送入的药剂，并在控制模块的控制下将药剂送入添加药剂执行模块；药剂补充模块用于连接外部协作端，并在控制模块的控制下补充药剂；消毒执行模块用于对待消毒的目标物质进行消毒，待消毒的目标物质置于消毒执行模块的容器内，通过添加药剂执行模块送入药剂，药剂与待消毒的目标物质发生反应，对微生物、病菌进行接触杀灭。本发明能有效提高消毒杀菌的效果。

Description

一种采用化学接触法进行微生物与病菌灭杀的系统及方法

技术领域

本发明涉及化学消毒技术、自动化控制与机器学习领域，尤其涉及一种采用化学接触法进行微生物与病菌灭杀的系统及方法。

背景技术

社会生活、生产中，经常会有液态、气态流体，甚至固态废物需要进行化学接触消毒，以杀灭有害菌群、病毒，保障社会公共卫生安全。

传统上一般都是采用人工喷洒、人工投放药剂，与消毒对象进行混合或者表面覆盖，让药剂与流体、固体上存在的微生物、病毒充分接触后，进而利用药剂本省特性对微生物、病毒进行灭杀，从而达到保障卫生的目的。

但人工方式存在几个问题正在逐渐凸显：一是人工操作很难做到精准。为保证安全，一般都是过量投放药剂，易造成浪费。二是人工负担重，特别是在出现突发性公共卫生事件时，大量的人力投放容易造成资源挤占。三是实际运行中，流体流量、成分常出现波动，人工方式很难做到动态适应，易造成药剂使用不匹配。另外就是在多数的需要杀毒的场合下，本身就不宜人为参与过多。

因此，本专利给出一种能精准感知、闭环控制、自适应运行的系统及方法，实现针对具体应用场景精准、动态匹配药剂的投放，全自动运行，避免人员物理接触，高效、安全的实现微生物与病菌灭杀，保障公共卫生安全。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种采用化学接触法进行微生物与病菌灭杀的系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种采用化学接触法进行微生物与病菌灭杀的系统，该系统包括：控制模块、添加药剂执行模块、药剂缓存模块、药剂补充模块，以及消毒执行模块；其中：

控制模块，分别与添加药剂执行模块、药剂缓存模块、药剂补充模块、消毒执行模块的控制端相连，用于控制各模块，并基于数据模型、感控协同实现精准药剂投放；

添加药剂执行模块，其药剂流入端与药剂缓冲模块的药剂流出端相连，药剂流出端与消毒执行模块的药剂流入端相连；用于接收药剂缓存模块送入的药剂，并在控制模块的控制下将药剂送入消毒执行模块；

药剂缓存模块，其药剂流入端与药剂补充模块的药剂流出端相连；用于接收药剂补充模块送入的药剂，并在控制模块的控制下将药剂送入添加药剂执行模块；

药剂补充模块，用于连接外部协作端，并在控制模块的控制下补充药剂；

消毒执行模块，用于对待消毒的目标物质进行消毒，待消毒的目标物质置于消毒执行模块的容器内，通过添加药剂执行模块送入药剂，药剂与待消毒的目标物质发生反应，对微生物、病菌进行接触杀灭。

进一步地，本发明的所述药剂缓存模块中设置有传感器，传感器与控制模块相连，用于检测药剂缓存模块中的药剂剩余量，并将其通报到控制模块。

进一步地，本发明的所述消毒执行模块中设置有传感器，传感器设置于出口位置，且传感器与控制模块相连，用于实时检测消毒执行模块内的药剂浓度。

进一步地，本发明的所述控制模块包括处理器、内存、闪存、输入输出模块与网络通信子模块。

进一步地，本发明的所述添加药剂执行模块为机电部件，包括一个受控的泵，以及末梢能够在三维空间内进行移动的多自由度机械臂；泵与机械臂受控制模块指挥定量的吸取药剂，并移动机械臂到指定空间位置喷洒或者混合到特定目标物质中。

进一步地，本发明的所述消毒执行模块是药剂与待消毒的目标物质发生反应的容器；待消毒的目标物质包括液态流体、气态流体；添加药剂执行模块在控制模块指令控制下，在容器内移动机械臂的末梢；末梢配置药剂喷头；药剂喷出形态根据需求可调整，形态包括雾状、气状、液滴；药剂与待消毒的目标物质在消毒执行模块内发生反应，对物质表面或者流体内的微生物、病菌进行接触杀灭。

进一步地，本发明的所述控制模块内设置有数据模型，在理想的数据模型控制下，消毒执行模块单元内部，待消毒的流体从入口进入，从出口流出。

本发明提供一种采用化学接触法进行微生物与病菌灭杀的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、设置待消毒物质的流体流量Q，药剂添加量M，与传感器监测值N之间形成一个对应关系：Q、M之间存在线性关系，M＝kQ，理想状态下，k值与系统设定的单位流体流量对药剂的需求量相等，即N＝k＝M/Q；

步骤2、引入扩散偏差和时间变量；目标物质和药剂在容器内移动、融合反应时会随机发生大量扩散、扰动、挥发，在出口处形成相对稳态的混合成分，这个混合成分与理论值存在偏差量d；为保证对流体的杀毒的效果，药剂与目标物质在反应容器内要有一定的停留时间ΔT，用于进行杀毒反应时间；

步骤3、设置反应容器与流体速度的对应关系，假定某一特定流体单位为不可分割整体，在药剂添加位置时的时间为T1,则该流体在出口位置时间为T2，则T2-T1＝ΔT；即传感器在时间T检测到的数值，实际上应该与T-ΔT时的流体量，药剂量对应；

步骤4、经过重新匹配后，在第n+1项数据记录，即时间T_(n+1)的流量、药剂量，实际上是与第m+1项记录，即时间＝T_(n+1)+ΔT的检测值N(m+1)对应；引入真实时间维度变化与偏差变量后，药剂量与流量仍然呈现出基本一致的线性关系：M_(n+1)＝kQ_(n+1)+d；

步骤5、系统运行中以运行时间t是否小于ΔT分为两个阶段，系统在不同阶段采用不同计算方法执行加药量，即：

步骤6、在系统运行时间小于ΔT时，系统不考虑偏差补偿；在系统运行时间达到ΔT后，此时传感器检测值与当前时间t前ΔT的流量、药剂量对应；在t>＝ΔT后，系统运行相对稳态，引入时间匹配与偏差后，理论k值与实测值N之间的差形成一个基本稳态的关于偏差d的数据模型：d＝N_m–k。

进一步地，本发明的该方法中在引入扩散偏差与时间变量后，加药控制流程为：

获取待消毒物质流体流量Q，计算出待加药剂量M，控制加药机构执行添加药剂操作；获取传感器检测值N，根据模型的数据关系，重新匹配N值与Q、M之间的对应关系；更新数据模型的偏差，得到变差模型d；带入变差模型d，计算得出更新后的待添加药剂量M。

进一步地，本发明的该方法还包括控制药剂持续供应的方法：

检测药剂缓存模块中的药剂量，判断其是否充足；

若是，则添加药剂执行模块执行加药工作；若否，请求从药剂补充模块内向药剂缓存模型内补充药剂；

检测药剂补充模块的药剂是否充足；

若是，则向药剂缓存模块中补充药剂；若否，则判断要是是否足以补充一次药剂需求；

若是，则向药剂缓存模块中补充药剂；若否，则启动药剂补充工作。

进一步地，本发明的所述药剂缓存模块的容积小于所述药剂补充模块的容积。

本发明产生的有益效果是：本发明所述系统与方法能精准监测系统自身与目标流体状态；调整自身工作状态对目标流体、固体物进行药剂动态、精准投放；避免人为接触，保障人员安全；减少浪费，高效、安全的实现微生物与病菌灭杀，有效保障公共卫生安全。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的系统结构示意图；

图2是本发明实施例的控制模块结构示意图；

图3是本发明实施例的腔体内流体宏观上移动示意图；

图4是本发明实施例的腔体内流体微观上存在扰动、扩散，以及时间错位图；

图5是本发明实施例的在引入偏差与时间重配后的加药控制流程图；

图6是本发明实施例的药剂补充方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例的采用化学接触法进行微生物与病菌灭杀的系统，该系统包括：控制模块、添加药剂执行模块、药剂缓存模块、药剂补充模块，以及消毒执行模块；其中：

控制模块，分别与添加药剂执行模块、药剂缓存模块、药剂补充模块、消毒执行模块的控制端相连，用于控制各模块，并基于数据模型、感控协同实现精准药剂投放；

添加药剂执行模块，其药剂流入端与药剂缓冲模块的药剂流出端相连，药剂流出端与消毒执行模块的药剂流入端相连；用于接收药剂缓存模块送入的药剂，并在控制模块的控制下将药剂送入消毒执行模块；

药剂缓存模块，其药剂流入端与药剂补充模块的药剂流出端相连；用于接收药剂补充模块送入的药剂，并在控制模块的控制下将药剂送入添加药剂执行模块；

药剂补充模块，用于连接外部协作端，并在控制模块的控制下补充药剂；

消毒执行模块，用于对待消毒的目标物质进行消毒，待消毒的目标物质置于消毒执行模块的容器内，通过添加药剂执行模块送入药剂，药剂与待消毒的目标物质发生反应，对微生物、病菌进行接触杀灭。

如图2所示，控制模块是典型的工控系统，硬件主要由处理器、内存、闪存、输入输出(IO)与网络通信子模块构成。

添加药剂执行模块主要是机电部件。主要包括一个受控的泵，以及末梢能够在三维空间内进行移动多自由度机械臂。泵与机械臂受控制模块指挥定量的吸取药剂，并移动机械臂到指定空间位置喷洒或者混合到特定对象物质中。

消毒执行模块是药剂与待处理物质发生反应的容器。待处理物质可以是液态流体、气态流体。添加药剂执行模块在控制模块指令控制下，在容器内移动机构末梢；末梢配置药剂喷头。药剂喷出形态根据需求可调整为雾状、气状、液滴。药剂与待处理物质在执行模块内发生反应，对物质表面或者流体内的微生物、病菌进行接触杀灭。

消毒执行模块内嵌传感器，传感器一般设置于流体出口位置。控制器传感器实时检测容器内药剂浓度。

如图3所示，本系统基于数据模型、感控协同实现精准药剂投放。

控制器模块、传感器，与加药动作执行模块构成依据实时检测数据，控制模块控制执行机构自动进行调整的精准药剂添加系统。

在理想的简化模型下，消毒执行模块单元内部，待消毒的流体从入口进入，从出口流出。则，待处理流体流量Q，药剂添加量M，传感器监测值N之间形成一个对应关系。

Q、M之间存在线性关系；M＝kQ，理想状态下，k值与系统设定的单位流体流量对药剂的需求量相等。理想状态下，N＝k，也就是说理想状态下：N＝M/Q。如下表所示。

	时间(t)	流量(Q)	药剂添加量(M)	检测值(N)
					1	T1	Q1	M1	N1
2	T2	Q2	M2	N2
					3	T3	Q3	M3	N3
…	…	…	…	…
					n	Tn	Qn	Mn	Nn

实际系统运行中，系统的数据需要引入另外两个变量。

微观上，目标流体与药剂在腔体内移动、融合反应时会随机发生大量扩散、扰动，甚至还有一定的挥发，在出口处形成相对稳态的混合成分，这个混合成分与理论值会有一定的偏差量：d。

另外，为保证对流体的杀毒的效果，药剂与流体在反应腔体内要有一定的停留时间(ΔT)用于进行杀毒反应时间。

如图4所示，为了保证足够的停留时间，反应腔体容量设计与流体速度要形成一定的对应关系，另外，药剂添加位置一般位于流体入口出。因此假定某一特定流体单位为不可分割整体，在药剂添加位置时的时间为时间T1,则该流体在出口位置为T2，则T2-T1＝ΔT。也就是说，传感器在时间T检测到的数值，实际上应该与(T-ΔT)时的流体量，药剂量对应。

引入扩散偏差与时间变量后，则流量、药剂量与检测值对应关系大致如下表所示：

经过重新匹配后，在第n+1项数据记录(时间T_(n+1))的流量、药剂量，实际上是与第m+1项记录(时间＝T_(n+1)+ΔT)的检测值(N_(m+1))对应。

引入真实时间维度变化与偏差变量后，药剂量与流量仍然呈现出基本一致的线性关系：M_(n+1)＝kQ_(n+1)+d。

但此时的k值与实际检测值的对应是：N_(m+1)，此时m项的时间相对于n项的时间差是ΔT。

综上，系统运行中以运行时间t是否小于ΔT分为两个阶段，系统在不同阶段采用不同计算方法执行加药量：

在系统运行时间小于ΔT时，系统不考虑偏差补偿，此时传感器检测值实际意义不大。

在系统运行时间达到ΔT后，此时传感器检测值与当前时间t前ΔT的流量、药剂量对应。

在t>＝ΔT后，系统运行相对稳态，引入时间匹配与偏差后，理论(设定值)k值与实测值N之间的差形成一个基本稳态的关于偏差d的数据模型:d＝N_m–k。

d的数据本质上体现是系统中的扰动、耗散引起的偏差。该偏差在系统进入稳态运行后，统计上呈现为围绕中枢的随机波动。取一定时间内的d偏差，做平均加权后形成更新后的d值，重新用于补偿系统运行。如下表所示。

如图5所示，为在引入偏差与时间重配后的加药控制流程。

如图6所示，为保证系统持续稳定运行，系统通过药剂缓存模块、药剂补充单元以及一套控制管理方法，构成一个药剂持续供应机制。

药剂缓存模块是个较小的容器；药剂补充单元设计成为较大量药剂的仓储，或者是能在线生产指定药剂的装置。

药剂缓存模块缓存短时间内计划用于消毒的药剂。容器内置传感器，传感器检测容器内药剂的剩余量并通报到控制模块。当剩余量低于设定值时，控制模块发出指令，从药剂补充装置中转送药剂到药剂缓存装置中。

当药剂补充单元内能提供的后备药剂低于设定限值时，则信息反馈到控制模块，控制模块则按照既定策略处理，通知管理人员进行药剂补充，或协调外部供应补充药剂、或启动药剂在线生产。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种采用化学接触法进行微生物与病菌灭杀的系统，其特征在于，该系统包括：控制模块、添加药剂执行模块、药剂缓存模块、药剂补充模块，以及消毒执行模块；其中：

控制模块，分别与添加药剂执行模块、药剂缓存模块、药剂补充模块、消毒执行模块的控制端相连，用于控制各模块，并基于数据模型、感控协同实现精准药剂投放；

添加药剂执行模块，其药剂流入端与药剂缓冲模块的药剂流出端相连，药剂流出端与消毒执行模块的药剂流入端相连；用于接收药剂缓存模块送入的药剂，并在控制模块的控制下将药剂送入消毒执行模块；

药剂缓存模块，其药剂流入端与药剂补充模块的药剂流出端相连；用于接收药剂补充模块送入的药剂，并在控制模块的控制下将药剂送入添加药剂执行模块；

药剂补充模块，用于连接外部协作端，并在控制模块的控制下补充药剂；

消毒执行模块，用于对待消毒的目标物质进行消毒，待消毒的目标物质置于消毒执行模块的容器内，通过添加药剂执行模块送入药剂，药剂与待消毒的目标物质发生反应，对微生物、病菌进行接触杀灭；

控制模块中实现的控制方法包括：

步骤1、设置待消毒物质的流体流量Q，药剂添加量M，与传感器监测值N之间形成一个对应关系：Q、M之间存在线性关系，M＝kQ，理想状态下，k值与系统设定的单位流体流量对药剂的需求量相等，即N＝k＝M/Q；

步骤2、引入扩散偏差和时间变量；目标物质和药剂在容器内移动、融合反应时会随机发生大量扩散、扰动、挥发，在出口处形成相对稳态的混合成分，这个混合成分与理论值存在偏差量d；为保证对流体的杀毒的效果，药剂与目标物质在反应容器内要有一定的停留时间ΔT，用于进行杀毒反应时间；

步骤3、设置反应容器与流体速度的对应关系，假定某一特定流体单位为不可分割整体，在药剂添加位置时的时间为T1,则该流体在出口位置时间为T2，则T2-T1＝ΔT；即传感器在时间T检测到的数值，实际上应该与T-ΔT时的流体量，药剂量对应；

步骤4、经过重新匹配后，在第n+1项数据记录，即时间T_(n+1)的流量、药剂量，实际上是与第m+1项记录，即时间＝T_(n+1)+ΔT的检测值N(m+1)对应；引入真实时间维度变化与偏差变量后，药剂量与流量仍然呈现出基本一致的线性关系：M_(n+1)＝kQ_(n+1)+d；

步骤5、系统运行中以运行时间t是否小于ΔT分为两个阶段，系统在不同阶段采用不同计算方法执行加药量，即：

步骤6、在系统运行时间小于ΔT时，系统不考虑偏差补偿；在系统运行时间达到ΔT后，此时传感器检测值与当前时间t前ΔT的流量、药剂量对应；在t>＝ΔT后，系统运行相对稳态，引入时间匹配与偏差后，理论k值与实测值N之间的差形成一个基本稳态的关于偏差d的数据模型：d＝N_m–k；

该方法中在引入扩散偏差与时间变量后，加药控制流程为：

获取待消毒物质流体流量Q，计算出待加药剂量M，控制加药机构执行添加药剂操作；获取传感器检测值N，根据模型的数据关系，重新匹配N值与Q、M之间的对应关系；更新数据模型的偏差，得到变差模型d；带入变差模型d，计算得出更新后的待添加药剂量M。

2.根据权利要求1所述的采用化学接触法进行微生物与病菌灭杀的系统，其特征在于，所述药剂缓存模块中设置有传感器，传感器与控制模块相连，用于检测药剂缓存模块中的药剂剩余量，并将其通报到控制模块。

3.根据权利要求1所述的采用化学接触法进行微生物与病菌灭杀的系统，其特征在于，所述消毒执行模块中设置有传感器，传感器设置于出口位置，且传感器与控制模块相连，用于实时检测消毒执行模块内的药剂浓度。

4.根据权利要求1所述的采用化学接触法进行微生物与病菌灭杀的系统，其特征在于，所述控制模块包括处理器、内存、闪存、输入输出模块与网络通信子模块。

5.根据权利要求1所述的采用化学接触法进行微生物与病菌灭杀的系统，其特征在于，所述添加药剂执行模块为机电部件，包括一个受控的泵，以及末梢能够在三维空间内进行移动的多自由度机械臂；泵与机械臂受控制模块指挥定量的吸取药剂，并移动机械臂到指定空间位置喷洒或者混合到特定目标物质中。

6.根据权利要求5所述的采用化学接触法进行微生物与病菌灭杀的系统，其特征在于，所述消毒执行模块是药剂与待消毒的目标物质发生反应的容器；待消毒的目标物质包括液态流体、气态流体；添加药剂执行模块在控制模块指令控制下，在容器内移动机械臂的末梢；末梢配置药剂喷头；药剂喷出形态根据需求可调整，形态包括雾状、气状、液滴；药剂与待消毒的目标物质在消毒执行模块内发生反应，对物质表面或者流体内的微生物、病菌进行接触杀灭。

7.根据权利要求1所述的采用化学接触法进行微生物与病菌灭杀的系统，其特征在于，所述控制模块内设置有数据模型，在理想的数据模型控制下，消毒执行模块单元内部，待消毒的流体从入口进入，从出口流出。

8.根据权利要求7所述的采用化学接触法进行微生物与病菌灭杀的系统，其特征在于，该方法还包括控制药剂持续供应的方法：

检测药剂缓存模块中的药剂量，判断其是否充足；

若是，则添加药剂执行模块执行加药工作；若否，请求从药剂补充模块内向药剂缓存模型内补充药剂；

检测药剂补充模块的药剂是否充足；

若是，则向药剂缓存模块中补充药剂；若否，则判断是否足以补充一次药剂需求；

若是，则向药剂缓存模块中补充药剂；若否，则启动药剂补充工作。

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