CN113233557A - 一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统，属于二次供水水箱消毒领域。本发明的二次供水智能补加氯消毒控制系统，包括二次供水水箱、余氯实时采样检测系统、分布式循环投药系统、补加氯系统和人工智能控制器，利用分布式循环投药系统使消毒剂均匀扩散至水箱各处，使消毒剂在水箱内快速混合均匀，保证余氯实时采样检测系统检测数据准确可靠，同时，通过微型采样泵和流通槽提供稳定的水流环境，配合高精度余氯传感器准确检测水箱内的余氯值，实现了无废水免维护的实时余氯检测，为后续补加氯提供了准确的数据支持，使补加氯系统的投药量更加安全准确，提高了二次供水水箱内余氯的控制精度，有效保障了二次供水水质安全。

Description

一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统

技术领域

本发明涉及一种二次供水自来水消毒系统，更具体地说，涉及一种精确控制的二次供水人工智能补加氯消毒控制系统。

背景技术

随着城市高层住宅二次供水泵房的日益增多，二次供水水箱的水质安全，引起人们广泛关注，传统二次供水设施采用开放式水箱进行蓄水，水箱内自来水因缺少流动性，水质问题日益严重。目前水箱水质二次污染是普遍存在的一个问题，水箱自来水消毒问题一直没有得到较好的解决。为有效保障城市二次供水用户水质，根据卫生部门和实际二次供水的情况，二次供水泵房需要设置在线水质检测和水箱自动加药消毒系统。如何高效可靠的对二次供水水箱进行补加氯将成为一个新的热点，目前国内主要自来水公司大多采用国外余氯控制系统，但设备采购成本高，在技术上也受制于人。随着近年来国产高技术水质传感器的不断研发，在二次供水泵房进行水质检测及自动补氯消毒成为可能，而城市管网整体余氯的检测和控制是二次供水消毒的难点问题，如果余氯过量，则会与水中的有机物发生反应，生成致癌的三卤甲烷(THMs)等消毒副产物，危害人类健康，且饮用水口感也很差；而余氯浓度过低时，又无法对微生物起到有效杀灭作用，因此精确控制二次供水水箱余氯具有重大意义。

如中国专利号ZL201920887323.5公开的“一种用于二次供水泵房内的自动加药柜”和中国专利申请号202011312060.9公开的“一种基于STM32单片机的二次供水泵房数据采集电路”等技术方案，均是基于二次供水泵房的水质监测技术，然而二次供水水箱内余氯混合均匀性和水质采样环境对于水箱内余氯的真实情况至关重要，没有余氯混合均匀性和水质采样环境作为基础，水质余氯就难以实现准确检测，进而也就难以根据实时余氯检测数据来控制补加氯的量。

针对现有二次供水补加氯系统的改进，也有相关技术方案公开，如中国专利号ZL201910372702.5公开的“一种基于智能算法自动控制的二次供水补加氯消毒系统”，其包括有进口流量计、出口流量计、水量检测设备、余氯分析仪、补加氯设备、智能控制器和外部强制控制器；其利用智能控制器内的数据处理方法计算出补加氯设备补加氯的速度和开启关闭时间，在需要的时候才开启补加氯设备，避免了药液添加过量而带来的副产物危害，节约了设备运行成本。然而，智能控制器的数据计算主要依靠进出口流量计和余氯分析仪的数据采集，其将余氯分析仪安装于储水设备进口处，自来水在入二次供水储水设备中的停留时间和出口余氯浓度均根据统计分析数据计算得出，然而消毒液在水体中是会挥发消耗的，通过用水规律来统计计算水的停留时间和出口余氯浓度显然不够准确，需要前期大量数据支撑才能掌握该二次供水储水设备的用水变化规律，因此难以保证二次供水储水设备内余氯的实时浓度。

又如中国专利号ZL202010436107.6公开的“一种基于共用低量程余氯仪的二次供水智能补加氯方法”，其在余氯浓度低于设定值时，先将高浓度的次氯酸钠原液稀释到低量程在线余氯仪能够准确检测的范围检测其余氯浓度，再据此计算出次氯酸钠原液准确的有效氯含量，然后根据实际需要将定量的高浓度次氯酸钠原液稀释到法规允许使用的浓度范围使用。该专利申请案提供了一种次氯酸钠的投加方法，能够避免高浓度次氯酸钠溶液可能给用户带来的健康隐患，但其依然没有解决二次供水储水设备中次氯酸钠混合均匀性和余氯检测稳定性的问题，因此就难以保证二次供水水箱内水质采样和余氯检测的准确性。

基于现有二次供水补加氯消毒系统存在的上述问题，如何获得二次供水储水设备内余氯的真实情况并精确控制余氯浓度成为补加氯系统首先需要解决的技术问题。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有二次供水补加氯消毒系统存在加药后的水体混合均匀性差、水体余氯采样环境稳定性差而导致二次供水余氯检测和补加氯投加量不准确等不足，提供一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统，采用本发明的技术方案，利用分布式循环投药系统使消毒剂均匀扩散至水箱各处，使消毒剂在水箱内快速混合均匀，达到自来水有效充分消毒的目的，并能保证余氯实时采样检测系统检测数据准确可靠，同时余氯实时采样检测系统通过微型采样泵和流通槽设计实现循环采样，通过微型采样泵和流通槽提供稳定的水流环境，配合高精度余氯传感器准确检测水箱内的余氯值，实现了无废水免维护的实时余氯检测，为后续补加氯提供了准确的数据支持，提高了二次供水水箱内余氯的控制精度，有效保障了二次供水水质安全。相较于传统余氯采样检测系统，没有废水、废液产生，节约了水资源，减少了含消毒剂废水对环境的污染，也减少了余氯检测试剂的使用；并且，采用人工智能技术对二次供水水箱内余氯历史数据进行实时数据采集、存储和深度学习，对历史数据进行挖掘，分析余氯自然挥发规律，对余氯传感器的准确性、可靠性和加药后余氯进行预测，进一步确保了消毒药剂的精准投加，在保证水质安全的情况下，减少了消毒剂的用量，降低了消毒剂的使用成本，改善了饮用水的口感，对于城市管网整体余氯的控制和水厂增压站余氯减少投加后节约药剂、以及随着消毒药剂的减少而加强对城市供水管道的保护等方面具有重大意义。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统，包括二次供水水箱，还包括余氯实时采样检测系统、分布式循环投药系统、补加氯系统和人工智能控制器，其中：

所述的余氯实时采样检测系统包括采样循环泵、采样流通槽和余氯传感器，所述的采样循环泵和采样流通槽依次通过管道与二次供水水箱连接形成循环采样回路，且采样循环泵设于采样流通槽的进水端，用于形成稳定恒压水流环境；所述的余氯传感器的检测极板密封设于采样流通槽内，且余氯传感器与人工智能控制器通信连接，用于检测二次供水水箱内自来水的余氯值，并将检测得到的余氯数据反馈给人工智能控制器；

所述的分布式循环投药系统包括投药循环泵和混流器，所述的投药循环泵和混流器依次通过管道与二次供水水箱连接形成循环投药回路，所述的二次供水水箱的上部设有管壁上分布有若干喷水嘴的喷淋管，所述的二次供水水箱的底部设有管壁上分布有若干吸水孔的吸水管，所述的吸水管与投药循环泵的进水口相连接，所述的喷淋管与混流器的回水口相连接，所述的混流器的加药口与补加氯系统相连接；

所述的补加氯系统包括消毒剂药罐和计量泵，所述的消毒剂药罐通过计量泵与混流器的加药口连接，所述的计量泵与人工智能控制器通信连接，由人工智能控制器控制计量泵启停；

工作时，所述的采样循环泵将二次供水水箱内的自来水以恒定压力泵送至采样流通槽内形成循环流体，所述的余氯传感器实时检测经过的循环流体的余氯值，并将检测得到的余氯数据反馈给人工智能控制器；所述的人工智能控制器根据自来水内的余氯数据判断是否需要补偿二次供水水箱内自来水损失掉的余氯，在实时余氯值低于设定余氯值范围时，人工智能控制器控制计量泵向混流器内投加消毒剂，同时投药循环泵将二次供水水箱内的自来水与消毒剂在混流器内混合均匀，并通过二次供水水箱管上部的喷淋管将加入消毒剂的水均匀喷淋至二次供水水箱各处，使消毒剂在二次供水水箱内快速混合均匀；余氯传感器实时检测二次供水水箱内的自来水余氯值，在实时余氯值达到设定余氯值范围时，人工智能控制器控制计量泵停止投加消毒剂。

更进一步地，所述的二次供水水箱内还设有用于使水体循环流动的推流装置，所述的推流装置由水箱水循环控制系统控制。

更进一步地，所述的二次供水水箱内还设有与人工智能控制器通信连接的水箱水位仪，所述的二次供水水箱的进水端设有进水控制阀，所述的进水控制阀为电控阀，且进水控制阀与人工智能控制器通信连接，所述的人工智能控制器根据水箱水位仪检测的实时水箱水位数据控制进水控制阀开启或关闭，使二次供水水箱水位控制在设定的高水位和低水位之间。

更进一步地，所述的余氯实时采样检测系统还包括转子流量仪和采样检测仪，所述的转子流量仪设于余氯实时采样检测系统的循环采样回路上，用于调节循环采样回路的水流量，所述的采样检测仪设于采样流通槽的回流管路上，且采样检测仪与人工智能控制器通信连接，用于检测循环采样回路是否存在异常。

更进一步地，所述的采样循环泵采用直流无刷采样泵，所述的余氯传感器采用低量程余氯传感器，所述的采样流通槽采用亚克力板加工而成，在采样流通槽的顶部还设有排气阀。

更进一步地，所述的补加氯系统还包括药罐液位仪和在线电子秤，所述的药罐液位仪与人工智能控制器通信连接，用于检测消毒剂药罐内消毒剂的液位高度，并在液位低时报警或停止计量泵；所述的在线电子秤与人工智能控制器通信连接，用于实时称量每次加药的重量，并与计量泵计数值进行对比，验证加药过程的正确性和系统可靠性。

更进一步地，所述的人工智能控制器包括数据采集模块、数据存储模块、数据处理模块和控制执行模块，所述的数据采集模块与各个检测仪器电性连接，用于采集各种数据信息，所述的数据存储模块用于存储数据采集模块采集到的数据信息，并发送给数据处理模块对数据进行处理，所述的控制执行模块与各个动作执行机构电性连接，用于向各个动作执行机构发出控制指令；所述的人工智能控制器根据历史补加氯数据动态跟踪分析，控制计量泵适量地投加消毒剂，控制二次供水水箱内余氯范围为0.25～0.30mg/L。

更进一步地，所述的人工智能控制器还包括现场数据分析监控系统，所述的人工智能控制器的数据处理模块与现场数据分析监控系统双向通信连接，现场数据分析监控系统使用人工智能技术对二次供水水箱内余氯历史数据进行实时数据采集、存储和深度学习，对历史数据进行挖掘，分析余氯自然挥发规律，对余氯传感器的准确性、可靠性和加药后余氯进行预测，再与实际检测到的余氯数据对比，以实时评估余氯传感器是否存在异常，验证加药后余氯上升率的正确性。

更进一步地，还包括远程数据监控系统，所述的远程数据监控系统与现场数据分析监控系统双向通信连接，将实时数据传送到远程监控平台，实现消毒系统的远程数据统计与分析。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统，其包括二次供水水箱、余氯实时采样检测系统、分布式循环投药系统、补加氯系统和人工智能控制器，利用分布式循环投药系统使消毒剂均匀扩散至水箱各处，使消毒剂在水箱内快速混合均匀，达到自来水有效充分消毒的目的，并能保证余氯实时采样检测系统检测数据准确可靠，同时余氯实时采样检测系统采用流通槽设计实现循环采样，通过微型采样泵和流通槽提供稳定的水流环境，配合高精度余氯传感器准确检测水箱内的余氯值，实现了无废水免维护的实时余氯检测，为后续补加氯提供了准确的数据支持，使补加氯系统的投药量更加安全准确，提高了二次供水水箱内余氯的控制精度，有效保障了二次供水水质安全；并且，相较于传统余氯采样检测系统，没有废水、废液产生，节约了水资源，减少了含消毒剂废水对环境的污染，也减少了余氯检测试剂的使用；消毒剂投加控制更加准确，在保证水质安全的情况下，减少了消毒剂的用量，降低了消毒剂的使用成本，减少了消毒副产物的影响，改善了饮用水的口感；在技术上，摆脱了对国外设备和技术的依赖，解决了技术“卡脖子”的问题，大幅降低了国外设备的采购成本；在经济上，节约了水资源，减少了消毒剂的用量，更加节能环保；

(2)本发明的一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统，其二次供水水箱内还设有用于使水体循环流动的推流装置，使水箱内存储水定向流动，使通常相对静置的水箱自来水变成流动的活水，有效避免形成死水区，利于加药后均匀扩散，提高水体消毒效果，缩短水龄，同时也进一步保障了余氯检测的准确性；

(3)本发明的一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统，其分布式循环投药系统包括投药循环泵和混流器，投药循环泵和混流器依次通过管道与二次供水水箱连接形成循环投药回路，二次供水水箱的上部设有管壁上分布有若干喷水嘴的喷淋管，二次供水水箱的底部设有管壁上分布有若干吸水孔的吸水管，吸水管与投药循环泵的进水口相连接，喷淋管与混流器的回水口相连接，混流器的加药口与补加氯系统相连接，利用管道混流器混合消毒剂，保证了消毒剂混合均匀；利用水箱上部的喷淋管将加入消毒剂的水快速均匀喷淋到水箱各处，使水箱各处均匀消毒，增强了水箱内水体的消毒效果，也利于二次供水水质数据检测和加药消毒控制；另外，利用喷淋管和吸水管设计，使得投药循环泵能够方便地从水箱底部吸水，并稳定增压后从喷水嘴喷出，在水箱内形成多个微循环，保证水箱内的水体充分流动，减少水箱消毒死角，使得加药消毒更加均匀；

(4)本发明的一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统，其二次供水水箱内还设有与人工智能控制器通信连接的水箱水位仪，二次供水水箱的进水端设有进水控制阀，进水控制阀为电控阀，且进水控制阀与人工智能控制器通信连接，人工智能控制器根据水箱水位仪检测的实时水箱水位数据控制进水控制阀开启或关闭，使二次供水水箱水位控制在设定的高水位和低水位之间，通过上述的进水控制阀就可以方便地控制水箱水位，利于计算水箱内存储水的容积，也利于估算余氯提升需要加的次氯酸钠数量；通过水箱水位的调节，可以提高水箱的换水比，有利于减少消毒剂的投加量；

(5)本发明的一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统，其余氯实时采样检测系统还包括转子流量仪和采样检测仪，转子流量仪设于余氯实时采样检测系统的循环采样回路上，用于调节循环采样回路的水流量，调节采样压力，使余氯传感器实时检测数据准确可靠稳定；采样检测仪设于采样流通槽的回流管路上，且采样检测仪与人工智能控制器通信连接，采样检测仪可采用压力传感器，通过采样检测仪检测回流管路上的压力波动即可判断循环采样回路是否存在异常，便于及时对采样循环泵等设备进行维护和维修；

(6)本发明的一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统，其采样循环泵采用直流无刷采样泵，进一步保证了采样水维持在恒定压力，提高余氯传感器检测数据准确性；余氯传感器采用低量程余氯传感器，使用稳定纯净的直流电源，并采用专用的传感器采样接口，使余氯传感器测量更准确，分辨率达到0.001mg/L，输出稳定可靠，利于精准补偿水箱内自来水损失掉的余氯；采样流通槽采用亚克力板加工而成，在采样流通槽的顶部还设有排气阀，采样流通槽加工制作简单，体积小，密封性好，同时利于排气阀能够快速排掉流通槽内的气体，降低对余氯传感器的干扰，进一步提高余氯传感器的检测准确性；

(7)本发明的一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统，其补加氯系统还包括药罐液位仪和在线电子秤，药罐液位仪与人工智能控制器通信连接，用于检测消毒剂药罐内消毒剂的液位高度，并在液位低时报警或停止计量泵，便于维护人员及时加注消毒剂；在线电子秤与人工智能控制器通信连接，用于实时称量每次加药的重量，并与计量泵计数值进行对比，验证加药过程的正确性和系统可靠性，实现了次氯酸钠药品的安全管理；

(8)本发明的一种精确控制的二次供水人工智能补加氯消毒控制系统，其人工智能控制器包括数据采集模块、数据存储模块、数据处理模块和控制执行模块，人工智能控制器根据历史补加氯数据动态跟踪分析，控制计量泵适量地投加消毒剂，确保消毒剂安全投加；另外，人工智能控制器的数据处理模块与现场数据分析监控系统双向通信连接，现场数据分析监控系统使用人工智能技术对二次供水水箱内余氯历史数据进行实时数据采集、存储和深度学习，对历史数据进行挖掘，分析余氯自然挥发规律，对余氯传感器的准确性、可靠性和加药后余氯进行预测，再与实际检测到的余氯数据对比，以实时评估余氯传感器是否存在异常，验证加药后余氯上升率的正确性，确保消毒药剂的精准投加，并且在预测余氯值与实际余氯值存在较大数据偏差时，可判断为传感器数据异常，需要清理维护，实现了传感器数据的有效性、准确性实时评估，有效保障二次供水水箱水质安全。

附图说明

图1为本发明的一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统的原理示意图；

图2为本发明中人工智能控制器的控制原理方框图；

图3为本发明中分布式循环投药系统的结构示意图；

图4为本发明的一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统的水箱余氯衰减数据与预测数据图；

图5为本发明的一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统的应用实例曲线变化图。

示意图中的标号说明：

1、二次供水水箱；11、喷淋管；11-1、喷水嘴；12、吸水管；12-1、吸水孔；13、水箱水位仪；14、进水控制阀；15、进水流量仪；16、出水流量仪；2、余氯实时采样检测系统；21、采样循环泵；22、采样流通槽；23、余氯传感器；24、转子流量仪；25、采样检测仪；3、分布式循环投药系统；31、投药循环泵；32、混流器；32-1、加药口；4、补加氯系统；41、消毒剂药罐；42、计量泵；43、药罐液位仪；44、在线电子秤；5、人工智能控制器；51、数据采集模块；52、数据存储模块；53、数据处理模块；54、控制执行模块；55、现场数据分析监控系统；6、水箱水循环控制系统；7、远程数据监控系统。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

[实施例]

结合图1所示，本实施例的一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统，包括二次供水水箱1、余氯实时采样检测系统2、分布式循环投药系统3、补加氯系统4和人工智能控制器5，余氯实时采样检测系统2用于对二次供水水箱1内的自来水进行余氯检测，分布式循环投药系统3用于向二次供水水箱1内均匀投加消毒剂，本实施例中采用的消毒剂为次氯酸钠，补加氯系统4用于向分布式循环投药系统3提供定量的消毒剂，人工智能控制器5用于根据余氯实时采样检测系统2检测得到的余氯数据来控制分布式循环投药系统3和补加氯系统4工作，使二次供水水箱1内的自来水余氯维持在设定范围内。其中：

余氯实时采样检测系统2包括采样循环泵21、采样流通槽22和余氯传感器23，采样循环泵21和采样流通槽22依次通过管道与二次供水水箱1连接形成循环采样回路，且采样循环泵21设于采样流通槽22的进水端，用于在采样流通槽22内形成稳定恒压水流环境；余氯传感器23的检测极板密封设于采样流通槽22内，且余氯传感器23与人工智能控制器5通信连接，用于检测二次供水水箱1内自来水的余氯值，并将检测得到的余氯数据反馈给人工智能控制器5。余氯实时采样检测系统2还包括转子流量仪24和采样检测仪25，转子流量仪24设于余氯实时采样检测系统2的循环采样回路上，用于手动调节循环采样回路的水流量和压力，使余氯传感器23实时检测数据准确可靠稳定；采样检测仪25设于采样流通槽22的回流管路上，且采样检测仪25与人工智能控制器5通信连接，用于检测循环采样回路是否存在异常。该采样检测仪25可采用压力传感器，通过采样检测仪25检测回流管路上的压力波动即可判断循环采样回路是否存在异常，便于及时对采样循环泵21等设备进行维护和维修。在本实施例中，上述的采样循环泵21优选采用直流无刷采样泵，该直流无刷采样泵具有高可靠性，进一步保证了采样水维持在恒定压力，提高余氯传感器23检测数据准确性；余氯传感器23优选采用低量程余氯传感器，具体采用被检测溶液的余氯浓度低于2mg/L的余氯传感器，增大铂金极板的面积，使用稳定纯净的直流电源，并采用专用的传感器采样接口，使余氯传感器测量更准确，分辨率达到0.001mg/L，数据输出稳定可靠，利于精准补偿水箱内自来水损失掉的余氯。采样流通槽22优选采用亚克力板加工而成，具体可采用亚克力薄板拼装而成，内部用隔板隔成上下交错的折返流道，也可采用亚克力厚板打孔连通形成流通槽，加工制作简单，体积小，密封性好。余氯传感器23密封安装于采样流通槽22靠近出水的一侧，能够在恒定的压力下准确测定余氯数据；由于流通槽内的气体会对余氯传感器23的检测产生干扰，因此在采样流通槽22的顶部还设有排气阀，可定期通过排气阀将采样流通槽22内的气体排出，降低对余氯传感器的干扰，进一步提高余氯传感器23的检测准确性。在采样流通槽22的底部还可以设置排污阀，便于将采样流通槽22内的污水排出。

结合图3所示，分布式循环投药系统3包括投药循环泵31和混流器32，投药循环泵31和混流器32依次通过管道与二次供水水箱1连接形成循环投药回路，二次供水水箱1的上部设有管壁上分布有若干喷水嘴11-1的喷淋管11，二次供水水箱1的底部设有管壁上分布有若干吸水孔12-1的吸水管12，吸水管12与投药循环泵31的进水口相连接，喷淋管11与混流器32的回水口相连接，混流器32的加药口32-1与补加氯系统4相连接。投药循环泵31可与人工智能控制器5通信连接，由人工智能控制器5控制投药循环泵31的开启与关闭。利用管道混流器32混合消毒剂，保证了消毒剂混合均匀；利用水箱上部的喷淋管11将加入消毒剂的水快速均匀喷淋到水箱各处，使水箱各处均匀消毒，增强了水箱内水体的消毒效果，也利于二次供水水质数据检测和加药消毒控制；另外，利用喷淋管11和吸水管12设计，使得投药循环泵31能够方便地从水箱底部吸水，并稳定增压后从喷水嘴喷出，在水箱内形成多个微循环，保证水箱内的水体充分流动，减少水箱消毒死角，使得加药消毒更加均匀。具体地，喷淋管11和吸水管12在二次供水水箱1内均可上下分布有多组，使得喷淋管11和吸水管12能够延伸至水箱的各处，喷淋管11上的喷水嘴11-1垂直往下设置，吸水管12上的吸水孔12-1可采用水平设置，进一步提高了水箱内水体流动的均匀性，保证了水体充分流动混合。

补加氯系统4包括消毒剂药罐41和计量泵42，消毒剂药罐41通过计量泵42与混流器32的加药口32-1连接，计量泵42与人工智能控制器5通信连接，由人工智能控制器5控制计量泵42启停；消毒剂药罐41内储存有次氯酸钠溶液，能够由计量泵42输送给混流器32。补加氯系统4还包括药罐液位仪43和在线电子秤44，药罐液位仪43与人工智能控制器5通信连接，用于检测消毒剂药罐41内消毒剂的液位高度，并在液位低时报警或停止计量泵42，便于维护人员及时加注消毒剂；在线电子秤44与人工智能控制器5通信连接，用于实时称量每次加药的重量，并与计量泵42计数值进行对比，验证加药过程的正确性和系统可靠性，实现了次氯酸钠药品的安全管理。具体地，使用电磁计量泵42自动加药，补偿水箱内自来水挥发掉的余氯，加药频率自动控制，精准投加控制水箱余氯范围在0.25～0.30mg/L；药罐液位仪43采用光电开关，即在消毒剂药罐41设定四个光电开关对应于液位的高、中、低、超低液位，当低液位的光电开关动作时报警提醒运行维护人员及时加注消毒剂，当超低液位光电开关动作时停止计量泵42的工作并报警。在线电子秤44设置在消毒剂药罐41的底部，能够实时称量消毒剂药罐41的重量，实时记录每次加药的称重计值，并将称重计值反馈给人工智能控制器5，人工智能控制器5将在线电子秤44统计的药品消耗与计量泵42计量的药品消耗进行对比，监督加药药品的异常消耗，进而能够实现次氯酸钠药品的安全管理。

具体工作时，采样循环泵21将二次供水水箱1内的自来水以恒定压力泵送至采样流通槽22内形成循环流体，余氯传感器23实时检测经过的循环流体的余氯值，并将检测得到的余氯数据反馈给人工智能控制器5；人工智能控制器5根据自来水内的余氯数据判断是否需要补偿二次供水水箱1内自来水损失掉的余氯，在实时余氯值低于设定余氯值范围时，人工智能控制器5控制计量泵42向混流器32内投加消毒剂，同时投药循环泵31将二次供水水箱1内的自来水与消毒剂在混流器32内混合均匀，并通过二次供水水箱管1上部的喷淋管11将加入消毒剂的水均匀喷淋至二次供水水箱1各处，使消毒剂在二次供水水箱1内快速混合均匀；余氯传感器23实时检测二次供水水箱1内的自来水余氯值，在实时余氯值达到设定余氯值范围时，人工智能控制器5控制计量泵42停止投加消毒剂。利用分布式循环投药系统3使消毒剂均匀喷淋至水箱各处，使消毒剂在水箱内快速混合均匀，保证余氯实时采样检测系统2检测数据准确可靠，同时余氯实时采样检测系统2采用流通槽设计实现循环采样，通过微型采样泵和流通槽提供采样水的恒定压力和稳定环境，配合高精度余氯传感器准确检测水箱内的余氯值，实现了无废水免维护的实时余氯检测，相对于传统余氯检测方法，不浪费水资源，不污染环境，为后续补加氯提供了准确的数据支持，使补加氯系统的投药量更加安全准确，提高了二次供水水箱内余氯的控制精度，保障了二次供水的水质安全。在技术上，摆脱了对国外设备和技术的依赖，解决了技术“卡脖子”的问题，大幅降低了国外设备的采购成本；在经济上，节约了水资源，减少了消毒剂和余氯检测试剂的用量，更加节能环保。

本实施例的一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统，其二次供水水箱1内还设有用于使水体循环流动的推流装置，推流装置由水箱水循环控制系统6控制。利用推流装置使水箱内存储水定向流动，使通常相对静置的水箱自来水变成流动的活水，有效避免形成死水区，利于加药后均匀扩散，提高水体消毒效果，缩短水龄，同时也进一步保障了余氯检测的准确性。上述具有推流装置的二次供水水箱可采用中国专利申请号201910892465.5公开的名称为“一种易于消毒保障水质的二次供水水箱及其控制方法”的方案，将二次供水水箱1两端设计为半圆弧形或弧形结构，通过对水箱环型结构的优化设计，更符合小区二次供水对存储水箱的需求，符合现代流体力学概念，在水箱里增加了中间隔板这一独特而非常有效的使水箱存储水定向流动，无死角，易于流动。水箱水循环控制系统6与人工智能控制器5通信连接，人工智能控制器5通过水箱水循环控制系统6控制推流装置工作，使通常相对静置的水箱自来水变成流动的活水，有效避免形成死水区，有宜于二次供水水箱内的卫生环境良好。至于具有推流装置的二次供水水箱的其他结构特点可参见上述专利申请，在此不再赘述。

接图1所示，在本实施例中，二次供水水箱1内还设有与人工智能控制器5通信连接的水箱水位仪13，二次供水水箱1的进水端设有进水控制阀14，进水控制阀14为电控阀，具体可为电磁阀或微型电动阀，且进水控制阀14与人工智能控制器5通信连接，人工智能控制器5根据水箱水位仪13检测的实时水箱水位数据控制进水控制阀14开启或关闭，使二次供水水箱1水位控制在设定的高水位和低水位之间。通过上述的进水控制阀14就可以方便地控制水箱水位，利于计算水箱内存储水的容积，也利于估算余氯提升需要加的次氯酸钠数量；通过水箱水位的调节，可以提高水箱的换水比，有利于减少消毒剂的投加量。另外，在二次供水水箱1的进水端还设有进水流量仪15，在二次供水水箱1的出水端还设有出水流量仪16，进水流量仪15和出水流量仪16均与人工智能控制器5通信连接，用于检测二次供水水箱1的进出水流量。

本实施例的人工智能控制器5为专用水质智能控制器，用于进行自来水余氯传感器信号的处理，确保数据可靠。如图2所示，该人工智能控制器5包括数据采集模块51、数据存储模块52、数据处理模块53和控制执行模块54，数据采集模块51与各个检测仪器电性连接，用于采集各种数据信息，具体地，余氯传感器23、水箱水位仪13、采样检测仪25、进水流量仪15、出水流量仪16和药罐液位仪43分别与数据采集模块51连接，数据采集模块51与数据存储模块52电连接，数据存储模块52用于存储数据采集模块51采集到的数据信息，并发送给数据处理模块53对数据进行处理，数据处理模块53与控制执行模块54电连接，控制执行模块54与各个动作执行机构电性连接，用于向各个动作执行机构发出控制指令，如控制计量泵42、进水控制阀14、通过采样控制器控制采样循环泵21和通过水体循环控制器(水箱水循环控制系统6)控制水箱的推流装置等。上述的数据处理模块53优选采用PLC控制器，控制执行模块54可采用中间继电器等电子器件控制相应的开关电路动作，实现对各个动作执行机构的控制。人工智能控制器5能够根据历史补加氯数据动态跟踪分析，控制计量泵42适量地投加消毒剂，控制二次供水水箱1内余氯范围为0.25～0.30mg/L，确保消毒剂安全投加。另外，在本实施例中，人工智能控制器5还包括现场数据分析监控系统55，人工智能控制器5的数据处理模块53与现场数据分析监控系统55双向通信连接，现场数据分析监控系统55使用人工智能技术(AI)对二次供水水箱1内余氯历史数据进行实时数据采集、存储和深度学习，对历史数据进行挖掘，分析余氯自然挥发规律，对余氯传感器23的准确性、可靠性和加药后余氯进行预测，再与实际检测到的余氯数据对比，以实时评估余氯传感器23是否存在异常，验证加药后余氯上升率的正确性，确保消毒药剂的精准投加，并且在预测余氯值与实际余氯值存在一定数据偏差时，可判断为传感器数据异常，需要清理维护，实现了余氯传感器数据的有效性、准确性实时评估，有效保障二次供水水箱水质安全。本实施例中还包括远程数据监控系统7，远程数据监控系统7与上述的现场数据分析监控系统55双向通信连接，将实时数据传送到远程监控平台，实现消毒系统的远程数据统计与分析。

在本实施例中，上述的人工智能控制器5、余氯仪表、采样流通槽22及余氯传感器23、各个流量仪、计量泵42和消毒剂药罐41均可集成在二次供水泵房控制柜内。人工智能控制器5的现场数据分析监控系统55由树莓派单片微机做硬件，通过RS485与数据处理模块53(PLC)通信，树莓派单片微机使用Python语言编程，使用numpy、pandas和matplotlib库制作2D数据图表，使用Mysql做数据库存储历史数据，使用scikit-learn机器学习算法对数据分析和数据挖掘，实时评价传感器是否正常，加药过程的余氯数据是否正常，并且使用触摸屏展示实时数据的动态效果。

现场数据分析监控系统55根据余氯历史数据自动生成余氯变化曲线方程，如图4所示的“水箱余氯衰减数据与预测数据图”，通过对单位时间(如5min)检测得到的实时余氯值进行拟合，生成拟合余氯值曲线，由现场数据分析监控系统55自动生成拟合曲线方程，图4的具体拟合曲线方程如下：

余氯(HCLO)＝411.8513-3.02435·T+2.16368·(e-02)·T²-5.6284·(e-05)·T³

其中，T为时间序列；

由上述拟合曲线方程，能够预测下一单位时间序列对应的余氯数值，将预测的余氯数值与余氯传感器23检测得到的余氯值进行对比，判断出加药过程的余氯数据是否正常，提高余氯检测和控制精度。

同时，由上述方程的系数能够确定余氯的衰减率，由衰减率可以评估余氯传感器23的好坏。以下为图4拟合曲线方程在两组时间序列的余氯衰减数据统计：

[数据1]

误差平方和：714.00

残差平方和：6.5370

均方误差：6.5370

平均绝对误差：2.0757

决定系数(R²):0.9507；

[数据2]

误差平方和：639.00

残差平方和：5.9069

均方误差：5.9069

平均绝对误差：1.9698

决定系数(R²):0.9555。

由上述图4拟合曲线方程在两组余氯衰减数据统计可知，决定系数(R²)介于0.95～1之间，越接近1，回归拟合效果越好，一般认为超过0.8的模型拟合优度比较高。在本实施例中，设定余氯衰减数据统计的R²高于0.90就认为余氯传感器23准确，加药过程余氯数据统计的R²高于0.82就认为加药数据反馈准确。在实际的应用中可根据上述R²的值，自动判断出余氯传感器23是否出现异常。

图5为本实施例的一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统在实际应用中的在线余氯数据曲线图，反应了水箱内水位、加药量和余氯数值的变化，能够控制水箱水余氯在0.25～0.30mg/L有规律的波动，控制精度为90％，有效防止了余氯过量而产生三卤甲烷(THMs)等有害消毒副产物，同时又避免了余氯浓度过低而无法对致病微生物起到有效的杀灭作用的问题。在实际的应用中，实现了高效的实时余氯数据采集和次氯酸钠消毒剂的精准智能投加，控制系统根据检测到的余氯值与设定余氯值对比，自动调节计量泵的频率。自来水在水下推流器的作用下在水箱内循环流动，使通常相对静置的自来水变成活水，有效避免形成死水区，而且由于水的循环流动，提高了二次供水水箱内的卫生环境，易于配合水箱检测消毒系统工作，实现了有效的余氯控制，通过对水箱水位的控制，每天定量及时更新存量水，既缩短了水箱储存水的水龄，高效使用了进水余氯，也降低了消毒剂的投加，降低了运行成本，更有效的保障了二次供水水质，实现了保障二次供水水箱水质的安全、稳定、可靠，保证了城镇居民二次供水用水的安全，有效的提升了水质管控水平，对于城市管网整体余氯的控制和水厂增压站余氯减少投加后节约药剂、以及随着消毒药剂的减少而加强对城市供水管道保护等方面具有重大意义。

本发明的一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统，实现了无废水免维护的实时余氯检测，为后续补加氯提供了准确的数据支持，利用分布式循环投药系统使消毒剂在水箱内快速混合均匀，达到自来水有效充分消毒的目的，也保证了余氯检测的准确性，提高了二次供水水箱内余氯的控制精度，保障了二次供水水质安全，改善了自来水的口感。并且，采用人工智能技术对二次供水水箱内余氯历史数据进行实时数据采集、存储和深度学习，对历史数据进行挖掘，分析余氯自然挥发规律，对余氯传感器的准确性、可靠性和加药后余氯进行预测，进一步确保了消毒药剂的精准投加，在保证水质安全的情况下，减少了消毒剂的用量。在技术上，摆脱了对国外设备和技术的依赖，解决了技术上“卡脖子”的问题，大幅降低了国外设备和检测药剂的采购成本；在经济上，节约了水资源，减少了消毒剂的用量，更加节能环保。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统，包括二次供水水箱(1)，其特征在于：还包括余氯实时采样检测系统(2)、分布式循环投药系统(3)、补加氯系统(4)和人工智能控制器(5)，其中：

所述的余氯实时采样检测系统(2)包括采样循环泵(21)、采样流通槽(22)和余氯传感器(23)，所述的采样循环泵(21)和采样流通槽(22)依次通过管道与二次供水水箱(1)连接形成循环采样回路，且采样循环泵(21)设于采样流通槽(22)的进水端，用于形成稳定恒压水流环境；所述的余氯传感器(23)的检测极板密封设于采样流通槽(22)内，且余氯传感器(23)与人工智能控制器(5)通信连接，用于检测二次供水水箱(1)内自来水的余氯值，并将检测得到的余氯数据反馈给人工智能控制器(5)；

所述的分布式循环投药系统(3)包括投药循环泵(31)和混流器(32)，所述的投药循环泵(31)和混流器(32)依次通过管道与二次供水水箱(1)连接形成循环投药回路，所述的二次供水水箱(1)的上部设有管壁上分布有若干喷水嘴(11-1)的喷淋管(11)，所述的二次供水水箱(1)的底部设有管壁上分布有若干吸水孔(12-1)的吸水管(12)，所述的吸水管(12)与投药循环泵(31)的进水口相连接，所述的喷淋管(11)与混流器(32)的回水口相连接，所述的混流器(32)的加药口(32-1)与补加氯系统(4)相连接；

所述的补加氯系统(4)包括消毒剂药罐(41)和计量泵(42)，所述的消毒剂药罐(41)通过计量泵(42)与混流器(32)的加药口(32-1)连接，所述的计量泵(42)与人工智能控制器(5)通信连接，由人工智能控制器(5)控制计量泵(42)启停；

工作时，所述的采样循环泵(21)将二次供水水箱(1)内的自来水以恒定压力泵送至采样流通槽(22)内形成循环流体，所述的余氯传感器(23)实时检测经过的循环流体的余氯值，并将检测得到的余氯数据反馈给人工智能控制器(5)；所述的人工智能控制器(5)根据自来水内的余氯数据判断是否需要补偿二次供水水箱(1)内自来水损失掉的余氯，在实时余氯值低于设定余氯值范围时，人工智能控制器(5)控制计量泵(42)向混流器(32)内投加消毒剂，同时投药循环泵(31)将二次供水水箱(1)内的自来水与消毒剂在混流器(32)内混合均匀，并通过二次供水水箱管(1)上部的喷淋管(11)将加入消毒剂的水均匀喷淋至二次供水水箱(1)各处，使消毒剂在二次供水水箱(1)内快速混合均匀；余氯传感器(23)实时检测二次供水水箱(1)内的自来水余氯值，在实时余氯值达到设定余氯值范围时，人工智能控制器(5)控制计量泵(42)停止投加消毒剂。

2.根据权利要求1所述的一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统，其特征在于：所述的二次供水水箱(1)内还设有用于使水体循环流动的推流装置，所述的推流装置由水箱水循环控制系统(6)控制。

3.根据权利要求1所述的一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统，其特征在于：所述的二次供水水箱(1)内还设有与人工智能控制器(5)通信连接的水箱水位仪(13)，所述的二次供水水箱(1)的进水端设有进水控制阀(14)，所述的进水控制阀(14)为电控阀，且进水控制阀(14)与人工智能控制器(5)通信连接，所述的人工智能控制器(5)根据水箱水位仪(13)检测的实时水箱水位数据控制进水控制阀(14)开启或关闭，使二次供水水箱(1)水位控制在设定的高水位和低水位之间。

4.根据权利要求1所述的一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统，其特征在于：所述的余氯实时采样检测系统(2)还包括转子流量仪(24)和采样检测仪(25)，所述的转子流量仪(24)设于余氯实时采样检测系统(2)的循环采样回路上，用于调节循环采样回路的水流量，所述的采样检测仪(25)设于采样流通槽(22)的回流管路上，且采样检测仪(25)与人工智能控制器(5)通信连接，用于检测循环采样回路是否存在异常。

5.根据权利要求4所述的一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统，其特征在于：所述的采样循环泵(21)采用直流无刷采样泵，所述的余氯传感器(23)采用低量程余氯传感器，所述的采样流通槽(22)采用亚克力板加工而成，在采样流通槽(22)的顶部还设有排气阀。

6.根据权利要求1所述的一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统，其特征在于：所述的补加氯系统(4)还包括药罐液位仪(43)和在线电子秤(44)，所述的药罐液位仪(43)与人工智能控制器(5)通信连接，用于检测消毒剂药罐(41)内消毒剂的液位高度，并在液位低时报警或停止计量泵(42)；所述的在线电子秤(44)与人工智能控制器(5)通信连接，用于实时称量每次加药的重量，并与计量泵(42)计数值进行对比，验证加药过程的正确性和系统可靠性。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统，其特征在于：所述的人工智能控制器(5)包括数据采集模块(51)、数据存储模块(52)、数据处理模块(53)和控制执行模块(54)，所述的数据采集模块(51)与各个检测仪器电性连接，用于采集各种数据信息，所述的数据存储模块(52)用于存储数据采集模块(51)采集到的数据信息，并发送给数据处理模块(53)对数据进行处理，所述的控制执行模块(54)与各个动作执行机构电性连接，用于向各个动作执行机构发出控制指令；所述的人工智能控制器(5)根据历史补加氯数据动态跟踪分析，控制计量泵(42)适量地投加消毒剂，控制二次供水水箱(1)内余氯范围为0.25～0.30mg/L。

8.根据权利要求7所述的一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统，其特征在于：所述的人工智能控制器(5)还包括现场数据分析监控系统(55)，所述的人工智能控制器(5)的数据处理模块(53)与现场数据分析监控系统(55)双向通信连接，现场数据分析监控系统(55)使用人工智能技术对二次供水水箱(1)内余氯历史数据进行实时数据采集、存储和深度学习，对历史数据进行挖掘，分析余氯自然挥发规律，对余氯传感器(23)的准确性、可靠性和加药后余氯进行预测，再与实际检测到的余氯数据对比，以实时评估余氯传感器(23)是否存在异常，验证加药后余氯上升率的正确性。

9.根据权利要求8所述的一种精确控制的二次供水智能补加氯消毒控制系统，其特征在于：还包括远程数据监控系统(7)，所述的远程数据监控系统(7)与现场数据分析监控系统(55)双向通信连接，将实时数据传送到远程监控平台，实现消毒系统的远程数据统计与分析。

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