CN114253188A - 一种农村污水处理设备的控制系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农村污水处理设备的控制系统与方法，涉及自动控制领域。其包括污水处理设备、向所述污水处理设备供电的设备电源、中心服务器、中央处理模块、远程通信模块、电流检测模块、开关模块与超级电容。本发明通过设置NB‑IOT与GPRS这两种通信方式，提高了所述污水处理设备的控制系统联网的能力；通过实时检测电流与控制所述污水处理设备的启停，有效提高了所述污水处理设备的使用寿命；通过使用所述超级电容能有效节约成本，且无内置电池起火的风险；通过对故障进行分类处理并通过远程进行固件升级，有效提高了运维人员的工作效率、降低了运维成本。

Description

一种农村污水处理设备的控制系统与方法

技术领域

本发明涉及自动控制领域，特别是一种农村污水处理设备的控制系统与方法。

背景技术

为推进社会主义新农村的建设，提高当地农村村容村貌，打造更干净整洁的乡村风貌，各地正在积极开展建设农村污水处理罐项目。农村污水处理罐项目旨在对村民日常工作、生活产生的污水进行加工处理，达到排放标准再予以排水。该项目有利于保护农村自然环境、提高能源利用效率、改善当地居民生活水平。

农村污水处理罐项目建设所需设备中，除了罐体本身，根据工艺流程，需要一个控制终端，进行微型曝气及对最后的滤清液进行抽排作业。该设备不仅能根据污水处理罐内部工作环境自动调整工作状态，也能及时向中心服务器上传设备工作状态，管理人员能够随时了解各污水污水处理设备工作状态，同时也可通过数据服务下发指令对农污处理设备进行控制。

但因未能充分考虑农村这一环境的特点，目前农村污水处理控制终端仍还存在以下几个突出问题：

一、部分农村地处偏远地区，网络信号较差，设备上网控制终端可能随时断开与中心服务器的连接。

二、农污处理设备众多，所处环境较为复杂，常在高温高湿等户外环境，容易故障，且故障无法及时反馈，因而无法及时检修设备，因此设备可能长期带故障运行，最终损坏设备。

三、部分农村地区会偶尔出现停电现象，当设备的控制终端停电时，其与中心服务器直接失去连接，不能及时发送故障信息，管理人员不能及时了解是因停电而导致设备无法运行，若采用备用电源，则成本较高。

四、设备的控制终端往往只能设定固定的开关机时间，对农污处理设备进行简单的启停控制，不能根据农污处理系统实际状态进行判断自主决策。当出现故障时，也不能对故障类型进行初步判断，不利于管理人员的管理维护。

五、当前的控制终端无法实现远程固件升级，管理人员需要到站点进行实地的固件升级，运维成本高、效率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种农村污水处理设备的控制系统与方法，可以及时反馈故障信息，便于管理与维护。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种农村污水处理设备的控制系统，包括污水处理设备、向所述污水处理设备供电的设备电源、中心服务器，还包括中央处理模块，远程通信模块，电流检测模块，开关模块与超级电容。所述中央处理模块，用于控制所述开关模块、实时监控所述污水处理设备、处理所述污水处理设备的电流异常故障。所述中央处理模块通过所述远程通信模块连接所述中心服务器，所述远程通信模块通过GPRS或/和NB-IOT与所述中心服务器进行通信。所述污水处理设备依次通过所述电流检测模块、所述开关模块连接所述中央处理模块。所述设备电源与所述中央处理模块、所述远程通信模块、所述超级电容均电连接。所述超级电容与所述中央处理模块、所述远程通信模块电连接。所述污水处理设备包括污水处理腔，所述污水处理腔内设有水位传感器，所述水位传感器与所述中央处理模块电连接。

通过所述电流检测模块，所述中央处理模块可实时监控所述污水处理设备的工作状态，当在所述污水处理设备发生电流异常时，通过控制所述开关模块，所述中央处理模块可来控制所述污水处理设备的启停。GPRS(通用分组无线服务，General packet radioservice，简称GPRS)或/和NB-IOT(窄带物联网，Narrow Band Internet of Things，简称NB-IOT)的两种通信手段，能够根据现场实际的网络状态，自动切换至信号更好的网络。正常情况下，所述设备电源还为所述中央处理模块与所述远程通信模块供电。当所述设备电源电压异常，则可能发生了停电现象，所述超级电容可作为备用电源为所述中央处理模块与所述远程通信模块供电，所述中央处理模块向中心服务器发送停电的故障信息，以便运维人员立即采取应对措施。

基于同一种技术构思，本发明还提供了一种农村污水处理设备的控制设备的控制方法，包括以下步骤：

I，所述中央处理模块实时监控水位是否异常，若异常，进入步骤IV，若无异常，进入步骤II；

II，所述中央处理模块实时监控有无所述中心服务器下发的指令，若有，进入步骤V，否则进入步骤III；

III，所述中央处理模块实时监控当前时间，并判断是否为所述污水处理设备的工作时段，若是，进入步骤IV，否则返回步骤I；

IV，判断所述水位传感器是否故障，若是，进入步骤IX，否则进入步骤VI；

V，判断所述指令是否为启动命令，若是，进入步骤VI，否则进一步判断是否为关闭指令，若是关闭指令，则执行关闭所述污水处理设备的命令，若不是关闭指令，进入步骤VII；

VI，开启所述污水处理设备并实时监控是否故障，若有故障发生，进入步骤VIII；

若无故障发生进入步骤VII；

VII，发送实时工况至所述中心服务器；

VIII，判断是否为电流异常，若是，进行电流异常的处理并进入步骤IX；

IX，发送故障信息至所述中心服务器。

所述水位异常是指水箱内的水位没过用户预设的安全水位。用户可根据需求在所述中央处理模块中预设所述污水处理设备的工作时段。

进一步地，电流异常处理的方法包括，所述中央处理模块判断该设备电流异常的次数为该设备第几次电流异常，若为第一次，进入步骤S1，若为第二次，进入步骤S2，若为第三次，进入步骤S3，若为第四次，进入步骤S4：

S1，关闭电流异常的所述污水处理设备，5min内禁止该设备启动，并向所述中心服务器发送故障信息，电流异常次数加一；

S2，关闭电流异常的所述污水处理设备，30min内禁止该设备启动，并向所述中心服务器发送故障信息，电流异常次数加一；

S3，关闭电流异常的所述污水处理设备，2h内禁止该设备启动，并向所述中心服务器发送故障信息，电流异常次数加一；

S4，关闭电流异常的所述污水处理设备，维修前禁止该设备启动，并向所述中心服务器发送故障信息。

所述电流检测模块检测到的电流异常可能是设备故障，也可能是偶然的意外情况，通过上述方法，可避免污水处理设备因长期故障运行而彻底损坏，也能一定程度上避免因偶然出现电流异常导致误报故障的情况，减轻运维任务。

进一步地，电流异常的所述污水处理设备经维修恢复后，该设备电流异常的次数清零。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明通过设置NB-IOT与GPRS这两种通信方式，提高了所述污水处理设备的控制系统联网的能力；通过实时检测电流与控制所述污水处理设备的启停，有效提高了所述污水处理设备的使用寿命；通过使用所述超级电容能有效节约成本，且无内置电池起火的风险；通过对故障进行分类处理并通过远程进行固件升级，有效提高了运维人员的工作效率、降低了运维成本。

附图说明

图1为本发明一实施例的污水处理设备的控制系统的逻辑结构原理图。

图2为本发明一实施例的污水处理设备的控制系统的控制方法流程图。

图3为本发明一实施例中对电流异常的处理流程图。

图4为本发明一实施例的污水处理设备的控制系统的面板示意图

其中，B0、B1、B2为备用接口，A3、A4为扩展接口，RX、TX为TTL电平串口的接口，24VDC-IN+与24VDC-IN-为设备电源接口，DG为电路接地端，AG为网路接地端，L0为系统运行状态指示灯，L1为第一水位指示灯，L2为第二水位指示灯，L3为第三水位指示灯，L4为设备联网指示灯，L5为水泵运行状态指示灯，L6为电解除铁磷模块运行状态指示灯，L7为电磁阀运行状态指示灯，L8为气泵运行状态指示灯，P1为第一传感器的电源接口，P2为第二传感器的电源接口，P3为第三传感器的电源接口，AC-IN为市电接口，M1为SIM卡插口，M2为天线接口。

具体实施方式

本发明一实施例的污水处理设备的控制系统包括污水处理设备、向所述污水处理设备供电的设备电源、中心服务器、中央处理模块、远程通信模块、电流检测模块、开关模块与超级电容。

如图1所示，所述中央处理模块通过所述远程通信模块连接所述中心服务器，所述远程通信模块通过GPRS或/和NB-IOT与所述中心服务器进行通信。

所述远程通信模块传输的数据包括实时监控的数据、所述中心服务器的指令、固件升级包。当需要进行参数修改时可通过所述中心服务器下发参数修改指令。如需修改控制策略与事件处理流程，可通过所述中心服务器进行远程固件升级，满足用户不同阶段不同控制策略的需求，免去了人工跑现场进行固件升级的麻烦。

远程固件升级支持断点续传功能，即在网络信号不好时，待网络信号恢复时继续进行固件升级工作至完成。所述中央处理模块对每一固件包进行CRC校验，对接收完毕的固件包继续进行完整性检验，只有当固件包同时满足正确性与完整性检验时，所述中央处理模块才会进行重启升级，保证了所述控制系统的稳定性。

如图1所示，所述污水处理设备包括气泵、电磁阀、电解除铁磷模块与水泵。

所述水泵用于控制经农村污水处理罐过滤后的污水的抽排。当污水处理完成且积水达到一定高度，水泵开启。所述气泵用于曝气。在污水处理过程中，将空气中的氧强制向液体中转移，以获得足够的溶解氧的过程，称为曝气。曝气还可防止悬浮体下沉，加强有机物与微生物及溶解氧的接触，从而保证微生物在有充足溶解氧的条件下，对污水中有机物的氧化分解作用。

所述电磁阀用于液体和气体管路的开关及流量控制，所述污水处理设备还包括污水处理腔，所述电磁阀设于所述污水处理腔的入口与出口处。

所述电解铁除磷模块包括一个带有正负电极组的铁块。当电解铁除磷模块上电，浸没在污水中的铁电极产生离解，生成亚铁离子Fe²⁺，在亚铁离子Fe²⁺和被氧化生成的铁离子Fe³⁺的共同作用下，与污水中的磷酸根离子结合生成磷酸铁盐，由于磷酸铁盐难溶于水，最终生成沉淀而将磷元素从污水中去除。

所述电流检测模块包括第一电流检测装置、第二电流检测装置、第三电流检测装置与第四电流检测装置。所述开关模块包括第一开关、第二开关、第三开关与第四开关。本实施例中，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关与所述第四开关均为继电器。

所述气泵依次经所述第一电流检测装置、所述第一开关连接所述中央处理模块。所述电磁阀依次经所述第二电流检测装置、所述第二开关连接所述中央处理模块。所述电解除铁磷模块依次经所述第三电流检测装置、所述第三开关连接所述中央处理模块。所述水泵依次经所述第四电流检测装置、所述第四开关连接所述中央处理模块。

正常情况下，市电直接为所述气泵与所述电磁阀供电，所述设备电源取自于市电，用于向所述电解除铁磷模块与水泵提供24V电源。所述设备电源经第一DC-DC装置转换为3.8V电源，用于为所述远程通信模块供电，同时为所述超级电容充电，所述设备电源经第二DC-DC装置转换为3.3V电源，用于向所述中央处理模块供电。所述中央处理模块通过AD转换电路获取所述设备电源的电压。

当所述中央处理模块获取的所述设备电源的电压异常时，则可能出现电源故障或停电，此时所述超级电容进行应急供电，具体为：所述超级电容所述远程通信模块电连接以向所述远程通信模块提供应急电源。所述超级电容通过所述第二DC-DC装置与所述中央处理模块电连接，以向所述中央处理模块提供应急电源。

所述污水处理腔内还设有水位传感器，所述水位传感器与所述中央处理模块电连接。所述水位传感器包括对应于第一水位的第一传感器、对应于第二水位的第二传感器与对应于第三水位的第三传感器，所述第一水位低于所述第二水位，所述第二水位低于所述第三水位。

如图4所示，本发明一实施例的污水处理设备的控制系统还包括一面板，所述面板上设有市电接口AC-IN、设备电源接口24V DC-IN+与24V DC-IN-、水泵电源接口、电解铁除磷模块电源接口、气泵电源接口和电磁阀电源接口、第一传感器的电源接口P1、第二传感器的电源接口P2与第三传感器的电源接口P3。所述面板上还预留有SIM卡插口M1与天线接口M2，用于网络连接。所述面板上还设有扩展接口A3与扩展接口A4，污水处理设备D的备用接口B0、B1与B2。所述面板上还设有TTL(英文全称为Transistor-Transistor Logic，简称TTL)电平串口的接口RX与TX，用于调试本控制系统。

如图4所示，所述指示灯包括系统运行状态指示灯L0、第一水位指示灯L1、第二水位指示灯L2、第三水位指示灯L3、设备联网指示灯L4、水泵运行状态指示灯L5，电解除铁磷模块运行状态指示灯L6，电磁阀运行状态指示灯L7，气泵运行状态指示灯L8。

当本发明一实施例的污水处理设备的控制系统上电并开始工作，所述系统运行状态指示灯L0亮起，反之熄灭。当所述污水处理设备连通网络，则所述设备联网指示灯L4亮，反之熄灭。

当所述系统运行状态指示灯L0与所述设备联网指示灯L4均亮起，通过所述面板上的“发送按钮”，可发送测试报文，以验证所述中央处理模块与所述中心服务器数据之间能够进行正常的交互。

当水位没过所述第一水位，所述第一水位指示灯L1亮起，当水位没过所述第二水位，所述第二水位指示灯L2亮起，当水位没过所述第三水位，所述第三水位指示灯L3亮起。通过所述面板上的指示灯，工作人员可更直观观察到所有设备的运行状态。

当所述水泵启动，水泵运行状态指示灯L5亮起，反之熄灭。当所述电解除铁磷模块启动，所述电解除铁磷模块运行状态指示灯L6亮起，反之熄灭。当所述电磁阀启动，所述电磁阀运行状态指示灯L7亮起，反之熄灭。当所述气泵启动，所述气泵运行状态指示灯L8亮起，反之熄灭。

如图2所示，本发明一实施例的污水处理设备的控制系统的控制方法包括以下步骤：

I，所述中央处理模块实时监控水位是否异常，若异常，进入步骤IV，若无异常，进入步骤II；

II，所述中央处理模块实时监控有无所述中心服务器下发的指令，若有，进入步骤V，否则进入步骤III；

III，所述中央处理模块实时监控当前时间，并判断是否为所述污水处理设备的工作时段，若是，进入步骤IV，否则返回步骤I；

IV，判断所述水位传感器是否故障，若是，进入步骤IX，否则进入步骤VI；

V，判断所述指令是否为启动命令，若是，进入步骤VI，否则进一步判断是否为关闭指令，若是关闭指令，则执行关闭所述污水处理设备的命令，若不是关闭指令，进入步骤VII；

VI，开启所述污水处理设备并实时监控是否故障，若有故障发生，进入步骤VIII；

若无故障发生进入步骤VII；

VII，发送实时工况至所述中心服务器；

VIII，判断是否为电流异常，若是，进行电流异常的处理并进入步骤IX；

IX，发送故障信息至所述中心服务器。

在本实施例中，判断水位异常的方法具体为：用户预设安全水位，一旦所述污水处理腔内污水的水位超过该水位，则认为水位异常。

在本实施例中，判断所述水位传感器故障的方法具体为：所述中央处理模块未收到所述第一传感器传来的第一水位信息，却收到了所述第二传感器传来的第二水位信息或/和所述第三传感器传来的第三水位信息。

在本实施例中，判断电流异常的方法具体为：用户根据需求预设每一台所述污水处理设备电流的最大值，当所述电源检测模块检测到某一所述污水处理设备对应的电流超额，则认为该污水处理设备电流异常。

由于电流异常可能是设备故障所致，也可能是偶然的意外情况，因此通过以下方法进行电流异常的处理：所述中央处理模块判断该设备电流异常的次数为该设备第几次电流异常，若为第一次，进入步骤S1，若为第二次，进入步骤S2，若为第三次，进入步骤S3，若为第四次，进入步骤S4：

S1，关闭电流异常的所述污水处理设备，5min内禁止该设备启动，并向所述中心服务器发送故障信息，电流异常次数加一；

S2，关闭电流异常的所述污水处理设备，30min内禁止该设备启动，并向所述中心服务器发送故障信息，电流异常次数加一；

S3，关闭电流异常的所述污水处理设备，2h内禁止该设备启动，并向所述中心服务器发送故障信息，电流异常次数加一；

S4，关闭电流异常的所述污水处理设备，维修前禁止该设备启动，并向所述中心服务器发送故障信息。

当电流异常的所述污水处理设备经维修恢后复，该设备电流异常的次数清零。

Claims (4)

1.一种农村污水处理设备的控制系统，包括污水处理设备、向所述污水处理设备供电的设备电源、中心服务器，其特征在于，还包括中央处理模块，远程通信模块，电流检测模块，开关模块与超级电容；

所述中央处理模块，用于控制所述开关模块、监视与控制所述污水处理设备；

所述中央处理模块通过所述远程通信模块连接所述中心服务器；

所述远程通信模块通过GPRS或/和NB-IOT与所述中心服务器进行通信；

所述污水处理设备依次通过所述电流检测模块、所述开关模块连接所述中央处理模块；

所述中央处理模块、所述远程通信模块、所述超级电容均分别与所述设备电源电连接；

所述中央处理模块、所述远程通信模块分别与均所述超级电容电连接；

所述污水处理设备包括污水处理腔，所述污水处理腔内设有水位传感器，所述水位传感器与所述中央处理模块电连接。

2.一种如权利要求1所述的农村污水处理设备的控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

I，所述中央处理模块实时监控水位是否异常，若异常，进入步骤IV，若无异常，进入步骤II；

II，所述中央处理模块实时监控有无所述中心服务器下发的指令，若有，进入步骤V，否则进入步骤III；

III，所述中央处理模块实时监控当前时间，并判断是否为所述污水处理设备的工作时段，若是，进入步骤IV，否则返回步骤I；

IV，判断所述水位传感器是否故障，若是，进入步骤IX，否则进入步骤VI；

V，判断所述指令是否为启动命令，若是，进入步骤VI，否则进一步判断是否为关闭指令，若是关闭指令，则执行关闭所述污水处理设备的命令，若不是关闭指令，进入步骤VII；

VI，开启所述污水处理设备并实时监控是否故障，若有故障发生，进入步骤VIII；若无故障发生进入步骤VII；

VII，发送实时工况至所述中心服务器；

VIII，判断是否为电流异常，若是，进行电流异常的处理并进入步骤IX；

IX，发送故障信息至所述中心服务器。

3.如权利要求2所述的农村污水处理设备的控制系统的控制方法，其特征在于，电流异常处理的方法包括，所述中央处理模块判断该设备电流异常的次数为该设备第几次电流异常，若为第一次，进入步骤S1，若为第二次，进入步骤S2，若为第三次，进入步骤S3，若为第四次，进入步骤S4：

S1，关闭电流异常的所述污水处理设备，5min内禁止该设备启动，并向所述中心服务器发送故障信息，电流异常次数加一；

S2，关闭电流异常的所述污水处理设备，30min内禁止该设备启动，并向所述中心服务器发送故障信息，电流异常次数加一；

S3，关闭电流异常的所述污水处理设备，2h内禁止该设备启动，并向所述中心服务器发送故障信息，电流异常次数加一；

S4，关闭电流异常的所述污水处理设备，维修前禁止该设备启动，并向所述中心服务器发送故障信息。

4.如权利要求3所述的农村污水处理设备的控制系统的控制方法，其特征在于，电流异常的所述污水处理设备经维修恢复后，该设备电流异常的次数清零。

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