CN203896933U - 一种用于雨水收集处理与循环利用的智能监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于雨水收集处理与循环利用的智能监控系统，包括PLC控制器、变频器、水压传感器、灌溉泵，PLC控制器连接触摸屏，所述PLC控制器外部连接变频器，该变频器外部输入端、输出端依次分别连接水压传感器、灌溉泵。本实用新型有益效果为：采用PLC作为单个水泵控制器，使用大量的传感器和执行器实现自动控制，使用了雨量传感器检测雨量，决定是否需要打开进水蝶阀收集雨水；使用水位传感器分别检测沉淀池与清水池的上、下极限位，确保系统进水量不会超限，保证系统正常、稳定运行；使用水压传感器，稳定出水压力；使用多点分布的土壤湿度传感器，结合比例阀保证了精细化灌溉，确保合理、有效地使用水源。

Description

一种用于雨水收集处理与循环利用的智能监控系统

技术领域

本实用新型涉及园林绿化灌溉自动化领域，尤其涉及一种用于雨水收集处理与循环利用的智能监控系统。

背景技术

随着人们对生活环境要求的提高，目前小区绿化率越来越高，尤其是一些新建的小区，绿化率往往超过35％甚至更高，这就带来一个绿化灌溉的问题。其一，传统的灌溉水源一般有两种——自来水和河水，采用自来水灌溉成本不菲，而采用河水灌溉，则必须要求小区紧挨河道，而河道往往因为污染，抽取河水灌溉之后一般使整个绿化带臭不可当。其二，传统的灌溉手段为采用水泵直接取水，而水泵起停过程中带来的“水锤效应”会对水管壁产生一定的破坏作用，日积月累将会大大缩短水管的使用年限。其三，传统的灌溉作业方式为人工作业，通常就是用水管接水泵进行人工灌溉，灌溉水量是否足够这往往取决于绿化工作者的经验，如果灌溉过量会使植物根部溃烂，如果灌溉量不够，仅使土壤表层含水，经年累月会使植物根部生长不能深入土壤。其四，传统的灌溉系统管理往往采用纯手动作业，雨水的收集、处理与灌溉的实施，其精度都得不到保证。因而，为了寻求更加节能、环保、有效的灌溉方案，有必要将自动控制技术、物联网技术等与绿化灌溉技术相结合。因此，针对以上方面，需要对现有技术进行合理的改进。

实用新型内容

针对以上缺陷，本实用新型提供一种可克服传统灌溉水源的难题、采用大量传感器和执行器实现自动控制、可确保系统正常稳定运行、有利于确保精细化灌溉的用于雨水收集处理与循环利用的智能监控系统，以解决现有技术的诸多不足。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于雨水收集处理与循环利用的智能监控系统，包括PLC控制器、变频器、水压传感器、灌溉泵，PLC控制器设置于灌溉泵站系统内部，所述PLC控制器连接触摸屏，位于PLC控制器外部输入端依次接入水位传感器、雨量传感器，所述PLC控制器外部连接变频器并且由变频器实现恒压灌溉，该变频器外部输入端、输出端依次分别连接水压传感器、灌溉泵；

对于PLC控制器连接：

首先，其输入部分端口依次设置雨量传感器常开触点、水处理泵控制接触器辅助常开触点、排污泵控制接触器辅助常开触点、加药混凝剂装置搅拌电机控制接触器辅助常开触点、加药消毒剂装置搅拌电机控制接触器辅助常开触点、灌溉泵控制接触器常开辅助触点、灌溉泵控制接触器常开辅助触点、变频器运行启动控制继电器常开辅助触点、水处理泵热继电器辅助常闭触点、排污泵热继电器辅助常闭触点、加药混凝剂装置搅拌电机热继电器辅助常闭触点、加药消毒剂装置搅拌电机热继电器辅助常闭触点、沉淀池上限位开关、沉淀池下限位开关、清水池上限位开关、清水池下限位开关、加药混凝剂装置上限位开关、加药消毒剂装置下限位开关；

然后，其输出部分端口依次设置水处理泵控制接触器线圈、排污泵控制接触器线圈、加药混凝剂装置搅拌电机控制接触器线圈、加药消毒剂装置搅拌电机控制接触器线圈、灌溉泵控制接触器线圈、灌溉泵备用控制接触器线圈、变频器运行启动控制接触器线圈、加药混凝剂装置计量泵控制继电器线圈、加药消毒剂装置计量泵控制继电器线圈、进水蝶阀开启控制继电器线圈、进水蝶阀关闭控制继电器线圈。

PLC控制器外围与处理泵系统连接。

处理泵系统由水处理泵、排污泵、加药装置搅拌泵、加药装置计量泵以及进水蝶阀组成。

位于PLC控制器扩展端口处连接扩展模块，该模块输出端接入由土壤湿度传感器、流量计以及浊度计组成的检测单元。

扩展模块输出端配置比例阀，所述变频器型号为VD4-45P5。

本实用新型所述的用于雨水收集处理与循环利用的智能监控系统的有益效果为：

(1)首先，根据本案的结构特征所体现出，为了克服传统灌溉水源的难题，采用雨水灌溉方案，工艺流程为：雨水处理系统的入口为进水蝶阀，其常态为关闭状态，平日的污水直接由旁路管道进入市政污水管排走，雨天当雨量达到一定强度时，打开进水蝶阀，雨水进入沉淀池；雨水在沉淀池进行沉淀，初步去除杂质之后由水处理泵抽取进入多介质过滤器过滤，在沉淀池与多介质过滤器之间设有两套加药装置，分别加入混凝剂和消毒剂；雨水经沉淀、加药、过滤之后进入清水池储蓄，当需要进行绿化灌溉时，由灌溉泵抽取；

(2)采用PLC作为单个水泵控制器，使用大量的传感器和执行器实现自动控制，使用了雨量传感器检测雨量，决定是否需要打开进水蝶阀收集雨水；使用流量计与浊度计分别检测流量与水体污染度，决定投放药物的比例；使用水位传感器分别检测沉淀池与清水池的上、下极限位，确保系统进水量不会超限，确保系统中所使用的水泵不会空转，保证系统正常、稳定运行；使用水压传感器，结合变频器自带的PI调节器实现水压的闲环控制，稳定出水压力，保护水管不受破坏；使用多点分布的土壤湿度传感器，结合比例阀保证了精细化灌溉，确保合理、有效地使用水源；

(3)有利于实施对雨水收集、处理与绿化灌溉的一体化作业，通过集中监控计算机、互联网计算机与智能手机终端进行实时监控，具有较高的自动化程度。

附图说明

下面根据附图对本实用新型作进一步详细说明。

图1是本实用新型实施例所述用于雨水收集处理与循环利用的智能监控系统结构示意图；

图2是本实用新型实施例所述用于雨水收集处理与循环利用的智能监控系统的PLC控制电路示意图；

图3是本实用新型实施例所述用于雨水收集处理与循环利用的智能监控系统的变频器控制电路示意图；

图4是本实用新型实施例所述用于小区雨水收集处理与绿化带灌溉工作的系统流程示意图；

图5是本实用新型实施例所述用于雨水收集处理与循环利用的智能监控系统的恒压灌溉控制框图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型实施例所述的用于雨水收集处理与循环利用的智能监控系统，包括PLC控制器1、变频器5、水压传感器6、灌溉泵7，所述PLC控制器1设置于泵站系统的水泵内部并且此PLC控制器1连接触摸屏2以便于实现单个泵站的监控，位于PLC控制器1外部输入端依次接入水位传感器3、雨量传感器4，所述PLC控制器1通过BD板与MODBUS总线连接，所述PLC控制器1外部连接变频器5并且由变频器5实现恒压灌溉，该变频器5外部输入端、输出端依次分别连接水压传感器6、灌溉泵7；此外，对于PLC控制器1外围与处理泵系统连接，该处理泵系统由水处理泵、排污泵、加药装置搅拌泵、加药装置计量泵以及进水蝶阀组成，位于PLC控制器1扩展端口处连接AD/DA扩展模块，该模块输出端接入由土壤湿度传感器、流量计以及浊度计组成的检测单元，AD/DA扩展模块输出端配置比例阀。

如图2所示，本实用新型实施例所述的用于雨水收集处理与循环利用的智能监控系统，对于PLC控制器1的电路具体连接如下：

首先，输入部分的SNR为雨量传感器常开触点、KM1为水处理泵控制接触器辅助常开触点、KM2为排污泵控制接触器辅助常开触点、KM4为加药(混凝剂)装置搅拌电机控制接触器辅助常开触点、KM5为加药(消毒剂)装置搅拌电机控制接触器辅助常开触点、KM6为灌溉泵控制接触器常开辅助触点、KM7为灌溉泵控制接触器常开辅助触点、K8为变频器运行启动控制继电器常开辅助触点；FR1为水处理泵热继电器辅助常闭触点、FR2为排污泵热继电器辅助常闭触点、FR4为加药(混凝剂)装置搅拌电机热继电器辅助常闲触点、FR5为加药(消毒剂)装置搅拌电机热继电器辅助常闭触点、ST1为沉淀池上限位开关、ST2为沉淀池下限位开关、ST3为清水池上限位开关、ST4为清水池下限位开关、LS1为加药(混凝剂)装置上限位开关、LS2为加药(消毒剂)装置下限位开关；

然后，输出部分的KM1为水处理泵控制接触器线圈、KM2为排污泵控制接触器线圈、KM4为加药(混凝剂)装置搅拌电机控制接触器线圈、KM5为加药(消毒剂)装置搅拌电机控制接触器线圈、KM6为灌溉泵控制接触器线圈、KM7为灌溉泵(备用)控制接触器线圈、K8为变频器运行启动控制接触器线圈、K9为加药(混凝剂)装置计量泵控制继电器线圈、K10为加药(消毒剂)装置计量泵控制继电器线圈、K11为进水蝶阀开启控制继电器线圈、K12为进水蝶阀关闭控制继电器线圈；最后，通信部分的COM2(RS485)用于连接变频器。

如图3所示，本实用新型实施例所述的用于雨水收集处理与循环利用的智能监控系统，对于变频器5的电路具体连接如下：变频器型号为VD4-45P5且自带PI控制功能，L1、L2、L3输入三相电源，U、V、W输出三相频率可调电源且连接两台灌溉泵，A、B两处连接PLC的COM2(RS485)；FWD连接继电器K8控制变频器起停；压力传感器为电流输入型，由变频器输出24VDC供电，输出信号为4-24mA电流信号，由变频器CI端输入，通过PLC通信口向变频器设定水压目标值，压力传感器采集实际水压值，调节灌溉泵频率达到改变灌溉水压的目的。

如图4-5所示，与本案相关的软件部分拓展，举例说明如下：可分为泵站、集中监控计算机与互联网计算机、智能手机三部分，系统中具备一个或多个泵站，每个泵站依水处理工艺流程依次具备的设施有1个沉淀池和1个清水池，具备的执行器有1个进水电动蝶阀、1台排污泵、1台水处理泵、2台加药装置(1台加入混凝剂，1台加入消毒剂)、1个多介质过滤装置和2台灌溉水泵(一用一备)，具备的传感器有1只雨量传感器、若干只土壤湿度传感器(视灌溉面积而定)、1只流量计、1只浊度计、4只水位传感器和1只水压传感器，系统控制器为PLC，由变频器实现恒压灌溉，通过触摸屏实现单个泵站的监控；所有泵站通过MODBUS总线连接至1台集中监控计算机，集中监控计算机安装有自主研发的监控程序，能采集、记录来自每个泵站的运行参数，能实现对每个泵站的运行控制，能通过Internet向绑定的计算机、智能手机发布运行参数。

相应地，沉淀池入口位置采用蝶阀控制雨水的流入；土壤湿度传感器用于检测土壤湿度，由PLC根据种植植物种类的不同判断是否需要灌溉；由流量计感知由沉淀池进入清水池中的水流速度，由浊度计感知由沉淀池进入清水池中的水体污染度，由PLC根据这两个因素进行智能化计算后决定加药量；由水压传感器检测由灌溉泵排出的水流对管壁产生的压力，由变频器本体对水压进行PI调节，以实现恒压灌溉，由此可避免“水锤效应”对管壁造成的伤害，达到保护管路的目的；由灌溉泵排出的水通过灌溉管道进行精细化灌溉，即一个出水口设置多个灌溉支流，由比例阀控制出水量以满足不同植物对水量的需求；与集中监控计算机绑定的互联网计算机与智能手机，可通过浏览器查询并实时显示系统运行参数。

另外，本案有利于使用分布式控制系统与物联网技术相结合的管理模式，每台泵站PLC通过MODBUS总线与集中监控计算机相连接，集中监控计算机安装有自主研发的监控程序，该程序开发语言为VB.Net2010，使用MODBUS-RTU通信协议，通过RS485网络轮询所有泵站PLC，读取各泵站运行参数，并通过后台数据库PostgreSQL记录运行参数，同时该程序还具备在线修改运行参数、历史/实时曲线显示、用户管理、互联网计算机硬盘号与智能手机的手机号绑定、互联网实时数据发布等功能。集中监控计算机通过手动绑定特定的互联网计算机的硬盘号，通过绑定手机号码，以确认互联网访客的合法身份，已经绑定的计算机、智能手机可使用浏览器，通过互联网远程访问集中监控计算机，集中监控计算机进行身份验证后即响应并发布泵站实时运行参数，实现远程监视的功能

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用本案技术，熟悉本领域技术的人员显然可轻易对这些实例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本案不限于以上实施例，本领域的技术人员根据本案的揭示，对于本案做出的改进和修改都应该在本案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于雨水收集处理与循环利用的智能监控系统，包括PLC控制器、变频器、水压传感器、灌溉泵，PLC控制器设置于灌溉泵站系统内部，其特征在于：

所述PLC控制器连接触摸屏，位于PLC控制器外部输入端依次接入水位传感器、雨量传感器，所述PLC控制器外部连接变频器并且由变频器实现恒压灌溉，该变频器外部输入端、输出端依次分别连接水压传感器、灌溉泵；

对于PLC控制器连接：

首先，其输入部分端口依次设置雨量传感器常开触点、水处理泵控制接触器辅助常开触点、排污泵控制接触器辅助常开触点、加药混凝剂装置搅拌电机控制接触器辅助常开触点、加药消毒剂装置搅拌电机控制接触器辅助常开触点、灌溉泵控制接触器常开辅助触点、灌溉泵控制接触器常开辅助触点、变频器运行启动控制继电器常开辅助触点、水处理泵热继电器辅助常闭触点、排污泵热继电器辅助常闭触点、加药混凝剂装置搅拌电机热继电器辅助常闭触点、加药消毒剂装置搅拌电机热继电器辅助常闭触点、沉淀池上限位开关、沉淀池下限位开关、清水池上限位开关、清水池下限位开关、加药混凝剂装置上限位开关、加药消毒剂装置下限位开关；

然后，其输出部分端口依次设置水处理泵控制接触器线圈、排污泵控制接触器线圈、加药混凝剂装置搅拌电机控制接触器线圈、加药消毒剂装置搅拌电机控制接触器线圈、灌溉泵控制接触器线圈、灌溉泵备用控制接触器线圈、变频器运行启动控制接触器线圈、加药混凝剂装置计量泵控制继电器线圈、加药消毒剂装置计量泵控制继电器线圈、进水蝶阀开启控制继电器线圈、进水蝶阀关闭控制继电器线圈。

2.根据权利要求1所述的用于雨水收集处理与循环利用的智能监控系统，其特征在于：PLC控制器外围与处理泵系统连接。

3.根据权利要求2所述的用于雨水收集处理与循环利用的智能监控系统，其特征在于：处理泵系统由水处理泵、排污泵、加药装置搅拌泵、加药装置计量泵以及进水蝶阀组成。

4.根据权利要求1所述的用于雨水收集处理与循环利用的智能监控系统，其特征在于：位于PLC控制器扩展端口处连接扩展模块，该模块输出端接入由土壤湿度传感器、流量计以及浊度计组成的检测单元。

5.根据权利要求4所述的用于雨水收集处理与循环利用的智能监控系统，其特征在于：扩展模块输出端配置比例阀。

6.根据权利要求1所述的用于雨水收集处理与循环利用的智能监控系统，其特征在于：所述变频器型号为VD4-45P5。