CN210894327U - 一种水环境自动监测数据采集与监控仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种水环境自动监测数据采集与监控仪，包括数采监控主机、PLC信号采集器、温湿度传感器、空调红外控制探头、控制器、现场水质监测采集模块、远程反控模块、数据传输模块；可以与多种厂家品牌多种水环境参数指标连接并采集其监测数据、运行状态数据、采配水与监测过程数据等，与中心端平台进行网络连接可进一步自动化上报所有数据，解决当前水质环境监测从采样环境、仪器分析、质控运维的全过程自动化、智能化远程监控的问题，满足环境监测职能部门对数据全过程溯源的业务需求。

Description

一种水环境自动监测数据采集与监控仪

技术领域

本实用新型属于环境监测领域，特别涉及一种水环境自动监测数据采集与监控仪。

背景技术

随着全球工业生产的发展和社会经济的繁荣，大量的工业的水和城市生活废水排入水体，水体污染日益严重。多年来，我国水资源质量不断下降，水环境持续恶化，由于污染所导致的缺水和事故不断发生，严重地威胁了社会的可持续发展，威胁了人类的生存。环境监测职能部门对实时水环境质量的掌握需求迅速增加，对环境监测信息化工作提出了迫切的要求。水环境自动监测设备的数据采集和监控为及时掌握不同流域水断面的环境质量情况提供有效的数据基础。

现有监测数据的软件资源已不能满足环境监测职能部门对水自动监测站的实时采集、智能监控与远程反控的需求。现有水环境自动监测采集仪通常不能兼容单一品牌水监测仪器同步接入、无监控自动监测仪器运行状态、无法实施监测过程反控操作等情况，不能满足日益严格的监测业务要求。

综上，目前亟需研发一种水环境自动监测数采与监控仪，为环境监测职能部门提供集实时水环境监测数据、仪器运行状态参数、采配水及监测过程反控于一体的自动化、网络化、信息化装置，为水污染防治提供及时、有效、准确的数据基础，推动水环境空气监测技术水平的全面提升。

实用新型内容

为克服现有技术的不足，本实用新型提供一种水环境自动监测数采与监控仪，与多种厂家品牌多种水环境参数指标连接并采集其监测数据、运行状态数据、采配水与监测过程数据等，与中心端平台进行网络连接可进一步自动化上报所有数据，解决当前水自动监测数采仪不能满足环境监测职能部门的业务需求的困境。

一种水环境自动监测数据采集与监控仪，包括数采监控主机、PLC信号采集器、温湿度传感器、空调红外控制探头、控制器、现场水质监测采集模块、远程反控模块、数据传输模块；所述数采监控主机通过串行通信或以太网通信分别与PLC信号采集器、控制器连接；所述现场水质监测采集模块、远程反控模块、数据传输模块安装部署在所述数采监控主机上；所述数采监控主机与外部中心端平台(软件)进行双向通讯；并通过串口方式(比如RS485、232等)与外部仪器设备分析单元物理连接；所述现场水质监测采集模块可动态采集外部仪器设备分析单元的信息；所述PLC信号采集器采集外部仪器设备分析单元的电磁阀或水泵开关信息，然后将信息集成至数采监控主机中，远程反控模块通过所述数采监控主机下达程序指令，响应并执行程序指令通过PLC信号采集器控制阀门进行开关闭；所述温湿度传感器、空调红外控制探头与所述控制器连接；所述温湿度传感器通过数据传输模块将数据预警信息传输给数采监控主机后，远程反控模块通过数采监控主机下达程序指令，响应并执行程序指令通过控制器反控红外空调探头。

通过温湿度传感器配备SDK，模块调用SDK后，温湿度数据数据经无线网络传送到传输模块处。

由于水质监测对于站房环境有一定的要求，通过控制器反控红外空调探头确保水质监测站房环境的稳定性对于监测数据准确性有所保障。

PLC信号采集器可感知水质监测环节的阀门开关信息，该信息集成至数采监控主机中。

远程反控模块是一个软件模块，以PLC信号采集器为例，远程反控模块通过在监控主机端或者中心端下达程序指令，响应并执行程序指令可控制PLC电子阀门进行开关闭，来实现反控效果。以温湿度传感器、空调红外控制探头为例，温湿度探头感知的温湿度信息可传递给监控主机，通过在监控主机端或中心端下达程序指令，响应并执行程序指令通过红外控制空调进行温度高低及开关闭等情况进行调控。以现场水质监测采集模块为例，现场水质监测采集模块可动态采集仪器分析单元的信息，仪器设备与工控机通过RS485或232等串联，通过现场水质监测采集模块部署的监控主机端或中心端下达程序指令，响应并执行程序指令可控制仪器设备执行质控任务等(仪器设备本身提供有质控任务的通讯编码，软件模块可匹配并进行指令下达)。

优选的，所述数采监控主机上设有接口，接口种类包括USB接口、RS232 COM接口、RJ45接口、继电器输出接口、空调控制接口、各规储存卡接口。

优选的，所述PLC信号采集器采集采水单元、预处理单元、配水单元、监测分析单元的阀门开关信息。

优选的，所述现场水质监测采集模块采集监测包括指标水温、溶解氧、pH、电导率、浊度、氨氮、总磷、总氮。

优选的，所述现场水质监测采集模块采集监测通过RS485总线与RTU模块相连通讯，RTU模块内含有专用的GSM模块；所述现场水质监测采集模块把测得数据收集后，通过RS485将数据传输给RTU模块，RTU模块使用GSM发送短消息给外部中心端平台。

优选的，所述数采监控主机通过RS485、232串口方式与外部仪器设备分析单元物理连接。

优选的，还包括继电器，所述继电器通过串行通信或以太网通信与数采监控主机连接。如果电磁阀是强电的或者输出的电压不够，需要在电磁阀与PLC之间连接继电器。

与现有技术相比，本实用新型可以实现以下功能：

(1)监测指标采集：包括水温、溶解氧、pH、电导率、浊度、氨氮、总磷、总氮、高锰酸盐指数、化学需氧量等，同时可对仪器状态数据包括量程、空白吸光度、消解时间、消解实时温度等，以及对站房温湿度、空调等参数进行同步采集。

(2)监测单元监反控：采水单元、水样预处理及配水单元、分析监测单元、现场控制单元、配套空调等设施等，并可通过反控模块可对上述单元的电磁阀等进行PLC反控操作。

(3)数据处理与统计：以4小时为采集周期，实时采集上述设备及单元的监测监控数据，边对这些数据进行处理，生成1日平均值数据。

(4)数据自动传输：当水环境自动监测仪器及站房运行环境参数发生异常时，系统可以通过手机短信等方式进行报警，及时智能地告知指定人员，确保第一时间掌控水质监测仪器及站房状态。专业技术人员更可以通过配套的中心端业务平台、手机端APP实现对监测单元的远程智能反控。

附图说明

图1是本实用新型的水环境自动监测数据采集与监控仪的结构框架图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。

一种水环境自动监测数据采集与监控仪如图1所示，包括数采监控主机或者工控机1、PLC信号采集器3、温湿度传感器7、空调红外控制探头8、控制器2、配套软件模块。其中配套软件模块包括现场水质监测采集模块4、远程反控模块5和数据传输模块6，用于传达用户指令并反馈相应的结果。数采监控主机1通过串行通信或以太网通信分别与PLC信号采集器3、控制器2连接；现场水质监测采集模块4、远程反控模块5、数据传输模块6安装部署在数采监控主机1上；数采监控主机1与外部中心端平台进行双向通讯；并通过串口方式与外部仪器设备分析单元物理连接；现场水质监测采集模块4可动态采集外部仪器设备分析单元的信息；PLC信号采集器3采集外部仪器设备分析单元的电磁阀或水泵开关信息，然后将信息集成至数采监控主机1中，远程反控模块5通过数采监控主机1下达程序指令，响应并执行程序指令通过PLC信号采集器3控制阀门进行开关闭；温湿度传感器7、空调红外控制探头8与控制器2连接；温湿度传感器7通过数据传输模块6将数据预警信息传输给数采监控主机1后，远程反控模块5通过数采监控主机1下达程序指令，响应并执行程序指令通过控制器2反控红外空调探头。

本实施例还可以包括继电器，继电器通过串行通信或以太网通信与数采监控主机连接。如果电磁阀是强电的或者输出的电压不够，需要在电磁阀与PLC信号采集器之间连接继电器。

数采监控主机、控制器等为硬件模块部分，通过传感器件内外嵌方式，解决水站站房温湿度等参数、监测设备各监测环节等方面的数据感知，在数采监控主机汇集。

数采监控主机上设有接口，接口种类包括USB接口、RS232 COM接口、RJ45接口、继电器输出接口、空调控制接口、各规储存卡接口。互联网传输方式包括以下形式之一：光纤通信、ADSL通信、WiFi无线通信、以太网有线通信、4G/3G/GPRS通信。数采监控主机同时具有实时时钟、负荷电源输出能力，能向各传感器供电。

PLC信号采集器通过RS485串口与数采监控主机相连，对水质监测流程、故障等PLC工作状态、部件状态进行信息采集，负责将水质监测各环节中的采水单元、预处理单元、配水单元、监测分析单元、液位传感器等仪器电子阀组件、水泵、空压机的开启与关闭状态进行实时监控与信息的采集，并按照数据采集任务时间序列进行控制。

继电器和控制器通过接收水质监测站房温湿度传感器的温湿度数据预警信息，用于自动反控空调红外控制探头，以调节站房温湿度情况。继电器和控制器通过接收水质监测站房温湿度传感器的温湿度数据预警信息，用于自动反控空调红外控制探头，以调节站房温湿度情况；可通过数采监控主机或中心端业务平台发送清洗、做样、开关阀门等指令，远程控制继电器和PLC控制器进行相应动作，实现相应功能。

温湿度传感器，测湿范围0-100％RH，精度：±3％RH；测温范围：-10℃-50℃；精度：±0.5℃。

空调红外控制探头，遥控距离≥10米；单个控制器控制空调数量≥1；学习方式：自动识别。

数采监控主机借助PLC信号采集器与监测设备相连，用于采集监测设备的离线状态、在线运行状态、仪器状态参数、仪器监测指标数据、仪器运行日志等信息。1)通过数据采集通讯协议与监测设备相连用于采集仪器设备监测与状态参数，其中数采通讯协议中支持的通讯方式为RS232/485连接口，Modbus标准，采用RS485/MODBUS总线与设备通信，保证系统具有良好的可扩展性，总线设备“即插即用”，扩展方便。通过对各家通讯协议的自动识别、匹配、解析和入库，所采集监测指标内容包括但不限于以下参数：水温、溶解氧、pH、电导率、浊度、氨氮、总磷、总氮等。仪器状态数据包括但不限于量程、空白吸光度、消解时间、消解实时温度等，子站环境参数包括站房温湿度、空调开关情况等。数据存储软件支持SQLSERVER 2005\2008\2012、MYSQL、SQLite等数据库。2)通过PLC信号采集器采集水质监测各环节状态信息；3)通过与继电器和控制器进行物理连接，可实现站房温湿度等数据的监控。

数采监控主机与仪器、继电器与控制器等设备间的通讯采用串行通讯模式，支持RS232接口、RS485接口、RS422接口；2)数采监控主机中心端平台的双向通讯是基于TCP/IP的数据传输，采用基于国际通用的TCP/IP进行传输，在传输层协议上确保数据传输的可靠性。优先采用4G网络进行通讯，具备升级成5G条件，保留使用3G和GPRS两种网络进行通讯。另外可配备GSM短信终端，实现超标自动发送报警短信和远程手机短信秘书查询功能。

配套软件模块用于集成数采监控主机、PLC采集信号、温湿度传感数据、红外空调控制探头等多方站房环境、仪器监测指标、仪器状态信息、设备及元件自动控制状态等数据信息，并分为现场水质监测采集模块、远程反控模块、数据传输模块三个部分实现主动采集、智能反控及与中心端业务客户端通讯传输功能。

现场水质监测采集模块存储有各污染物因子的历史浓度数据、校准数据，如因网络原因导致现场机没有及时将数据发送至平台，用户可在中心平台端远程补调指定时间范围内的数据。采用仿真界面，可动态显示各单元设备和关键部件工作状态参数。现场水质监测采集模块通过串行通信或以太网通信分别与监测仪器设备、站房环境设备进行连接通信，数据传输模块通过互联网传输与中心端平台进行网络通信，并通过PLC实现远程反控操作功能。现场水质监测采集模块采集监测通过RS485总线与RTU模块相连通讯，RTU模块内含有专用的GSM模块；所述现场水质监测采集模块把测得数据收集后，通过RS485将数据传输给RTU模块，RTU模块使用GSM发送短消息给外部中心端平台。现场水质监测采集模块采集监测包括指标水温、溶解氧、pH、电导率、浊度、氨氮、总磷、总氮等。

远程反控模块支持通过中心平台端设置质控任务，通讯传输模块将指令下达子站监控主机，驱动子站质控任务的自动化执行。支持自动模式、手动模式和远程控制。自动模式下系统按照预设的程序自动运行，无需人工干预，自动运行时系统的测试频次、反冲洗频次等都可以在现场或者远程进行设置。现场维护时启动手动模式，此时只有在现场维护人员手动启动下才进行相关的操作。远程模式下可在远程控制系统，启动测试、参数设置(仪器上电运行、清洗时间频次，修改日期、时间、采样设备的开关、采样频次)、反冲洗、远程采样等操作。远程反控模块，可对取水装置、水样预处理及配水单元、监测分析单元、水站空调等进行远程反控操作。

数据传输模块：1)支持与中心端业务平台有线与无线传输对接，可实现多个服务器同步数据传输报送，并定时可检查是否有报送缺失，支持手动回补方式从仪器回补数据；2)将中心端的控制命令发送到水质自动监测子站。数据传输内容包括但不仅限于：远程系统运行状态实时数据的传输、历史监测数据的采集、远程设置命令等，并能根据需要扩展通讯协议将数据传输到任意系统上。数据传输模块：实现对采集的监测数据通过GPRS方式、GSM短信息方式、局域网方式等传输至环境监测业务部门相关人员移动端或服务器中心端平台。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围；即凡依本实用新型的权利要求范围所做的等同变换，均为本实用新型权利要求范围所覆盖。

Claims (7)

1.一种水环境自动监测数据采集与监控仪，其特征在于，包括数采监控主机、PLC信号采集器、温湿度传感器、空调红外控制探头、控制器、现场水质监测采集模块、远程反控模块、数据传输模块；所述数采监控主机通过串行通信或以太网通信分别与PLC信号采集器、控制器连接；所述现场水质监测采集模块、远程反控模块、数据传输模块安装部署在所述数采监控主机上；所述数采监控主机与外部中心端平台进行双向通讯，并通过串口方式与外部仪器设备分析单元物理连接；所述现场水质监测采集模块可动态采集外部仪器设备分析单元的信息；所述PLC信号采集器采集外部仪器设备分析单元的电磁阀或水泵开关信息，然后将信息集成至数采监控主机中，远程反控模块通过所述数采监控主机下达程序指令，响应并执行程序指令通过PLC信号采集器控制阀门进行开关闭；所述温湿度传感器、空调红外控制探头与所述控制器连接；所述温湿度传感器通过数据传输模块将数据预警信息传输给数采监控主机后，远程反控模块通过数采监控主机下达程序指令，响应并执行程序指令通过控制器反控红外空调探头。

2.根据权利要求1所述水环境自动监测数据采集与监控仪，其特征在于，所述数采监控主机上设有接口，接口种类包括USB接口、RS232 COM接口、RJ45接口、继电器输出接口、空调控制接口、各规储存卡接口。

3.根据权利要求1所述水环境自动监测数据采集与监控仪，其特征在于，所述PLC信号采集器采集采水单元、预处理单元、配水单元、监测分析单元的电磁阀或水泵开关信息。

4.根据权利要求1所述水环境自动监测数据采集与监控仪，其特征在于，所述现场水质监测采集模块采集的信息包括指标水温、溶解氧、pH、电导率、浊度、氨氮、总磷、总氮。

5.根据权利要求1所述水环境自动监测数据采集与监控仪，其特征在于，所述现场水质监测采集模块通过RS485总线与RTU模块相连通讯，RTU模块内含有专用的GSM模块；所述现场水质监测采集模块把测得数据收集后，通过RS485将数据传输给RTU模块，RTU模块使用GSM发送短消息给外部中心端平台。

6.根据权利要求1所述水环境自动监测数据采集与监控仪，其特征在于，所述数采监控主机通过RS485、232串口方式与外部仪器设备分析单元物理连接。

7.根据权利要求1所述水环境自动监测数据采集与监控仪，其特征在于，还包括继电器，所述继电器通过串行通信或以太网通信与数采监控主机连接。

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