一種基于多參數(shù)監(jiān)測的供水管網(wǎng)末端水質(zhì)惡化控制的自動排放水裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于多參數(shù)監(jiān)測的供水管網(wǎng)末端水質(zhì)惡化控制的自動排放水裝置及方法。該裝置包括監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸存儲系統(tǒng)和控制排放系統(tǒng)。監(jiān)測系統(tǒng)由濁度在線分析儀、DO電極探頭和ORP電極探頭構(gòu)成，數(shù)據(jù)傳輸存儲系統(tǒng)由GPRS無線模塊、路由器、遠程控制電腦構(gòu)成，控制排放系統(tǒng)由PLC主控器以及與其相連的濁度儀觸摸屏、DO和ORP觸摸屏、1號電動閥門、2號電動閥門、接地線、“就地/遠程”開關(guān)、電動閥門開關(guān)構(gòu)成。本發(fā)明適用于控制城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)末梢用戶由于用水量少及用水間隔時間長而引起的水質(zhì)惡化問題。裝置在監(jiān)測到管道內(nèi)水質(zhì)指標超標前開啟排放直至水質(zhì)達到預設標準，獲取水質(zhì)信息準確迅速,是保障管網(wǎng)末梢水質(zhì)安全的一種有效裝置。
【專利說明】
一種基于多參數(shù)監(jiān)測的供水管網(wǎng)末端水質(zhì)惡化控制的自動排放水裝置及方法
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明涉及一種自動排放水裝置及使用方法，特別是關(guān)于一種基于多參數(shù)監(jiān)測的供水管網(wǎng)末端水質(zhì)惡化控制的自動排放水裝置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水源水質(zhì)和市政供水管網(wǎng)水質(zhì)仍然是“從源頭到龍頭”的系統(tǒng)中存在較多問題的環(huán)節(jié)，水源的水質(zhì)問題可以通過源頭控制和凈水廠得到一定程度的解決，但是各項水質(zhì)指標均達到國家飲用水標準的出廠水進入管網(wǎng)輸配系統(tǒng)后，仍存在復雜的物理、化學和微生物過程的水質(zhì)變化和轉(zhuǎn)化，進而影響末端水質(zhì)。水質(zhì)化學轉(zhuǎn)化主要包括以下幾個方面:(I)發(fā)生沉積、沉淀結(jié)晶等化學反應，并表現(xiàn)為細小顆粒物質(zhì)(如碳酸鈣)等濃度升高或在管壁沉積。(2)水體與管壁發(fā)生電化學腐蝕，導致腐蝕產(chǎn)物釋放到水體以及水中金屬離子濃度升高。(3)水體中某些組分會與管壁腐蝕瘤中釋放出的金屬離子形成可溶性絡合物，而使水體中重金屬濃度大大提升，例如鉛離子會與氨氮形成絡合物。同時由于處在末端，水體中余氯濃度水平基本衰減為零，微生物再次大量繁殖，微生物在管道內(nèi)壁附著形成生物膜，在滯流情況下生物膜中某些微生物會脫落到水體中增大飲用水生物安全風險。某些微生物同樣會影響腐蝕，有研究表明，電化學腐蝕和微生物腐蝕的協(xié)同作用機制將加速管壁腐蝕和水質(zhì)惡化，從而使得水質(zhì)安全風險極大增加。末端管網(wǎng)水質(zhì)不達標往往表現(xiàn)為Fe、Mn等金屬離子超標和細菌總量超標，而以上指標目前還很難實現(xiàn)在線監(jiān)測或由于在線監(jiān)測的建設維護成本過高而無法實施。因此有必要考慮尋找一些關(guān)聯(lián)指標，這些指標既方便在線監(jiān)測，同時與以上指標又存在內(nèi)在可靠的模型關(guān)系。在此基礎上，根據(jù)關(guān)聯(lián)指標的監(jiān)測判斷，來實現(xiàn)對末端管網(wǎng)水質(zhì)的達標控制，保障飲用水水質(zhì)安全。本發(fā)明采用實時監(jiān)測供水管網(wǎng)末梢的水質(zhì)相關(guān)指標的變化而采取及時排水的措施來預防出現(xiàn)“黃水” “黑水”的問題，避免對末端用戶的日常生活用水以及用水安全造成危害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明之目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，為改善供水管網(wǎng)末梢水質(zhì)提供一種自動排放水裝置。該裝置工藝簡單，操作方便，工作可靠性高，能快速、準確地獲取水質(zhì)參數(shù)信息，可在管網(wǎng)末梢用戶出現(xiàn)“黃水”、“紅水”等問題之前，將惡化的水質(zhì)自動排放，保障供水管網(wǎng)末端用戶用水安全。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0005]—種基于多參數(shù)監(jiān)測的供水管網(wǎng)末端水質(zhì)惡化控制的自動排放水裝置包括監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸存儲系統(tǒng)和控制排放系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)由濁度在線分析儀、DO電極探頭和ORP電極探頭構(gòu)成，濁度在線分析儀、DO電極探頭和ORP電極探頭安裝在管網(wǎng)末梢的供水管道中，并通過信號線連接于PLC主控器上;數(shù)據(jù)傳輸存儲系統(tǒng)由GPRS無線模塊、路由器、遠程控制電腦構(gòu)成，GPRS無線模塊連接于PLC主控器，路由器與GPRS無線模塊連接，遠程控制電腦接收路由器發(fā)出的數(shù)據(jù)信息并儲存;控制排放系統(tǒng)由PLC主控器以及與其相連的濁度儀觸摸屏、DO和ORP觸摸屏、I號電動閥門、2號電動閥門、接地線、“就地/遠程”開關(guān)、電動閥門開關(guān)構(gòu)成，PLC主控器通過接收遠程控制電腦發(fā)出的開關(guān)閥門指令，控制I號電動閥門和2號電動閥門的開啟與關(guān)閉。
[0006]所述的濁度在線分析儀、DO電極探頭和ORP電極探頭直接安裝在供水管道上，DO電極探頭和ORP電極探頭安裝有必要的保護套，且保護套的長度大于電極探頭的長度，避免水流流動時對電極探頭產(chǎn)生直接沖擊。
[0007]所述的PLC主控器采用SIEMENS S7-300系列。
[0008]所述的供水管道上安裝有閘閥，可關(guān)閉閥門以便于相關(guān)運行設備的檢修。
[0009]所述的GPRS無線模塊可將PLC主控器中的數(shù)據(jù)傳送給遠程控制電腦。
[0010]所述的GPRS無線模塊采用4G通訊方式，確保數(shù)據(jù)傳送的實時和穩(wěn)定。
[0011]所述的濁度在線分析儀、DO電極探頭和ORP電極探頭的信號線長度均小于3米，減小因信號在傳送過程中的衰減而造成與實際值有所偏差。
[0012]所述基于多參數(shù)監(jiān)測的供水管網(wǎng)末端水質(zhì)惡化控制的自動排放水裝置的使用方法，包括以下步驟:
[0013]裝置開始運行:先將PLC主控器的工作狀態(tài)由“就地”切換成“遠程”，遠程控制電腦上設置鐵錳濃度和可培養(yǎng)細菌總數(shù)的數(shù)值上限以及水的排放時間和靜置時間，當濁度在線分析儀、DO電極探頭和ORP電極探頭監(jiān)測到供水管道中的某一水質(zhì)參數(shù)指標經(jīng)PLC主控器轉(zhuǎn)換后達到遠程控制電腦上設置的鐵錳濃度和可培養(yǎng)細菌總數(shù)指標的上限時，PLC主控器通過信號線控制的2號電動閥門開啟，I號電動閥門關(guān)閉，當2號電動閥門開啟時間達到所設置的排放時間后即關(guān)閉，同時I號電動閥門開啟，靜置一段時間后，當濁度在線分析儀、DO電極探頭和ORP電極探頭監(jiān)測到的水質(zhì)參數(shù)經(jīng)PLC主控器轉(zhuǎn)換后仍處于遠程控制電腦的設置的上限時，2號電動閥門再次開啟，I號電動閥門關(guān)閉，直至管道中監(jiān)測的水質(zhì)參數(shù)符合預設標準為止。
[0014]所述使用方法步驟中的遠程控制電腦可以設置水的排放時間和靜置時間以及可在不同的溫度范圍內(nèi)分別設置鐵錳濃度和可培養(yǎng)細菌總數(shù)的上限。
[0015]所述使用方法步驟中的DO電極探頭在監(jiān)測水體溶解氧的同時亦能監(jiān)測水溫，并將結(jié)果反饋給PLC主控器，PLC主控器根據(jù)監(jiān)測到的水溫自動調(diào)用對應溫度范圍內(nèi)的鐵錳濃度和可培養(yǎng)細菌總數(shù)的上限。
[0016]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點:(I)該裝置能實時、穩(wěn)定在線監(jiān)測管網(wǎng)末梢水質(zhì)變化，可以為研究相關(guān)水質(zhì)變化規(guī)律提供數(shù)據(jù)參考；(2)該裝置能夠依據(jù)監(jiān)測到水質(zhì)參數(shù)值科學進行排水，在最大程度上節(jié)省水資源；(3)該裝置能準確、迅速獲取水質(zhì)信息，及時自動排放管網(wǎng)末梢惡化的水，避免對末梢用戶日常生活用水造成影響。
【附圖說明】
[0017]圖1為自動排放水的控制裝置工藝流程圖；
[0018]圖2為本發(fā)明的探頭電極安裝示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明的探頭電極安裝詳圖；
[0020]圖中:路由器1、GPRS無線模塊2、PLC主控箱3、濁度儀觸摸屏4、D0和ORP觸摸屏5、濁度在線分析儀6、信號線7、D0電極探頭8、0RP電極探頭9、2號電動閥門10、I號電動閥門11、“就地/遠程”手動開關(guān)12、電動閥門開關(guān)13、遠程控制電腦14、閘閥15、電極探頭保護套16、接地線17。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實施例本發(fā)明進行詳細的描述。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明是一種基于多參數(shù)監(jiān)測的供水管網(wǎng)末端水質(zhì)惡化控制的自動排放水裝置，包括監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸存儲系統(tǒng)和控制排放系統(tǒng)。監(jiān)測系統(tǒng)由濁度在線分析儀6、D0電極探頭8和ORP電極探頭9構(gòu)成，濁度在線分析儀6、D0電極探頭8和ORP電極探頭9安裝在管網(wǎng)末梢的供水管道中，并通過信號線7連接于PLC主控器3上;數(shù)據(jù)傳輸存儲系統(tǒng)由GPRS無線模塊2、路由器1、遠程控制電腦14構(gòu)成，GPRS無線模塊2連接于PLC主控器3，路由器I與GPRS無線模塊2連接，遠程控制電腦14接收路由器I發(fā)出的數(shù)據(jù)信息并儲存;控制排放系統(tǒng)由PLC主控器3以及與其相連的濁度儀觸摸屏4、DO和ORP觸摸屏5、I號電動閥門11、2號電動閥門10、“就地/遠程”開關(guān)12、電動閥門開關(guān)13構(gòu)成，PLC主控器3通過接收遠程控制電腦14運行軟件發(fā)出的開關(guān)閥門指令，控制I號電動閥門11和2號電動閥門10的開啟與關(guān)閉。
[0023]如圖2和3所示，濁度在線分析儀6、D0電極探頭8和ORP電極探頭9直接安裝在供水管道上，DO電極探頭8和ORP電極探頭9安裝有必要的保護套16，且保護套16的長度大于電極探頭的長度，避免因水流流動時對電極探頭產(chǎn)生直接沖擊。
[0024]PLC主控器3采用性能優(yōu)越的SIEMENS S7-300系列。
[0025]供水管道上安裝有閘閥15，可關(guān)閉閥門以便于相關(guān)運行設備的檢修。
[0026]PLC主控器3懸掛安裝且接有地線16，避免因漏電等事故對人及裝置造成危害。
[0027]I號電動閥門11和2號電動閥門10均可接收模擬量信號，可受PLC主控器3的控制。
[0028]GPRS無線模塊2可將PLC主控器3中的數(shù)據(jù)傳送給遠程控制電腦14。
[0029]GPRS無線模塊2采用4G通訊方式，確保數(shù)據(jù)傳送的實時和穩(wěn)定。
[0030]濁度在線分析儀6、D0電極探頭8和ORP電極探頭9的信號線7長度均采用小于3米，減少信號在傳送過程中衰減而造成與實際值偏差較大。
[0031]本發(fā)明的自動排放水裝置用于監(jiān)測的供水管網(wǎng)末端水質(zhì)惡化控制可按如下實施例步驟進行:
[0032]實施例1
[0033]a)分別在春夏秋冬四個季節(jié)采集某地區(qū)供水管網(wǎng)末端的水樣，每個季節(jié)平均采集9次，每次采集時長為24小時，且采集過程中每隔I小時采取一次水質(zhì)。分別檢測水質(zhì)參數(shù):溶解氧、氧化還原電位、濁度、鐵錳濃度、可培養(yǎng)細菌總數(shù)。
[0034]b)按照不同溫度范圍:0-15°C、15-25 V、25-35 V這三檔的溫度下分別建立氧化還原電位、溶解氧、濁度與鐵錳濃度、可培養(yǎng)細菌總數(shù)之間的關(guān)系模型，將關(guān)系模型公式編輯輸入PLC主控器3的控制程序中，以達到通過氧化還原電位、溶解氧、濁度的監(jiān)測來控制水體中鐵、錳濃度以及可培養(yǎng)菌總數(shù)的變化
[0035]c)裝置開始運行:PLC主控器3的工作狀態(tài)由“就地”切換成“遠程”，遠程控制電腦14上設置鐵錳濃度和可培養(yǎng)細菌總數(shù)的數(shù)值上限以及水的排放時間和靜置時間，當濁度在線分析儀6、D0電極探頭8和ORP電極探頭9監(jiān)測到供水管道中的任一水質(zhì)指標經(jīng)PLC主控器3關(guān)系模型數(shù)值轉(zhuǎn)換后達到遠程控制電腦14上設置的鐵錳濃度和可培養(yǎng)細菌總數(shù)的上限時，PLC主控器3通過信號線7控制的2號電動閥門10開啟，I號電動閥門11關(guān)閉，當2號電動閥門10開啟時間達到所設置的排放時間后即關(guān)閉，同時I號電動閥門11開啟，靜置一段時間后，當濁度在線分析儀6、DO電極探頭8和ORP電極探頭9監(jiān)測到的水質(zhì)參數(shù)經(jīng)PLC主控器轉(zhuǎn)換后仍處于遠程控制電腦14的設置的上限時，2號電動閥門10再次開啟，I號電動閥門11關(guān)閉，直至管道中監(jiān)測的水質(zhì)參數(shù)符合預設標準為止。
[0036]實施例2
[0037]在PLC主控器3內(nèi)直接輸入氧化還原電位、溶解氧、濁度與鐵錳濃度、可培養(yǎng)細菌總數(shù)之間的經(jīng)驗模型、經(jīng)驗關(guān)系式或已有的關(guān)系模型。
[0038]裝置開始運行:PLC主控器3的工作狀態(tài)由“就地”切換成“遠程”，遠程控制電腦14上設置Fe、Mn濃度和可培養(yǎng)細菌總數(shù)的數(shù)值上限以及水的排放時間和靜置時間，當濁度在線分析儀6、D0電極探頭8和ORP電極探頭9監(jiān)測到供水管道中的任一水質(zhì)指標經(jīng)PLC主控器3內(nèi)的關(guān)系式或模型轉(zhuǎn)換后達到遠程控制電腦14上設置的鐵錳濃度和可培養(yǎng)細菌總數(shù)的數(shù)值上限時，PLC主控器3通過信號線7控制的2號電動閥門10開啟，I號電動閥門11關(guān)閉，當2號電動閥門10開啟時間達到所設置的排放時間后即關(guān)閉，同時I號電動閥門11開啟，靜置一段時間后，當濁度在線分析儀6、D0電極探頭8和ORP電極探頭9監(jiān)測到的水質(zhì)參數(shù)經(jīng)PLC主控器轉(zhuǎn)換后仍處于遠程控制電腦14的設置的上限時，2號電動閥門10再次開啟，I號電動閥門11關(guān)閉，直至管道中監(jiān)測的水質(zhì)參數(shù)符合預設標準為止。
[0039]在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎上，凡根據(jù)本發(fā)明原理對裝置的個別設備進行改進和等同變換，均不排除在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于多參數(shù)監(jiān)測的供水管網(wǎng)末端水質(zhì)惡化控制的自動排放水裝置，其特征在于:包括監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸存儲系統(tǒng)和控制排放系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)由濁度在線分析儀(6)、D0電極探頭(8)和ORP電極探頭(9)構(gòu)成，濁度在線分析儀(6)、D0電極探頭(8)和ORP電極探頭(9)安裝在管網(wǎng)末梢的供水管道中，并通過信號線(7)連接于PLC主控器(3)上;數(shù)據(jù)傳輸存儲系統(tǒng)由GPRS無線模塊(2)、路由器(I)、遠程控制電腦(I4)構(gòu)成，GPRS無線模塊(2)連接于PLC主控器(3)，路由器(I)與GPRS無線模塊⑵連接，遠程控制電腦(14)接收路由器(I)發(fā)出的數(shù)據(jù)信息并儲存;控制排放系統(tǒng)由PLC主控器(3)以及與其相連的濁度儀觸摸屏(4)、D0和ORP觸摸屏(5)、1號電動閥門(11)、2號電動閥門(10)、接地線(17)、“就地/遠程”開關(guān)(12)、電動閥門開關(guān)(13)構(gòu)成，PLC主控器(3)通過接收遠程控制電腦(14)發(fā)出的開關(guān)閥門指令，控制I號電動閥門(11)和2號電動閥門(10)的開啟與關(guān)閉。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多參數(shù)監(jiān)測的供水管網(wǎng)末端水質(zhì)惡化控制的自動排放水裝置，其特征在于:所述的濁度在線分析儀(6)、D0電極探頭(8)和ORP電極探頭(9)直接安裝在供水管道上，DO電極探頭(8)和ORP電極探頭(9)安裝有必要的保護套(16)，且保護套(16)的長度大于電極探頭的長度，避免水流流動時對電極探頭產(chǎn)生直接沖擊。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多參數(shù)監(jiān)測的供水管網(wǎng)末端水質(zhì)惡化控制的自動排放水裝置，其特征在于:所述的PLC主控器(3)采用SIEMENS S7-300系列。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多參數(shù)監(jiān)測的供水管網(wǎng)末端水質(zhì)惡化控制的自動排放水裝置，其特征在于:所述的供水管道上安裝有閘閥(15)，可關(guān)閉閥門以便于相關(guān)運行設備的檢修。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多參數(shù)監(jiān)測的供水管網(wǎng)末端水質(zhì)惡化控制的自動排放水裝置，其特征在于:所述的GPRS無線模塊(2)可將PLC主控器(3)中的數(shù)據(jù)傳送給遠程控制電腦(14)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多參數(shù)監(jiān)測的供水管網(wǎng)末端水質(zhì)惡化控制的自動排放水裝置，其特征在于:所述的GPRS無線模塊(2)采用4G通訊方式，確保數(shù)據(jù)傳送的實時和穩(wěn)定。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多參數(shù)監(jiān)測的供水管網(wǎng)末端水質(zhì)惡化控制的自動排放水裝置，其特征在于:所述的濁度在線分析儀(6)、D0電極探頭(8)和ORP電極探頭(9)的信號線(7)長度均小于3米，減小因信號在傳送過程中的衰減而造成與實際值有所偏差。8.—種如權(quán)利要求1至7所述的一種基于多參數(shù)監(jiān)測的供水管網(wǎng)末端水質(zhì)惡化控制的自動排放水裝置的使用方法，包括以下步驟: 裝置開始運行:先PLC主控器(3)的工作狀態(tài)由“就地”切換成“遠程”，再在遠程控制電腦(14)上設置鐵錳濃度和可培養(yǎng)細菌總數(shù)的數(shù)值上限以及水的排放時間和靜置時間，當濁度在線分析儀(6)、D0電極探頭(8)和ORP電極探頭(9)監(jiān)測到供水管道中的某一水質(zhì)參數(shù)指標經(jīng)PLC主控器(3)轉(zhuǎn)換后達到遠程控制電腦(14)上設置的鐵錳濃度和可培養(yǎng)細菌總數(shù)指標的上限時，PLC主控器(3)通過信號線(7)控制的2號電動閥門(10)開啟，I號電動閥門(11)關(guān)閉，當2號電動閥門(10)開啟時間達到所設置的排放時間后隨即關(guān)閉，同時I號電動閥門(11)開啟，靜置一段時間后，當濁度在線分析儀(6)、D0電極探頭(8)和ORP電極探頭(9)監(jiān)測到的水質(zhì)參數(shù)經(jīng)PLC主控器轉(zhuǎn)換后仍處于遠程控制電腦(14)的設置的上限時，2號電動閥門(10)再次開啟，I號電動閥門(11)關(guān)閉，直至管道中監(jiān)測的水質(zhì)參數(shù)符合預設標準值為止。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:所述的遠程控制電腦(14)可以設置水的排放時間和靜置時間以及可在不同的溫度范圍內(nèi)分別設置鐵錳濃度和可培養(yǎng)細菌總數(shù)的上限。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:所述的DO電極探頭(8)在監(jiān)測水體溶解氧的同時亦能監(jiān)測水溫，并將結(jié)果反饋給PLC主控器(3)，PLC主控器(3)根據(jù)監(jiān)測到的水溫自動調(diào)用對應溫度范圍內(nèi)的鐵錳濃度和可培養(yǎng)細菌總數(shù)的上限。
【文檔編號】G05B19/05GK105843156SQ201610177448
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】柳景青, 申屠華斌, 張逸夫, 葉萍, 彭宏熙, 周云峰
【申請人】浙江大學