专利名称：一种基于物联网的水质自动监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于物联网的水质自动监测系统。
背景技术：
2010年全国环境监测工作会议的召开以及“十二五”监测方案的制定对水环境监测信息工作提出了新的要求环保部门常规的水环境监测数据，已不能满足日益增长的业务需求和管理需求，特别是“传统的孤立的、粗放式的采集、监控和应用方式，已经极大地制约了对水环境信息有机的、集约化的应用模式”。随着物联网、云计算等先进信息技术的出现和应用，为水环境监测信息中历史存在和新出现的问题提供了有力的解决手段。使得我们能够“利用物联网技术具有的深度探究、感知、辨析水环境的能力，形成对水环境问题的高分辨率分析，通过加大时间、空间密度，感知水环境‘肌肤皱理’，突出水环境信息的精细化过程采集，形成流域、区域尺度水环境安全目标的自适应建模能力”。物联网是新一代信息技术的重要组成部分。物联网的英文名称叫“The Internet of things”。顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

实用新型内容本实用新型的目的是提供一种能实时检测水质状况的基于物联网的水质自动监测系统。本实用新型的技术方案如下一种基于物联网的水质自动监测系统，包括至少一个采水单元、配水单元、分析单元、控制单元、监控单元，所述控制单元分别与所述至少一个采水单元、所述配水单元、所述分析单元、所述监控单元通信；所述配水单元还分别与所述至少一个采水单元、所述分析单元相连；所述采水单元，用于根据所述控制单元的指令采集水样，并将所述水样传送至所述配水单元；所述配水单元，用于根据所述控制单元的指令调节所述水样进入所述分析单元的水流量和水压；由所述分析单元对所述水样的水质进行分析处理；所述控制单元还与所述监控单元进行通信，接收所述监控单元发送的指令，并将所述分析单元输出的分析结果发送至所述监控单元。进一步地，所述采水单元包括采水泵、浮筒、采水头、采水管路、供电电缆及安装结构部分。[0012]进一步地，所述采水单元包括采水泵、采水头、采水管路、供电电缆及固定装置；所述采水泵通过所述供电电缆与所述控制单元相连，接受外部供电，并接收所述控制单元发送的指令采集水样；所述采水泵还分别与所述采水头和所述采水管路相接，所述采水泵通过所述采水头吸入水样，并通过所述采水管路传送至所述配水单元；所述固定装置与所述采水头相接，用于固定所述采水头，并使所述采水头悬浮于采样液体上。进一步地，所述采水单元包括采水泵、浮筒、采水管路、供电电缆及固定装置；所述采水泵通过所述供电电缆与所述控制单元相连，接受外部供电，并接收所述控制单元发送的指令采集水样；所述固定装置与所述浮筒相接，用于固定所述浮筒，并使所述浮筒悬浮于采样液体上；所述采水泵还分别与所述浮筒和所述采水管路相接，所述采水泵吸入水样，并通过所述采水管路传送至所述配水单元。进一步地，所述配水单元通过设置手动阀门和/或自动阀门，调节所述水样进入所述分析单元的水流量和水压。进一步地，所述配水单元还包括除沙装置、和/或除藻装置、和/或过滤装置，所述除沙装置，用于除去所述水样中的沙粒，并将所述水样传送至所述分析单元进行数据分析；所述除藻装置，用于除去所述采水单元和所述配水单元管路中生长的藻类和菌类；所述过滤装置，用于除去所述水样中的杂质，并将所述水样传送至所述分析单元进行数据分析。进一步地，所述除沙装置为旋流除砂器；所述过滤装置为反冲洗过滤器；所述除藻装置包括依次相连的交流电源、变频变压器、臭氧发生器、保护开关、防腐电磁阀和射流器；所述变频变压器，用于将所述交流电源提供的交流电转换为高频高压信号，供给所述臭氧发生器；所述臭氧发生器，用于产生臭氧，并经所述保护开关和所述防腐电磁阀将所述臭氧通过所述射流器排出。进一步地，所述控制单元包括PLC控制模块、通信模块、电源模块，所述电源模块分别与所述PLC控制模块和所述通信模块相连，向二者供电；所述PLC控制模块还分别与所述分析单元、所述采水单元、所述配水单元相连；所述通信模块还分别与所述分析单元、所述监控单元进行通信；所述PLC控制模块，用于向所述采水单元和所述配水单元发送指令，控制所述采水单元和所述配水单元同步启动；所述PLC控制模块还控制所述分析单元对所述水样进行分析处理；所述通信模块，用于将所述分析单元输出的分析结果发送至所述监控单元。[0036]进一步地，所述控制单元还包括后备电源模块，所述后备电源模块分别与所述PLC 控制模块、所述通信模块、所述电源模块相连；所述后备电源模块接受所述电源模块的供电，并在所述电源模块停止供电时，向所述PLC控制模块和所述通信模块供电。进一步地，所述控制单元还包括监控模块，所述监控模块分别与所述PLC控制模块、所述通信模块、所述分析单元相连；所述监控模块，用于采集所述所述分析单元输出的分析结果并显示；所述监控模块还接收所述监控单元的指令，将所述分析结果通过所述通信模块发送至所述监控单元。进一步地，所述通信模块通过虚拟专网通信方式、无线专网通信方式、电话拨号通信方式、串口通信方式中的一种或多种与所述监控单元进行通信。本实用新型的有益效果是本实用新型技术方案就可实现监管部门对水质状况的实时监测，及时了解被监控区域的水体情况，从而预警预报重大或流域性水质污染事故、解决跨行政区域的水污染事故纠纷、监督总量控制制度落实情况以及排放达标情况等。

图1为本实用新型水质自动监测系统的构成示意图；图2为本实用新型中采水管路装配后的截面示意图；图3为本实用新型中除藻装置的构成示意图；图4为本实用新型中控制单元的构成示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。如图1所示，本实用新型的基于物联网的水质自动监测系统包括至少一个采水单元10、配水单元20、分析单元30、控制单元40、监控单元50。控制单元40分别与至少一个采水单元10、配水单元20、分析单元30、监控单元50通信。配水单元20还分别与至少一个采水单元10、分析单元30相连。其中，采水单元10，用于根据控制单元40的指令采集水样，并将水样传送至配水单元20。配水单元20，用于根据控制单元40的指令调节水样进入分析单元30的水流量和水压；由分析单元30对水样的水质进行分析处理。控制单元40还与监控单元50进行通信，接收监控单元50发送的指令，并将分析单元30输出的分析结果发送至监控单元50。本实用新型技术方案就可实现监管部门对水质状况的实时监测，及时了解被监控区域的水体情况，从而预警预报重大或流域性水质污染事故、解决跨行政区域的水污染事故纠纷、监督总量控制制度落实情况以及排放达标情况等。监测系统中设置多个采水单元10，当一路采水通道出现故障时，可自动切换到其它采水单元10，进而完成采水工作。进一步地，根据具体应用情况的不同，采水单元可有以下两种具体实现方式。采水单元的第一种实现方式，采水单元包括采水泵、采水头、采水管路、供电电缆及固定装置。其中，采水泵通过供电电缆与控制单元相连，接受外部供电，并接收控制单元发送的指令采集水样。采水泵还分别与采水头和采水管路相接，采水泵通过采水头吸入水样，并通过采水管路传送至配水单元。固定装置与采水头相接，用于固定采水头，并使采水头悬浮于采样液体上。进一步地，本实现方式中的采水泵为自吸泵。即不需在吸入管路内充满水就能自动地把水抽上来的离心泵。自吸泵具有结构简单可靠、经久耐用等特点。在泵正常情况下，一般不需要经常拆开保养，当发现故障后随时给予排除即可。采水单元的第二种实现方式，采水单元包括采水泵、浮筒、采水管路、供电电缆及固定装置。其中，采水泵通过供电电缆与控制单元相连，接受外部供电，并接收控制单元发送的指令采集水样。固定装置与浮筒相接，用于固定浮筒，并使浮筒悬浮于采样液体上。采水泵还分别与浮筒和采水管路相接，采水泵吸入水样，并通过采水管路传送至配水单元。进一步地，本实现方式中的采水泵为潜水泵。潜水泵是深井提水的重要设备，主要是指泵体和电动机可浸入水中工作的排水泵。图2为管路装配完成后的截面示意图，电缆11、采水管路12、聚乙烯保温套管13、 保护套管14、硼岩棉保温层15按照如图布设，使得本实用新型的采水管路具有较强的机械性能，较好的抗压、耐磨、防裂性能、以及化学稳定性和耐腐蚀性。为了保证采水单元10在冬季使用时不结冰，管路中还设置了加热带16。进一步地，配水单元20通过设置手动阀门和/或自动阀门，调节水样进入分析单元30的水流量和水压。从而满足分析单元30内不同分析仪器对样品水流量和水压的要求。配水单元20还可按照分析单元30内各个分析仪器的不同需求，对水样进行除沙、 过滤和沉淀等预处理。即，配水单元20还可包括除沙装置、和/或除藻装置、和/或过滤装置。除沙装置，用于除去水样中的沙粒，并将水样传送至分析单元30进行数据分析。除藻装置，用于除去采水单元和配水单元管路中生长的藻类和菌类，将藻类和菌类对水样的影响降至可以忽略。过滤装置，用于除去水样中的杂质，并将水样传送至分析单元30进行数据分析。进一步地，除沙装置为旋流除砂器。旋流除砂器采用重力加速度原理进行除沙当水样进入旋流除砂器后高速旋转，这时大颗粒泥沙的重力加速度瞬时提高几十倍，快速从除砂器下口排出，而水流则从上口进入管路，从而达到固液分离的目的。进一步地，过滤装置为反冲洗过滤器。采用错流方式对水样进行过滤处理，使本实用新型的过滤装置具有自清洗功能，可减少了维护和保养的时间和费用。进一步地，如图3所示，除藻装置包括依次相连的交流电源21、变频变压器22、臭氧发生器23、保护开关24、防腐电磁阀25和射流器26。其中，变频变压器22，用于将交流电源21提供的220V交流电转换为高频高压信号，供给臭氧发生器23。臭氧发生器23，用于产生臭氧，并经保护开关M和防腐电磁阀25将臭氧通过射流器沈排出。在管路(包括采水单元10和配水单元20两部分的管道)需要清洗时，自来水进入射流器沈，通过水流速产生的负压将臭氧带进管路，对水管进行灭藻和清洗，高效地灭菌除藻。在配水单元20对水样进行预处理后，分别传送到不同的分析仪内对水样进行数据分析。根据环境管理的需要和水质监测的目的，确定监测项目，进而根据检测项目选择分析仪。主要的分析仪可包括5参数(水温、PH值、电导率、溶解氧、浊度)分析仪、氨氮分析仪、高锰酸盐指数分析仪、总磷总氮分析仪、总有机碳分析仪、化学需氧量分析仪、叶绿素分析仪等。如图4所示，控制单元40包括PLC控制模块42、通信模块43、电源模块41。电源模块41分别与PLC控制模块42和通信模块43相连，向二者供电；PLC控制模块42还分别与分析单元30、采水单元10、配水单元20相连；通信模块43还分别与分析单元30、监控单元50进行通信；PLC控制模块42，用于向采水单元10和配水单元20发送指令，控制采水单元10和配水单元20同步启动；PLC控制模块42还控制分析单元30对水样进行分析处理； 通信模块43，用于将分析单元30输出的分析结果发送至监控单元50。PLC控制模块42做为整个检测系统的中心控制模块，承担了现场主要的控制功能，PLC控制模块42通过Modbus现场总线与分析单元30内的智能仪器设备相连，可采集每个分析仪的测量数据和状态，同时控制各仪器设备协同工作，使其成为一个整体。PLC控制模块42还可以通过模拟量采集各仪器的测量数据，通过DIO (数字输入输出电路)控制监测系统中采水单元10和配水单元20的工作，并可对仪器实现同步控制。进一步地，控制单元40还可包括后备电源模块，后备电源模块分别与PLC控制模块42、通信模块43、电源模块41相连。后备电源模块接受电源模块41的供电，并在电源模块41停止供电时，向PLC控制模块42和通信模块43供电。 电源模块41为控制单元40不间断地稳定供电，但是在系统遇到停电情况时，可通过设置的后备电源模块实现继续对控制单元40内部各模块的持续供电，并可保障正常通讯M小时以上，保证在停电此期间系统的正常工作。此外，在系统来电时，电源模块41采取延时启动，以防止仪器受到大电流的冲击。进一步地，控制单元40还包括监控模块，监控模块分别与PLC控制模块42、通信模块43、分析单元30相连。监控模块，用于采集分析单元30输出的分析结果并显示；监控模块还接收监控单元50的指令，将分析结果通过通信模块43发送至监控单元50。监控模块做为监测现场最主要的人机交互设备，通过Modbus现场总线以主从方式与包括PLC控制模块42在内的现场所有支持Modbus/RTU协议的智能仪器设备通信，采集各个仪器设备的数据和状态，并将数据和状态存储到现场的数据库中。同时监控模块还实现了与监控单元50上位机通信的功能，既可主动上传监测现场的数据和状态，也可以接受上位机的远程数据采集和参数设置等指示。进一步地，通信模块43通过虚拟专网通信方式(例如VPN)、无线专网通信方式 (例如GPRS、CDMA、EDGE)、电话拨号通信方式(例如PSTN)、串口通信方式(例如GSM-CSD、 卫星、无线电台)中的一种或多种与监控单元50进行通信。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种基于物联网的水质自动监测系统，其特征在于，包括至少一个采水单元、配水单元、分析单元、控制单元、监控单元，所述控制单元分别与所述至少一个采水单元、所述配水单元、所述分析单元、所述监控单元通信；所述配水单元还分别与所述至少一个采水单元、所述分析单元相连； 所述采水单元，用于根据所述控制单元的指令采集水样，并将所述水样传送至所述配水单元；所述配水单元，用于根据所述控制单元的指令调节所述水样进入所述分析单元的水流量和水压；由所述分析单元对所述水样的水质进行分析处理；所述控制单元还与所述监控单元进行通信，接收所述监控单元发送的指令，并将所述分析单元输出的分析结果发送至所述监控单元。
2.按照权利要求1所述的基于物联网的水质自动监测系统，其特征在于，所述采水单元包括采水泵、采水头、采水管路、供电电缆及固定装置；所述采水泵通过所述供电电缆与所述控制单元相连，接受外部供电，并接收所述控制单元发送的指令采集水样；所述采水泵还分别与所述采水头和所述采水管路相接，所述采水泵通过所述采水头吸入水样，并通过所述采水管路传送至所述配水单元；所述固定装置与所述采水头相接，用于固定所述采水头，并使所述采水头悬浮于采样液体上。
3.按照权利要求1所述的基于物联网的水质自动监测系统，其特征在于，所述采水单元包括采水泵、浮筒、采水管路、供电电缆及固定装置；所述采水泵通过所述供电电缆与所述控制单元相连，接受外部供电，并接收所述控制单元发送的指令采集水样；所述固定装置与所述浮筒相接，用于固定所述浮筒，并使所述浮筒悬浮于采样液体上；所述采水泵还分别与所述浮筒和所述采水管路相接，所述采水泵吸入水样，并通过所述采水管路传送至所述配水单元。
4.按照权利要求1、2、或3所述的基于物联网的水质自动监测系统，其特征在于， 所述配水单元通过设置手动阀门和/或自动阀门，调节所述水样进入所述分析单元的水流量和水压。
5.按照权利要求4所述的基于物联网的水质自动监测系统，其特征在于，所述配水单元还包括除沙装置、和/或除藻装置、和/或过滤装置，所述除沙装置，用于除去所述水样中的沙粒，并将所述水样传送至所述分析单元进行数据分析；所述除藻装置，用于除去所述采水单元和所述配水单元管路中生长的藻类和菌类； 所述过滤装置，用于除去所述水样中的杂质，并将所述水样传送至所述分析单元进行数据分析。
6.按照权利要求5所述的基于物联网的水质自动监测系统，其特征在于， 所述除沙装置为旋流除砂器；所述过滤装置为反冲洗过滤器；所述除藻装置包括依次相连的交流电源、变频变压器、臭氧发生器、保护开关、防腐电磁阀和射流器；所述变频变压器，用于将所述交流电源提供的交流电转换为高频高压信号，供给所述臭氧发生器；所述臭氧发生器，用于产生臭氧，并经所述保护开关和所述防腐电磁阀将所述臭氧通过射流器排出。
7.按照权利要求1所述的基于物联网的水质自动监测系统，其特征在于，所述控制单元包括PLC控制模块、通信模块、电源模块，所述电源模块分别与所述PLC控制模块和所述通信模块相连，向二者供电；所述PLC控制模块还分别与所述分析单元、所述采水单元、所述配水单元相连；所述通信模块还分别与所述分析单元、所述监控单元进行通信；所述PLC控制模块，用于向所述采水单元和所述配水单元发送指令，控制所述采水单元和所述配水单元同步启动；所述PLC控制模块还控制所述分析单元对所述水样进行分析处理；所述通信模块，用于将所述分析单元输出的分析结果发送至所述监控单元。
8.按照权利要求7所述的基于物联网的水质自动监测系统，其特征在于，所述控制单元还包括后备电源模块，所述后备电源模块分别与所述PLC控制模块、所述通信模块、所述电源模块相连；所述后备电源模块接受所述电源模块的供电，并在所述电源模块停止供电时，向所述 PLC控制模块和所述通信模块供电。
9.按照权利要求7或8所述的基于物联网的水质自动监测系统，其特征在于，所述控制单元还包括监控模块，所述监控模块分别与所述PLC控制模块、所述通信模块、所述分析单元相连；所述监控模块，用于采集所述所述分析单元输出的分析结果并显示；所述监控模块还接收所述监控单元的指令，将所述分析结果通过所述通信模块发送至所述监控单元。
10.按照权利要求7或8所述的基于物联网的水质自动监测系统，其特征在于，所述通信模块通过虚拟专网通信方式、无线专网通信方式、电话拨号通信方式、串口通信方式中的一种或多种与所述监控单元进行通信。
专利摘要本实用新型的基于物联网的水质自动监测系统包括至少一个采水单元、配水单元、分析单元、控制单元、监控单元。采水单元用于根据控制单元的指令采集水样，并将水样传送至配水单元；配水单元用于根据控制单元的指令调节水样进入分析单元的水流量和水压；由分析单元对水样的水质进行分析处理；控制单元还与监控单元进行通信，接收监控单元发送的指令，并将分析单元输出的分析结果发送至监控单元。本实用新型技术方案就可实现监管部门对水质状况的实时监测，及时了解被监控区域的水体情况，从而预警预报重大或流域性水质污染事故、解决跨行政区域的水污染事故纠纷、监督总量控制制度落实情况以及排放达标情况等。
文档编号G01N35/00GK202057645SQ20112015855
公开日2011年11月30日 申请日期2011年5月18日 优先权日2011年5月18日
发明者刘丰, 宋奕采, 王磊, 贾庆 申请人:北京晟德瑞环境技术有限公司