專利名稱：現場控制器與農村生活污水處理站實時在線遠程運營系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及污水處理技術領域，具體地，涉及現場控制器與農村生活污水處理站實時在線遠程運營系統。
背景技術：
在“十二五”規劃中，將環保提到首要的位置，因各種污水廢水的排放，使得我國的河流、湖泊污染嚴重。農村生活污水是水環境污染的一個重要源頭，改革開放以來由于對農村生活污水這一塊不夠重視，導致農村生活污水任意排放現象突出。現有的有關農村生活污水的處理也很簡單，經過一些簡單的工藝，就直接排放，從不關心經過這些工藝處理以后到底是否可以達到排放的標準；也無法準確判斷處理工藝中各個環節的運行情況。另外，在上述農村生活污水的處理過程中，采用的控制電路也是及其簡單的時間繼電器控制，只能有規律的重復控制設備的啟停，沒辦法對突發的情況做出任何應急的反應以及發出報警信息。由于農村生活污水處理站分布比較分散，致使農村生活污水處理系統不能聯網集中運營，直接導致運營管理成本比較高。在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術中至少存在應急能力差、可靠性差、 無法集中處理與運營成本高等缺陷。

發明內容
本發明的目的在于，針對上述問題，提出一種現場控制器，以實現應急能力強、可靠性好、易于集中處理、實時性好與運營成本低的優點。為實現上述目的，本發明采用的技術方案是一種現場控制器，包括電源單元、現場信號獲取單元、控制單元、信號變送單元與通信接口，其中
所述電源單元，用于為各用電設備供電；
所述現場信號獲取單元，用于獲取現場信號，并傳輸至信號變送單元； 所述信號變送單元，用于將現場信號，轉換為現場各執行元件的控制信號，并傳輸至控制單元；
所述控制單元，用于根據現場各執行元件的控制信號，進行處理，并將處理結果傳輸至現場各執行元件，控制并管理現場各執行元件的動作；
所述通信接口，用于遠程控制時，實現控制單元與遠程服務器之間的數據傳輸。進一步地，以上所述的現場控制器，還包括輸入鍵盤與顯示單元，其中 所述輸入單元，用于操作者向控制單元輸入控制信號；
所述顯示單元，用于顯示相應的輸入信息和/或控制單元的處理結果和/或現場各執行元件的工作狀態。進一步地，所述控制單元，包括相連的輸入板SRB與底板，所述輸入板SRB與信號變送單元連接；所述底板，通過數據總線，分別與輸入單元及顯示單元連接；在所述底板上CN 102541011 A安裝有控制板，在所述控制板上安裝有程序板；
所述底板至少包括信號寄存模塊與A/D轉換模塊，所述輸入板SRB、信號寄存模塊、A/D 轉換模塊與程序板依次連接；
所述程序板，至少包括型號為RTL8019AS的以太網芯片，以及型號為Rabbit2000、且內置有us/OS- II操作系統的處理器；
所述通信接口通過正接網線，與程序板中與型號為RTL8019AS的以太網芯片匹配的以太網接口連接。進一步地，所述控制單元，還包括與現場各執行元件相匹配的多個固態繼電器；所述多個固態繼電器的信號輸入端與底板的輸出端連接，信號輸出端與現場各執行元件連接。進一步地，所述現場信號獲取單元，至少包括用于獲取設置在現場且用于采集現場信號的水質信息獲取模塊、氧化還原信息獲取模塊、溫度信息獲取模塊與液位信息獲取模塊中的任意多種，以及與液位信息獲取模塊相匹配的光電隔離模塊；
所述水質信息獲取模塊、氧化還原信息獲取模塊與溫度信息獲取模塊，分別連接至輸入板SRB ；所述液位信息獲取模塊，通過光電隔離模塊連接至輸入板SRB。進一步地，所述信號變送單元，至少包括溶氧DO信號變送器、氧化還原儀ORP變送器與水質分析儀PH變送器。進一步地，所述電源單元包括交流電源，啟動按鈕SB，交流指示燈HL，熔斷器FR1、 FR2與FR3，以及開關電源；其中
所述交流電源經啟動按鈕SB與交流指示燈HL后，一方面與開關電源連接，另一方面分別經熔斷器FR1-FR3及相應的固態繼電器的控制開個后接現場各執行元件；相應的固態繼電器的電磁線圈，分別與底板上的現場執行元件控制端連接；所述開關電源，分別與輸入板 SRB、底板、控制板、程序板及信號變送單元連接。進一步地，所述輸入單元至少包括輸入鍵盤，所述顯示單元至少包括液晶顯示屏與指示燈模塊中的任意多種，所述通信接口至少包括3G路由器。同時，本發明采樣的另一技術方案是一種基于以上所述的現場控制器的農村生活污水處理站實時在線遠程運營系統，包括設置在各污水處理站的現場各執行元件，用于控制和管理各污水處理站的多個現場控制器，通信單元，以及遠程服務器與操作終端；其中
所述各污水處理站的現場各執行元件，與相應的現場控制器連接；所述相應的現場控制器通過通信單元與遠程服務器連接，所述操作終端與遠程服務器連接。進一步地，在每個污水處理站的現場各執行元件中，至少內置有用于故障報警的霍爾元件；在每個污水處理站，至少設有格柵調節池、沉淀池、好氧池與厭氧池；
所述現場各執行元件，至少包括安裝在格柵調節池中的污水泵、安裝在沉淀池中的污泥泵、以及安裝在好氧池中的射流曝氣機中的任意多種；
與所述現場控制器的現場信號獲取單元相匹配，在厭氧池中，設有用于采集水質信息的水質分析儀器PH，用于采集氧化還原信息的氧化還原儀器0RP，以及用于采集溫度信息的溫度傳感器PT1000 ；在格柵調節池中，設有用于采集液位信息的浮球液位計。本發明各實施例的現場控制器與農村生活污水處理站實時在線遠程運營系統，由于該現場控制器包括電源單元、現場信號獲取單元、控制單元、信號變送單元與通信接口， 電源單元用于為現場信號獲取單元、控制單元、信號變送單元及通信接口供電，現場信號獲取單元、信號變送單元與通信接口，分別與控制單元連接；可以應用于農村生活污水處理站運行過程中，對每個工藝環節遠程實時在線集中運營監控管理；從而可以克服現有技術中應急能力差、可靠性差、無法集中處理與運營成本高的缺陷，以實現應急能力強、可靠性好、 易于集中處理、實時性好與運營成本低的優點。本發明的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。


附圖用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用于解釋本發明，并不構成對本發明的限制。在附圖中
圖1為根據本發明現場控制器的工作原理示意圖； 圖2為根據本發明現場控制器的工作流程示意圖3為根據本發明農村生活污水處理站實時在線遠程運營系統的工作原理示意圖。結合附圖，本發明實施例中附圖標記如下
1-遠程服務器；21、22_操作終端；3-互聯網；4-2G/3G核心網；51、52、53_基站；61、 62,63,64- 3G 路由器；71、72、73、74_ 現場控制器；81、82、83、84_ 泵；91、92、93、94_ 傳感
ο
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。控制器實施例
根據本發明實施例，提供了一種現場控制器。如圖1和圖2所示，本實施例包括電源單元、現場信號獲取單元、控制單元、信號變送單元、通信接口、輸入鍵盤與顯示單元，其中
上述電源單元，用于為各用電設備供電；現場信號獲取單元，用于獲取現場信號，并傳輸至信號變送單元；信號變送單元，用于將現場信號，轉換為現場各執行元件的控制信號， 并傳輸至控制單元；控制單元，用于根據現場各執行元件的控制信號，進行處理，并將處理結果傳輸至現場各執行元件，控制并管理現場各執行元件的動作；通信接口，用于遠程控制時，實現控制單元與遠程服務器之間的數據傳輸；輸入單元，用于操作者向控制單元輸入控制信號；顯示單元，用于顯示相應的輸入信息和/或控制單元的處理結果和/或現場各執行元件的工作狀態。在上述實施例中，控制單元，包括相連的輸入板SRB與底板，以及與現場各執行元件相匹配的多個固態繼電器；輸入板SRB與信號變送單元連接，底板通過數據總線分別與輸入單元及顯示單元連接；在底板上安裝有控制板，在控制板上安裝有程序板；底板至少包括信號寄存模塊與A/D轉換模塊，所述輸入板SRB、信號寄存模塊、A/D轉換模塊與程序板依次連接；程序板，至少包括型號為RTL8019AS的以太網芯片，以及型號為Rabbit2000、 且內置有us/OS- II操作系統的處理器；通信接口通過正接網線，與程序板中與型號為 RTL8019AS的以太網芯片匹配的以太網接口連接；多個固態繼電器的信號輸入端與底板的輸出端連接，信號輸出端與現場各執行元件連接。在上述實施例中，現場信號獲取單元，至少包括用于獲取設置在現場且用于采集現場信號的水質信息獲取模塊、氧化還原信息獲取模塊、溫度信息獲取模塊與液位信息獲取模塊中的任意多種，以及與液位信息獲取模塊相匹配的光電隔離模塊；水質信息獲取模塊、氧化還原信息獲取模塊與溫度信息獲取模塊，分別連接至輸入板SRB ；液位信息獲取模塊，通過光電隔離模塊(優選為型號為TLP521-1光電隔離模塊)連接至輸入板SRB。在上述實施例中，信號變送單元，至少包括溶氧DO信號變送器、氧化還原儀ORP變送器與水質分析儀PH變送器。在上述實施例中，電源單元包括交流電源，啟動按鈕SB，交流指示燈HL，熔斷器 FRUFR2與FR3，以及開關電源；其中交流電源經啟動按鈕SB與交流指示燈HL后，一方面與開關電源連接，另一方面分別經熔斷器FR1-FR3及相應的固態繼電器的控制開個后接現場各執行元件；相應的固態繼電器的電磁線圈，分別與底板上的現場執行元件控制端連接； 開關電源，分別與輸入板SRB、底板、控制板、程序板及信號變送單元連接。在上述實施例中，輸入單元至少包括輸入鍵盤，顯示單元至少包括液晶顯示屏與指示燈模塊中的任意多種，通信接口至少包括3G路由器。上述實施例的現場控制器，主要應用于農村生活污水處理站運行過程中，對每個工藝環節遠程實時在線集中運營監控管理；可以對農村生活污水處理工藝中的各個環節參數的實時在線監測，并將監測數據通過無線3G回傳到遠端服務器，工作人員或者預設程序根據監測數據發出相應的控制命令給現場控制器，現場控制器根據命令執行相應的控制程序。在圖2中，上述實施例的現場控制器的工作流程，包括 步驟100 進行初始化設置；
步驟101 顯示單元顯示初始化設置信息；
步驟102 現場信號獲取單元進行數據采樣與濾波處理；
步驟103 將步驟102的處理結果發送至控制單元；
步驟104 控制單元判斷是否接收到操作者發送的控制命令，若有控制命令，則解析控制命令，執行步驟105 ；若無控制命令，則返回步驟101 ；
步驟105 根據解析所得控制命令，執行相應的控制程序。運營系統實施例
根據本發明實施例，提供了一種基于上述現場控制器實施例的農村生活污水處理站實時在線遠程運營系統。如圖3所示，本實施例包括設置在各污水處理站的現場各執行元件 (如泵81、82、83與84)，用于控制和管理各污水處理站的多個現場控制器(如現場控制器 71、72、73與74)，通信單元(例如，可以由互聯網3，2G/3G核心網4，基站51,52與53，以及 3G路由器61、62、63與64組成通信單元)，以及遠程服務器1與操作終端(如臺式計算機21 與筆記本電腦22);其中
上述各污水處理站的現場各執行元件，與相應的現場控制器連接；相應的現場控制器通過通信單元與遠程服務器連接，操作終端與遠程服務器連接。在上述實施例中，在每個污水處理站的現場各執行元件中，至少內置有用于故障報警的霍爾元件；在每個污水處理站，至少設有格柵調節池、沉淀池、好氧池與厭氧池；現場各執行元件，至少包括安裝在格柵調節池中的污水泵、安裝在沉淀池中的污泥泵、以及安裝在好氧池中的射流曝氣機中的任意多種。在上述實施例中，與現場控制器的現場信號獲取單元相匹配，在厭氧池中，設有用于采集水質信息的水質分析儀器PH，用于采集氧化還原信息的氧化還原儀器0RP，以及用于采集溫度信息的溫度傳感器PT1000 ；在格柵調節池中，設有用于采集液位信息的浮球液位計。這里，水質分析儀器PH、氧化還原儀器0RP、溫度傳感器PT1000與浮球液位計，如傳感器 91、92、93 與 94。上述實施例的基于現場控制器的農村生活污水處理站實時在線遠程運營系統，采用以Rabbit2000為處理器的嵌入式系統實現所有功能，將PH (水質分析儀器)，ORP (氧化還原)、溫度傳感器(PT1000)安裝在農村生活污水微動力處理工藝中的厭氧池，測量厭氧池水體在處理過程中，PH，溫度以及ORP的值；將DO (溶氧)安放在好氧池中，測量好氧池在處理過程中的溶解氧的含量；將浮球液位計安放在格柵調節池中，測量該池中的水體液位。 將污水泵，安裝在格柵調節池，將污泥泵安裝在沉淀池，將射流曝氣安裝在好氧池；將無線 3G路由器通過正接網線與程序板的以太網口連接起來；使用開關電源對底板，程序板，控制板，輸入板供電。將PH、溫度電極線接入PH信號變送器，將DO電極線接入DO信號變送器，將ORP電極線接入ORP信號變送器，將DO信號變送器、PH信號變送器、ORP信號變送器的輸出接入到本系統的輸入板中，將電流信號轉換為電壓信號，將浮球液位計的線纜也接入輸入板中，使用TLP521-1進行光電隔離。將輸入板SRB轉換后的所有信號，全部接入到底板中去；同時，將污水泵、污泥泵與射流曝氣機等的霍爾器件產生的電壓也接入到底板中，因要實現設備的故障報警， 所以在泵中置入了霍爾器件；底板將信號寄存然后傳給AD芯片，將模擬信號轉換為數字信號，然后將數字信號給本系統的核心處理芯片Rabbit2000，通過內置的程序進行處理， Rabbit2000內置us/OS- II操作系統；處理后得到的數據通過以太網芯片RTL8019AS的網絡功能，使用無線3G路由器與遠端服務器建立通信連接后，上傳數據并接受命令。將底板的輸出端接入到固態繼電器的信號輸入端，在固態繼電器的另一端接入各種泵；將數據總線連接到指示燈模塊、液晶屏與輸入鍵盤。操作人員可以在鍵盤上對設備參數進行校準，以及對泵進行各種控制；指示燈模塊直觀的將系統的運行狀態顯示出來，包括泵的運行狀態，液位情況等。在上述實施例中，主要是通過將各種傳感器安放在農村生活污水微動力處理工藝的各個環節中，通過傳感器將被測水體中的變化轉換為微電壓或者微電流信號。將這些微電壓或者微電流信號接入各種不同的信號變送器，信號變送器將這些微電壓或者微電流進行濾波、放大后輸出標準的工業模擬信號(4mA-20mA)。因為選用的A/D轉換芯片只能接受電壓信號，故需要將信號變送器的輸出信號轉換為電壓信號后才可以接入嵌入式控制系統。將信號變送器輸出信號通過硬件轉換為lv_5v的電壓信號。將電壓信號接入嵌入式控制系統，通過A/D芯片將電壓信號轉換為計算機可以處理的數字信號。通過嵌入式系統的內置程序，將這些數字信號處理后，得到被測參數的測量值。將這些測量值以及控制的設備的運行狀態，通過嵌入式系統的網絡功能(基于TCP/IP通信協議)，使用3G無線通訊技術， 將測量值以及控制設備運行狀態上傳到遠端服務器。遠端服務器內置程序或者操作人員根據這些測量值以及設備的狀態，作出相應的反應，形成控制命令，然后再發送現場控制器。 對于測量值超過常規值的通過短信模塊發出報警信息。現場控制器接收到控制命令后，先使用內置程序解析，然后執行控制命令，并將執行的結果在下次發送數據的時候上傳回去。
綜上所述，本發明各實施例的現場控制器與上述實施例的基于現場控制器的農村生活污水處理站實時在線遠程運營系統，與以往的技術相比的有益效果如下⑴實現了農村生活污水處理站的遠程監測管理，由于不需要人員定期的到污水處理站點巡檢，故降低了農村生活污水處理的運營費用；⑵實現了實時在線檢測農村生活污水處理工藝各個環節運行情況，可以準確的判斷處理是否達標，以及處理環節的運行情況；⑶實現了智能化的管理，可以通過內置程序自動化管理運營，可以對突發的情況及時的發布預警信息，為工作人員快速處理提供重要的信息。
本系統可以將所有的測量參數及其設備的運行狀態進行存儲，工作人員可對歷史數據查詢，也可以為工藝優化提供數據。
最后應說明的是以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明， 盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。 凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種現場控制器，其特征在于，包括電源單元、現場信號獲取單元、控制單元、信號變送單元與通信接口，其中所述電源單元，用于為各用電設備供電；所述現場信號獲取單元，用于獲取現場信號，并傳輸至信號變送單元；所述信號變送單元，用于將現場信號，轉換為現場各執行元件的控制信號，并傳輸至控制單元；所述控制單元，用于根據現場各執行元件的控制信號，進行處理，并將處理結果傳輸至現場各執行元件，控制并管理現場各執行元件的動作；所述通信接口，用于遠程控制時，實現控制單元與遠程服務器之間的數據傳輸。
2.根據權利要求1所述的現場控制器，其特征在于，還包括輸入鍵盤與顯示單元，其中所述輸入單元，用于操作者向控制單元輸入控制信號；所述顯示單元，用于顯示相應的輸入信息和/或控制單元的處理結果和/或現場各執行元件的工作狀態。
3.根據權利要求1或2所述的現場控制器，其特征在于，所述控制單元，包括相連的輸入板SRB與底板，所述輸入板SRB與信號變送單元連接；所述底板，通過數據總線，分別與輸入單元及顯示單元連接；在所述底板上安裝有控制板，在所述控制板上安裝有程序板；所述底板至少包括信號寄存模塊與A/D轉換模塊，所述輸入板SRB、信號寄存模塊、A/D 轉換模塊與程序板依次連接；所述程序板，至少包括型號為RTL8019AS的以太網芯片，以及型號為Rabbit2000、且內置有us/OS- II操作系統的處理器；所述通信接口通過正接網線，與程序板中與型號為RTL8019AS的以太網芯片匹配的以太網接口連接。
4.根據權利要求3所述的現場控制器，其特征在于，所述控制單元，還包括與現場各執行元件相匹配的多個固態繼電器；所述多個固態繼電器的信號輸入端與底板的輸出端連接，信號輸出端與現場各執行元件連接。
5.根據權利要求4所述的現場控制器，其特征在于，所述現場信號獲取單元，至少包括用于獲取設置在現場且用于采集現場信號的水質信息獲取模塊、氧化還原信息獲取模塊、 溫度信息獲取模塊與液位信息獲取模塊中的任意多種，以及與液位信息獲取模塊相匹配的光電隔離模塊；所述水質信息獲取模塊、氧化還原信息獲取模塊與溫度信息獲取模塊，分別連接至輸入板SRB ；所述液位信息獲取模塊，通過光電隔離模塊連接至輸入板SRB。
6.根據權利要求4所述的現場控制器，其特征在于，所述信號變送單元，至少包括溶氧 DO信號變送器、氧化還原儀ORP變送器與水質分析儀PH變送器。
7.根據權利要求4所述的現場控制器，其特征在于，所述電源單元包括交流電源，啟動按鈕SB，交流指示燈HL，熔斷器FR1、FR2與FR3，以及開關電源；其中所述交流電源經啟動按鈕SB與交流指示燈HL后，一方面與開關電源連接，另一方面分別經熔斷器FR1-FR3及相應的固態繼電器的控制開個后接現場各執行元件；相應的固態繼電器的電磁線圈，分別與底板上的現場執行元件控制端連接；所述開關電源，分別與輸入板SRB、底板、控制板、程序板及信號變送單元連接。
8.根據權利要求4所述的現場控制器，其特征在于，所述輸入單元至少包括輸入鍵盤， 所述顯示單元至少包括液晶顯示屏與指示燈模塊中的任意多種，所述通信接口至少包括3G 路由器。
9.一種基于權利要求1所述的現場控制器的農村生活污水處理站實時在線遠程運營系統，其特征在于，包括設置在各污水處理站的現場各執行元件，用于控制和管理各污水處理站的多個現場控制器，通信單元，以及遠程服務器與操作終端；其中所述各污水處理站的現場各執行元件，與相應的現場控制器連接；所述相應的現場控制器通過通信單元與遠程服務器連接，所述操作終端與遠程服務器連接。
10.根據權利要求9所述的基于現場控制器的農村生活污水處理站實時在線遠程運營系統，其特征在于，在每個污水處理站的現場各執行元件中，至少內置有用于故障報警的霍爾元件；在每個污水處理站，至少設有格柵調節池、沉淀池、好氧池與厭氧池；所述現場各執行元件，至少包括安裝在格柵調節池中的污水泵、安裝在沉淀池中的污泥泵、以及安裝在好氧池中的射流曝氣機中的任意多種；與所述現場控制器的現場信號獲取單元相匹配，在厭氧池中，設有用于采集水質信息的水質分析儀器PH，用于采集氧化還原信息的氧化還原儀器0RP，以及用于采集溫度信息的溫度傳感器PT1000 ；在格柵調節池中，設有用于采集液位信息的浮球液位計。
全文摘要
本發明公開了現場控制器與農村生活污水處理站實時在線遠程運營系統，該現場控制器包括電源單元、現場信號獲取單元、控制單元、信號變送單元與通信接口，所述電源單元用于為現場信號獲取單元、控制單元、信號變送單元及通信接口供電，所述現場信號獲取單元、信號變送單元與通信接口，分別與控制單元連接。本發明所述現場控制器與農村生活污水處理站實時在線遠程運營系統，可以克服現有技術中應急能力差、可靠性差、無法集中處理與運營成本高等缺陷，以實現應急能力強、可靠性好、易于集中處理、實時性好與運營成本低的優點。
文檔編號G05B19/418GK102541011SQ20121000392
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者林嶸, 陳琪 申請人:無錫和盟物聯網科技有限公司