再生水取水機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

吳順勇，李佳林，張光輝

（合肥通用機(jī)械研究院，合肥230000）

再生水取水機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

吳順勇，李佳林，張光輝

（合肥通用機(jī)械研究院，合肥230000）

市政污水處理后可達(dá)到類地表IV類水標(biāo)準(zhǔn)，出水可用于市政設(shè)施，在城市污水處理廠出水段設(shè)計(jì)取水機(jī)，對(duì)再生水的使用進(jìn)行管理。

再生水；取水機(jī)；操作

0 引言

城市生活污水是地下水的主要污染源之一，提高污水處理率并進(jìn)行污水處理設(shè)施升級(jí)改造是進(jìn)行地下水污染防治的主要措施。某日處理能力30萬噸污水處理廠，經(jīng)過提標(biāo)改造，出水水質(zhì)部分指標(biāo)滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB 3838—2002》中的地表水環(huán)境質(zhì)量IV類水標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)《SL368-2006》，該污水廠的出水已經(jīng)達(dá)到農(nóng)林牧、城市非飲用水和景觀用水的標(biāo)準(zhǔn)，每天近100萬噸的再生水出水，已經(jīng)成為城市的第二水源。針對(duì)用戶對(duì)再生水使用管理的迫切需求，研發(fā)取水機(jī)用于城市再生水使用的管理。

1 設(shè)計(jì)要求

1.1 功能要求

（1）取水機(jī)應(yīng)具備識(shí)別取水用戶，卡內(nèi)余額查詢、刷卡取水、記錄每個(gè)用戶每次取水時(shí)間、取水量、總?cè)∷浚瑪?shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能。

（2）柜內(nèi)應(yīng)有溫度、濕度監(jiān)控功能，并連鎖風(fēng)扇。

（3）柜內(nèi)設(shè)置變頻器，可以調(diào)節(jié)控制瞬時(shí)流量并保護(hù)潛水泵。

（4）振動(dòng)、開門、防盜報(bào)警等功能，并具備聲光報(bào)警、故障報(bào)警并遠(yuǎn)傳至控制中心。

（5）柜外視頻監(jiān)控強(qiáng)監(jiān)控信息號(hào)上傳至該市排水辦公室信息技術(shù)中心。

（6）再生水取水點(diǎn)應(yīng)設(shè)置高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，監(jiān)控范圍應(yīng)覆蓋取水點(diǎn)設(shè)施及取水過程整個(gè)范圍。攝像機(jī)應(yīng)安裝牢固可靠，不易被車輛以及人員損壞；安裝位置不受到外界因素的干擾（如太陽光的照射等）。

（7）視頻監(jiān)控前端設(shè)備需支持ONVIF協(xié)議和GB/T 28181—2011協(xié)議等。視頻監(jiān)控圖像應(yīng)無縫對(duì)接信息中心現(xiàn)有大華視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)。

1.2 操作模式

（1）IC卡靠近讀卡器，屏幕顯示卡號(hào)、車牌號(hào)、卡內(nèi)余額。

（2）IC卡靠近讀卡器持續(xù)5 s以上，開始加水，并實(shí)時(shí)顯示加水量、加滿水后取走IC卡，停止加水，顯示本次加水量并刷新卡內(nèi)余額。

（3）再生水取水?dāng)?shù)據(jù)采集與傳輸

PLC控制器須配備網(wǎng)絡(luò)接口模塊及串行COM接口，通過接口與工業(yè)交換機(jī)連接，將再生水的信息（取水時(shí)間、取水卡信息、取水量、電量以及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備報(bào)警等）上傳至信息中心核心數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)同步要求，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中斷后與信息中心核心數(shù)據(jù)庫的斷點(diǎn)續(xù)傳功能。

數(shù)據(jù)處理工作站部署在信息中心，數(shù)據(jù)處理工作站應(yīng)具備如下功能：取水信息采集、記錄；查詢（實(shí)時(shí)刷新顯示各站點(diǎn)取水信息及并記錄水量余額）、報(bào)表功能、報(bào)表遠(yuǎn)程發(fā)布；IC卡片管理（發(fā)卡、充值、銷卡）；中水取水點(diǎn)地圖展示、不同取水點(diǎn)取水情況實(shí)時(shí)對(duì)比等。

視頻及數(shù)據(jù)上傳網(wǎng)路50 M GPON鏈路3年租賃費(fèi)納入項(xiàng)目投資中；根據(jù)信息中心的要求配置現(xiàn)場設(shè)備的IP地址，確保與信息中心在規(guī)定的網(wǎng)段內(nèi)互聯(lián)互通。

2 取水機(jī)外形

（1）柜體尺寸及材料。柜體尺寸1000×500×1800 mm，柜體材料304不銹鋼，板材厚度＞2 mm，框架穩(wěn)固結(jié)實(shí)。

（2）柜體為室外型，外觀美觀、安全封閉強(qiáng)度足夠、檢修方便。柜體應(yīng)防雨防水，通風(fēng)散熱效果好；柜體下部側(cè)面雙側(cè)開鯊魚腮通風(fēng)口，內(nèi)裝進(jìn)風(fēng)風(fēng)扇，頂部有遮陽頂蓋，柜定與頂蓋之間有一定距離，柜頂板上開通風(fēng)口，柜內(nèi)裝排風(fēng)風(fēng)扇;柜體內(nèi)壁設(shè)置隔熱層。

（3）柜子正面開孔裝高強(qiáng)度防爆玻璃，用于保護(hù)顯示器；開孔下面安裝2個(gè)IC卡槽，IC卡槽能將卡片放在其中不掉落，卡槽后開蜂窩孔，蜂窩孔后安裝讀卡器。

（4）柜體僅在背面開門，安裝可靠防盜鎖，防盜鎖鑰匙可以通用；柜體底部不需要做底板，底部進(jìn)線，底部有一根進(jìn)水管進(jìn)入，從正面看時(shí)，柜體右側(cè)中部開孔做出水管。

（5）柜內(nèi)應(yīng)安裝設(shè)備包括電磁流量、變頻器、PLC控制器、觸摸屏（顯示屏）、路由器、開關(guān)電源、智能電表、端子排、工業(yè)交換機(jī)及運(yùn)營商鏈路光纖熔接盒等。電磁流量及管道應(yīng)與其他設(shè)備隔離，避免濺水損壞其他元器件。柜內(nèi)設(shè)備排列布局合理，設(shè)備分層設(shè)置，布線有序，便于維護(hù)。

3 系統(tǒng)組成

取水機(jī)系統(tǒng)由前端取水機(jī)和后臺(tái)數(shù)據(jù)管理兩大部分組成（圖1）。取水機(jī)前端由IC卡讀卡器、PLC、觸摸屏、流量計(jì)、水泵、視頻監(jiān)控和傳感器等組成，用于給取水車加水，為取水機(jī)后端提供數(shù)據(jù)及信息。取水機(jī)后端由IC卡讀卡器、計(jì)算機(jī)、組態(tài)軟件和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成。用于控制取水機(jī)前端、記錄取水機(jī)使用數(shù)據(jù)，監(jiān)控報(bào)警信息，生成管理查詢用報(bào)表。?

圖1 再生水取水點(diǎn)監(jiān)控及取水?dāng)?shù)據(jù)采集傳輸拓?fù)鋱D

3.1 取水機(jī)前端使用方法

將取水車的水管接于取水機(jī)側(cè)邊的水管卡頭上，將IC卡放于IC卡讀卡器前端，此時(shí)觸摸屏?xí)詣?dòng)點(diǎn)亮，顯示卡號(hào)和綁定的車號(hào)，同時(shí)讀卡器發(fā)出滴滴的響聲，表示已開始工作。響聲5 s后，水泵啟動(dòng)給取水車加水，觸摸屏?xí)@示累計(jì)流量和當(dāng)前使用的水量，以L為單位。加水車工作人員可根據(jù)使用的水量，估算加水時(shí)間，與估算時(shí)間接近時(shí)，將IC從讀卡器前移開，水泵立即停止工作，讀卡的滴滴聲同時(shí)停止，取水機(jī)脫離工作狀態(tài)。取水同時(shí)將數(shù)據(jù)傳送給取水機(jī)后端，整個(gè)取水過程完成。

3.2 取水機(jī)后端使用方法

（1）新卡錄入。新的卡號(hào)和車號(hào)綁定需要按“錄入新卡號(hào)”，彈出圖2畫面。將IC卡放于讀卡器上，點(diǎn)擊“IC卡號(hào)讀取”按鈕，聽到滴的響聲，同時(shí)看到號(hào)，表示讀卡成功，輸入車號(hào)和水量后，按保存即可將數(shù)據(jù)錄入到IC卡總表中。如果按保存后沒有看到IC卡總表有錄入的數(shù)據(jù)，表示，IC卡已錄入過，不能保存。

（2）IC卡充值。已發(fā)卡水量用完后，需要充值。此時(shí)要按下組態(tài)畫面中的“充值”按鈕。出現(xiàn)圖3畫面。將IC卡放于讀卡器上，點(diǎn)擊“IC卡號(hào)讀取”按鈕，聽到滴的響聲，同時(shí)看到號(hào)，表示讀卡成功。輸入充水量后，按保存即可將數(shù)據(jù)存入到IC卡充值明細(xì)表，同時(shí)IC卡總表的剩余水加將增加。

圖2 新卡錄入人機(jī)界面

圖3 IC卡充值人機(jī)界面

圖4 系統(tǒng)工作報(bào)警人機(jī)界面

（3）IC卡消費(fèi)。當(dāng)加水機(jī)端加水完成時(shí)，將數(shù)據(jù)發(fā)出到組態(tài)畫面的消費(fèi)明細(xì)表中，同時(shí)IC卡總表的剩余水加將減少。

（4）系統(tǒng)工作報(bào)警。一般性的報(bào)警，位于屏幕下方。點(diǎn)擊上翻按鈕將彈出圖4畫面。點(diǎn)擊下翻按鈕自動(dòng)縮回報(bào)警窗口。

（5）系統(tǒng)警示報(bào)警。當(dāng)取水機(jī)端被破壞，或內(nèi)部溫度過高，將發(fā)出聲響，彈出報(bào)警視頻畫面。

（6）報(bào)表查詢功能。按組態(tài)畫面上部的查詢按鈕，即可彈出報(bào)表查詢畫面（圖5）。點(diǎn)擊相應(yīng)的報(bào)表，輸入日期，再點(diǎn)擊查看報(bào)表，即可看相應(yīng)的報(bào)表。

（7）報(bào)警、事件查詢功能見圖6。

圖5 報(bào)表查詢?nèi)藱C(jī)界面

圖6 報(bào)警、事件查詢?nèi)藱C(jī)界面

4 系統(tǒng)設(shè)備

4.1 與取水機(jī)配套外部設(shè)備

（1）IC智能加水機(jī)。每臺(tái)取水機(jī)配置2臺(tái)

（2）潛水泵。流量、揚(yáng)程、數(shù)量以設(shè)計(jì)為準(zhǔn)。

（3）浮球開關(guān)。數(shù)量以設(shè)計(jì)為準(zhǔn)。

（4）高清網(wǎng)絡(luò)快球攝像機(jī)。數(shù)量以設(shè)計(jì)為準(zhǔn)，要求：①圖像傳感器像素≥200萬，視頻輸出≥1080 P；②最低照度彩色0.001 Lux，黑白0.0001 Lux，具備紅外夜視功能，0 Lux紅外開啟，紅外距離≥310 m；③工作溫度范圍-45～70℃；④防護(hù)等級(jí)，±25%寬電壓，IP67防護(hù)等級(jí)，8 kV防雷防浪涌保護(hù)。⑤傳輸協(xié)議應(yīng)滿足GB28181及ONVIF標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，無縫接入合肥市排水辦信息中心大華視頻管理平臺(tái)。

表1 IC智能取水機(jī)內(nèi)配置

（5）立桿。高4.6 m，定制。

（6）光纖。4芯單模。

（7）數(shù)據(jù)處理工作站。CPU：Intel至強(qiáng)E3-1225 4核4線程3.2 GHz，總線：DMI 5GT/s，主板芯片組：Intel C2261，內(nèi)存：DDR3 8 GB 1600 MHz，硬盤：SATA 3.5英寸500 GB7200r/min，網(wǎng)卡：集成英特爾82579千兆位以太網(wǎng)控制器，2× USB 2.0端口，2×USB 3.0端口，配無線鼠標(biāo)及鍵盤套裝。

4.2 IC智能取水機(jī)內(nèi)配置（表1）

5 結(jié)語

再生水水量大、水質(zhì)穩(wěn)定、受季節(jié)和氣候影響小，被選為可靠且可以重復(fù)利用的第二水源。再生水使用方式很多，可以用于農(nóng)田灌溉、園林綠化（公園、校園、高速公路綠帶、高爾夫球場、公墓、綠帶和住宅區(qū)等）、工業(yè)（冷卻水、鍋爐水工藝用水）、大型建筑沖洗以及游樂與環(huán)境（改善湖泊、池塘、沼澤地，增大河水流量和魚類養(yǎng)殖等），還有消防、空調(diào)和水沖廁等市政雜用。

再生水取水機(jī)系統(tǒng)可以用于城市再生水使用的管理，促進(jìn)再生水的使用，有效緩解自來水廠的壓力，可以廣泛推廣到市政管理中。

〔編輯 李波〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.11.45