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取水栓取水裝置——取水栓的設計與應用
綠水青山就是金山銀山！2016年以來，唐山市自來水公司深入貫徹新發展理念，不斷探求城市用水精細化管理之路。針對城市生態用水管理，開發建設了取水栓取水裝置（取水栓）。如今，遍布20余條主次干道的42座智能取水栓站，有效滿足城區綠化、降塵用水等需要，不僅實現了精準計量、規范管理，節約了寶貴的水資源；而且改變了以往生態用水啟用消防栓的歷史，保證了消防設施完好，增強了城市公共安全保障，維護了有序的公共用水秩序。
系統示意圖
系統拓撲圖
監管平臺
該系統將數量眾多、分布分散的取水栓和取水栓通過無線網絡鏈接起來，結構簡單，維護方便。管理人員在監管平臺上可實時監控所有取水栓和取水栓的用水情況。監管平臺將詳細監管數據自動保存在數據庫中，便于自來水公司隨時查詢消防管道用水信息，并方便與取水用戶進行費用結算，該系統支持預付費和后付費兩種結算方式。
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實時監測—取水栓數據
歷史查詢—用水查詢
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取水栓案例照片
以下論文發表在2017年第3期《給水排水》雜志中，作者為我公司下屬水務工程技術研究中心研發人員，如需轉載，請標注轉載來源、作者單位、作者姓名等信息，否則視為侵權。
取水栓及取水栓遠程實時監管系統
姚妍彬 盧成偉
（唐山市水務信息化工程技術研究中心，唐山 063020）
摘要： 為改善取水栓管理現狀，唐山市自來水公司將取水栓與取水栓分開管理，并采用新產品實現了取水需刷卡計量、用水即遠程報警的功能，開辟了取水栓和取水栓遠程實時監管的新模式。
關鍵詞：取水栓 取水栓 刷卡計量 報警 遠程監控
Water supplied hydrant and fire hydrant real–time monitoring system
Yao Yanbin, Lu Chengwei
（Tangshan Water Information Engineering Technology Research Center, Tangshan 063020, China）
Abstract: In order to improve the management status of fire hydrant, Tangshan Water Supply Company water supplied hydrants and fire hydrants will be managed separatey. Using the new products to achieve the function of the required water metering by IC card and remote alarming when using water,it builds a new model for real-time monitoring water supplied hydrants and fire hydrants.
Keywords：Fire hydrant；Water supplied hydrant；Water metering by IC card; Alarming; Real–time monitoring
1 應用背景
2016年唐山市承辦世界園藝博覽會，為提高城市整體環境質量，市政府決定新增150輛灑水車用于道路灑水及園林綠化，加上原有霧霾治理噴灑車與其它綠化企業灑水車，唐山市區內工作的灑水車輛每日可達到500輛。數量如此多的灑水車輛給取水管理增加了難度，如果建立統一的取水站，會投入很大的建設成本，灑水車排隊取水也會對交通及市容造成一定的影響，且不利于車輛的連續作業。
以往，灑水車均在馬路邊的取水栓上取水，這樣無形中縮短了取水栓的使用壽命。取水栓的主要功能是為消防車提供補給水，為*門迅速、高效地完成滅火工作發揮著極其重要的作用。火災來臨時，取水栓不好用甚至不能用，會給*門的滅火工作造成*的影響，可能導致錯過滅火時機，造成人民生命、財產的重大損失。同時，灑水車無序取水，也造成了取水量無法計量，自來水公司沒有具體數據征收水費的尷尬局面。
消防用水屬于公益水，而在許多商戶及個人眼中，取水栓的水就是“不要錢的水”。偷接取水栓、私用公益水現象嚴重，不僅會造成大量的水資源流失，還會降低消防管道水壓，給公共安全帶來隱患。由于取水栓分布地域較廣，管理人員不能及時監管所有取水栓，即使被盜用，導致違法人員逍遙法外。
基于以上背景，唐山市自來水公司對取水栓的管理提出了新模式，并聯合相關研究中心研發了2款新產品：
(1) DATA–6241刷卡計量取水裝置。自來水公司新增了取水栓且通體刷成綠色，與紅色的取水栓區別開來，在取水栓頂部安裝DATA–6241刷卡計量取水裝置，取水車輛只有通過刷IC卡才能開閥取水。
(2) DATA–6242取水栓防盜水報警裝置。在紅色取水栓的出水口安裝DATA–6242取水栓防盜水報警裝置，自動監控取水栓用水狀態。
以上2款產品（見圖1）均已申請了發明，目前正在受理中。
2 刷卡計量取水栓監管系統
取水栓由取水栓改造而成：① 在閥桿上加裝電動鎖止裝置（裝置利用棘輪、棘爪原理控制閥桿的旋轉，并具有開關狀態反饋功能）；② 使用DATA–6241替換原有頂部蓋帽，使用電纜與電動鎖止裝置連接。
改造好的取水栓具備IC卡識別和刷卡解鎖功能，取水人員需使用IC卡解鎖后，才能開閥取水。取水時，井下計量設備自動計量取水量。
取水栓一般安裝在馬路邊，現場取電、布線很麻煩，電子設備露天使用還要防水、防潮。因此，DATA–6241采用微功耗工作模式，定時采集和傳輸數據，閑時休眠，忙時喚醒。產品內置4節大容量鋰電池（14AH），能夠保證10000次的取水動作正常運行。設備自動采集電池電壓，電壓過低時自動報警。
DATA–6241采用上下兩層結構設計，上層內安裝PCB電路板及鋰電池，采用2道硅膠密封圈及多個不銹鋼螺釘緊固，防水等級達到IP68；下層采取遮罩式設計，用來保護電動鎖止裝置，電動鎖止裝置經試驗可在水中可靠工作，*適應現場的惡劣環境。同時DATA–6241集成了GPRS、433M和藍牙3種無線通信功能，充分利用各種網絡的優勢構成成套系統，并采用了*的防水設計，防護等級達到了IP68。
GPRS具備遠距離數據傳輸功能，可將現場多個傳感器的數據遠程傳輸至數據監管中心；433M具備中距離數據傳輸功能，不產生通訊費用，通過它可采集井下計量設備的數據，避免了布線的麻煩；藍牙具備短距離傳輸功能，傳輸速度快，通過手機APP可對設備進行升級維護。
在每個取水栓旁的閥門井內安裝計量裝置（水表或流量計）和壓力變送器。 計量裝置用來計量取水戶的單次取水量以及取水栓的瞬時、累計流量。壓力變送器用來采集管道壓力數據，它可以檢測管道是否有水以及水壓的大小，用以確定取水栓是否可以正常使用。計量裝置和壓力變送器都具備傳輸接口，能夠通過標準的4~20mA、RS485、脈沖等信號進行數據傳輸。閥門井內另需安裝一臺IP68防護等級的RTU設備，即 DATA–7601微功耗采集終端。該設備具備多種變送器信號采集接口，還具備433M無線傳輸功能，能夠與井上的DATA–6241刷卡計量取水裝置進行雙向數據傳輸。
使用流程： 灑水車取水時，取水人員先將車上取水帶連接至取水栓出水口，將IC卡置于取水栓的刷卡區內，這時系統會自動驗證IC卡芯片中的身份信息，身份合法則自動打開電動鎖止裝置，并通知井下DATA–7601微功耗采集終端準備采集數據。此時取水人員可使用開閥扳手打開取水栓閥門給車輛加水。電動鎖止裝置延時若干秒（可設置）后自動上鎖，但不影響取水栓的關閉，為下一次刷卡取水做好準備。取完水后，取水人員用扳手關閉取水閥門。井下DATA–7601微功耗采集終端檢測井下計量裝置沒有瞬時流量后，將此次用水數據傳輸至DATA–6241刷卡計量取水裝置，DATA–6241再通過GPRS遠程傳輸至數據監管中心，至此完成一次取水作業。刷卡計量取水栓監管系統現場設備以及網絡拓撲見圖2。
3 取水栓報警監管系統
常用取水栓有3個出水口，1個100mm口徑、2個65mm口徑，每個出水口均安裝一個悶蓋。悶蓋是一個附屬裝置，起到了封堵出水口的作用，只要密封效果達到原有悶蓋的標準，更換它不會影響取水栓的正常使用。因此，DATA–6242取水栓防盜水報警裝置的外形就設計成一個取水栓悶蓋形狀，通過替代取水栓原有悶蓋，可實現取水栓用水報警功能，而且不改變*門的使用功能。
取水栓防盜水報警裝置內部集成了微功耗電子電路和2節大容量鋰電池，同時具備GPRS、藍牙、433M無線通信功能，并且產品的防護等級同樣做到了IP68。取水栓正常工作時，不管是正常取水還是非法用水，用戶從哪個出水口取水，取水栓報警裝置均可以檢測到，并自動向數據監管中心報警。
工作原理：①當有人在100mm出水口用水，在擰動取水栓防盜水報警裝置時，裝置中的傾斜開關發生位置偏離并導通，觸發取水栓防盜水報警裝置，并將報警信息通過GPRS網絡遠傳至數據監管中心，實現及時報警；②當有人在65mm出水口用水時，出水后取水栓內的水壓觸發取水栓防盜水報警裝置內的微動開關閉合，同樣使該裝置將報警信息遠傳至數據監管中心；③取水栓防盜水報警裝置還可以配合井下DATA–7601微功耗采集終端，采集消防管道壓力，壓力不足時及時報警，保證取水栓的正常使用。取水栓報警監管系統現場設備及網絡拓撲見圖3。
4 取水栓相關產品監管平臺
由于取水栓與取水栓的水源均來自消防管道，為便于統一管理，數據監管平臺的建設應該包括以上兩個系統，只有將兩個系統結合到一起，才能實現*監管消防管道及相關設施的目標。
該系統將數量眾多、分布分散的取水栓和取水栓通過GPRS網絡鏈接起來，結構簡單，維護方便。
管理人員在監管平臺上通過地圖或列表，可實時監控區域內所有取水栓和取水栓的用水情況，能夠看到：哪個用戶幾點幾時在哪個取水栓取了多少水、是否有用戶非法開取水栓取水；哪個取水栓在用水，通過與*門結合確認是真實火警還是有不法人員在偷水；消防管道整體的壓力情況，哪條管道壓力過高或過低等情況，以便于及時采取措施。
監管平臺將詳細監管數據自動保存在數據庫中，便于自來水公司隨時查詢消防管道用水信息，并方便與取水用戶進行費用結算。平臺網絡拓撲見圖4。
應用效果
唐山自來水公司在唐山市區范圍內一共安裝取水栓40個，并計劃將市區內所有取水栓都安裝防盜水報警裝置。現場數據均報送至唐山自來水監管平臺上，這樣就能統一管理所有的取水栓和取水栓，*實現了集中監測各取水單位的取水量、有效監控取水栓和取水栓使用狀態、及時甄別消防用水和非法盜水情況。
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