再生水取水机系统的设计与应用

吴顺勇，李佳林，张光辉

（合肥通用机械研究院，合肥230000）

再生水取水机系统的设计与应用

吴顺勇，李佳林，张光辉

（合肥通用机械研究院，合肥230000）

市政污水处理后可达到类地表IV类水标准，出水可用于市政设施，在城市污水处理厂出水段设计取水机，对再生水的使用进行管理。

再生水；取水机；操作

0 引言

城市生活污水是地下水的主要污染源之一，提高污水处理率并进行污水处理设施升级改造是进行地下水污染防治的主要措施。某日处理能力30万吨污水处理厂，经过提标改造，出水水质部分指标满足《地表水环境质量标准GB 3838—2002》中的地表水环境质量IV类水标准。根据再生水水质标准《SL368-2006》，该污水厂的出水已经达到农林牧、城市非饮用水和景观用水的标准，每天近100万吨的再生水出水，已经成为城市的第二水源。针对用户对再生水使用管理的迫切需求，研发取水机用于城市再生水使用的管理。

1 设计要求

1.1 功能要求

（1）取水机应具备识别取水用户，卡内余额查询、刷卡取水、记录每个用户每次取水时间、取水量、总取水量，数据远传功能。

（2）柜内应有温度、湿度监控功能，并连锁风扇。

（3）柜内设置变频器，可以调节控制瞬时流量并保护潜水泵。

（4）振动、开门、防盗报警等功能，并具备声光报警、故障报警并远传至控制中心。

（5）柜外视频监控强监控信息号上传至该市排水办公室信息技术中心。

（6）再生水取水点应设置高清网络摄像机，监控范围应覆盖取水点设施及取水过程整个范围。摄像机应安装牢固可靠，不易被车辆以及人员损坏；安装位置不受到外界因素的干扰（如太阳光的照射等）。

（7）视频监控前端设备需支持ONVIF协议和GB/T 28181—2011协议等。视频监控图像应无缝对接信息中心现有大华视频监控系统平台。

1.2 操作模式

（1）IC卡靠近读卡器，屏幕显示卡号、车牌号、卡内余额。

（2）IC卡靠近读卡器持续5 s以上，开始加水，并实时显示加水量、加满水后取走IC卡，停止加水，显示本次加水量并刷新卡内余额。

（3）再生水取水数据采集与传输

PLC控制器须配备网络接口模块及串行COM接口，通过接口与工业交换机连接，将再生水的信息（取水时间、取水卡信息、取水量、电量以及设备运行状态、设备报警等）上传至信息中心核心数据库的数据同步要求，并实现网络中断后与信息中心核心数据库的断点续传功能。

数据处理工作站部署在信息中心，数据处理工作站应具备如下功能：取水信息采集、记录；查询（实时刷新显示各站点取水信息及并记录水量余额）、报表功能、报表远程发布；IC卡片管理（发卡、充值、销卡）；中水取水点地图展示、不同取水点取水情况实时对比等。

视频及数据上传网路50 M GPON链路3年租赁费纳入项目投资中；根据信息中心的要求配置现场设备的IP地址，确保与信息中心在规定的网段内互联互通。

2 取水机外形

（1）柜体尺寸及材料。柜体尺寸1000×500×1800 mm，柜体材料304不锈钢，板材厚度＞2 mm，框架稳固结实。

（2）柜体为室外型，外观美观、安全封闭强度足够、检修方便。柜体应防雨防水，通风散热效果好；柜体下部侧面双侧开鲨鱼腮通风口，内装进风风扇，顶部有遮阳顶盖，柜定与顶盖之间有一定距离，柜顶板上开通风口，柜内装排风风扇;柜体内壁设置隔热层。

（3）柜子正面开孔装高强度防爆玻璃，用于保护显示器；开孔下面安装2个IC卡槽，IC卡槽能将卡片放在其中不掉落，卡槽后开蜂窝孔，蜂窝孔后安装读卡器。

（4）柜体仅在背面开门，安装可靠防盗锁，防盗锁钥匙可以通用；柜体底部不需要做底板，底部进线，底部有一根进水管进入，从正面看时，柜体右侧中部开孔做出水管。

（5）柜内应安装设备包括电磁流量、变频器、PLC控制器、触摸屏（显示屏）、路由器、开关电源、智能电表、端子排、工业交换机及运营商链路光纤熔接盒等。电磁流量及管道应与其他设备隔离，避免溅水损坏其他元器件。柜内设备排列布局合理，设备分层设置，布线有序，便于维护。

3 系统组成

取水机系统由前端取水机和后台数据管理两大部分组成（图1）。取水机前端由IC卡读卡器、PLC、触摸屏、流量计、水泵、视频监控和传感器等组成，用于给取水车加水，为取水机后端提供数据及信息。取水机后端由IC卡读卡器、计算机、组态软件和后台数据库系统组成。用于控制取水机前端、记录取水机使用数据，监控报警信息，生成管理查询用报表。?

图1 再生水取水点监控及取水数据采集传输拓扑图

3.1 取水机前端使用方法

将取水车的水管接于取水机侧边的水管卡头上，将IC卡放于IC卡读卡器前端，此时触摸屏会自动点亮，显示卡号和绑定的车号，同时读卡器发出滴滴的响声，表示已开始工作。响声5 s后，水泵启动给取水车加水，触摸屏会显示累计流量和当前使用的水量，以L为单位。加水车工作人员可根据使用的水量，估算加水时间，与估算时间接近时，将IC从读卡器前移开，水泵立即停止工作，读卡的滴滴声同时停止，取水机脱离工作状态。取水同时将数据传送给取水机后端，整个取水过程完成。

3.2 取水机后端使用方法

（1）新卡录入。新的卡号和车号绑定需要按“录入新卡号”，弹出图2画面。将IC卡放于读卡器上，点击“IC卡号读取”按钮，听到滴的响声，同时看到号，表示读卡成功，输入车号和水量后，按保存即可将数据录入到IC卡总表中。如果按保存后没有看到IC卡总表有录入的数据，表示，IC卡已录入过，不能保存。

（2）IC卡充值。已发卡水量用完后，需要充值。此时要按下组态画面中的“充值”按钮。出现图3画面。将IC卡放于读卡器上，点击“IC卡号读取”按钮，听到滴的响声，同时看到号，表示读卡成功。输入充水量后，按保存即可将数据存入到IC卡充值明细表，同时IC卡总表的剩余水加将增加。

图2 新卡录入人机界面

图3 IC卡充值人机界面

图4 系统工作报警人机界面

（3）IC卡消费。当加水机端加水完成时，将数据发出到组态画面的消费明细表中，同时IC卡总表的剩余水加将减少。

（4）系统工作报警。一般性的报警，位于屏幕下方。点击上翻按钮将弹出图4画面。点击下翻按钮自动缩回报警窗口。

（5）系统警示报警。当取水机端被破坏，或内部温度过高，将发出声响，弹出报警视频画面。

（6）报表查询功能。按组态画面上部的查询按钮，即可弹出报表查询画面（图5）。点击相应的报表，输入日期，再点击查看报表，即可看相应的报表。

（7）报警、事件查询功能见图6。

图5 报表查询人机界面

图6 报警、事件查询人机界面

4 系统设备

4.1 与取水机配套外部设备

（1）IC智能加水机。每台取水机配置2台

（2）潜水泵。流量、扬程、数量以设计为准。

（3）浮球开关。数量以设计为准。

（4）高清网络快球摄像机。数量以设计为准，要求：①图像传感器像素≥200万，视频输出≥1080 P；②最低照度彩色0.001 Lux，黑白0.0001 Lux，具备红外夜视功能，0 Lux红外开启，红外距离≥310 m；③工作温度范围-45～70℃；④防护等级，±25%宽电压，IP67防护等级，8 kV防雷防浪涌保护。⑤传输协议应满足GB28181及ONVIF标准协议，无缝接入合肥市排水办信息中心大华视频管理平台。

表1 IC智能取水机内配置

（5）立杆。高4.6 m，定制。

（6）光纤。4芯单模。

（7）数据处理工作站。CPU：Intel至强E3-1225 4核4线程3.2 GHz，总线：DMI 5GT/s，主板芯片组：Intel C2261，内存：DDR3 8 GB 1600 MHz，硬盘：SATA 3.5英寸500 GB7200r/min，网卡：集成英特尔82579千兆位以太网控制器，2× USB 2.0端口，2×USB 3.0端口，配无线鼠标及键盘套装。

4.2 IC智能取水机内配置（表1）

5 结语

再生水水量大、水质稳定、受季节和气候影响小，被选为可靠且可以重复利用的第二水源。再生水使用方式很多，可以用于农田灌溉、园林绿化（公园、校园、高速公路绿带、高尔夫球场、公墓、绿带和住宅区等）、工业（冷却水、锅炉水工艺用水）、大型建筑冲洗以及游乐与环境（改善湖泊、池塘、沼泽地，增大河水流量和鱼类养殖等），还有消防、空调和水冲厕等市政杂用。

再生水取水机系统可以用于城市再生水使用的管理，促进再生水的使用，有效缓解自来水厂的压力，可以广泛推广到市政管理中。

〔编辑 李波〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.11.45