取水栓及消火栓远程实时监管系统的设计与应用案例

1 应用背景

2016年唐山市承办世界园艺博览会，为提高城市整体环境质量，市政府决定新增150辆洒水车用于道路洒水及园林绿化，加上原有雾霾治理喷洒车与其它绿化企业洒水车，唐山市区内工作的洒水车辆每日可达到500辆。数量如此多的洒水车辆给取水管理增加了难度，如果建立统一的取水站，会投入很大的建设成本，洒水车排队取水也会对交通及市容造成一定的影响，且不利于车辆的连续作业。

以往，洒水车均在马路边的消火栓上取水，这样无形中缩短了消火栓的使用寿命。消火栓的主要功能是为消防车提供补给水，为消防部门迅速、高效地完成灭火工作发挥着极其重要的作用。火灾来临时，消火栓不好用甚至不能用，会给消防部门的灭火工作造成极大的影响，可能导致错过灭火最佳时机，造成人民生命、财产的重大损失。同时，洒水车无序取水，也造成了取水量无法计量，自来水公司没有具体数据征收水费的尴尬局面。

消防用水属于公益水，而在许多商户及个人眼中，消火栓的水就是"不要钱的水"。偷接消火栓、私用公益水现象严重，不仅会造成大量的水资源流失，还会降低消防管道水压，给公共安全带来隐患。由于消火栓分布地域较广，管理执法人员不能及时监管所有消火栓，即使被盗用，执法人员也很难取证，导致违法人员逍遥法外。

基于以上背景，唐山市自来水公司对消火栓的管理提出了新模式，并联合相关研究中心研发了2款新产品：

（1）DATA–6241刷卡计量取水装置。自来水公司新增了专用取水栓且通体刷成绿色，与红色的消火栓区别开来，在取水栓顶部安装DATA–6241刷卡计量取水装置，取水车辆只有通过刷IC卡才能开阀取水。

（2）DATA–6242消火栓防盗水报警装置。在红色消火栓的出水口安装DATA–6242消火栓防盗水报警装置，自动监控消火栓用水状态。

以上2款产品（见图1）均已申请了发明专利，目前正在受理中。

2 刷卡计量取水栓监管系统

专用取水栓由消火栓改造而成：① 在阀杆上加装电动锁止装置（装置利用棘轮、棘爪原理控制阀杆的旋转，并具有开关状态反馈功能）；② 使用DATA–6241替换原有顶部盖帽，使用电缆与电动锁止装置连接。

改造好的取水栓具备IC卡识别和刷卡解锁功能，取水人员需使用专用IC卡解锁后，才能开阀取水。取水时，井下计量设备自动计量取水量。

取水栓一般安装在马路边，现场取电、布线很麻烦，电子设备露天使用还要防水、防潮。因此，DATA–6241采用微功耗工作模式，定时采集和传输数据，闲时休眠，忙时唤醒。产品内置4节大容量锂电池（14AH），能够保证10000次的取水动作正常运行。设备自动采集电池电压，电压过低时自动报警。

DATA–6241采用上下两层结构设计，上层内安装PCB电路板及锂电池，采用2道硅胶密封圈及多个不锈钢螺钉紧固，防水等级达到IP68；下层采取遮罩式设计，用来保护电动锁止装置，电动锁止装置经试验可在水中可靠工作，完全适应现场的恶劣环境。同时DATA–6241集成了GPRS、433M和蓝牙3种无线通信功能，充分利用各种网络的优势构成成套系统，并采用了独特的防水设计，防护等级达到了IP68。

GPRS具备远距离数据传输功能，可将现场多个传感器的数据远程传输至数据监管中心；433M具备中距离数据传输功能，不产生通讯费用，通过它可采集井下计量设备的数据，避免了布线的麻烦；蓝牙具备短距离传输功能，传输速度快，通过手机APP可对设备进行升级维护。

在每个取水栓旁的阀门井内安装计量装置（水表或流量计）和压力变送器。 计量装置用来计量取水户的单次取水量以及取水栓的瞬时、累计流量。压力变送器用来采集管道压力数据，它可以检测管道是否有水以及水压的大小，用以确定取水栓是否可以正常使用。计量装置和压力变送器都具备传输接口，能够通过标准的4~20mA、RS485、脉冲等信号进行数据传输。阀门井内另需安装一台IP68防护等级的RTU设备，即 DATA–7601微功耗采集终端。该设备具备多种变送器信号采集接口，还具备433M无线传输功能，能够与井上的DATA–6241刷卡计量取水装置进行双向数据传输。

使用流程： 洒水车取水时，取水人员先将车上取水带连接至取水栓出水口，将IC卡置于取水栓的刷卡区内，这时系统会自动验证IC卡芯片中的身份信息，身份合法则自动打开电动锁止装置，并通知井下DATA–7601微功耗采集终端准备采集数据。此时取水人员可使用专用开阀扳手打开取水栓阀门给车辆加水。电动锁止装置延时若干秒（可设置）后自动上锁，但不