節(jié)能減排作品——高校用水控制及預(yù)警系統(tǒng)

1、高校用水控制及警報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書 院 系：水利與環(huán)境學(xué)院 小組成員：李楠楠（水文與水資源一班） 程 婷（水文與水資源一班） 劉欣欣（水利水電工程一班） 劉亮光（水利水電工程一班）目 錄1 系統(tǒng)分析21.1項(xiàng)目背景1.2目前高校用水管理存在的問題2 無源直讀式遠(yuǎn)傳水表簡介32.1水表2.2基于GPRS的遠(yuǎn)傳抄表技術(shù)2.3直讀2.4無源2.5無源直讀式遠(yuǎn)傳水表硬件原理2.6無源直讀式遠(yuǎn)傳水表的特點(diǎn)3 總體設(shè)計(jì)53.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)3.1.1系統(tǒng)總體框架3.1.2直讀式遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)的運(yùn)行方式3.2系統(tǒng)運(yùn)行方式3.3系統(tǒng)特色功能板塊4 可行性分析81 系統(tǒng)分析1.1項(xiàng)目背景水是高校的主要的能耗資源,幾乎

2、占據(jù)了其資源費(fèi)用的40%，尤其是近年來隨著學(xué)校規(guī)模的不斷擴(kuò)大，辦學(xué)條件不斷改善，學(xué)校各方面各層次對水的需求范圍越來越大，對供水的質(zhì)量要求、服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)也越來越高，再加上物價(jià)原因，學(xué)校水費(fèi)支出呈不斷膨脹之勢，造成學(xué)生培養(yǎng)成本加大，學(xué)校資金緊張。同時(shí)，大部分高校節(jié)水措施目前基本注重的是技術(shù)革新和節(jié)水宣傳,而很少實(shí)施科學(xué)系統(tǒng)的用水控制管理手段，導(dǎo)致水浪費(fèi)成為一個(gè)普遍存在且難以根治的嚴(yán)重現(xiàn)象。傳統(tǒng)的粗放式水管理模式已不能適應(yīng)現(xiàn)代高校水電管理的需要，進(jìn)行用水管理的改革勢在必行。鑒于目前智能水表雖應(yīng)用較廣泛，但并未涉獵高校領(lǐng)域，同時(shí)，高校用水管理存在諸多問題，尤其是未將其系統(tǒng)化、數(shù)字化，使得高校水浪費(fèi)現(xiàn)象極其

3、嚴(yán)重，本系統(tǒng)以將高校用水體制一體化、數(shù)字化為目的，在原有智能水表的基礎(chǔ)上，另添加了遠(yuǎn)傳技術(shù)、預(yù)警功能及水閥開閉控制懲罰等特色功能，實(shí)現(xiàn)了高校用水管理的自動(dòng)化，同時(shí)，有效地減少了高校水資源的浪費(fèi)，提高了用水管理工作的效率，并培養(yǎng)了廣大師生的節(jié)水意識(shí)。1.2目前高校用水管理存在的問題（1）管理人員責(zé)任不明確。高校用水管理職能下放，導(dǎo)致各階層管理人員責(zé)任不明確，態(tài)度松懈怠慢，以至于精細(xì)化的管理不能夠落實(shí)到實(shí)際的工作之中。（2）缺乏科學(xué)的用水管理制度。大部分高校在制定用水管理制度之前，并沒有進(jìn)行廣泛的調(diào)查，以至于制定的制度不科學(xué)、不符合實(shí)際的需求。（3）節(jié)水監(jiān)管工作薄弱。一方面體現(xiàn)在對工作人員的監(jiān)管力

4、度不夠；另一方面體現(xiàn)在，出現(xiàn)的問題得不到及時(shí)的解決，日積月累，就造成了極大地水資源浪費(fèi)。（4）沒有形成一套完整的用水管理體系高校對于用水管理，既沒有自上而下嚴(yán)明的分工，也沒能具體到每個(gè)用水單位，以至于高層管理人員不能及時(shí)拿到第一手資料，對客觀用水情況形成整體的把握。（5）沒有嚴(yán)明的賞罰制度及措施（6）計(jì)量表安裝不完善（7）學(xué)生節(jié)水意識(shí)不到位2 無源直讀式遠(yuǎn)傳水表簡介無源直讀式遠(yuǎn)傳水表是遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的終端，是一種集計(jì)量、顯示管理及控制為一體的高科技用水量自動(dòng)計(jì)量儀表。實(shí)現(xiàn)了用水信息的采集、傳送及遠(yuǎn)程集中抄表的控制。包括數(shù)據(jù)的雙向傳輸、遠(yuǎn)程集中抄表及水量控制等功能。下面，我們就從字面進(jìn)行分析，

5、分別介紹水表、遠(yuǎn)傳、直讀、無源。2.1水表水表是流經(jīng)管道的生活用水的計(jì)量儀表，包括測量流量、流速、水壓等功能，并且具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、成本低廉的特點(diǎn)。其工作原理在此不做贅述，水表的理想狀態(tài)就是正確計(jì)量，工作可靠，容易讀數(shù)。2.2基于GPRS的遠(yuǎn)傳抄表技術(shù)此方案由直讀水表、通信媒介、采集器、集中器、主機(jī)系統(tǒng)組成。集中器通過通信媒介與各直讀水表連接，隨時(shí)抄讀直讀水表的“窗口值”，然后通過GPRS將抄取的數(shù)據(jù)傳送到主站。但集中器本身不具備存儲(chǔ)功能，僅起數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)作用。原理圖見圖1。 圖1 遠(yuǎn)程抄表原理圖2.3直讀直讀的實(shí)現(xiàn)由很多種方法，這里，我們采用光電式直讀水表。光電式是一種間接讀取字輪位置的方

6、法，傳感器與字輪之間沒有直接接觸，也不存在磁力接觸，而是利用字輪上的光學(xué)編碼標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)字輪位置非接觸式檢測。其原理如下：在水表計(jì)數(shù)的每個(gè)字輪的一側(cè)安裝5個(gè)發(fā)光管，另一側(cè)在與發(fā)光裝置相對應(yīng)的位置裝有5個(gè)接收管，如圖2所示。每個(gè)字輪上按照一定的規(guī)則挖出若干個(gè)透光口，如圖3所示。傳感器工作時(shí)，當(dāng)發(fā)光管發(fā)出的光信號被字輪隔斷時(shí)，接收管輸出的信號為高電平；當(dāng)發(fā)光管發(fā)出的光信號穿過透空的位置照射在接收管上時(shí)，接收管輸出的信號為低電平。一個(gè)字輪所有感應(yīng)裝置的輸出構(gòu)成了這個(gè)字輪的角度信息編碼，通過判斷傳感器的狀態(tài)來確定字輪的位置，從而可得到宇輪上的數(shù)字。把識(shí)別的數(shù)據(jù)通過儀表總線向上發(fā)送，就得到機(jī)械水表的“窗口

7、值”。 圖2 水表計(jì)數(shù)器 圖3 字輪2.4無源所謂的無源是指：直讀式水表在正常運(yùn)行的情況下不需要任何電源支持，只有在需要抄表的時(shí)刻，給水表供電，表頭得到電源后讀取每個(gè)字輪的位置，從而得出水表當(dāng)前的示數(shù)。這種工作制式有很多突出的優(yōu)點(diǎn)： 第一，既不需要電池也不需要市電的長期供應(yīng)，極大地降低了安裝成本和運(yùn)行成本；第二，極大地提高了可靠性，據(jù)統(tǒng)計(jì)抄表系統(tǒng)的不可靠性有4060的因素來自現(xiàn)場設(shè)備的損壞，盡可能地避免了外界干擾。2.5無源直讀式遠(yuǎn)傳水表硬件原理圖4 水表硬件原理圖2.6無源直讀式遠(yuǎn)傳水表的特點(diǎn)（1）字輪轉(zhuǎn)動(dòng)與信號采集裝置沒有任何接觸，對水表的計(jì)量不產(chǎn)生任何影響。（2）直讀式遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)平時(shí)不

8、耗電，只是抄表瞬間才用電，節(jié)能。（3）由于采用編碼技術(shù)，對水表計(jì)數(shù)器字輪前、后位的進(jìn)位采用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)學(xué)換算，以保證計(jì)數(shù)器字輪在任何位置的情況下抄表都不會(huì)出現(xiàn)盲點(diǎn)，臨界進(jìn)位準(zhǔn)確水表讀數(shù)與遠(yuǎn)傳抄表讀數(shù)無誤差。（4）系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測，有故障可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)； （5）集中抄表系統(tǒng)可以采用目前已經(jīng)成熟的遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全校聯(lián)網(wǎng)，使整個(gè)抄表和反饋信息環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化； （6）管理部門能夠能得到更準(zhǔn)確的用水量，提供更完善的服務(wù)，同時(shí)也可以簡化供水部門的管理層次，減少甚至取消原來需要多人進(jìn)行管理的站點(diǎn)，全部實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理。3 總體設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)3.1.1系統(tǒng)總體框架 圖5系統(tǒng)總體框架3.1.2直讀式遠(yuǎn)

9、傳抄表系統(tǒng)的運(yùn)行方式由管理站主機(jī)管理系統(tǒng)發(fā)出抄表指令通過移動(dòng)公司GPRS無線網(wǎng)絡(luò)與各通信管理器進(jìn)行通訊，接到指令后再將指令傳給數(shù)據(jù)管理器，數(shù)據(jù)管理器接到指令后打開電源開關(guān)給下行網(wǎng)絡(luò)總線上的“直讀表”供電水表計(jì)數(shù)器直讀采集裝置受電后按程序?qū)⑺碛?jì)數(shù)器上個(gè)、十、百、千、萬位上的讀數(shù)抄讀后傳給數(shù)據(jù)管理器，再通過通信管理器和移動(dòng)公司GPRS無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至管理站抄收中心進(jìn)入主機(jī)管理系統(tǒng)，管理軟件具有對設(shè)備和直讀表實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障顯示、抄收、統(tǒng)計(jì)分析、信息存儲(chǔ)、報(bào)警等功能。圖6 直讀式遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)運(yùn)行方式圖7 管理站分布圖3.2系統(tǒng)運(yùn)行方式總管理站主機(jī)系統(tǒng)定時(shí)發(fā)出抄表指令，該指令通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)

10、布到各生活區(qū)的管理站，分管理站的主機(jī)系統(tǒng)再將抄表指令通過同樣的方式發(fā)給該區(qū)各宿舍樓的集中器，再經(jīng)過中繼器和信息采集器將指令下達(dá)給各水房的水表，水表所顯示的用水信息經(jīng)抄表系統(tǒng)，沿原路徑反饋給各分管理站，分管理站再將信息匯總到總管理站，同時(shí)，各分管理站主機(jī)系統(tǒng)會(huì)對得到的用水信息進(jìn)行分析，并作出判定。當(dāng)用水量超過設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出警報(bào)，并將判定信息傳達(dá)給水表，水表接受信息后，根據(jù)其內(nèi)部編號的程序，會(huì)做出發(fā)出警報(bào)、關(guān)閉閥門、開啟計(jì)時(shí)模塊等一系列反應(yīng)，來警戒同學(xué)本時(shí)段該水房用水過多，并斷水兩小時(shí)作為懲罰，以培養(yǎng)廣大同學(xué)的節(jié)水意識(shí)，有效減少水資源的浪費(fèi)。3.3系統(tǒng)特色功能板塊（1）形成系統(tǒng)、高效的高校用

11、水管理方案本系統(tǒng)提供了一套完整系統(tǒng)的管理體制，從硬件設(shè)施，到系統(tǒng)管理，基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，解決了目前高校用水管理存在的諸多問題，使高校的用水管理更加簡單快捷、井井有條。（2）水閥開閉懲罰功能當(dāng)某水房用水量超過警報(bào)設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉水閥，停水兩小時(shí)，以示警戒，有效減少水資源的浪費(fèi)。（3）用水預(yù)警功能 當(dāng)用水量超過警報(bào)設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行警報(bào)，提醒廣大同學(xué)節(jié)約用水，培養(yǎng)其節(jié)水意識(shí)。（4）用水信息統(tǒng)計(jì)分析功能 將反饋的用水信息，統(tǒng)一整理、匯總、分析，找出用水量規(guī)律，作為警報(bào)線設(shè)定依據(jù)等。（5）故障檢測功能根據(jù)用水反饋信息，判斷故障發(fā)生處及類別。（6）實(shí)時(shí)監(jiān)測功能實(shí)時(shí)對用水量進(jìn)行監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存

12、在的故障，提高供水設(shè)備維護(hù)工作效率。4 可行性分析科學(xué)性：本次項(xiàng)目查閱大量有針對性的學(xué)術(shù)文章，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)理論進(jìn)行分析。同時(shí)，本課題請教了相關(guān)問題研究領(lǐng)域的老師，確保了課題的專業(yè)性及科學(xué)性。先進(jìn)性：項(xiàng)目以用水、節(jié)水為理論指導(dǎo)，從客觀實(shí)際開始探究內(nèi)在問題，在本就處于國內(nèi)先進(jìn)水平的智能水表的基礎(chǔ)上，添加遠(yuǎn)傳技術(shù)、預(yù)警功能及水閥開閉控制懲罰功能，研究出了節(jié)能型水表無源直讀式遠(yuǎn)傳水表，并將高校用水體制一體化、數(shù)字化，以解決目前高校用水管理中存在的諸多問題。創(chuàng)新性：該項(xiàng)目運(yùn)用“無源直讀式遠(yuǎn)傳水表”及相關(guān)技術(shù)，將高校用水體制一體化、數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)了高校用水管理的自動(dòng)化，同時(shí)，在原有智能水表的基礎(chǔ)上，添加了遠(yuǎn)傳技術(shù)、預(yù)警功能及水閥開閉控制懲罰功能，有效地減少了高校水資源的浪費(fèi)，并培養(yǎng)了廣大師生的節(jié)水意識(shí)。技術(shù)性：系統(tǒng)運(yùn)用遠(yuǎn)傳抄表技術(shù)，在智能水表的基礎(chǔ)上增加了無源、直讀、實(shí)時(shí)檢測、水信息分析、用水預(yù)警、故障檢測、水閥開閉控制懲罰等特色功能，對水量的使用進(jìn)行了有效地控制。同時(shí)，小組成員了解關(guān)于智能水表的諸多知識(shí)，