城市楼宇用户单元供水管线及楼宇消防管网多参数远程智能监控系统方案设计

2018-10-1617:19:572064

城市楼宇用户单元供水管线及楼宇消防管网多参数远程智能监控系统方案设计

1.概述

城市楼宇供水网管的预防爆管、漏损控制已经成为全世界关注的社会公共安全的重大课题。

近年来在大中城市中出现的重大事故案例中，可以看到，我国在楼宇供水以及消防管网的安全监测领域属于缺失监管的状态。针对我国城市楼宇输水管道在设计、施工过程中的材料、工艺、质量存在的问题。依据城市楼宇供水管网以及消防供水管网的压力监测与供水管网爆裂现象实时监测方面处于空白状态，令人担忧。

尤其在城市高层建筑的长期使用过程中，人们往往忽视了对火灾报警系统、自动喷淋喷水灭火系统、室内消火栓等消防设施管理与维护，导致大部分消防设施长期处于故障或瘫痪状态而不能正常使用，等到火灾发生时，消防系统不能做到及时联动，无法发挥其应有作用。甚至出现消防栓无水或设施停用等现象，这给灭火救灾工作带来了巨大的困难，因此失去了宝贵的灭火救援时间，给人民群众的生命和财产带来巨大的伤害。

利用传感器、物联网、云计算、大数据技术，针对供水管网的特征给与实时监测，可以大大预防因管网某管线的爆裂造成的重大事故的产生，极大的降低事故的经济损失。该技术充分利用管线压力与管线爆裂时产生的压力损失比的关系，提出基于“城市楼宇用户单元供水管线及楼宇消防管网多参数远程智能监控系统”技术方案。该技术方案提出管网压力与管线突爆二者之间的综合作用，以及供水管网管道失压的特征，提出供水管网“瞬漏压降”概念，利用该概念得出管网正常供压与瞬漏失压两种状态下的压力变化规律及其数学模型，进一步推导构建了供水管网的正态和变态物理模型理论。及利用压力传感器对供水管网的压力实时监测以及对管网压力变化的实时监测分析，得出供水管网的安全运行的安全性。

2.技术要求

2.1系统组成

该系统主要由以下几部分构成：

1) 压力、液位传感器；

2) 电动执行阀；

3) 信号采集及无线变送部分；

4) 服务器、客户端及手机APP部分；

2.2. 主要功能

1) 实时显示液位、压力；

2) 液位、压力超限报警；

3) 贮水池自动上水；

4) 管网破裂，电动执行阀可远程关闭；

5) 本地、远程监控（支持手机APP）；

2.3 环境适应性

1) 工作温度：-20℃~85℃；

2) 相对湿度：0~99%RH。

3. 方案设计 

本方案设计的无线远程监控系统可以对城市楼宇每个单元用户的供水系统的实时安全监测，一旦发生爆裂，系统将及时关闭该单元的水源，以保障其单元的安全。同时该系统具有对楼层消防供水系统的运行状况进行实时的监控，并利用物联网技术实现远程监控，以此杜绝平时无人管，用时无法用的现象。

本系统主要由物理量检测部分，电动执行部分，数据采集及无线变送、软件部分组成，系统框图如图1所示：

图 1 无线远程自动监测控制系统框图

3.1. 一体式液位传感器

一体式液位传感器用于贮水池液位的实时检测，其主要技术指标如下：

1) 防护等级：IP68；

2) 介质：水；

3) 量程：10m/15m；

4) 温度：-20~80℃；

5) 综合精度：0.5%；

6) 供电：12~24VDC；

7) 输出：RS485；

3.2. GPRS无线压力变送器

GPRS无线压力变送器用于水消防管网等的压力检测，其主要技术指标如下：

1) 供电电压：DC6V~28V；

2) 工作环境温度：-20~80℃；

3) 量程：0~100.0Mpa；（可定制）

4) 发送间隔： 60-9999秒可设；

5) 支持标准： TCP/IP协议，UDP，TCP；

6) 永久在线： 支持；

7) 储存温度：-40~85℃；

8) 相对湿度：＜95%(无凝结)

3.3. 电动执行阀

电动执行阀主要用于远程电动执行消防管网的开合，其主要技术指标如下：

3.4. 控制柜

控制柜功能：供电、信号隔离、GPRS无线变送、声光报警。

3.4.1. 供电单元

主要用于为控制柜内设备及传感器提供电源。

1) 带漏电保护；

2) 输入电压：220VAC/50HZ；

3) 输出输出：24VDC；

3.4.2. 信号隔离单元

信号隔离单元主要用于控制柜与传感器通信总线上的静电隔离和吸收。

1) 自动发送/接收数据，无需外部的流量控制信号(RTS) ；

2) 能够延长RS-485总线网络的通信距离，大大提高整个RS-485网络的可靠性 ；

3) 工作电源：9-30VDC/350mA；

4) 通讯距离：＞1.5Km（9.6Kbps）； 

5) 光电隔离加强型（隔离电压2.5KVrms /500VDC绝缘）； 

6) 两端RS-485提供每线600W的防雷、浪涌、+/-15KV ESD保护及防止共地干扰 ；

7) 使用环境：-40℃ 到 85℃，相对湿度为5%到95% ；

3.4.3. GPRS无线变送单元

GPRS无线变送单元主要用于将传感器上报的数据通过无线网络上传至服务器，同时接收来自服务器的命令，对终端设备进行远程控制。

1) 发射功率：GSM850/900：<33dBm；
GSM1800/1900：<30dBm ；

2) 接收灵敏度：<-107dBm ；

3) 理论带宽：85.6Kbps ；

4) 外扩接口：RS485；

5) 外置SIM卡槽；

3.4.4. 声光报警单元

声光报警单元用于液位超阈值报警，高音高亮。

1) 屏蔽双绞线；

2) 功率：3W；

3) 电压：DC24V ；

4) 发光源：高亮LED灯珠，抗震耐用；

5) 固定方式：超强磁吸顶

6) 喇叭分贝：80-90dB；

7) 防护：IP55 防尘、防水。

3.5. 软件

软件包括Web版应用及手机APP。

    云平台全天候不间断记录无线压力变送器上传的压力数据。用户可通过PC端或移动终端实时查看数据。本系统是采用B/S架构的轻应用，无需安装应用软件，仅需要通过浏览器就可以完成实时数据查询和历史数据访问。

为便于用户分级管理，后台可分配用户权限。

一般情况下，PC端具备编辑功能，移动端仅支持数据访问。

3.5.1.PC端使用说明

1) 用户登陆

打开浏览器访问：http://121.42.47.194/home/manager.action 

进入登陆界面，输入登录信息:用户名：xinmin，密码：xinmin；

图 3 登录界面

2) 主界面 

图 4 主界面

3) 数据查看

a. 图标

 图 5 图标模式

b. 列表模式

图 6 列表模式

c. 地图显示模式

图 7 地图模式

d. 实时及历史曲线

图 8 曲线图

3.5.2   移动终端使用说明

1) 用户登陆

2) 数据查看

3) 异常报警

4. 质量控制措施

在生产过程中，贯彻有关质量手册。主要在以下几个方面加强控制。

1) 合理采用元器件、外购件；

2) 元器件经老化筛选，筛选条件严格按行业标准进行；

5. 可靠性设计

可靠性取决于合理设计元器件、材料等手段来解决，采取降额设计：在元器件的参数上留有足够余量，确保元器件长时间工作。

消防栓压力无线监测系统在设计的过程中，认真贯彻所及标准化室下达的各项技术标准，严格执行标准化检查程序。具体措施如下：

1) 设计出图过程中，注意系统性和成套性，按图样和技术文件标准化检查办法执行；

2) 为确保设计质量及技术资料的完整，应严格设计师审批、签署职责，以便问题早发现早解决；

3) 设计过程中考虑继承性、延续性，采用简单而有效的方法，缩短周期；

4) 产品设计做到系列化、通用化、模块化。

6.售后服务及质保

1) 质保期自交付给甲方之日算起；

2) 产品在质保期以及工作寿命内发生非使用不正当产生的故障，乙方无偿予修复或更换；因甲方使用不当造成的故障或损坏，乙方提供有偿服务；

3) 产品在质保期外或超出工作寿命发生故障，乙方提供有偿服务。

4) 质保为1年，设备终身维护。