◆浙江省平湖市職業(yè)中等專業(yè)學(xué)校高二

謝晴峰 林凱鑫

大多數(shù)自來水的供水網(wǎng)管遍布在道路兩側(cè)。在日常道路維護(hù)施工過程中，大型機(jī)械工作時(shí)難免會(huì)破壞供水管網(wǎng)，不僅造成大量自來水的浪費(fèi)，還影響了人們的正常出行。

針對(duì)上述問題，我們?cè)O(shè)計(jì)了供水管網(wǎng)破損應(yīng)急處理裝置。本裝置包括供電系統(tǒng)、水壓監(jiān)測(cè)裝置、控制按鈕、管網(wǎng)關(guān)閉裝置、顯示裝置、遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。

圖1 供水管網(wǎng)破損應(yīng)急處理裝置組成框圖

一、結(jié)構(gòu)功能

1.供電系統(tǒng)

供電系統(tǒng)包含市網(wǎng)供電、太陽能供電兩種模式。在太陽能供電模式下，太陽能板對(duì)蓄電池進(jìn)行充電后再供給整個(gè)系統(tǒng)工作。遇到陰雨天氣時(shí)，蓄電池電量用完后自動(dòng)切換到市網(wǎng)供電模式，保證裝置不間斷工作。

2.水壓監(jiān)測(cè)裝置

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，自來水供水管網(wǎng)的水壓至少要達(dá)到0.14 MPa，當(dāng)管網(wǎng)意外發(fā)生破損時(shí)，水壓會(huì)急劇下降，用壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管網(wǎng)中的水壓值就能判斷管網(wǎng)是否發(fā)生破損。本裝置的壓力傳感器選用擴(kuò)散硅壓力變送器，測(cè)量量程為0.6 MPa，輸出信號(hào)為0～5 V。

3.管網(wǎng)關(guān)閉裝置

當(dāng)壓力傳感器監(jiān)測(cè)到管網(wǎng)水壓急劇下降時(shí)，需立刻關(guān)閉自來水管網(wǎng)，避免造成水資源的浪費(fèi)以及對(duì)交通的影響。根據(jù)管網(wǎng)的不同管徑，選擇對(duì)應(yīng)的電動(dòng)閥門實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的及時(shí)關(guān)閉。

4.人機(jī)交互系統(tǒng)

人機(jī)交互系統(tǒng)包括控制按鈕和顯示器?？刂瓢粹o分別為“模式”“打開”“關(guān)閉”，“模式”按鈕用來切換自動(dòng)模式與手動(dòng)模式，“打開”“關(guān)閉”按鈕只在手動(dòng)模式下才能生效，用于打開、關(guān)閉電動(dòng)閥門。顯示器采用4位數(shù)碼管，顯示管網(wǎng)內(nèi)的水壓值，便于維修人員觀察。

5.遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)

當(dāng)管網(wǎng)出現(xiàn)破損時(shí)，電動(dòng)閥門自動(dòng)關(guān)閉管網(wǎng)，裝置中的無線遠(yuǎn)程通信模塊將實(shí)時(shí)水壓值、電動(dòng)閥門狀態(tài)、破管報(bào)警等信息傳送給終端，終端控制裝置打開或關(guān)閉電動(dòng)閥門。

二、工作過程

供水管網(wǎng)破損應(yīng)急處理裝置如圖2所示，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端如圖3所示。

圖2 供水管網(wǎng)破損應(yīng)急處理裝置實(shí)物

圖3 供水管網(wǎng)破損應(yīng)急處理裝置遠(yuǎn)程終端

將供水管網(wǎng)破損應(yīng)急處理裝置安裝在管網(wǎng)的多個(gè)重要管路節(jié)點(diǎn)處，水管入口與水管出口串接在管路中，壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管路中的水壓值，數(shù)碼管顯示當(dāng)前工作模式和水壓值，并通過無線通信模塊將水壓值、工作模式、電動(dòng)閥門狀態(tài)上傳到遠(yuǎn)程終端。

通過控制按鈕或遠(yuǎn)程終端切換工作模式。在手動(dòng)模式下，通過控制按鈕或遠(yuǎn)程終端即可打開或關(guān)閉電動(dòng)閥門；在自動(dòng)模式下，當(dāng)供水管網(wǎng)中的管路出現(xiàn)破損時(shí)，壓力傳感器監(jiān)測(cè)到水壓下降

到一定值時(shí)，電動(dòng)閥門自動(dòng)關(guān)閉

當(dāng)前管路，避免水資源的浪費(fèi)，同時(shí)將管路破損信息及設(shè)備編號(hào)傳送至遠(yuǎn)程終端，維修人員根據(jù)接收到的設(shè)備編號(hào)確定破損管路的具體位置，及時(shí)處理。

供水管網(wǎng)破損應(yīng)急處理裝置在設(shè)計(jì)、樣機(jī)完成之后，為了驗(yàn)證裝置在實(shí)際應(yīng)用中的可行性、可靠性和穩(wěn)定性，我們將其安裝在自來水管上進(jìn)行驗(yàn)證。當(dāng)水管的壓力值急劇下降時(shí)，管網(wǎng)自動(dòng)關(guān)閉，并將報(bào)警信息發(fā)送到遠(yuǎn)程終端，驗(yàn)證效果良好。

三、創(chuàng)新點(diǎn)

1.實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，自動(dòng)關(guān)閉

在自動(dòng)模式下，供水管網(wǎng)破損應(yīng)急處理裝置上的壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管網(wǎng)中的水壓，當(dāng)壓力下降到一定值時(shí)，處理器控制電動(dòng)閥門關(guān)閉管網(wǎng)，避免造成水資源的浪費(fèi)，影響交通的正常運(yùn)行。

2.遠(yuǎn)程通信，快速響應(yīng)

一旦出現(xiàn)破管，水壓急劇下降，裝置在關(guān)閉供水管網(wǎng)的同時(shí)，還能通過無線通信模塊將破損管道信息、站點(diǎn)號(hào)等發(fā)送到遠(yuǎn)程終端，方便維修人員快速到達(dá)指定位置開展搶修工作。

圖4 設(shè)計(jì)、制作供水管網(wǎng)破損應(yīng)急處理裝置

3.安裝靈活，應(yīng)用廣泛

供水管網(wǎng)破損應(yīng)急處理裝置可根據(jù)要求安裝于各個(gè)重要管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，并根據(jù)不同的水管直徑更換接頭，監(jiān)測(cè)與控制裝置均可保持不變，應(yīng)用廣泛。

4.雙模供電，節(jié)能環(huán)保

在工作過程中，供水管網(wǎng)破損應(yīng)急處理裝置優(yōu)先采用太陽能供電模式。電量不足時(shí)，裝置自動(dòng)切換為市網(wǎng)供電模式，保證不間斷運(yùn)行。

由于條件的限制，本裝置只是在自來水進(jìn)戶端進(jìn)行了測(cè)試，沒有真正安裝在大直徑的供水管網(wǎng)中，可能還存在一些不確定的因素。后續(xù)還可以與水務(wù)集團(tuán)進(jìn)行溝通，共同開發(fā)出能與大直徑管網(wǎng)匹配的裝置，使其應(yīng)用更廣泛。

專家點(diǎn)評(píng)

謝晴峰、林凱鑫同學(xué)的供水管網(wǎng)破損應(yīng)急處理裝置，是一項(xiàng)為市政供水管網(wǎng)破損設(shè)計(jì)發(fā)明的應(yīng)急處理作品。在市政供水行業(yè)中，管道損壞是一個(gè)嚴(yán)重且很難處理的問題。供水管道一旦破損，將給供水單位帶來一定的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)會(huì)因停水給居民的日常生活帶來不便。

兩位同學(xué)能從職業(yè)人的視角出發(fā)，選定這個(gè)研究課題并將它完成，這表明：一、其具有良好的職業(yè)意識(shí)與創(chuàng)新意識(shí)，值得點(diǎn)贊。二、其創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力與項(xiàng)目的實(shí)施能力強(qiáng)。三、最難能可貴的是，其科學(xué)態(tài)度端正。兩位同學(xué)對(duì)自己的作品有較為客觀的認(rèn)識(shí)，不故意拔高，也不有意隱瞞其不足，同時(shí)強(qiáng)調(diào)了下一步要做的工作。

值得指出的是，雖然都是供水管網(wǎng)破損現(xiàn)象，但究其誘發(fā)因素有氣溫影響、管材的選擇、管道設(shè)施與施工、管道防腐工作不到位、管道老化等。兩位同學(xué)如還能從這些方面有針對(duì)地研究，就能使作品的實(shí)用性實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。