GPRS無線遠程監(jiān)控技術(shù)在箱泵一體化供水泵站中的應用
箱泵一體化供水泵站水泵變頻節(jié)能原理
我們知道,自來水廠的水泵功率在設(shè)計選型階段,一般是按箱泵一體化供水泵站的最大需求來考慮的,而實際上有很多時間不一定能達到用水的最大量。同時,電機采用的是不調(diào)速的三相交流異步電動機,一般用閥門調(diào)節(jié)增大系統(tǒng)的阻力來節(jié)流,效率非常低,造成電機用電損失嚴重,且不斷地影響企業(yè)的經(jīng)濟效益。
從風機、水泵的工作原理可知:流量與轉(zhuǎn)速成正比,壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比,軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。因此水泵的轉(zhuǎn)速就可改變水泵的功率。例如:將供電頻率由50 Hz 降為45 Hz,功率只有原來的72.9%(見圖1)。所以,大力推廣水泵變頻調(diào)速運行,不僅是當前企業(yè)節(jié)能降耗的重要技術(shù)手段,而且也是實現(xiàn)經(jīng)濟增長方式轉(zhuǎn)變的必然要求。
由于供水是根據(jù)平時用水情況來確定開多少泵,即用水高峰時,開2臺或多臺,夜間開1臺,這樣壓力很不穩(wěn)定,同時,耗費大量電能,企業(yè)為此多支付電費,而且使管道使用壽命縮短。
據(jù)了解,自來水廠25%的生產(chǎn)成本都是水泵工作產(chǎn)生的電。為適應自來水廠的調(diào)度、提高經(jīng)濟效益、保證供水質(zhì)量,滿足日益增長的管理需求,自來水公司提出對箱泵一體化供水泵站水泵進行變頻改造,并增加城市供水管網(wǎng)調(diào)度無線遠程監(jiān)控功能,主要目的是降低生產(chǎn)成本、解決自來水公司對供水各環(huán)節(jié)監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控問題。
箱泵一體化供水泵站GPRS無線遠程系統(tǒng)介紹
GPRS 是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡稱,是在現(xiàn)有GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)。GPRS具有快捷登錄、實時在線、按量計費、高速傳輸、自如切換等特點。GPRS無線系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組成為:
1)終端數(shù)據(jù)采集設(shè)備和無線數(shù)據(jù)終端DTU;
2)傳輸網(wǎng)絡(luò)選中國移動GPRS無線網(wǎng)絡(luò);
3)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中心配有實時數(shù)據(jù)收發(fā)服務(wù)器、實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及用戶控制操作界面等。
3.1 數(shù)據(jù)中心接入GPRS網(wǎng)絡(luò)介紹
GPRS DTU 數(shù)據(jù)傳輸模塊是基于GPRS 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)接口設(shè)備,符合IS-95A、IS-95B GPRS空中接口標準,通過RS232或RS485串行口直接與行業(yè)應用設(shè)備連接。即插即用,連接簡單,可在數(shù)據(jù)中心和現(xiàn)場進行設(shè)置。
RTU 采集設(shè)備通過GPRS DTU 通訊模塊與數(shù)據(jù)監(jiān)控中心主機進行數(shù)據(jù)通訊,數(shù)據(jù)監(jiān)控中心必須接入GPRS網(wǎng)絡(luò)才能實現(xiàn),移動公司提供豐富多樣的接入方法,大致分三類:專線、無線和Internet 互聯(lián)網(wǎng)。限于篇幅,這里只介紹通過固定公網(wǎng)IP連接的方法。
通過固定的公網(wǎng)IP連接方式與ADSL撥號獲得公網(wǎng)動態(tài)IP地址連接方式類似,很多公司都有一臺連接Internet 的服務(wù)器,并有固定的公網(wǎng)IP 地址,一般考慮到服務(wù)器的穩(wěn)定運行問題,通常不允許在服務(wù)器上安裝其他應用軟件。通過NAT 端口映射方式,數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)可以作為內(nèi)網(wǎng)中的一臺服務(wù)器實現(xiàn)與現(xiàn)場采集點GPRS DTU之間的數(shù)據(jù)通信。
箱泵一體化供水泵站無線聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控方案
箱泵一體化供水泵站無線聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中,可以隨時無線控制變頻器,如用于電機控制的變頻器,既可以無線改變電壓,又可以無線改變頻率,變頻器可以實時將運行狀態(tài)信息發(fā)送到管理中心的后端服務(wù)器進行處理。由于監(jiān)測點分散,分布范圍廣,而且大多在較惡劣的環(huán)境,利用電話線傳送數(shù)據(jù)往往事倍功半,通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸,成為變頻器選擇的通信手段之一。小區(qū)二次供水系統(tǒng)可將實時的運行狀態(tài)和告警信息通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)同時發(fā)送到多個監(jiān)測部門,實現(xiàn)對系統(tǒng)的及時管理。變頻器通過無線DTU與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心建立連接,從而數(shù)據(jù)中心可以遠程對變頻器實時管理。
箱泵一體化供水泵站電氣原理
變頻器是整個小區(qū)二次供水系統(tǒng)的核心部分,選用矢量變頻器,,水泵電機是輸出環(huán)節(jié),轉(zhuǎn)速由變頻器控制,實現(xiàn)變流量恒壓控制。壓力傳感器檢測管網(wǎng)出水壓力,把信號傳給PID控制器,通過PID控制器調(diào)節(jié)變頻器的頻率來控制水泵的轉(zhuǎn)速,實現(xiàn)了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。由于變頻器內(nèi)置了豐富的PID調(diào)節(jié)功能,調(diào)節(jié)平穩(wěn)且為用戶省去外置PID 控制的投資。
現(xiàn)場監(jiān)控點采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM 網(wǎng)絡(luò)空中接口功能模塊同時對實時數(shù)據(jù)進行解碼處理,轉(zhuǎn)換成在公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的格式,通過GPRS 無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進行傳輸,最終傳送到監(jiān)控中心(其IP 地址已指定)??蓪Π惭b在全國甚至是全世界各地的變頻器進行無線監(jiān)控。
GPRS無線遠程監(jiān)控箱泵一體化供水泵站的優(yōu)點
實踐證明,使用了GPRS 無線遠程監(jiān)控箱泵一體化供水泵站后,其明顯效果有以下幾點:
1)實現(xiàn)智能化自動化控制,操作簡單;
2)節(jié)省20%耀40%的電費;
3)配置靈活,自動化程度高,功能齊全,靈活可靠;
4)運行合理,由于是軟啟動和軟停止,不但可以消除水錘效應,而且電機軸上的平均扭矩和磨損減小,減少了維修量和維修費用,并且水泵的壽命大大提高;
5)城市供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)可以對遠程現(xiàn)場的運行設(shè)備進行監(jiān)視和控制,以實現(xiàn)管道壓力、水流量的數(shù)據(jù)傳送及閥門開關(guān)的自動控制,降低了故障率和提高了對系統(tǒng)的反應時間,便于及時迅速地了解及控制遠端管道及閥門,降低故障率和檢修的時間,減少停水次數(shù)。
結(jié)語
由于箱泵一體化供水泵站采用GPRS 通訊技術(shù),使監(jiān)控系統(tǒng)的實時性和可靠性得到了很大提高,正日益受到廣泛的重視和關(guān)注。箱泵一體化供水泵站無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)是信息技術(shù)與基礎(chǔ)工業(yè)控制的巧妙結(jié)合,它融合了計算機IP技術(shù),TC/TIP 網(wǎng)絡(luò)技術(shù),GPRS無線通訊技術(shù),電力電子技術(shù),過程控制技術(shù)和計算機組態(tài)軟件技術(shù),是未來遠程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向,它涉及了計算機領(lǐng)域多種學科前沿,其突出優(yōu)點在于不受距離的限制,且控制可靠。
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