GPRS無線遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在長沙箱泵一體化供水泵站行業(yè)中的應(yīng)用
2024/7/16 16:39:16??????點(diǎn)擊：
GPRS技術(shù)是從使用GPRS手機(jī)開始的,，但GPRS網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用決不只限于在手機(jī)上實(shí)現(xiàn)的語音通訊,、無線上網(wǎng),，而是在不斷擴(kuò)展到人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)層面,，使我們越來越多地感受到GPRS 網(wǎng)絡(luò)所帶來的方便,。目前的交通監(jiān)控,、公安無線監(jiān)控,、城市路燈監(jiān)控,、氣象采集等各行各業(yè)都越來越多地應(yīng)用了GPRS技術(shù)。本文將詳細(xì)介紹工業(yè)GPRS無線遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在箱泵一體化供水泵站中的應(yīng)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(jì)選型階段，一般是按箱泵一體化供水泵站的大需求來考慮的,，而實(shí)際上有很多時(shí)間不一定能達(dá)到用水的大量,。同時(shí),，電機(jī)采用的是不調(diào)速的三相交流異步電動機(jī)，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(jī)用電損失嚴(yán)重，且不斷地影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,。
從風(fēng)機(jī),、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(yùn)行,，不僅是當(dāng)前企業(yè)節(jié)能降耗的重要技術(shù)手段,，而且也是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長方式轉(zhuǎn)變的必然要求。
由于供水是根據(jù)平時(shí)用水情況來確定開多少泵,，即用水高峰時(shí),，開2臺或多臺，夜間開1臺,，這樣壓力很不穩(wěn)定,，同時(shí)，耗費(fèi)大量電能,，企業(yè)為此多支付電費(fèi),，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(yīng)自來水廠的調(diào)度,、提高經(jīng)濟(jì)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(jìn)行變頻改造,，并增加城市供水管網(wǎng)調(diào)度無線遠(yuǎn)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(diǎn)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(yuǎn)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(shí)時(shí)在線,、按量計(jì)費(fèi)、高速傳輸,、自如切換等特點(diǎn),。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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收發(fā)服務(wù)器、實(shí)時(shí)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(biāo)準(zhǔn),，通過RS232或RS485串行口直接與行業(yè)應(yīng)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(jìn)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(jī)進(jìn)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(shí)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(yùn)行問題,，通常不允許在服務(wù)器上安裝其他應(yīng)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(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場采集點(diǎn)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(shí)無線控制變頻器，如用于電機(jī)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(shí)時(shí)將運(yùn)行狀態(tài)信息發(fā)送到管理中心的后端服務(wù)器進(jìn)行處理,。由于監(jiān)測點(diǎn)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(jìn)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(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)和告警信息通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)同時(shí)發(fā)送到多個(gè)監(jiān)測部門,，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的及時(shí)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(yuǎn)程對變頻器實(shí)時(shí)管理,。
箱泵一體化供水泵站電氣原理
變頻器是整個(gè)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(jī)是輸出環(huán)節(jié),，轉(zhuǎn)速由變頻器控制，實(shí)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(shí)現(xiàn)了一個(gè)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(diǎn)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM 網(wǎng)絡(luò)空中接口功能模塊同時(shí)對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行傳輸,，最終傳送到監(jiān)控中心(其IP 地址已指定),。可對安裝在全國甚至是全世界各地的變頻器進(jìn)行無線監(jiān)控,。
GPRS無線遠(yuǎn)程監(jiān)控箱泵一體化供水泵站的優(yōu)點(diǎn)
實(shí)踐證明,，使用了GPRS 無線遠(yuǎn)程監(jiān)控箱泵一體化供水泵站后，其明顯效果有以下幾點(diǎn)：
1)實(shí)現(xiàn)智能化自動化控制,，操作簡單;
2)節(jié)省20%耀40%的電費(fèi);
3)配置靈活,，自動化程度高，功能齊全,，靈活可靠;
4)運(yùn)行合理,，由于是軟啟動和軟停止，不但可以消除水錘效應(yīng),，而且電機(jī)軸上的平均扭矩和磨損減小,，減少了維修量和維修費(fèi)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(yuǎn)程現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制,，以實(shí)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(yīng)時(shí)間,，便于及時(shí)迅速地了解及控制遠(yuǎn)端管道及閥門，降低故障率和檢修的時(shí)間,，減少停水次數(shù),。
結(jié)語
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(jì)選型階段，一般是按箱泵一體化供水泵站的大需求來考慮的,，而實(shí)際上有很多時(shí)間不一定能達(dá)到用水的大量,。同時(shí),，電機(jī)采用的是不調(diào)速的三相交流異步電動機(jī)，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(jī)用電損失嚴(yán)重，且不斷地影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,。
從風(fēng)機(jī),、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(yùn)行,，不僅是當(dāng)前企業(yè)節(jié)能降耗的重要技術(shù)手段,，而且也是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長方式轉(zhuǎn)變的必然要求。
由于供水是根據(jù)平時(shí)用水情況來確定開多少泵,，即用水高峰時(shí),，開2臺或多臺，夜間開1臺,，這樣壓力很不穩(wěn)定,，同時(shí)，耗費(fèi)大量電能,，企業(yè)為此多支付電費(fèi),，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(yīng)自來水廠的調(diào)度,、提高經(jīng)濟(jì)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(jìn)行變頻改造,，并增加城市供水管網(wǎng)調(diào)度無線遠(yuǎn)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(diǎn)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(yuǎn)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(shí)時(shí)在線,、按量計(jì)費(fèi)、高速傳輸,、自如切換等特點(diǎn),。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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收發(fā)服務(wù)器、實(shí)時(shí)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(biāo)準(zhǔn),，通過RS232或RS485串行口直接與行業(yè)應(yīng)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(jìn)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(jī)進(jìn)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(shí)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(yùn)行問題,，通常不允許在服務(wù)器上安裝其他應(yīng)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(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場采集點(diǎn)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(shí)無線控制變頻器，如用于電機(jī)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(shí)時(shí)將運(yùn)行狀態(tài)信息發(fā)送到管理中心的后端服務(wù)器進(jìn)行處理,。由于監(jiān)測點(diǎn)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(jìn)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(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)和告警信息通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)同時(shí)發(fā)送到多個(gè)監(jiān)測部門,，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的及時(shí)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(yuǎn)程對變頻器實(shí)時(shí)管理,。
箱泵一體化供水泵站電氣原理
變頻器是整個(gè)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(jī)是輸出環(huán)節(jié),，轉(zhuǎn)速由變頻器控制，實(shí)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(shí)現(xiàn)了一個(gè)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(diǎn)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM 網(wǎng)絡(luò)空中接口功能模塊同時(shí)對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行傳輸,，最終傳送到監(jiān)控中心(其IP 地址已指定),。可對安裝在全國甚至是全世界各地的變頻器進(jìn)行無線監(jiān)控,。
GPRS無線遠(yuǎn)程監(jiān)控箱泵一體化供水泵站的優(yōu)點(diǎn)
實(shí)踐證明,，使用了GPRS 無線遠(yuǎn)程監(jiān)控箱泵一體化供水泵站后，其明顯效果有以下幾點(diǎn)：
1)實(shí)現(xiàn)智能化自動化控制,，操作簡單;
2)節(jié)省20%耀40%的電費(fèi);
3)配置靈活,，自動化程度高，功能齊全,，靈活可靠;
4)運(yùn)行合理,，由于是軟啟動和軟停止，不但可以消除水錘效應(yīng),，而且電機(jī)軸上的平均扭矩和磨損減小,，減少了維修量和維修費(fèi)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(yuǎn)程現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制,，以實(shí)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(yīng)時(shí)間,，便于及時(shí)迅速地了解及控制遠(yuǎn)端管道及閥門，降低故障率和檢修的時(shí)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(shí)時(shí)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(yuǎn)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)組態(tài)軟件技術(shù),，是未來遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向,，它涉及了計(jì)算機(jī)領(lǐng)域多種學(xué)科前沿，其突出優(yōu)點(diǎn)在于不受距離的限制,，且控制可靠,。。
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