GPRS無線遠程監(jiān)控技術在箱泵一體化供水泵站中的應用
2022/3/1 17:07:44??????點擊：
GPRS技術最早是從使用GPRS手機開始的，但GPRS網絡的應用決不只限于在手機上實現(xiàn)的語音通訊、無線上網，而是在不斷擴展到人們日常生活的各個層面，使我們越來越多地感受到GPRS 網絡所帶來的方便。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)都越來越多地應用了GPRS技術。本文將詳細介紹工業(yè)GPRS無線遠程監(jiān)控技術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，電機采用的是不調速的三相交流異步電動機，一般用閥門調節(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)的經濟效益。
從風機、水泵的工作原理可知：流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的三次方成正比。因此水泵的轉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速運行，不僅是當前企業(yè)節(jié)能降耗的重要技術手段，而且也是實現(xiàn)經濟增長方式轉變的必然要求。
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%的生產成本都是水泵工作產生的電。為適應自來水廠的調度、提高經濟效益、保證供水質量，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調度無線遠程監(jiān)控功能，主要目的是降低生產成本、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(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。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)的網絡組成為：
1)終端數(shù)據(jù)采集設備和無線數(shù)據(jù)終端DTU;
2)傳輸網絡選中國移動GPRS無線網絡;
3)數(shù)據(jù)業(yè)務中心配有實時數(shù)據(jù)收發(fā)服務器、實時數(shù)據(jù)庫服務器及用戶控制操作界面等。
3.1 數(shù)據(jù)中心接入GPRS網絡介紹
GPRS DTU 數(shù)據(jù)傳輸模塊是基于GPRS 網絡的數(shù)據(jù)接口設備，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)場進行設置。
RTU 采集設備通過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網絡才能實現(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。限于篇幅，這里只介紹通過固定公網IP連接的方法。
通過固定的公網IP連接方式與ADSL撥號獲得公網動態(tài)IP地址連接方式類似，很多公司都有一臺連接Internet 的服務器，并有固定的公網IP 地址，一般考慮到服務器的穩(wěn)定運行問題，通常不允許在服務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)可以作為內網中的一臺服務器實現(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)網監(jiān)控方案
箱泵一體化供水泵站無線聯(lián)網監(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無線網絡進行數(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無線網絡同時發(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與網絡數(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出水壓力，把信號傳給PID控制器，通過PID控制器調節(jié)變頻器的頻率來控制水泵的轉速，實現(xiàn)了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。由于變頻器內置了豐富的PID調節(jié)功能，調節(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GSM 網絡空中接口功能模塊同時對實時數(shù)據(jù)進行解碼處理，轉換成在公網數(shù)據(jù)傳送的格式，通過GPRS 無線數(shù)據(jù)網絡進行傳輸，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)城市供水調度監(jiān)控系統(tǒng)可以對遠程現(xiàn)場的運行設備進行監(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)。
結語
由于箱泵一體化供水泵站采用GPRS 通訊技術，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)是信息技術與基礎工業(yè)控制的巧妙結合，它融合了計算機IP技術，TC/TIP 網絡技術，GPRS無線通訊技術，電力電子技術，過程控制技術和計算機組態(tài)軟件技術，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。
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，電機采用的是不調速的三相交流異步電動機，一般用閥門調節(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)的經濟效益。
從風機、水泵的工作原理可知：流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的三次方成正比。因此水泵的轉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速運行，不僅是當前企業(yè)節(jié)能降耗的重要技術手段，而且也是實現(xiàn)經濟增長方式轉變的必然要求。
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%的生產成本都是水泵工作產生的電。為適應自來水廠的調度、提高經濟效益、保證供水質量，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調度無線遠程監(jiān)控功能，主要目的是降低生產成本、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(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。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)的網絡組成為：
1)終端數(shù)據(jù)采集設備和無線數(shù)據(jù)終端DTU;
2)傳輸網絡選中國移動GPRS無線網絡;
3)數(shù)據(jù)業(yè)務中心配有實時數(shù)據(jù)收發(fā)服務器、實時數(shù)據(jù)庫服務器及用戶控制操作界面等。
3.1 數(shù)據(jù)中心接入GPRS網絡介紹
GPRS DTU 數(shù)據(jù)傳輸模塊是基于GPRS 網絡的數(shù)據(jù)接口設備，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)場進行設置。
RTU 采集設備通過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網絡才能實現(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。限于篇幅，這里只介紹通過固定公網IP連接的方法。
通過固定的公網IP連接方式與ADSL撥號獲得公網動態(tài)IP地址連接方式類似，很多公司都有一臺連接Internet 的服務器，并有固定的公網IP 地址，一般考慮到服務器的穩(wěn)定運行問題，通常不允許在服務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)可以作為內網中的一臺服務器實現(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)網監(jiān)控方案
箱泵一體化供水泵站無線聯(lián)網監(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無線網絡進行數(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無線網絡同時發(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與網絡數(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出水壓力，把信號傳給PID控制器，通過PID控制器調節(jié)變頻器的頻率來控制水泵的轉速，實現(xiàn)了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。由于變頻器內置了豐富的PID調節(jié)功能，調節(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GSM 網絡空中接口功能模塊同時對實時數(shù)據(jù)進行解碼處理，轉換成在公網數(shù)據(jù)傳送的格式，通過GPRS 無線數(shù)據(jù)網絡進行傳輸，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)城市供水調度監(jiān)控系統(tǒng)可以對遠程現(xiàn)場的運行設備進行監(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)。
結語
由于箱泵一體化供水泵站采用GPRS 通訊技術，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)是信息技術與基礎工業(yè)控制的巧妙結合，它融合了計算機IP技術，TC/TIP 網絡技術，GPRS無線通訊技術，電力電子技術，過程控制技術和計算機組態(tài)軟件技術，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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