GPRS無線遠程監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。目前的交通監控、公安無線監控、城市路燈監控、氣象采集等各行各業都越來越多地應用了GPRS技術。本文將詳細介紹工業GPRS無線遠程監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，一般用閥門調節增大系統的阻力來節流，效率非常低，造成電機用電損失嚴重，且不斷地影響企業的經濟效益。
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，不僅是當前企業節能降耗的重要技術手段，而且也是實現經濟增長方式轉變的必然要求。
由于供水是根據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，這樣壓力很不穩定，同時，耗費大量電能，企業為此多支付電費，而且使管道使用壽命縮短。
據了解，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節監測點的數據采集和監控問題。
箱泵一體化供水泵站GPRS無線遠程系統介紹
GPRS 是通用分組無線業務(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現有GSM 系統上發展出來的一種新的數據承載業務。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無線系統的網絡組成為：
1)終端數據采集設備和無線數據終端DTU;
2)傳輸網絡選中國移動GPRS無線網絡;
3)數據業務中心配有實時數據收發服務器、實時數據庫服務器及用戶控制操作界面等。
3.1 數據中心接入GPRS網絡介紹
GPRS DTU 數據傳輸模塊是基于GPRS 網絡的數據接口設備，符合IS-95A、IS-95B GPRS空中接口標準，通過RS232或RS485串行口直接與行業應用設備連接。即插即用，連接簡單，可在數據中心和現場進行設置。
RTU 采集設備通過GPRS DTU 通訊模塊與數據監控中心主機進行數據通訊，數據監控中心必須接入GPRS網絡才能實現，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，數據中心系統可以作為內網中的一臺服務器實現與現場采集點GPRS DTU之間的數據通信。
箱泵一體化供水泵站無線聯網監控方案
箱泵一體化供水泵站無線聯網監控系統中，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信息發送到管理中心的后端服務器進行處理。由于監測點分散，分布范圍廣，而且大多在較惡劣的環境，利用電話線傳送數據往往事倍功半，通過GPRS無線網絡進行數據傳輸，成為變頻器選擇的通信手段之一。小區二次供水系統可將實時的運行狀態和告警信息通過GPRS無線網絡同時發送到多個監測部門，實現對系統的及時管理。變頻器通過無線DTU與網絡數據中心建立連接，從而數據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
變頻器是整個小區二次供水系統的核心部分，選用矢量變頻器，，水泵電機是輸出環節，轉速由變頻器控制，實現變流量恒壓控制。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控制器調節變頻器的頻率來控制水泵的轉速，實現了一個閉環控制系統。由于變頻器內置了豐富的PID調節功能，調節平穩且為用戶省去外置PID 控制的投資。
現場監控點采集的數據經GSM 網絡空中接口功能模塊同時對實時數據進行解碼處理，轉換成在公網數據傳送的格式，通過GPRS 無線數據網絡進行傳輸，最終傳送到監控中心(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控。
GPRS無線遠程監控箱泵一體化供水泵站的優點
實踐證明，使用了GPRS 無線遠程監控箱泵一體化供水泵站后，其明顯效果有以下幾點：
1)實現智能化自動化控制，操作簡單;
2)節省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)城市供水調度監控系統可以對遠程現場的運行設備進行監視和控制，以實現管道壓力、水流量的數據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。
結語
由于箱泵一體化供水泵站采用GPRS 通訊技術，使監控系統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控系統是信息技術與基礎工業控制的巧妙結合，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軟件技術，是未來遠程監控系統的發展方向，它涉及了計算機領域多種學科前沿，其突出優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，一般用閥門調節增大系統的阻力來節流，效率非常低，造成電機用電損失嚴重，且不斷地影響企業的經濟效益。
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，不僅是當前企業節能降耗的重要技術手段，而且也是實現經濟增長方式轉變的必然要求。
由于供水是根據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，這樣壓力很不穩定，同時，耗費大量電能，企業為此多支付電費，而且使管道使用壽命縮短。
據了解，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節監測點的數據采集和監控問題。
箱泵一體化供水泵站GPRS無線遠程系統介紹
GPRS 是通用分組無線業務(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現有GSM 系統上發展出來的一種新的數據承載業務。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無線系統的網絡組成為：
1)終端數據采集設備和無線數據終端DTU;
2)傳輸網絡選中國移動GPRS無線網絡;
3)數據業務中心配有實時數據收發服務器、實時數據庫服務器及用戶控制操作界面等。
3.1 數據中心接入GPRS網絡介紹
GPRS DTU 數據傳輸模塊是基于GPRS 網絡的數據接口設備，符合IS-95A、IS-95B GPRS空中接口標準，通過RS232或RS485串行口直接與行業應用設備連接。即插即用，連接簡單，可在數據中心和現場進行設置。
RTU 采集設備通過GPRS DTU 通訊模塊與數據監控中心主機進行數據通訊，數據監控中心必須接入GPRS網絡才能實現，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，數據中心系統可以作為內網中的一臺服務器實現與現場采集點GPRS DTU之間的數據通信。
箱泵一體化供水泵站無線聯網監控方案
箱泵一體化供水泵站無線聯網監控系統中，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信息發送到管理中心的后端服務器進行處理。由于監測點分散，分布范圍廣，而且大多在較惡劣的環境，利用電話線傳送數據往往事倍功半，通過GPRS無線網絡進行數據傳輸，成為變頻器選擇的通信手段之一。小區二次供水系統可將實時的運行狀態和告警信息通過GPRS無線網絡同時發送到多個監測部門，實現對系統的及時管理。變頻器通過無線DTU與網絡數據中心建立連接，從而數據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
變頻器是整個小區二次供水系統的核心部分，選用矢量變頻器，，水泵電機是輸出環節，轉速由變頻器控制，實現變流量恒壓控制。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控制器調節變頻器的頻率來控制水泵的轉速，實現了一個閉環控制系統。由于變頻器內置了豐富的PID調節功能，調節平穩且為用戶省去外置PID 控制的投資。
現場監控點采集的數據經GSM 網絡空中接口功能模塊同時對實時數據進行解碼處理，轉換成在公網數據傳送的格式，通過GPRS 無線數據網絡進行傳輸，最終傳送到監控中心(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控。
GPRS無線遠程監控箱泵一體化供水泵站的優點
實踐證明，使用了GPRS 無線遠程監控箱泵一體化供水泵站后，其明顯效果有以下幾點：
1)實現智能化自動化控制，操作簡單;
2)節省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)城市供水調度監控系統可以對遠程現場的運行設備進行監視和控制，以實現管道壓力、水流量的數據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。
結語
由于箱泵一體化供水泵站采用GPRS 通訊技術，使監控系統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控系統是信息技術與基礎工業控制的巧妙結合，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軟件技術，是未來遠程監控系統的發展方向，它涉及了計算機領域多種學科前沿，其突出優點在于不受距離的限制，且控制可靠。
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