基于遠程無線技術的水泵變頻調速供水系統設計的研究報告
2013-5-29 19:45:33??????點擊：
基于遠程無線技術的水泵變頻調速供水系統設計的研究報告
一、 水泵變頻調速供水系統技術背景
目前，我國經濟發展迅速，人民的生活水準不斷提高，居住環境更是日新月異。其中人們對生活用水的質和量的要求也越來越高，而中國是一個水資源相對匱乏的國家，尤其在西北和東北地區，現有水資源與日常生產、生活用水的矛盾更加突出。
在這一背景下，水資源——尤其是自來水的合理開發和有效使用就成為一個非常重要的課題。在這一課題中，應首先掌握自來水的生產、使用各環節的原始數據。但是由于現在所采用的供水方式和現有管理方法的約束，無法準確獲取供水設備的實際運行情況，給自來水公司進一步加強的對外服務質量和現代化管理水平帶來了困難。另外，隨著工業自動化、計算機網絡技術的發展，變頻器作為交流調速的重要手段在工業生產中獲得越來越廣泛的應用。當今世界能源緊張成為全球性問題，節能更顯重要，而變頻器的應用對電力、石油、化工、冶金、水資源等工業中的風機、水泵、壓縮機等，取代傳統擋風板、節流閥，可根據負荷大小適時控制風量和流量，顯著提高節能效果。
另外，還可以改善和適應運行環境，平滑加減速、提高加工工藝等功能。 本系統將最先進的GPRS無線網絡技術,應用到水泵變頻調速供水系統中，使遠程監控對象參數(如電流、電壓、頻率等數據及報警信號）通過GPRS無線方式實時傳輸給控制中心，實現在控制中心的計算機上同時對許多不同地點的水泵進行遠程監控，能夠及時掌握水泵的運行狀況 ，為自來水公司供水決策提供可靠的依據。控制中心的上位機通過無線通訊與GPRS調制解調器進行信息傳輸，GPRS調制解調器再通過串口與變頻器相連，從而達到異地遠程無線控制變頻器的功能，上位機通過監控組態軟件實時對變頻器操作、監控、及故障報警，提高了控制的靈活性。
此項設計的創新點是利用GPRS無線網絡技術對變頻調速系統進行遠程控制，它可應用于城市供熱、水文監測等方面，尤其在城市供水和農田灌溉方面具有廣闊的應用前景。針對目前城市供水的現狀，泵站的分散，水廠中心不能及時了解每個泵站的具體供水情況，應用此項設計，可以直接了解每個泵站的供水情況，進行遠程的監測和控制，并依據科學的供水決策控制工程網版權所有，進行供水設置，達到水資源的合理利用，既節約用水，又可做到節約能源，同時還節約了人力。目前我國水資源嚴重短缺，如果將此項技術應用于農田灌溉，可以大大提高水資源利用率。
二、水泵變頻調速供水系統設計
2.1 系統組成
水泵變頻調速供水系統是由水泵、變頻器、GPRS無線調制解調器、安裝監控組態軟件的PC機組成，如圖
2.2 監控組態軟件
水泵變頻調速供水系統軟件采用力控PCAuto3.6監控組態軟件。該軟件提供通過internet/intranet瀏覽器直接監控工業現場的解決方案，數據傳輸采用事件驅動方式，因此當在internet上遠程訪問監控畫面時，具有更好的實時性；支持以GPRS、CDMA等移動方式與控制設備和力控網絡節點通訊，GSM手機短信報警管理系統方便管理報警信息。這些特點可以很好的和WM-100DTU進行無限通訊，完成控制任務。操作步驟如下：
2.3 GPRS無線調制解調器
GPRS（Genera packet radio Service）是通用分組無線業務的簡稱。GPRS是采用分組交換技術，高效傳輸高速或低速數據和信令，理論最高速率可達171.2kbit/s，實際速率依賴于GPRS網絡。GPRS具有永遠在線、按流量計費、通信速率高、組網方便、覆蓋范圍廣等特點。
本設計采用實達WM-100 DTU系列工業級GPRS無線調制解調器行業版產品，其內部集成了高速嵌入式處理系統，提供TCP/IP協議棧。利用其串行通訊口和變頻器連接控制工程網版權所有，向變頻器輸入參數，同時從變頻器提取參數，掌握系統運行狀況。
水泵變頻調速供水系統概述：
水泵變頻調速供水系統是中贏供水公司專業技術人員在傳統供水設備的基礎上開發的一種能直接與自來水管網連接、且對自來水管網不產生任何負作用的成套給水設備;突破了傳統的供水方式離不開蓄水池，蓄水池中的水一般由自來水管網供給，這樣有壓力的水進入水池后變成了零，造成大量的能源白白浪費。它可以完全取代蓄水池，能充分利用自來水管網的壓力直接供水或間接供水，避免了能源的二次浪費和二次污染，大幅度節省了基建投資并縮短了施工工期
水泵變頻調速供水系統由智慧型變頻控制柜、穩流罐、水泵機組、儀表、閥門及管路、基座等組成，適用于一切需要增高水壓、恒定流量的給水系統。
水泵變頻調速供水系統節能
設水泵變頻調速供水系統吸水口的自來水管網壓力為P自，水泵的出口設計壓力為P設，則水泵的出口實際壓力將降低至P實=P設-P自(不計因水泵阻力等造成的壓頭損失)，但自來水管網壓力在一日之內變幅較大，當用戶為24h用水時，通常按最小自來水管網壓力P自min考慮，故一般水泵額定壓力按Pe=P設-P自min選用。此時，水泵額定壓力與實際壓力之差為Pe-P實=P自-P自min≥0，因此當水泵按工頻(50Hz)運行時，將造成能量的浪費。
若采用變頻器帶動水泵，水泵的實際工作轉速是以水泵出口的壓力值為主參數，即實際出口的壓力值始終恒定在P設上而不會造成壓力水頭的損失。其工作過程是：
首先微機檢測壓力傳感器的實際壓力值，若P實< p>
水泵變頻調速供水系統產品特點：
2、安裝簡便、節省占地面積：水泵變頻調速供水系統既可配置臥式穩流罐，亦可配置立式穩流罐。兩種穩流罐具有不同的特點：臥式穩流罐占據空間小：立式穩流罐占據面積小。
3、用途廣泛、適應性強：水泵變頻調速供水系統可作生活給水，消防給水、可配置任意型號的水泵，當設備用于消防時，宜配備消防專用水泵。
4、功能全、智能化程度高：采用了先進的人機變頻控制技術，具有軟啟動，有過載、短路、過壓、欠壓、缺相、過熱和失速保護等功能。在異常情況下進行信號報警，自檢、故障判斷等、還根據用水量的高低自動調節給水流量。
5、產品先進、質量可靠：使用的配件，經過了諸多生產廠家的篩選，具有可靠的質量保證，產品中的關鍵零部件，如：電機、水泵軸承、變頻器、短路器、接觸器、繼電器等采用了國際、國內優質名牌產品。
全自動變頻調速供水設備設計思路:
1)設計了全密閉的、兼有緩沖用途和動態補償用途的水源箱罐，與目前市場所謂無負壓罐相比，更具有實際意義，并使控制系統得以簡化。
2)該系列產品控制系統充分總結了本生產企業及國內外變頻的設計制造經驗，采用規范通用的控制系統技術方案，可換用任意廠商的變頻器、調節器、PLC和其他元器件，調試維修特別方便，為產品的終身服務奠定了良好基礎，不會因技術進步而導致服務問題。
3)該系列產品控制系統具有較高智能性，設計中充分考慮了機、電、儀協調配合，具有欲速則不達的檢測監視和簡單方便的人機交互主要功能。具有全面的故障保護主要功能和對策，變頻器故障保護時，自動降級運行(成為工頻自動水泵變頻調速供水系統)，自動系統故障時，還可手動操作應急備用，贏得維修時間。
4)可按要求選配各種通訊接口、協議，從而可連接各種人機界面、監控計算機，可與各種控制網絡，通信網絡相接，適用于特殊、復雜的運行控制和聯網監控要求。可為用戶開發配套監控軟件。
全自動變頻調速供水設備配件:
隔膜式氣壓水罐按國標91SS852標準圖集制造。
配管采用無縫鋼管、熱浸鍍鋅鋼管、熱浸鍍鋅無縫鋼管。
采用一體化組合系列整體鋼支座支承。本圖集隔膜式氣壓水罐支座形式是按裙座繪制的，也可以采用支承式支座。
本設備為上置式時應設隔振措施。水泵機組在設備安裝橡膠隔振墊過程中必須采取防止水泵機組傾倒的措施錄水泵機組隔振墊設備安裝后，在設備安裝水泵機組進出水管道、配件及附件時，變必須采取防止水泵機組傾斜的措施，以確保安全施工。
氣壓罐設有泄水裝置，在管路系統上設安全閥，遠傳壓力表等附件。
設備的外圍應有排水設施，便于維修時泄水或排除事幫漏水。
設備與墻面或其它供水設備之間應留有足夠距離，一般不小于700mm。
設備應進行整體水壓試驗，水壓強度試驗及嚴密性試驗，要求按現行有關規定執行。
水泵變頻調速供水系統的連接管道、配件、氣壓水罐等外表面應刷防銹漆兩道，氣壓水罐內表面應刷無毒防腐涂料。水泵、電機、管道設備安裝技術要求均按有關技術規定執行。
全自動變頻調速供水設備產品特點：
1、節省贊助：節省贊助50%左右，無需修建蓄水池或屋頂水箱，采用疊壓供水，減小設備初期投入。
2、高效節能，運行成本低： 可充分利用市政管網供水壓力，差多少、補多少、不產生負壓、與傳統供水設備相比可節能30%—90%。停電也可維持市政管網水壓供水。
3、智能化程度高，操作簡單，節省人力：由全自動智能化控制器控制，自行根據用戶的用水量和管網的自來水壓力進行調節，實行無人值守。并且采用人機界面(文本、數字)顯示，使客戶更加直觀的看到設備的運行狀況。
4、環保衛生:全封閉運行，徹底消除水源二次污染。
5、保護主要功能齊全：具有完美的過載、短路、過壓、欠壓、缺相、過流、短路、水源缺水等自動保護主要功能。在異常情況下能進行信號報警、自檢、故障判斷等。
6、占地少設備安裝方便：只有一組供水控制柜、無負壓穩流罐和水泵機組三部分，設備安裝非常簡單方便。
7、延長設備的使用壽命：水泵變頻調速供水系統對多臺泵組均能可靠的實現軟啟動，使電網和管網免沖擊，并且輪流運轉，大大延長了水泵及電機的使用壽命。設備壽命可延長3倍以上。
全自動變頻調速供水設備選型說明：
主要由變頻控制柜、壓力傳感器、水泵等組成。變頻控制柜由斷路器、變頻器、接觸器、中間繼電器、PLC等組成。
1.系統選用原則
(1)蓄水池容量應大于每小時最大供水量。
(2）水泵揚程應大于實際供水高度。
(3）水泵流量總和應大于實際最大供水量。
(4)變頻控制柜選型：
用戶可根據供水量和供水高度確定水泵型號及臺數，然后對控制柜進行選型。
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