基于遠(yuǎn)程無線技術(shù)的水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究報告
2013/5/29 19:45:33??????點(diǎn)擊：
基于遠(yuǎn)程無線技術(shù)的水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究報告
一、 水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)技術(shù)背景
目前，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人民的生活水準(zhǔn)不斷提高，居住環(huán)境更是日新月異。其中人們對生活用水的質(zhì)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(qū)，現(xiàn)有水資源與日常生產(chǎn)、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(fā)和有效使用就成為一個非常重要的課題。在這一課題中，應(yīng)首先掌握自來水的生產(chǎn)、使用各環(huán)節(jié)的原始數(shù)據(jù)。但是由于現(xiàn)在所采用的供水方式和現(xiàn)有管理方法的約束，無法準(zhǔn)確獲取供水設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，給自來水公司進(jìn)一步加強(qiáng)的對外服務(wù)質(zhì)量和現(xiàn)代化管理水平帶來了困難。另外，隨著工業(yè)自動化、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，變頻器作為交流調(diào)速的重要手段在工業(yè)生產(chǎn)中獲得越來越廣泛的應(yīng)用。當(dāng)今世界能源緊張成為全球性問題，節(jié)能更顯重要，而變頻器的應(yīng)用對電力、石油、化工、冶金、水資源等工業(yè)中的風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)等，取代傳統(tǒng)擋風(fēng)板、節(jié)流閥，可根據(jù)負(fù)荷大小適時控制風(fēng)量和流量，顯著提高節(jié)能效果。
另外，還可以改善和適應(yīng)運(yùn)行環(huán)境，平滑加減速、提高加工工藝等功能。 本系統(tǒng)將最先進(jìn)的GPRS無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),應(yīng)用到水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)中，使遠(yuǎn)程監(jiān)控對象參數(shù)(如電流、電壓、頻率等數(shù)據(jù)及報警信號）通過GPRS無線方式實(shí)時傳輸給控制中心，實(shí)現(xiàn)在控制中心的計(jì)算機(jī)上同時對許多不同地點(diǎn)的水泵進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，能夠及時掌握水泵的運(yùn)行狀況 ，為自來水公司供水決策提供可靠的依據(jù)。控制中心的上位機(jī)通過無線通訊與GPRS調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行信息傳輸，GPRS調(diào)制解調(diào)器再通過串口與變頻器相連，從而達(dá)到異地遠(yuǎn)程無線控制變頻器的功能，上位機(jī)通過監(jiān)控組態(tài)軟件實(shí)時對變頻器操作、監(jiān)控、及故障報警，提高了控制的靈活性。
此項(xiàng)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)是利用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，它可應(yīng)用于城市供熱、水文監(jiān)測等方面，尤其在城市供水和農(nóng)田灌溉方面具有廣闊的應(yīng)用前景。針對目前城市供水的現(xiàn)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(yīng)用此項(xiàng)設(shè)計(jì)，可以直接了解每個泵站的供水情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)測和控制，并依據(jù)科學(xué)的供水決策控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，進(jìn)行供水設(shè)置，達(dá)到水資源的合理利用，既節(jié)約用水，又可做到節(jié)約能源，同時還節(jié)約了人力。目前我國水資源嚴(yán)重短缺，如果將此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)田灌溉，可以大大提高水資源利用率。
二、水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)組成
水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)是由水泵、變頻器、GPRS無線調(diào)制解調(diào)器、安裝監(jiān)控組態(tài)軟件的PC機(jī)組成，如圖
2.2 監(jiān)控組態(tài)軟件
水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)軟件采用力控PCAuto3.6監(jiān)控組態(tài)軟件。該軟件提供通過internet/intranet瀏覽器直接監(jiān)控工業(yè)現(xiàn)場的解決方案，數(shù)據(jù)傳輸采用事件驅(qū)動方式，因此當(dāng)在internet上遠(yuǎn)程訪問監(jiān)控畫面時，具有更好的實(shí)時性；支持以GPRS、CDMA等移動方式與控制設(shè)備和力控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通訊，GSM手機(jī)短信報警管理系統(tǒng)方便管理報警信息。這些特點(diǎn)可以很好的和WM-100DTU進(jìn)行無限通訊，完成控制任務(wù)。操作步驟如下：
2.3 GPRS無線調(diào)制解調(diào)器
GPRS（Genera packet radio Service）是通用分組無線業(yè)務(wù)的簡稱。GPRS是采用分組交換技術(shù)，高效傳輸高速或低速數(shù)據(jù)和信令，理論最高速率可達(dá)171.2kbit/s，實(shí)際速率依賴于GPRS網(wǎng)絡(luò)。GPRS具有永遠(yuǎn)在線、按流量計(jì)費(fèi)、通信速率高、組網(wǎng)方便、覆蓋范圍廣等特點(diǎn)。
本設(shè)計(jì)采用實(shí)達(dá)WM-100 DTU系列工業(yè)級GPRS無線調(diào)制解調(diào)器行業(yè)版產(chǎn)品，其內(nèi)部集成了高速嵌入式處理系統(tǒng)，提供TCP/IP協(xié)議棧。利用其串行通訊口和變頻器連接控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，向變頻器輸入?yún)?shù)，同時從變頻器提取參數(shù)，掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀況。
水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)概述：
水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)是中贏供水公司專業(yè)技術(shù)人員在傳統(tǒng)供水設(shè)備的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種能直接與自來水管網(wǎng)連接、且對自來水管網(wǎng)不產(chǎn)生任何負(fù)作用的成套給水設(shè)備;突破了傳統(tǒng)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(wǎng)供給，這樣有壓力的水進(jìn)入水池后變成了零，造成大量的能源白白浪費(fèi)。它可以完全取代蓄水池，能充分利用自來水管網(wǎng)的壓力直接供水或間接供水，避免了能源的二次浪費(fèi)和二次污染，大幅度節(jié)省了基建投資并縮短了施工工期
水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)由智慧型變頻控制柜、穩(wěn)流罐、水泵機(jī)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(tǒng)。
水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)節(jié)能
設(shè)水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)吸水口的自來水管網(wǎng)壓力為P自，水泵的出口設(shè)計(jì)壓力為P設(shè)，則水泵的出口實(shí)際壓力將降低至P實(shí)=P設(shè)-P自(不計(jì)因水泵阻力等造成的壓頭損失)，但自來水管網(wǎng)壓力在一日之內(nèi)變幅較大，當(dāng)用戶為24h用水時，通常按最小自來水管網(wǎng)壓力P自min考慮，故一般水泵額定壓力按Pe=P設(shè)-P自min選用。此時，水泵額定壓力與實(shí)際壓力之差為Pe-P實(shí)=P自-P自min≥0，因此當(dāng)水泵按工頻(50Hz)運(yùn)行時，將造成能量的浪費(fèi)。
若采用變頻器帶動水泵，水泵的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速是以水泵出口的壓力值為主參數(shù)，即實(shí)際出口的壓力值始終恒定在P設(shè)上而不會造成壓力水頭的損失。其工作過程是：
首先微機(jī)檢測壓力傳感器的實(shí)際壓力值，若P實(shí)< p>
水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)產(chǎn)品特點(diǎn)：
1、無需建水池、節(jié)能、節(jié)資：經(jīng)濟(jì)衛(wèi)生、節(jié)能效果顯著、實(shí)踐證明：使用智能型水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)可節(jié)能50%以上的新建水池 費(fèi)用，與其它給水設(shè)備相比，可節(jié)省20%～40%。
2、安裝簡便、節(jié)省占地面積：水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)既可配置臥式穩(wěn)流罐，亦可配置立式穩(wěn)流罐。兩種穩(wěn)流罐具有不同的特點(diǎn)：臥式穩(wěn)流罐占據(jù)空間小：立式穩(wěn)流罐占據(jù)面積小。
3、用途廣泛、適應(yīng)性強(qiáng)：水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)可作生活給水，消防給水、可配置任意型號的水泵，當(dāng)設(shè)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(jìn)的人機(jī)變頻控制技術(shù)，具有軟啟動，有過載、短路、過壓、欠壓、缺相、過熱和失速保護(hù)等功能。在異常情況下進(jìn)行信號報警，自檢、故障判斷等、還根據(jù)用水量的高低自動調(diào)節(jié)給水流量。
5、產(chǎn)品先進(jìn)、質(zhì)量可靠：使用的配件，經(jīng)過了諸多生產(chǎn)廠家的篩選，具有可靠的質(zhì)量保證，產(chǎn)品中的關(guān)鍵零部件，如：電機(jī)、水泵軸承、變頻器、短路器、接觸器、繼電器等采用了國際、國內(nèi)優(yōu)質(zhì)名牌產(chǎn)品。
全自動變頻調(diào)速供水設(shè)備設(shè)計(jì)思路:
1)設(shè)計(jì)了全密閉的、兼有緩沖用途和動態(tài)補(bǔ)償用途的水源箱罐，與目前市場所謂無負(fù)壓罐相比，更具有實(shí)際意義，并使控制系統(tǒng)得以簡化。
2)該系列產(chǎn)品控制系統(tǒng)充分總結(jié)了本生產(chǎn)企業(yè)及國內(nèi)外變頻的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)，采用規(guī)范通用的控制系統(tǒng)技術(shù)方案，可換用任意廠商的變頻器、調(diào)節(jié)器、PLC和其他元器件，調(diào)試維修特別方便，為產(chǎn)品的終身服務(wù)奠定了良好基礎(chǔ)，不會因技術(shù)進(jìn)步而導(dǎo)致服務(wù)問題。
3)該系列產(chǎn)品控制系統(tǒng)具有較高智能性，設(shè)計(jì)中充分考慮了機(jī)、電、儀協(xié)調(diào)配合，具有欲速則不達(dá)的檢測監(jiān)視和簡單方便的人機(jī)交互主要功能。具有全面的故障保護(hù)主要功能和對策，變頻器故障保護(hù)時，自動降級運(yùn)行(成為工頻自動水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng))，自動系統(tǒng)故障時，還可手動操作應(yīng)急備用，贏得維修時間。
4)可按要求選配各種通訊接口、協(xié)議，從而可連接各種人機(jī)界面、監(jiān)控計(jì)算機(jī)，可與各種控制網(wǎng)絡(luò)，通信網(wǎng)絡(luò)相接，適用于特殊、復(fù)雜的運(yùn)行控制和聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控要求?？蔀橛脩糸_發(fā)配套監(jiān)控軟件。
全自動變頻調(diào)速供水設(shè)備配件:
隔膜式氣壓水罐按國標(biāo)91SS852標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備為上置式時應(yīng)設(shè)隔振措施。水泵機(jī)組在設(shè)備安裝橡膠隔振墊過程中必須采取防止水泵機(jī)組傾倒的措施錄水泵機(jī)組隔振墊設(shè)備安裝后，在設(shè)備安裝水泵機(jī)組進(jìn)出水管道、配件及附件時，變必須采取防止水泵機(jī)組傾斜的措施，以確保安全施工。
氣壓罐設(shè)有泄水裝置，在管路系統(tǒng)上設(shè)安全閥，遠(yuǎn)傳壓力表等附件。
設(shè)備的外圍應(yīng)有排水設(shè)施，便于維修時泄水或排除事幫漏水。
設(shè)備與墻面或其它供水設(shè)備之間應(yīng)留有足夠距離，一般不小于700mm。
設(shè)備應(yīng)進(jìn)行整體水壓試驗(yàn)，水壓強(qiáng)度試驗(yàn)及嚴(yán)密性試驗(yàn)，要求按現(xiàn)行有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。
水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)的連接管道、配件、氣壓水罐等外表面應(yīng)刷防銹漆兩道，氣壓水罐內(nèi)表面應(yīng)刷無毒防腐涂料。水泵、電機(jī)、管道設(shè)備安裝技術(shù)要求均按有關(guān)技術(shù)規(guī)定執(zhí)行。
全自動變頻調(diào)速供水設(shè)備產(chǎn)品特點(diǎn)：
1、節(jié)省贊助：節(jié)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(shè)備初期投入。
2、高效節(jié)能，運(yùn)行成本低： 可充分利用市政管網(wǎng)供水壓力，差多少、補(bǔ)多少、不產(chǎn)生負(fù)壓、與傳統(tǒng)供水設(shè)備相比可節(jié)能30%—90%。停電也可維持市政管網(wǎng)水壓供水。
3、智能化程度高，操作簡單，節(jié)省人力：由全自動智能化控制器控制，自行根據(jù)用戶的用水量和管網(wǎng)的自來水壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)行無人值守。并且采用人機(jī)界面(文本、數(shù)字)顯示，使客戶更加直觀的看到設(shè)備的運(yùn)行狀況。
4、環(huán)保衛(wèi)生:全封閉運(yùn)行，徹底消除水源二次污染。
5、保護(hù)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(hù)主要功能。在異常情況下能進(jìn)行信號報警、自檢、故障判斷等。
6、占地少設(shè)備安裝方便：只有一組供水控制柜、無負(fù)壓穩(wěn)流罐和水泵機(jī)組三部分，設(shè)備安裝非常簡單方便。
7、延長設(shè)備的使用壽命：水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)對多臺泵組均能可靠的實(shí)現(xiàn)軟啟動，使電網(wǎng)和管網(wǎng)免沖擊，并且輪流運(yùn)轉(zhuǎn)，大大延長了水泵及電機(jī)的使用壽命。設(shè)備壽命可延長3倍以上。
全自動變頻調(diào)速供水設(shè)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(tǒng)選用原則
(1)蓄水池容量應(yīng)大于每小時最大供水量。
(2）水泵揚(yáng)程應(yīng)大于實(shí)際供水高度。
(3）水泵流量總和應(yīng)大于實(shí)際最大供水量。
(4)變頻控制柜選型：
用戶可根據(jù)供水量和供水高度確定水泵型號及臺數(shù)，然后對控制柜進(jìn)行選型。
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