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)備的實際運行情況，給自來水公司進一步加強的對外服務(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、計算機網(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、水泵、壓縮機等，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無線方式實時傳輸給控制中心，實現(xiàn)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(yuǎn)程監(jiān)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(jù)。控制中心的上位機通過無線通訊與GPRS調(diào)制解調(diào)器進行信息傳輸，GPRS調(diào)制解調(diào)器再通過串口與變頻器相連，從而達到異地遠(yuǎn)程無線控制變頻器的功能，上位機通過監(jiān)控組態(tài)軟件實時對變頻器操作、監(jiān)控、及故障報警，提高了控制的靈活性。
此項設(shè)計的創(chuàng)新點是利用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對變頻調(diào)速系統(tǒng)進行遠(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)用此項設(shè)計，可以直接了解每個泵站的供水情況，進行遠(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，進行供水設(shè)置，達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
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)點通訊，GSM手機短信報警管理系統(tǒng)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(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171.2kbit/s，實際速率依賴于GPRS網(wǎng)絡(luò)。GPRS具有永遠(yuǎn)在線、按流量計費、通信速率高、組網(wǎng)方便、覆蓋范圍廣等特點。
本設(shè)計采用實達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(wǎng)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(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)計壓力為P設(shè)，則水泵的出口實際壓力將降低至P實=P設(shè)-P自(不計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，水泵額定壓力與實際壓力之差為Pe-P實=P自-P自min≥0，因此當(dāng)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(zhuǎn)速是以水泵出口的壓力值為主參數(shù)，即實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：
首先微機檢測壓力傳感器的實際壓力值，若P實< p>
水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)產(chǎn)品特點：
1、無需建水池、節(jié)能、節(jié)資：經(jīng)濟衛(wèi)生、節(jié)能效果顯著、實踐證明：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：臥式穩(wěn)流罐占據(jù)空間?。毫⑹椒€(wěn)流罐占據(jù)面積小。
3、用途廣泛、適應(yīng)性強：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：采用了先進的人機變頻控制技術(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(jù)用水量的高低自動調(diào)節(jié)給水流量。
5、產(chǎn)品先進、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、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)計思路:
1)設(shè)計了全密閉的、兼有緩沖用途和動態(tài)補償用途的水源箱罐，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)計制造經(jīng)驗，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)計中充分考慮了機、電、儀協(xié)調(diào)配合，具有欲速則不達的檢測監(jiān)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(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界面、監(jiān)控計算機，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)雜的運行控制和聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控要求。可為用戶開發(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。水泵機組在設(shè)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(shè)備安裝后，在設(shè)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(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)進行整體水壓試驗，水壓強度試驗及嚴(yán)密性試驗，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、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：
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，運行成本低： 可充分利用市政管網(wǎng)供水壓力，差多少、補多少、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)的自來水壓力進行調(diào)節(jié)，實行無人值守。并且采用人機界面(文本、數(shù)字)顯示，使客戶更加直觀的看到設(shè)備的運行狀況。
4、環(huán)保衛(wèi)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(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現(xiàn)軟啟動，使電網(wǎng)和管網(wǎng)免沖擊，并且輪流運轉(zhuǎn)，大大延長了水泵及電機的使用壽命。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）水泵揚程應(yīng)大于實際供水高度。
(3）水泵流量總和應(yīng)大于實際最大供水量。
(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)，然后對控制柜進行選型。
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此文關(guān)鍵詞：水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)
