基于遠程無(wú)線(xiàn)技術(shù)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(diǎn)擊：
基于遠程無(wú)線(xiàn)技術(shù)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(shù)背景
目前，我國經(jīng)濟發(fā)展迅速，人民的生活水準不斷提高，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(lái)越高，而中國是一個(gè)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(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(lái)水的合理開(kāi)發(fā)和有效使用就成為一個(gè)非常重要的課題。在這一課題中，應首先掌握自來(lái)水的生產(chǎn)、使用各環(huán)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(wú)法準確獲取供水設備的實(shí)際運行情況，給自來(lái)水公司進(jìn)一步加強的對外服務(wù)質(zhì)量和現代化管理水平帶來(lái)了困難。另外，隨著(zhù)工業(yè)自動(dòng)化、計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，變頻器作為交流調速的重要手段在工業(yè)生產(chǎn)中獲得越來(lái)越廣泛的應用。當今世界能源緊張成為全球性問(wèn)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(yè)中的風(fēng)機、水泵、壓縮機等，取代傳統擋風(fēng)板、節流閥，可根據負荷大小適時(shí)控制風(fēng)量和流量，顯著(zhù)提高節能效果。
另外，還可以改善和適應運行環(huán)境，平滑加減速、提高加工工藝等功能。 本系統將最先進(jìn)的GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù),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(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)方式實(shí)時(shí)傳輸給控制中心，實(shí)現在控制中心的計算機上同時(shí)對許多不同地點(diǎn)的水泵進(jìn)行遠程監控，能夠及時(shí)掌握水泵的運行狀況 ，為自來(lái)水公司供水決策提供可靠的依據?？刂浦行牡纳衔粰C通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊與GPRS調制解調器進(jìn)行信息傳輸，GPRS調制解調器再通過(guò)串口與變頻器相連，從而達到異地遠程無(wú)線(xiàn)控制變頻器的功能，上位機通過(guò)監控組態(tài)軟件實(shí)時(shí)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(chuàng )新點(diǎn)是利用GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)對變頻調速系統進(jìn)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(chǎng)中心不能及時(shí)了解每個(gè)泵站的具體供水情況，應用此項設計，可以直接了解每個(gè)泵站的供水情況，進(jìn)行遠程的監測和控制，并依據科學(xué)的供水決策控制工程網(wǎng)版權所有，進(jìn)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(shí)還節約了人力。目前我國水資源嚴重短缺，如果將此項技術(shù)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(wú)線(xiàn)調制解調器、安裝監控組態(tài)軟件的PC機組成，如圖
2.2 監控組態(tài)軟件
水泵變頻調速供水系統軟件采用力控PCAuto3.6監控組態(tài)軟件。該軟件提供通過(guò)internet/intranet瀏覽器直接監控工業(yè)現場(chǎng)的解決方案，數據傳輸采用事件驅動(dòng)方式，因此當在internet上遠程訪(fǎng)問(wèn)監控畫(huà)面時(shí)，具有更好的實(shí)時(shí)性；支持以GPRS、CDMA等移動(dòng)方式與控制設備和力控網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)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(diǎn)可以很好的和WM-100DTU進(jìn)行無(wú)限通訊，完成控制任務(wù)。操作步驟如下：
2.3 GPRS無(wú)線(xiàn)調制解調器
GPRS（Genera packet radio Service）是通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱(chēng)。GPRS是采用分組交換技術(shù)，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(shí)際速率依賴(lài)于GPRS網(wǎng)絡(luò )。GPRS具有永遠在線(xiàn)、按流量計費、通信速率高、組網(wǎng)方便、覆蓋范圍廣等特點(diǎn)。
本設計采用實(shí)達WM-100 DTU系列工業(yè)級GPRS無(wú)線(xiàn)調制解調器行業(yè)版產(chǎn)品，其內部集成了高速嵌入式處理系統，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)版權所有，向變頻器輸入參數，同時(shí)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(yíng)供水公司專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員在傳統供水設備的基礎上開(kāi)發(fā)的一種能直接與自來(lái)水管網(wǎng)連接、且對自來(lái)水管網(wǎng)不產(chǎn)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(kāi)蓄水池，蓄水池中的水一般由自來(lái)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。它可以完全取代蓄水池，能充分利用自來(lái)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(mén)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(lái)水管網(wǎng)壓力為P自，水泵的出口設計壓力為P設，則水泵的出口實(shí)際壓力將降低至P實(shí)=P設-P自(不計因水泵阻力等造成的壓頭損失)，但自來(lái)水管網(wǎng)壓力在一日之內變幅較大，當用戶(hù)為24h用水時(shí)，通常按最小自來(lái)水管網(wǎng)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(shí)，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，因此當水泵按工頻(50Hz)運行時(shí)，將造成能量的浪費。
若采用變頻器帶動(dòng)水泵，水泵的實(shí)際工作轉速是以水泵出口的壓力值為主參數，即實(shí)際出口的壓力值始終恒定在P設上而不會(huì )造成壓力水頭的損失。其工作過(guò)程是：
首先微機檢測壓力傳感器的實(shí)際壓力值，若P實(shí)< p>
水泵變頻調速供水系統產(chǎn)品特點(diǎn)：
1、無(wú)需建水池、節能、節資：經(jīng)濟衛生、節能效果顯著(zhù)、實(shí)踐證明：使用智能型水泵變頻調速供水系統可節能50%以上的新建水池 費用，與其它給水設備相比，可節省20%～40%。
2、安裝簡(jiǎn)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(diǎn)：臥式穩流罐占據空間?。毫⑹椒€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(shí)，宜配備消防專(zhuān)用水泵。
4、功能全、智能化程度高：采用了先進(jìn)的人機變頻控制技術(shù)，具有軟啟動(dòng)，有過(guò)載、短路、過(guò)壓、欠壓、缺相、過(guò)熱和失速保護等功能。在異常情況下進(jìn)行信號報警，自檢、故障判斷等、還根據用水量的高低自動(dòng)調節給水流量。
5、產(chǎn)品先進(jìn)、質(zhì)量可靠：使用的配件，經(jīng)過(guò)了諸多生產(chǎn)廠(chǎng)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、國內優(yōu)質(zhì)名牌產(chǎn)品。
全自動(dòng)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(dòng)態(tài)補償用途的水源箱罐，與目前市場(chǎng)所謂無(wú)負壓罐相比，更具有實(shí)際意義，并使控制系統得以簡(jiǎn)化。
2)該系列產(chǎn)品控制系統充分總結了本生產(chǎn)企業(yè)及國內外變頻的設計制造經(jīng)驗，采用規范通用的控制系統技術(shù)方案，可換用任意廠(chǎng)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(chǎn)品的終身服務(wù)奠定了良好基礎，不會(huì )因技術(shù)進(jìn)步而導致服務(wù)問(wèn)題。
3)該系列產(chǎn)品控制系統具有較高智能性，設計中充分考慮了機、電、儀協(xié)調配合，具有欲速則不達的檢測監視和簡(jiǎn)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(shí)，自動(dòng)降級運行(成為工頻自動(dòng)水泵變頻調速供水系統)，自動(dòng)系統故障時(shí)，還可手動(dòng)操作應急備用，贏(yíng)得維修時(shí)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、復雜的運行控制和聯(lián)網(wǎng)監控要求?？蔀橛脩?hù)開(kāi)發(fā)配套監控軟件。
全自動(dòng)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(wú)縫鋼管、熱浸鍍鋅鋼管、熱浸鍍鋅無(wú)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(shí)應設隔振措施。水泵機組在設備安裝橡膠隔振墊過(guò)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(jìn)出水管道、配件及附件時(shí)，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(shí)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(jìn)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(guān)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(wú)毒防腐涂料。水泵、電機、管道設備安裝技術(shù)要求均按有關(guān)技術(shù)規定執行。
全自動(dòng)變頻調速供水設備產(chǎn)品特點(diǎn)：
1、節省贊助：節省贊助50%左右，無(wú)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(wǎng)供水壓力，差多少、補多少、不產(chǎn)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(wǎng)水壓供水。
3、智能化程度高，操作簡(jiǎn)單，節省人力：由全自動(dòng)智能化控制器控制，自行根據用戶(hù)的用水量和管網(wǎng)的自來(lái)水壓力進(jìn)行調節，實(shí)行無(wú)人值守。并且采用人機界面(文本、數字)顯示，使客戶(hù)更加直觀(guān)的看到設備的運行狀況。
4、環(huán)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(guò)載、短路、過(guò)壓、欠壓、缺相、過(guò)流、短路、水源缺水等自動(dòng)保護主要功能。在異常情況下能進(jìn)行信號報警、自檢、故障判斷等。
6、占地少設備安裝方便：只有一組供水控制柜、無(wú)負壓穩流罐和水泵機組三部分，設備安裝非常簡(jiǎn)單方便。
7、延長(cháng)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(shí)現軟啟動(dòng)，使電網(wǎng)和管網(wǎng)免沖擊，并且輪流運轉，大大延長(cháng)了水泵及電機的使用壽命。設備壽命可延長(cháng)3倍以上。
全自動(dòng)變頻調速供水設備選型說(shuō)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(shí)最大供水量。
(2）水泵揚程應大于實(shí)際供水高度。
(3）水泵流量總和應大于實(shí)際最大供水量。
(4)變頻控制柜選型：
用戶(hù)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(jìn)行選型。
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