0 引言

GPRS技術(shù)最早是從使用GPRS手機(jī)開(kāi)始的，但GPRS 網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用決不只限于在手機(jī)上實(shí)現(xiàn)的語(yǔ)音通訊、無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)，而是在不斷擴(kuò)展到人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)層面，使我們?cè)絹?lái)越多地感受到GPRS 網(wǎng)絡(luò)所帶來(lái)的方便。目前的交通監(jiān)控、公安無(wú)線(xiàn)監(jiān)控、城市路燈監(jiān)控、氣象采集等各行各業(yè)都越來(lái)越多地應(yīng)用了GPRS技術(shù)。本文將詳細(xì)介紹工業(yè)GPRS無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在自來(lái)水公司節(jié)能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 水泵變頻節(jié)能原理

我們知道，自來(lái)水廠(chǎng)的水泵功率在設(shè)計(jì)選型階段，一般是按供水系統(tǒng)的最大需求來(lái)考慮的，而實(shí)際上有很多時(shí)間不一定能達(dá)到用水的最大量。同時(shí)，電機(jī)采用的是不調(diào)速的三相交流異步電動(dòng)機(jī)，一般用閥門(mén)調(diào)節(jié)增大系統(tǒng)的阻力來(lái)節(jié)流，效率非常低，造成電機(jī)用電損失嚴(yán)重，且不斷地影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

從風(fēng)機(jī)、水泵的工作原理可知：流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。因此水泵的轉(zhuǎn)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(lái)的72.9%(見(jiàn)圖1)。所以，大力推廣水泵變頻調(diào)速運(yùn)行，不僅是當(dāng)前企業(yè)節(jié)能降耗的重要技術(shù)手段，而且也是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式轉(zhuǎn)變的必然要求。

2 武平自來(lái)水公司項(xiàng)目簡(jiǎn)介

武平自來(lái)水公司有伏虎水廠(chǎng)、處明水廠(chǎng)等18 個(gè)水廠(chǎng)，其中伏虎水廠(chǎng)有110 kW供水泵5 臺(tái)，年供水量可達(dá)220萬(wàn)t。由于供水是根據(jù)平時(shí)用水情況來(lái)確定開(kāi)多少泵，即用水高峰時(shí)，開(kāi)2臺(tái)或多臺(tái)，夜間開(kāi)1臺(tái)，這樣壓力很不穩(wěn)定，同時(shí)，耗費(fèi)大量電能，企業(yè)為此多支付電費(fèi)，而且使管道使用壽命縮短。

據(jù)了解，自來(lái)水廠(chǎng)25%的生產(chǎn)成本都是水泵工作產(chǎn)生的電。為適應(yīng)自來(lái)水廠(chǎng)的調(diào)度、提高經(jīng)濟(jì)效益、保證供水質(zhì)量，滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的管理需求，自來(lái)水公司提出對(duì)水泵進(jìn)行變頻改造，并增加城市供水管網(wǎng)調(diào)度無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，主要目的是降低生產(chǎn)成本、解決自來(lái)水公司對(duì)供水各環(huán)節(jié)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控問(wèn)題。

3 GPRS無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程系統(tǒng)介紹

GPRS 是通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡(jiǎn)稱(chēng)，是在現(xiàn)有GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來(lái)的一種新的數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)。GPRS具有快捷登錄、實(shí)時(shí)在線(xiàn)、按量計(jì)費(fèi)、高速傳輸、自如切換等特點(diǎn)。GPRS無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組成為：

1)終端數(shù)據(jù)采集設(shè)備和無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)終端DTU;

2)傳輸網(wǎng)絡(luò)選中國(guó)移動(dòng)GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò);

3)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中心配有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收發(fā)服務(wù)器、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器及用戶(hù)控制操作界面等。

基于GPRS無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

3.1 數(shù)據(jù)中心接入GPRS網(wǎng)絡(luò)介紹

GPRS DTU 數(shù)據(jù)傳輸模塊是基于GPRS 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)接口設(shè)備，符合IS-95A、IS-95B GPRS空中接口標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)RS232或RS485串行口直接與行業(yè)應(yīng)用設(shè)備連接。即插即用，連接簡(jiǎn)單，可在數(shù)據(jù)中心和現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行設(shè)置。

如圖2所示，RTU 采集設(shè)備通過(guò)GPRS DTU 通訊模塊與數(shù)據(jù)監(jiān)控中心主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，數(shù)據(jù)監(jiān)控中心必須接入GPRS網(wǎng)絡(luò)才能實(shí)現(xiàn)，移動(dòng)公司提供豐富多樣的接入方法，大致分三類(lèi)：專(zhuān)線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)和Internet 互聯(lián)網(wǎng)。限于篇幅，這里只介紹通過(guò)固定公網(wǎng)IP連接的方法。

通過(guò)固定的公網(wǎng)IP連接方式與ADSL撥號(hào)獲得公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP地址連接方式類(lèi)似，很多公司都有一臺(tái)連接Internet 的服務(wù)器，并有固定的公網(wǎng)IP 地址，一般考慮到服務(wù)器的穩(wěn)定運(yùn)行問(wèn)題，通常不允許在服務(wù)器上安裝其他應(yīng)用軟件。通過(guò)NAT 端口映射方式，數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)可以作為內(nèi)網(wǎng)中的一臺(tái)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)采集點(diǎn)GPRS DTU之間的數(shù)據(jù)通信。

移動(dòng)公司也不必為每一臺(tái)GPRS DTU 分配固定IP地址，DTU連接GPRS 網(wǎng)絡(luò)后，所分配的IP 地址是動(dòng)態(tài)的，在這種情況下，數(shù)據(jù)中心根據(jù)每臺(tái)DTU的ID號(hào)進(jìn)行注冊(cè)和通訊，不必?fù)?dān)心由于DTU 掉線(xiàn)后上線(xiàn)再次分配的動(dòng)態(tài)IP 不同而不能與數(shù)據(jù)中心取得聯(lián)系。

數(shù)據(jù)傳輸模式分為：

1)永遠(yuǎn)在線(xiàn)模式;

2)定時(shí)傳輸模式;

3)中心呼叫模式(輪巡方式);

4)數(shù)據(jù)觸發(fā)模式。

數(shù)據(jù)中心DSC 系統(tǒng)軟件采用北京亞控組態(tài)王6.52版本。

3.2 GPRS計(jì)費(fèi)方式

借助移動(dòng)智能計(jì)費(fèi)平臺(tái)，GPRS可實(shí)現(xiàn)靈活的計(jì)費(fèi)方式：

1)按信息傳輸流量計(jì)費(fèi);

2)按包月形式計(jì)費(fèi)。

用戶(hù)可根據(jù)每月每終端所需采集的數(shù)據(jù)量，選擇合適的計(jì)費(fèi)方式。按照信息產(chǎn)業(yè)部相關(guān)資費(fèi)的規(guī)定，以上兩種計(jì)費(fèi)方式的具體費(fèi)用對(duì)行業(yè)用戶(hù)是相對(duì)優(yōu)惠的。[!--empirenews.page--]

4 變頻器無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控方案

在變頻器無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中，可以隨時(shí)無(wú)線(xiàn)控制變頻器，如用于電機(jī)控制的變頻器，既可以無(wú)線(xiàn)改變電壓，又可以無(wú)線(xiàn)改變頻率，變頻器可以實(shí)時(shí)將運(yùn)行狀態(tài)信息發(fā)送到管理中心的后端服務(wù)器進(jìn)行處理。由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散，分布范圍廣，而且大多在較惡劣的環(huán)境，利用電話(huà)線(xiàn)傳送數(shù)據(jù)往往事倍功半，通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，成為變頻器選擇的通信手段之一。變頻器設(shè)備可將實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)和告警信息通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)發(fā)送到多個(gè)監(jiān)測(cè)部門(mén)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的及時(shí)管理?？颇俘堊冾l器通過(guò)無(wú)線(xiàn)DTU與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心建立連接，從而數(shù)據(jù)中心可以遠(yuǎn)程對(duì)變頻器實(shí)時(shí)管理。

4.1 電氣原理

整體方案電氣原理見(jiàn)圖3。變頻器是整個(gè)恒壓供水系統(tǒng)的核心部分，選用科姆龍KV2000無(wú)感矢量變頻器，功率110 kW。圖3 中，水泵電機(jī)是輸出環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速由變頻器控制，實(shí)現(xiàn)變流量恒壓控制。壓力傳感器檢測(cè)管網(wǎng)出水壓力，把信號(hào)傳給PID控制器，通過(guò)PID控制器調(diào)節(jié)變頻器的頻率來(lái)控制水泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。由于變頻器內(nèi)置了豐富的

PID調(diào)節(jié)功能，調(diào)節(jié)平穩(wěn)且為用戶(hù)省去外置PID 控制的投資。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM 網(wǎng)絡(luò)空中接口功能模塊同時(shí)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼處理，轉(zhuǎn)換成在公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的格式，通過(guò)中國(guó)移動(dòng)的GPRS 無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，最終傳送到監(jiān)控中心(其IP 地址已指定)。比如，科姆龍廠(chǎng)家技術(shù)支持在深圳總部，通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)即可對(duì)安裝在全國(guó)甚

至是全世界各地的變頻器進(jìn)行無(wú)線(xiàn)監(jiān)控。

4.2 變頻器主要參數(shù)設(shè)置

科姆龍GPRS無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程控制變頻器主要參數(shù)設(shè)置如表1所列。

5 GPRS 無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控變頻恒壓供水的優(yōu)點(diǎn)

實(shí)踐證明，使用了GPRS 無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控變頻器供水后，其明顯效果有以下幾點(diǎn)：

1)實(shí)現(xiàn)智能化自動(dòng)化控制，操作簡(jiǎn)單;

2)節(jié)省20%耀40%的電費(fèi);

3)配置靈活，自動(dòng)化程度高，功能齊全，靈活可靠;

4)運(yùn)行合理，由于是軟啟動(dòng)和軟停止，不但可以消除水錘效應(yīng)，而且電機(jī)軸上的平均扭矩和磨損減小，減少了維修量和維修費(fèi)用，并且水泵的壽命大大提高;

5)城市供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)

行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)管道壓力、水流量的數(shù)據(jù)傳送及閥門(mén)開(kāi)關(guān)的自動(dòng)控制，降低了故障率和提高了對(duì)系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間，便于及時(shí)迅速地了解及控制遠(yuǎn)端管道及閥門(mén)，降低故障率和檢修的時(shí)間，減少停水次數(shù)。

6 結(jié)語(yǔ)

由于科姆龍變頻節(jié)能系統(tǒng)采用GPRS 通訊技術(shù)，使監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性得到了很大提高，正日益受到廣泛的重視和關(guān)注。變頻器無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是信息技術(shù)與基礎(chǔ)工業(yè)控制的完美結(jié)合，它融合了計(jì)算機(jī)IP技術(shù)，TC/TIP 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，GPRS無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)，電力電子技術(shù)，過(guò)程控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)組態(tài)軟件技術(shù)，是未來(lái)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向，它涉及了計(jì)算機(jī)領(lǐng)域多種學(xué)科前沿，其突出優(yōu)點(diǎn)在于不受距離的限制，且控制可靠。