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    泵無(wú)線(xiàn)測試及能效分析系統的應用研究

    系統結構及功能實(shí)現

     

    泵無(wú)線(xiàn)測試及能效分析系統主要以.NET為編程語(yǔ)言,ZigBee標準為組網(wǎng)模式,MODBUS-RTU通訊協(xié)議等,結合數據庫進(jìn)行水泵測試數據的采集、處理、分析及管理。系統的結構,如圖1所示。

     


     

    ZigBee無(wú)線(xiàn)傳輸基站

     

    ZigBee是一個(gè)由可多到65000個(gè)無(wú)線(xiàn)數傳模塊組成的一個(gè)無(wú)線(xiàn)數傳網(wǎng)絡(luò )平臺,在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )范圍內,每一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò )數傳模塊之間可以相互通信,每個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)間的距離可以從標準的75m無(wú)限擴展。

    ZigBee網(wǎng)絡(luò )主要特點(diǎn)是低功耗、低成本、低速率、支持大量節點(diǎn)、支持多種網(wǎng)絡(luò )拓撲、低復雜度、快速、可靠、安全。

    ZigBee端站由一片帶SPI™接口的PIC18F4620單片機、一個(gè)由Chipcon生產(chǎn)的CC2420RF 收發(fā)器和天線(xiàn)組成。如圖3所示??刂破魍ㄟ^(guò)SPI總線(xiàn)和與RF收發(fā)器相連??刂破鞒洚擲PI主器件而RF收發(fā)器充當從器件。

     

     

    控制器實(shí)現了IEEE 802.15.4 MAC層和ZigBee 協(xié)議層。它還包含了特定應用的邏輯和A/D轉換,使用SPI總線(xiàn)與RF收發(fā)器交互,儀表輸出的420mA、0~5V等信號,經(jīng)采樣電阻后進(jìn)行A/D轉換將模擬量轉變?yōu)閿底至?,并通過(guò)CC2420發(fā)送和接收來(lái)實(shí)現與ZigBee中心的通信;而如果信號傳輸RS485數字信號時(shí),ZigBee可以直接發(fā)送與接收。ZigBee系統工作組網(wǎng)示意圖,如圖4所示

     

     

    無(wú)線(xiàn)信號的連接

    無(wú)線(xiàn)信號的連接工作,主要在水泵測試系統布置前期完成;當設備調試成功后,用戶(hù)只要不進(jìn)行設備的更換,任何時(shí)候使用都無(wú)需再進(jìn)行信號連接測試。

    如圖5所示,是模擬量通訊測試界面,通訊端口一般為4~20mA,在設備上為12兩個(gè)進(jìn)口,以及一個(gè)GND公共接地口。圖6是,該段功能的主要流程圖。

     

      

     

     

    動(dòng)態(tài)顯示的設計

    在水泵測試過(guò)程中,為了方便測試及數據的采集,需要同步顯示系統中所有采集信號的值,而且這個(gè)值是在一定時(shí)間內不斷刷新變化的,所以需要動(dòng)態(tài)顯示當前數據值。圖7是本系統中數據動(dòng)態(tài)顯示的UI界面。

     

     

     

    3、系統在實(shí)際測試中的應用與分析

    本系統在江蘇新沂新戴河泵站進(jìn)行過(guò)實(shí)際應用,現場(chǎng)測試總共6臺水泵,由于篇幅有限,本文只選其中一臺水泵進(jìn)行應用說(shuō)明。水泵是德國原裝進(jìn)口雙吸泵,參數見(jiàn)表1。

    表1 江蘇新沂新戴河泵站機組情況

    機組

    廠(chǎng)家

    型號

    揚程
      (m)

    轉速
      (r/min)

    流量
      (m3/h)

    進(jìn)口壓力表管徑(m)

    出口壓力表管徑(m)

    1#

    德國KSB

    350-510A

    60

    1480

    2500

    420

    600

        表2是江蘇新沂新戴河泵站1#水泵的現場(chǎng)測試數據,圖8是現場(chǎng)測試性能曲線(xiàn)與該水泵理論曲線(xiàn)的對比圖。

     

    表2 江蘇新沂新戴河泵站1#泵數據(按95%電機效率計算出泵效率)

    流量(m3/h)

    揚程(m)

    功率(kW)

    機組效率(%)

    泵效率(%)

    0

    79.96

    360.89

    0

    0.00

    871.03

    75.74

    409.11

    43.86

    46.17

    1153.9

    72.64

    425.69

    53.56

    56.38

    1334.5

    70.55

    433.49

    59.08

    62.19

    1358.7

    71.09

    433.48

    60.61

    63.80

    1558.9

    67.48

    444.12

    64.42

    67.81

    1581.2

    67.1

    444.12

    64.99

    68.41

    1735.8

    64.45

    452.93

    67.18

    70.72

    2026.3

    61.02

    470.55

    71.48

    75.24

    2072.9

    60.67

    477.42

    71.66

    75.43

    2215.5

    57.63

    485.22

    71.58

    75.35

    2223

    57.64

    485.22

    71.83

    75.61

    2247.3

    57.65

    485.21

    72.63

    76.45

    2489.9

    52.72

    497.02

    71.83

    75.61

    2508.5

    51.98

    499.98

    70.94

    74.67

    2762

    45.4

    507.85

    67.16

    70.69

    2765.7

    44.89

    507.86

    66.5

    70.00

    3075.1

    36.89

    510.84

    60.4

    63.58

    3106.7

    36.27

    510.84

    60

    63.16

     

    江蘇新沂新戴河泵站1#泵測試曲線(xiàn)與理論曲線(xiàn)對比圖

    注:圖中虛線(xiàn)是理論曲線(xiàn),實(shí)線(xiàn)是現場(chǎng)測試曲線(xiàn),該實(shí)線(xiàn)曲線(xiàn)方程分別為:

    H = 80.222 - 3.876873E-003 * Q - 1.762264E-006 * Q2 -4.930805E-010 * Q3
    E = 0.041  6.033257E-002 * Q - 1.100790E-005 * Q2 - 7.109630E-010 * Q3
    P = 363.183  3.462042E-002 * Q  1.986480E-005 * Q2 - 4.976947E-009 * Q3

     

     小結

    本文利用最新的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù),重新規劃、設計、開(kāi)發(fā)具有遠距離無(wú)線(xiàn)傳輸功能的測試及能效分析系統;并通過(guò)該系統在現場(chǎng)測試實(shí)際應用情況,進(jìn)行了分析探討。根據該系統在經(jīng)過(guò)水泵廠(chǎng)及自來(lái)水公司實(shí)際應用情況,可以認為:

    1)系統滿(mǎn)足現有成熟的有線(xiàn)測試臺系統功能,同時(shí)可以方便快捷地擴展其它要求定制的測試項目;

    2)系統滿(mǎn)足現場(chǎng)測試的特殊情況,在測試過(guò)程中,設備攜帶簡(jiǎn)便、安裝快捷、軟件擴展功能滿(mǎn)足現場(chǎng)不同管路布置的要求;

    3)ZigBee無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)傳輸技術(shù)功耗小,24V、1800mA電池組,一次充電可用半年;ZigBee無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)傳輸技術(shù)信號穩定、準確、距離遠;

    4)能效分析系統不僅能夠分析處理測試數據,同時(shí)能夠滿(mǎn)足泵站運行的日常管理工作,如:泵測試記錄、泵維修記錄、泵改造記錄以及電機的相關(guān)情況等。

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