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泵無線測試及能效分析系統(tǒng)主要以.NET為編程語言，ZigBee標(biāo)準(zhǔn)為組網(wǎng)模式，MODBUS-RTU通訊協(xié)議等，結(jié)合數(shù)據(jù)庫進(jìn)行水泵測試數(shù)據(jù)的采集、處理、分析及管理。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。
ZigBee無線傳輸基站
ZigBee是一個(gè)由可多到65000個(gè)無線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75m無限擴(kuò)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(jié)點(diǎn)、支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、低?fù)雜度、快速、可靠、安全。
ZigBee端站由一片帶SPI™接口的PIC18F4620單片機(jī)、一個(gè)由Chipcon生產(chǎn)的CC2420RF 收發(fā)器和天線組成。如圖3所示。控制器通過SPI總線和與RF收發(fā)器相連?？刂破鞒洚?dāng)SPI主器件而RF收發(fā)器充當(dāng)從器件。
控制器實(shí)現(xiàn)了IEEE 802.15.4 MAC層和ZigBee 協(xié)議層。它還包含了特定應(yīng)用的邏輯和A/D轉(zhuǎn)換，使用SPI總線與RF收發(fā)器交互，儀表輸出的4～20mA、0～5V等信號，經(jīng)采樣電阻后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，并通過CC2420發(fā)送和接收來實(shí)現(xiàn)與ZigBee中心的通信；而如果信號傳輸RS485數(shù)字信號時(shí)，ZigBee可以直接發(fā)送與接收。ZigBee系統(tǒng)工作組網(wǎng)示意圖，如圖4所示
無線信號的連接
無線信號的連接工作，主要在水泵測試系統(tǒng)布置前期完成；當(dāng)設(shè)備調(diào)試成功后，用戶只要不進(jìn)行設(shè)備的更換，任何時(shí)候使用都無需再進(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(shè)備上為1和2兩個(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。
動態(tài)顯示的設(shè)計(jì)
在水泵測試過程中，為了方便測試及數(shù)據(jù)的采集，需要同步顯示系統(tǒng)中所有采集信號的值，而且這個(gè)值是在一定時(shí)間內(nèi)不斷刷新變化的，所以需要動態(tài)顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)值。圖7是本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)動態(tài)顯示的UI界面。
3、系統(tǒng)在實(shí)際測試中的應(yīng)用與分析
本系統(tǒng)在江蘇新沂新戴河泵站進(jìn)行過實(shí)際應(yīng)用，現(xiàn)場測試總共6臺水泵，由于篇幅有限，本文只選其中一臺水泵進(jìn)行應(yīng)用說明。水泵是德國原裝進(jìn)口雙吸泵，參數(shù)見表1。
表1 江蘇新沂新戴河泵站機(jī)組情況
|
機(jī)組 |
廠家 |
型號 |
揚(yáng)程 |
轉(zhuǎn)速 |
流量 |
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(xiàn)場測試數(shù)據(jù)，圖8是現(xiàn)場測試性能曲線與該水泵理論曲線的對比圖。
表2 江蘇新沂新戴河泵站1#泵數(shù)據(jù)（按95%電機(jī)效率計(jì)算出泵效率）
|
流量(m3/h) |
揚(yáng)程(m) |
功率(kW) |
機(jī)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 |
圖8 江蘇新沂新戴河泵站1#泵測試曲線與理論曲線對比圖
注：圖中虛線是理論曲線，實(shí)線是現(xiàn)場測試曲線，該實(shí)線曲線方程分別為：
小結(jié)
本文利用最新的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，重新規(guī)劃、設(shè)計(jì)、開發(fā)具有遠(yuǎn)距離無線傳輸功能的測試及能效分析系統(tǒng)；并通過該系統(tǒng)在現(xiàn)場測試實(shí)際應(yīng)用情況，進(jìn)行了分析探討。根據(jù)該系統(tǒng)在經(jīng)過水泵廠及自來水公司實(shí)際應(yīng)用情況，可以認(rèn)為：
（1）系統(tǒng)滿足現(xiàn)有成熟的有線測試臺系統(tǒng)功能，同時(shí)可以方便快捷地?cái)U(kuò)展其它要求定制的測試項(xiàng)目；
（2）系統(tǒng)滿足現(xiàn)場測試的特殊情況，在測試過程中，設(shè)備攜帶簡便、安裝快捷、軟件擴(kuò)展功能滿足現(xiàn)場不同管路布置的要求；
（3）ZigBee無線組網(wǎng)傳輸技術(shù)功耗小，24V、1800mA電池組，一次充電可用半年；ZigBee無線組網(wǎng)傳輸技術(shù)信號穩(wěn)定、準(zhǔn)確、距離遠(yuǎn)；
（4）能效分析系統(tǒng)不僅能夠分析處理測試數(shù)據(jù)，同時(shí)能夠滿足泵站運(yùn)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(jī)的相關(guān)情況等。
