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发表于 2008-6-7 16:10
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来源：科姆龙电气（亚洲）有限公司 聂 辉
1 引言
记得我最早接触到GPRS技术，是使用GPRS手机开始的，越来越多地感受到GPRS网络所带来的方便。也许很多人并不知道，GPRS网络的应用决不只限于在手机上实现的语音通信、无线上网，而是在不断扩展到人们日常生活的各个层面。目前的交通监控、公安无线监控、城市路灯监控、气象采集等各行各业都越来越多的应用了GPRS技术。本文将详细介绍工业GPRS无线远程监控技术在自来水厂节能控制系统中的应用。2 水泵变频节能原理
我们知道，自来水厂的水泵功率在设计选型阶段，一般按供水系统的最大需求来考虑的，而实际上有很多时间不一定能达到用水的最大量。同时，电机采用的是不调速的三相交流异步电动机，一般用阀门调节增大系统的阻力来节流，效率非常低，造成电机用电损失严重，且不断的影响企业的经济效益。
从风机水泵的工作原理可知：流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率转速的三次方成正比。根据上述原理可知改变水泵的转速就可改变水泵的功率。例如：将供电频率由50Hz降为45Hz，功率只有原来的72.9%（请见表1）。因此，大力推广水泵变频调速节能运行，不仅是当前企业节能降耗的重要技术手段，而且也是实现经济增长方式转变的必然要求。
表1 科姆龙变频器应用在水泵上节电率3 GPRS无线远程控制及变频节能在武平自来水公司的应用
3.1 武平自来水公司项目简介
武平自来水公司有伏虎水厂、处明水厂等18个水厂，其中伏虎水厂有110kW供水泵5台，年供水量可达220万吨。由于供水是根据平时用水情况来确定开多少泵，用水高峰时，开2台或多台，夜间开一台，这样压力很不稳定，同时，耗费大量电能，企业为此多支付电费，而且使管道使用寿命缩短。
据了解，自来水厂25%的生产成本都是水泵工作产生的电费。为适应自来水厂的调度、提高经济效率、保证供水质量，满足日益增长的管理需求。自来水公司提出需要对水泵进行变频改造，增加城市供水管网调度无线远程监控，主要目的是降低生产成本、解决自来水公司对供水各环节监测点的数据采集和监控问题。
3.2 GPRS无线远程系统介绍
3.2.1 GPRS定义
GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的数据承载业务。
3.2.2 GPRS特点
具有快捷登录、实时在线、按量计费、高速传输、自如切换等特点。
3.2.3 GPRS网络无线系统的组成
● 终端数据采集设备和无线数据终端DTU；
● 传输网络：中国移动GPRS无线网络；
● 数据业务中心：实时数据收发服务器、实时数据库服务器及用户控制操作界面等。
3.2.4 基于GPRS无线数据传输系统结构
图1 基于科姆龙变频器的GPRS无线传输系统结构图3.2.5 数据中心接入GPRS网络方法介绍
如上述图1所示，RTU采集设备通过GPRS DTU通讯模块与数据监控中心主机进行数据通讯，数据监控中心必须接入GPRS网络才能实现，移动公司提供丰富多样的接入方法，大致分三类：专线、无线和Internet互联网。限于篇幅，这里只介绍通过固定公网IP连接的方法。
通过固定的公网IP连接与ADSL拨号获得公网动态IP地址方式类似，很多公司都有一台连接Internet的服务器，并有固定的公网IP地址，但是考虑到服务器的稳定运行问题，通常不允许在服务器上安装其他应用软件。通过NAT端口映射方式，数据中心系统可以作为内网中的一台服务器实现与现场采集点GPRS DTU实现数据通信。
同样移动公司也不必为每一台GPRS DTU分配固定IP地址，DTU连接GPRS网络后，所分配的IP地址是动态的，这种情况下，数据中心根据每台DTU的ID号进行注册和通讯，不必担心由于DTU掉线后上线再次分配的动态IP不同而不能与数据中心取得联系。
3.2.6 数据传输模式
永远在线模式、定时传输模式、中心呼叫模式（轮巡方式）、数据触发模式。
3.2.7 GPRS DTU数据传输模块
GPRS DTU设备是基于GPRS网络的数据接口设备，符合IS-95A、IS-95B GPRS空中接口标准，通过RS232或RS485串行口直接与行业应用设备连接。即插即用，连接简单，可在数据中心和现场进行设置。
3.2.8 GPRS计费方式
借助移动智能计费平台，GPRS可实现灵活的计费方式
● 按信息传输流量；
● 按包月形式计费。
用户可根据每月每终端所需采集的数据量，选择合适的计费方式。按照信息产业部相关资费的规定，以上两种计费方式的具体费用对行业用户是相对优惠的。
3.3 数据中心DSC系统软件
采用北京亚控组态王6.52版本。
3.4 变频器无线联网监控方案
在变频器无线联网监控系统中，可以随时无线控制变频器，如用于电机控制的变频器，既可以无线改变电压，又可以无线改变频率，变频器可以实时将运行状态信息发送到管理中心的后端服务器进行处理。由于监测点分散，分布范围广，而且大多在环境较恶劣的环境，通过电话线传送数据往往事倍功半，通过GPRS无线网络进行数据传输，成为变频器选择的通信手段之一。变频器设备可将实时的运行状态和告警信息通过GPRS无线网络同时发送到多个监测部门，实现对节能的及时管理。科姆龙变频器通过无线DTU与数据中心建立连接，从而数据中心可以远程对变频器实时管理。
4 电气原理图
4.1 变频器部分
选用科姆龙KV2000无感矢量变频器，功率110kW。变频器是整个恒压供水系统的核心部分。图2中，水泵电机是输出环节，转速由变频器控制，实现变流量恒压控制。变频器接受PID控制器的信号对水泵进行速度控制，压力传感器检测管网出水压力，把信号传给PID控制器，通过PID控制器调节变频器的频率来控制水泵的转速，实现了一个闭环控制系统。由于变频器内置了丰富的PID调节功能，调节平稳且为用户省去外置PID控制的投资。
图2 自来水厂二次加压变频节能无线远程控制电气原理图
4.2 GPRS部分
现场监控点采集的数据经GSM网络空中接口功能模块同时对数据进行解码处理，转换成在公网数据传送的格式，通过中国移动的GPRS无线数据网络进行传输，最终传送到监控中心IP地址。比如，科姆龙厂家技术支持在深圳总部，即可对安装在全国甚至是全世界各地的变频器进行无线监控。
5 变频器主要参数设置
变频器主要参数设置如表2所示。
6 GPRS无线远程监控变频恒压供水的优点
实践证明，使用了该变频器后，其明显效果有以下几点,实现智能化自动化控制，操作简单；节省20%～40%的电费；配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠；运行合理，由于是软启动和软停止，不但可以消除水锤效应，而且电机轴上的平均扭矩和磨损减小，减少了维修量和维修费用，并且水泵的寿命大大提高；城市供水调度监控系统可以对远程现场的运行设备进行监视和控制，以实现管道压力、水流量的数据传送及阀门开关的自动控制，降低了故障率和提高了对系统的反应时间。便于及时迅速的了解及控制远端管道及阀门，低故障率和检修的时间，减少停水次数。7 结束语
由于科姆龙变频节能系统采用GPRS通信技术，无线远程监控的实时性和可靠性得到了大大提高，正日益受到我们的重视和关注。变频器无线远程监控系统是信息技术与基础工业控制的完美结合，它融合了计算机IP技术，TC/TIP网络技术；GPRS无线通讯技术，电力电子变频技术，过程控制技术，和计算机组态软件技术，是未来远程监控系统的发展方向，它涉及了计算机领域多种学科前沿，其突出优点在于不受距离的限制和控制可靠。作者简介
聂辉 男 福建国防工业技术学院机电一体化专业毕业，长期于变频器与传动领域节能改造的设计、安装、调试、维护及销售工作。参考文献（略）
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