一、 水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)技術(shù)背景
目前，我國經(jīng)濟發(fā)展迅速，人民的生活水準(zhǔn)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)和量的要求也越來越高，而中國是一個水資源相對匱乏的地區(qū)，尤其在西北和東北地區(qū)，現(xiàn)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——尤其是自來水的合理開發(fā)和有效使用就成為一個非常重要的課題。在這一課題中，應(yīng)首先掌握自來水的生產(chǎn)、使用各環(huán)節(jié)的原始數(shù)據(jù)。但是由于現(xiàn)在所采用的供水方式和現(xiàn)有管理方法的約束，無法準(zhǔn)確獲取供水設(shè)備的實際運行情況，給自來水公司進一步加強的對外服務(wù)質(zhì)量和現(xiàn)代化管理水平帶來了困難。另外，隨著工業(yè)自動化、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，變頻器作為交流調(diào)速的重要手段在工業(yè)生產(chǎn)中獲得越來越廣的應(yīng)用。當(dāng)今世界能源緊張成為全球性問題，節(jié)能更顯重要，而變頻器的應(yīng)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(tǒng)擋風(fēng)板、節(jié)流閥，可根據(jù)負(fù)荷大小適時控制風(fēng)量和流量，顯著提高節(jié)能效果。
另外，還可以改善和適應(yīng)運行環(huán)境，平滑加減速、提高加工工藝等功能。 本系統(tǒng)將前進的GPRS無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),應(yīng)用到水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)中，使遠程監(jiān)控對象參數(shù)(如電流、電壓、頻率等數(shù)據(jù)及報警信號）通過GPRS無線方式實時傳輸給控制中心，實現(xiàn)在控制中心的計算機上同時對許多不同地點的水泵進行遠程監(jiān)控，能夠及時掌握水泵的運行狀況
，為自來水公司供水決策提供可靠的依據(jù)?？刂浦行牡纳衔粰C通過無線通訊與GPRS調(diào)制解調(diào)器進行信息傳輸，GPRS調(diào)制解調(diào)器再通過串口與變頻器相連，從而達到異地遠程無線控制變頻器的功能，上位機通過監(jiān)控組態(tài)軟件實時對變頻器操作、監(jiān)控、及故障報警，提高了控制的靈活性。
此項設(shè)計的創(chuàng)新點是利用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對變頻調(diào)速系統(tǒng)進行遠程控制，它可應(yīng)用于城市供熱、水文監(jiān)測等方面，尤其在城市供水和農(nóng)田灌溉方面具有廣闊的應(yīng)用前景。針對目前城市供水的現(xiàn)狀，泵站的分散，水廠中心不能及時了解每個泵站的具體供水情況，應(yīng)用此項設(shè)計，可以直接了解每個泵站的供水情況，進行遠程的監(jiān)測和控制，并依據(jù)科學(xué)的供水決策控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，進行供水設(shè)置，達到水資源的合理利用，既節(jié)約用水，又可做到節(jié)約能源，同時還節(jié)約了人力。目前我國水資源嚴(yán)重短缺，如果將此項技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)田灌溉，可以大大提高水資源利用率。
二、水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)設(shè)計
2.1 系統(tǒng)組成
水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)是由水泵、變頻器、GPRS無線調(diào)制解調(diào)器、安裝監(jiān)控組態(tài)軟件的PC機組成，如圖
2.2 監(jiān)控組態(tài)軟件
水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)軟件采用力控PCAuto3.6監(jiān)控組態(tài)軟件。該軟件提供通過internet/intranet瀏覽器直接監(jiān)控工業(yè)現(xiàn)場的解決方案，數(shù)據(jù)傳輸采用事件驅(qū)動方式，因此當(dāng)在internet上遠程訪問監(jiān)控畫面時，具有更好的實時性；支持以GPRS、CDMA等移動方式與控制設(shè)備和力控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通訊，GSM手機短信報警管理系統(tǒng)方便管理報警信息。這些特點可以很好的和WM-100DTU進行無限通訊，完成控制任務(wù)。操作步驟如下：
2.3 GPRS無線調(diào)制解調(diào)器
GPRS（Genera packet radio
Service）是通用分組無線業(yè)務(wù)的簡稱。GPRS是采用分組交換技術(shù)，高效傳輸高速或低速數(shù)據(jù)和信令，理論最高速率可達171.2kbit/s，實際速率依賴于GPRS網(wǎng)絡(luò)。GPRS具有永遠在線、按流量計費、通信速率高、組網(wǎng)方便、覆蓋范圍廣等特點。
本設(shè)計采用實達WM-100 DTU系列工業(yè)級GPRS無線調(diào)制解調(diào)器行業(yè)版產(chǎn)品，其內(nèi)部集成了高速嵌入式處理系統(tǒng)，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(quán)所有，向變頻器輸入?yún)?shù)，同時從變頻器提取參數(shù)，掌握系統(tǒng)運行狀況。
水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)概述：
水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)是中贏供水公司專業(yè)技術(shù)人員在傳統(tǒng)供水設(shè)備的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種能直接與自來水管網(wǎng)連接、且對自來水管網(wǎng)不產(chǎn)生任何負(fù)作用的成套給水設(shè)備;突破了傳統(tǒng)的供水方式離不開蓄水池，蓄水池中的水一般由自來水管網(wǎng)供給，這樣有壓力的水進入水池后變成了零，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(jié)省了基建投資并縮短了施工工期
水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)由智慧型變頻控制柜、穩(wěn)流罐、水泵機組、儀表、閥門及管路、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(tǒng)。
水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)節(jié)能
設(shè)水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)吸水口的自來水管網(wǎng)壓力為P自，水泵的出口設(shè)計壓力為P設(shè)，則水泵的出口實際壓力將降低至P實=P設(shè)-P自(不計因水泵阻力等造成的壓頭損失)，但自來水管網(wǎng)壓力在一日之內(nèi)變幅較大，當(dāng)用戶為24h用水時，通常按最小自來水管網(wǎng)壓力P自min考慮，故一般水泵額定壓力按Pe=P設(shè)-P自min選用。此時，水泵額定壓力與實際壓力之差為Pe-P實=P自-P自min≥0，因此當(dāng)水泵按工頻(50Hz)運行時，將造成能量的浪費。
水泵變頻調(diào)速供水設(shè)備特點：
1、節(jié)省土建成本：節(jié)省贊助50%左右，無需修建蓄水池或屋頂水箱，采用疊壓供水，減小設(shè)備初期投入。
2、節(jié)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(fù)壓、與傳統(tǒng)供水設(shè)備相比可節(jié)能30%—60%。停電也可維持市政管網(wǎng)水壓供水。
3、智能化程度高，操作簡單，節(jié)省人力：由全自動智能化控制器控制，自行根據(jù)用戶的用水量和管網(wǎng)的自來水壓力進行調(diào)節(jié)，實行無人值守。并且采用人機界面(文本、數(shù)字)顯示，使客戶更加直觀的看到設(shè)備的運行狀況。
4、環(huán)保衛(wèi)生:全封閉運行，消除水源二次污染。
5、保護主要功能齊全：具有過載、短路、過壓、欠壓、缺相、過流、短路、水源缺水等自動保護主要功能。在異常情況下能進行信號報警、自檢、故障判斷等。
6、占地少設(shè)備安裝方便：只有一組供水控制柜、無負(fù)壓穩(wěn)流罐和水泵機組三部分，設(shè)備安裝非常簡單方便。
7、延長設(shè)備的使用壽命：水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng)對多臺泵組均能可靠的實現(xiàn)軟啟動，使電網(wǎng)和管網(wǎng)免沖擊，并且輪流運轉(zhuǎn)，大大延長了水泵及電機的使用壽命。設(shè)備壽命可延長3倍以上。
水泵變頻調(diào)速供水設(shè)備選型說明：
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(tǒng)選用原則
(1)蓄水池容量應(yīng)大于每小時最大供水量。
(2）水泵揚程應(yīng)大于實際供水高度。
(3）水泵流量總和應(yīng)大于實際最大供水量。
(4)變頻控制柜選型：
用戶可根據(jù)供水量和供水高度確定水泵型號及臺數(shù)，然后對控制柜進行選型。
全自動變頻調(diào)速供水設(shè)備設(shè)計思路:
1)設(shè)計了全密閉的、兼有緩沖用途和動態(tài)補償用途的水源箱罐，與目前市場所謂無負(fù)壓罐相比，更具有實際意義，并使控制系統(tǒng)得以簡化。
2)該系列產(chǎn)品控制系統(tǒng)充分總結(jié)了本生產(chǎn)企業(yè)及國內(nèi)外變頻的設(shè)計制造經(jīng)驗，采用規(guī)范通用的控制系統(tǒng)技術(shù)方案，可換用任意廠商的變頻器、調(diào)節(jié)器、PLC和其他元器件，調(diào)試維修特別方便，為產(chǎn)品的終身服務(wù)奠定了良好基礎(chǔ)，不會因技術(shù)進步而導(dǎo)致服務(wù)問題。
3)該系列產(chǎn)品控制系統(tǒng)具有較高智能性，設(shè)計中充分考慮了機、電、儀協(xié)調(diào)配合，具有欲速則不達的檢測監(jiān)視和簡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，自動降級運行(成為工頻自動水泵變頻調(diào)速供水系統(tǒng))，自動系統(tǒng)故障時，還可手動操作應(yīng)急備用，贏得維修時間。
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(jiān)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(fù)雜的運行控制和聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控要求?？蔀橛脩糸_發(fā)配套監(jiān)控軟件。
