0 引言

    GPRS技術(shù)最早是從使用GPRS手機開始的，但GPRS網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用決不只限于在手機上實現(xiàn)的語音通訊、無線上網(wǎng)，而是在不斷擴展到人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€層面，使我們越來越多地感受到GPRS 網(wǎng)絡(luò)所帶來的方便。目前的交通監(jiān)控、公安無線監(jiān)控、城市路燈監(jiān)控、氣象采集等各行各業(yè)都越來越多地應(yīng)用了GPRS技術(shù)。本文將詳細(xì)介紹工業(yè)GPRS無線遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在小區(qū)二次供水系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 小區(qū)二次供水系統(tǒng)水泵變頻節(jié)能原理

    我們知道，自來水廠的水泵功率在設(shè)計選型階段，一般是按小區(qū)二次供水系統(tǒng)的最大需求來考慮的，而實際上有很多時間不一定能達(dá)到用水的最大量。同時，電機采用的是不調(diào)速的三相交流異步電動機，一般用閥門調(diào)節(jié)增大系統(tǒng)的阻力來節(jié)流，效率非常低，造成電機用電損失嚴(yán)重，且不斷地影響企業(yè)的經(jīng)濟效益。

    從風(fēng)機、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，功率只有原來的72.9%(見圖1)。所以，大力推廣水泵變頻調(diào)速運行，不僅是當(dāng)前企業(yè)節(jié)能降耗的重要技術(shù)手段，而且也是實現(xiàn)經(jīng)濟增長方式轉(zhuǎn)變的必然要求。

    由于供水是根據(jù)平時用水情況來確定開多少泵，即用水高峰時，開2臺或多臺，夜間開1臺，這樣壓力很不穩(wěn)定，同時，耗費大量電能，企業(yè)為此多支付電費，而且使管道使用壽命縮短。

    據(jù)了解，自來水廠25%的生產(chǎn)成本都是水泵工作產(chǎn)生的電。為適應(yīng)自來水廠的調(diào)度、提高經(jīng)濟效益、保證供水質(zhì)量，滿足日益增長的管理需求，自來水公司提出對小區(qū)二次供水系統(tǒng)水泵進(jìn)行變頻改造，并增加城市供水管網(wǎng)調(diào)度無線遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，主要目的是降低生產(chǎn)成本、解決自來水公司對供水各環(huán)節(jié)監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控問題。

3 GPRS無線遠(yuǎn)程系統(tǒng)介紹

    GPRS 是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)。GPRS具有快捷登錄、實時在線、按量計費、高速傳輸、自如切換等特點。GPRS無線系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組成為：

1)終端數(shù)據(jù)采集設(shè)備和無線數(shù)據(jù)終端DTU;

2)傳輸網(wǎng)絡(luò)選中國移動GPRS無線網(wǎng)絡(luò);

3)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中心配有實時數(shù)據(jù)收發(fā)服務(wù)器、實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及用戶控制操作界面等。

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，連接簡單，可在數(shù)據(jù)中心和現(xiàn)場進(jìn)行設(shè)置。

    RTU 采集設(shè)備通過GPRS DTU 通訊模塊與數(shù)據(jù)監(jiān)控中心主機進(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)才能實現(xiàn)，移動公司提供豐富多樣的接入方法，大致分三類：專線、無線和Internet 互聯(lián)網(wǎng)。限于篇幅，這里只介紹通過固定公網(wǎng)IP連接的方法。

通過固定的公網(wǎng)IP連接方式與ADSL撥號獲得公網(wǎng)動態(tài)IP地址連接方式類似，很多公司都有一臺連接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)定運行問題，通常不允許在服務(wù)器上安裝其他應(yīng)用軟件。通過NAT 端口映射方式，數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)可以作為內(nèi)網(wǎng)中的一臺服務(wù)器實現(xiàn)與現(xiàn)場采集點GPRS DTU之間的數(shù)據(jù)通信。

4 小區(qū)二次供水系統(tǒng)無線聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控方案

    在小區(qū)二次供水系統(tǒng)無線聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中，可以隨時無線控制變頻器，如用于電機控制的變頻器，既可以無線改變電壓，又可以無線改變頻率，變頻器可以實時將運行狀態(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)測點分散，分布范圍廣，而且大多在較惡劣的環(huán)境，利用電話線傳送數(shù)據(jù)往往事倍功半，通過GPRS無線網(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。小區(qū)二次供水系統(tǒng)可將實時的運行狀態(tài)和告警信息通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)同時發(fā)送到多個監(jiān)測部門，實現(xiàn)對系統(tǒng)的及時管理。變頻器通過無線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)程對變頻器實時管理。

4.1 小區(qū)二次供水系統(tǒng)電氣原理

    變頻器是整個小區(qū)二次供水系統(tǒng)的核心部分，選用矢量變頻器，，水泵電機是輸出環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速由變頻器控制，實現(xiàn)變流量恒壓控制。壓力傳感器檢測管網(wǎng)出水壓力，把信號傳給PID控制器，通過PID控制器調(diào)節(jié)變頻器的頻率來控制水泵的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)了一個閉環(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)且為用戶省去外置PID 控制的投資。

    現(xiàn)場監(jiān)控點采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM 網(wǎng)絡(luò)空中接口功能模塊同時對實時數(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GPRS 無線數(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)。可對安裝在全國甚至是全世界各地的變頻器進(jìn)行無線監(jiān)控。

5 GPRS 無線遠(yuǎn)程監(jiān)控小區(qū)二次供水系統(tǒng)的優(yōu)點

實踐證明，使用了GPRS 無線遠(yuǎn)程監(jiān)控小區(qū)二次供水系統(tǒng)后，其明顯效果有以下幾點：

1)實現(xiàn)智能化自動化控制，操作簡單;

2)節(jié)省20%耀40%的電費;

3)配置靈活，自動化程度高，功能齊全，靈活可靠;

4)運行合理，由于是軟啟動和軟停止，不但可以消除水錘效應(yīng)，而且電機軸上的平均扭矩和磨損減小，減少了維修量和維修費用，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)可以對遠(yuǎn)程現(xiàn)場的運行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)管道壓力、水流量的數(shù)據(jù)傳送及閥門開關(guān)的自動控制，降低了故障率和提高了對系統(tǒng)的反應(yīng)時間，便于及時迅速地了解及控制遠(yuǎn)端管道及閥門，降低故障率和檢修的時間，減少停水次數(shù)。

6 結(jié)語

    由于小區(qū)二次供水系統(tǒng)采用GPRS 通訊技術(shù)，使監(jiān)控系統(tǒng)的實時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。小區(qū)二次供水系統(tǒng)無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是信息技術(shù)與基礎(chǔ)工業(yè)控制的結(jié)合，它融合了計算機IP技術(shù)，TC/TIP 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，GPRS無線通訊技術(shù)，電力電子技術(shù)，過程控制技術(shù)和計算機組態(tài)軟件技術(shù)，是未來遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向，它涉及了計算機領(lǐng)域多種學(xué)科前沿，其突出優(yōu)點在于不受距離的限制，且控制可靠。