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系統結構及功能實現

 

泵無線測試及能效分析系統主要以.NET為編程語言，ZigBee標準為組網模式，MODBUS-RTU通訊協議等，結合數據庫進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無線傳輸基站

 

ZigBee是一個由可多到65000個無線數傳模塊組成的一個無線數傳網絡平臺，在整個網絡范圍內，每一個ZigBee網絡數傳模塊之間可以相互通信，每個網絡節點間的距離可以從標準的75m無限擴展。

ZigBee網絡主要特點是低功耗、低成本、低速率、支持大量節點、支持多種網絡拓撲、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、一個由Chipcon生產的CC2420RF 收發器和天線組成。如圖3所示。控制器通過SPI總線和與RF收發器相連。控制器充當SPI主器件而RF收發器充當從器件。

 

 

控制器實現了IEEE 802.15.4 MAC層和ZigBee 協議層。它還包含了特定應用的邏輯和A/D轉換，使用SPI總線與RF收發器交互，儀表輸出的4～20mA、0～5V等信號，經采樣電阻后進行A/D轉換將模擬量轉變為數字量，并通過CC2420發送和接收來實現與ZigBee中心的通信；而如果信號傳輸RS485數字信號時，ZigBee可以直接發送與接收。ZigBee系統工作組網示意圖，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布置前期完成；當設備調試成功后，用戶只要不進行設備的更換，任何時候使用都無需再進行信號連接測試。

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1和2兩個進口，以及一個GND公共接地口。圖6是，該段功能的主要流程圖。

 

  

 

 

動態顯示的設計

在水泵測試過程中，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，而且這個值是在一定時間內不斷刷新變化的，所以需要動態顯示當前數據值。圖7是本系統中數據動態顯示的UI界面。

 

 

 

3、系統在實際測試中的應用與分析

本系統在江蘇新沂新戴河泵站進行過實際應用，現場測試總共6臺水泵，由于篇幅有限，本文只選其中一臺水泵進行應用說明。水泵是德國原裝進口雙吸泵，參數見表1。

表1 江蘇新沂新戴河泵站機組情況

機組	廠家	型號	揚程   (m)	轉速   (r/min)	流量   (m3/h)	進口壓力表管徑(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#水泵的現場測試數據，圖8是現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

 

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，實線是現場測試曲線，該實線曲線方程分別為：

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

本文利用最新的無線網絡技術，重新規劃、設計、開發具有遠距離無線傳輸功能的測試及能效分析系統；并通過該系統在現場測試實際應用情況，進行了分析探討。根據該系統在經過水泵廠及自來水公司實際應用情況，可以認為：

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

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

（3）ZigBee無線組網傳輸技術功耗小，24V、1800mA電池組，一次充電可用半年；ZigBee無線組網傳輸技術信號穩定、準確、距離遠；

（4）能效分析系統不僅能夠分析處理測試數據，同時能夠滿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情況等。