水泵現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用研究論文

1、水泵現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用研究商明華1,2，施衛(wèi)東1，張德勝1，湯旭2（1、江蘇大學(xué)，江蘇鎮(zhèn)江，212013；2、上海義維流體科技有限公司，上海，200063）摘要：介紹一種適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)，本系統(tǒng)利用最新物聯(lián)網(wǎng)zigbee技術(shù)，開發(fā)出能夠遠(yuǎn)程發(fā)送、接受測(cè)試信號(hào)的水泵測(cè)試系統(tǒng)，利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行能效分析的一種綜合應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表間隔距離遠(yuǎn)、儀器儀表數(shù)量多、管路系統(tǒng)布置復(fù)雜的工況條件，同時(shí)測(cè)試系統(tǒng)具有攜帶和安裝快捷等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞: 泵無(wú)線測(cè)試，泵能耗分析，泵站管理，測(cè)試臺(tái)study on pump wireless test and application of ene

2、rgy efficiency assessment systemshang ming-hua1,2,shi wei-dong1, zhang de-sheng1, tang xu2(1.jiangsu university. zhenjiang.212013;2. shanghai even fluid technology co., ltd.shanghai.200063)abstract: a testing system suitble for work field was introduced in this paper, which is a comprehensive pratic

3、al system appling basic data and testing data for efficiency estimation. the latest internet of things technology zigbee was adopted to enble the system to send and receive testing signal remotely. the system also can adapt to on-site instruments with interval distance,huge numbers of instruments an

4、d complex pipeline system, which is also convinient to carry and install.keywords: pump wireless test, the energy consumption analysis of pumps, management of pumping station, test bed.1、前言泵是一種通用機(jī)械，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)排灌、污水處理、火力發(fā)電、石油化工、船舶工業(yè)、建筑設(shè)備、航空航天、火電核電等行業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，泵的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)大，對(duì)水泵運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)也越來(lái)越嚴(yán)格。在國(guó)內(nèi)，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的

5、約束，泵測(cè)試技術(shù)的發(fā)展相對(duì)較慢，到21世紀(jì)初，伴隨著電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的飛躍發(fā)展，我國(guó)泵自動(dòng)測(cè)試技術(shù)取得了一定的進(jìn)步。現(xiàn)有測(cè)試系統(tǒng)都采用有線傳輸采集信號(hào)，通過(guò)二次儀表轉(zhuǎn)換到計(jì)算機(jī)接口，存在接線及排線復(fù)雜的缺點(diǎn)。隨著十二五提出節(jié)能減排指標(biāo)后，水泵節(jié)能改造的需求增多，這樣就迫切需要一種能夠適應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜情況下（不受空間距離的影響），對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行水泵進(jìn)行測(cè)試的系統(tǒng)。本文正是在這種背景下，針對(duì)水泵現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的特點(diǎn)，結(jié)合最新物聯(lián)網(wǎng)zigbee技術(shù)，成功開發(fā)出泵無(wú)線測(cè)試及能效分析系統(tǒng)。此系統(tǒng)的開發(fā)是水泵測(cè)試技術(shù)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算技術(shù)的一次成功融合，為水泵測(cè)試提供了一種新的手段，將

6、會(huì)在水泵現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及節(jié)能改造中發(fā)揮應(yīng)有的作用。2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能實(shí)現(xiàn)2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)泵無(wú)線測(cè)試及能效分析系統(tǒng)主要以.net為編程語(yǔ)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(kù)進(jìn)行水泵測(cè)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。圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2數(shù)據(jù)庫(kù)的建立本文利用microsoft.net作為開發(fā)工具，結(jié)合xml可擴(kuò)展語(yǔ)言的 web 服務(wù)和應(yīng)用程序進(jìn)行布局。數(shù)據(jù)庫(kù)采用access數(shù)據(jù)庫(kù)，access是微軟（microsoft）公司于1994年推出的一種基于windows的桌面關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（rdbms）；其配置簡(jiǎn)單、移植方便、但訪問率比較低，適合中

7、、小型軟件系統(tǒng)。圖2是數(shù)據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。圖2 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)2.3 zigbee無(wú)線傳輸基站zigbee是一個(gè)由可多到65000個(gè)無(wú)線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，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(wú)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?？刂破魍ㄟ^(guò)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

8、當(dāng)從器件。圖3 zigbee端站控制器實(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420ma、05v等信號(hào)，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(guò)cc2420發(fā)送和接收來(lái)實(shí)現(xiàn)與zigbee中心的通信；而如果信號(hào)傳輸rs485數(shù)字信號(hào)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所示圖4 zigbee系統(tǒng)組網(wǎng)示意圖2.4 無(wú)線信號(hào)的連接無(wú)線信號(hào)的連接工作，主要在水泵測(cè)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(wú)需再進(jìn)

9、行信號(hào)連接測(cè)試。如圖5所示，是模擬量通訊測(cè)試界面，通訊端口一般為420ma，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。 圖5 模擬量通訊測(cè)試界面 圖6 模擬量通訊測(cè)試流程下面是模擬量通訊測(cè)試主要代碼。public override byte buildsendmessage() byte func = 4; ushort start; ushort registers; if (enablepoll1 & enablepoll2) start = 0; registers = 2; else if (enablepoll1 & !enablepoll2)

10、 start = 0; registers = 1; else if (!enablepoll1 & enablepoll2) start = 1; registers = 1; else return null; byte message = new byte8; message0 = address; message1 = func; message2 = (byte)(start 8); message3 = (byte)start; message4 = (byte)(registers 8); message5 = (byte)registers; return message;2.

11、5 動(dòng)態(tài)顯示的設(shè)計(jì)在水泵測(cè)試過(guò)程中，為了方便測(cè)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(hào)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?jiǎng)討B(tài)顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)值。圖7是本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示的ui界面。圖7 動(dòng)態(tài)顯示的ui界面為了減少代碼的重用，維護(hù)和調(diào)用，需要使用到dev用戶控件。dev用戶控件（user control）為程序員提供了創(chuàng)建和重用自定義圖形界面的方法。用戶控件本質(zhì)上是具有可視化表示形式的組件，可以包含一個(gè)或多個(gè)windows窗體控件、組件或代碼塊。下面的代碼，就是用于數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示的用戶控件的定義：internal partial class usergaugecontrol

12、 : usercontrol下面的代碼，是調(diào)用用戶代碼的主要代碼： usergaugecontrol scontrol = new usergaugecontrol(gaugeparas,false); scontrol.height = 90; scontrol.width = 170; scontrol.borderstyle = system.windows.forms.borderstyle.fixed3d; this.flowlayoutpanel1.controls.add(scontrol); usergaugedictgaugeparas.measurename = scont

13、rol;2.6 數(shù)據(jù)平均值處理本系統(tǒng)采用的方法是最近的十次瞬間值的平均值，為此，需要使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：隊(duì)伍(queue)。在隊(duì)列這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，最先插入的元素將是最先被刪除的元素；反之最后插入的元素將是最后被刪除的元素，因此隊(duì)列又稱為“先進(jìn)先出”（fifofirst in first out）的線性表。下面就是用于取平均值的隊(duì)伍的定義：private queue valuequque = new queue(); 向隊(duì)伍中添加瞬間值的代碼如下: valuequque.enqueue(rcurrentvalue); if (valuequque.count maxquequelength) valu

14、equque.dequeue();待添加的隱藏文字內(nèi)容3取平均值的代碼如下：averagevalue = valuequque.average();3、系統(tǒng)在實(shí)際測(cè)試中的應(yīng)用與分析本系統(tǒng)在廣州順德自來(lái)水廠進(jìn)行過(guò)實(shí)際應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試總共33臺(tái)水泵，由于篇幅有限，本文只選其中一臺(tái)水泵進(jìn)行應(yīng)用說(shuō)明。水泵是德國(guó)原裝進(jìn)口雙吸泵，參數(shù)見表1。表1 羊額水廠機(jī)組情況機(jī)組廠家型號(hào)揚(yáng)程(m)轉(zhuǎn)速(r/min)流量(m3/h)進(jìn)口壓力表管徑(m)出口壓力表管徑(m)1#德國(guó)ksb350-510a6014802500420600表2是羊額1#水泵的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)，圖8是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試性能曲線與該水泵理論曲線的對(duì)比圖。表2 羊

15、額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(%)079.96360.8900.00 871.0375.74409.1143.8646.17 1153.972.64425.6953.5656.38 1334.570.55433.4959.0862.19 1358.771.09433.4860.6163.80 1558.967.48444.1264.4267.81 1581.267.1444.1264.9968.41 1735.864.45452.9367.1870.72 2026.361.02470.5571.4875.24 2072.

16、960.67477.4271.6675.43 2215.557.63485.2271.5875.35 222357.64485.2271.8375.61 2247.357.65485.2172.6376.45 2489.952.72497.0271.8375.61 2508.551.98499.9870.9474.67 276245.4507.8567.1670.69 2765.744.89507.8666.570.00 3075.136.89510.8460.463.58 3106.736.27510.846063.16 圖8 羊額1#泵測(cè)試曲線與理論曲線對(duì)比圖注：圖中虛線是理論曲線，實(shí)線是

17、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試曲線，該實(shí)線曲線方程分別為：h = 80.222 - 3.876873e-003 * q - 1.762264e-006 * q2 - 4.930805e-010 * q3e = 0.041 6.033257e-002 * q - 1.100790e-005 * q2 - 7.109630e-010 * q3p = 363.183 3.462042e-002 * q 1.986480e-005 * q2 - 4.976947e-009 * q34、小結(jié)本文利用最新的無(wú)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(wú)線傳輸功能的測(cè)試及能效分析系統(tǒng)；并通過(guò)該系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試實(shí)際應(yīng)用情況，進(jìn)行了分

18、析探討。根據(jù)該系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)水泵廠及自來(lái)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(cè)試臺(tái)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(cè)試項(xiàng)目；（2）系統(tǒng)滿足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的特殊情況，在測(cè)試過(guò)程中，設(shè)備攜帶簡(jiǎn)便、安裝快捷、軟件擴(kuò)展功能滿足現(xiàn)場(chǎng)不同管路布置的要求；（3）zigbee無(wú)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(wú)線組網(wǎng)傳輸技術(shù)信號(hào)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(cè)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(cè)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。參 考 文 獻(xiàn)1 任力等.水泵現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)探討.供水技術(shù)，2008(3)：34362