水泵現(xiàn)場測試系統(tǒng)的應(yīng)用研究

1、水泵現(xiàn)場測試系統(tǒng)的應(yīng)用研究 商明華“，施衛(wèi)東，張徳勝，湯旭 (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)場測試系統(tǒng)，本系統(tǒng)利用最新物聯(lián)網(wǎng)ZigBee技術(shù)，開發(fā)出能夠遠程 發(fā)送、接受測試信號的水泵測試系統(tǒng)，利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及測試數(shù)據(jù)進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)場儀器儀表間隔距離遠、儀器儀表數(shù)量多、管路系統(tǒng)布置復(fù)雜的 工況條件，同時測試系統(tǒng)具有攜帶和安裝快捷等特點。 關(guān)鍵詞：泵矽測試，泵能耗分析，泵站省理測試臺 Study on pump wireless test and application of en

2、ergy efficiency assessment system SHANG Ming-hual,2,SHI Wei-dongl, ZHANG De-shengl, TANG Xu2 (l.Jiangsu University. Zhenjiang.212013;2 Shanghai Even Fluid Technology Co., Ltd S hanghai.200063) Abstract: A testing system suitble for work field was introduced in this paper, which is a comprehensive pr

3、atical 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-sitc instruments with interval distance,huge numbers of instniment

4、s and 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)域還在不斷擴大，對水泵運行的各項參數(shù)指標也越來越嚴格。 在國內(nèi)

5、，由于計算機技術(shù)的約束，泵測試技術(shù)的發(fā)展相對較慢，到21世紀初, 伴隨著電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的飛躍發(fā)展，我國泵 自動測試技術(shù)取得了一定的進步。現(xiàn)有測試系統(tǒng)都采用有線傳輸采集信號，通過 二次儀表轉(zhuǎn)換到計算機接口，存在接線及排線復(fù)朵的缺點。隨著十二五提出節(jié)能 減排指標后，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)場復(fù) 雜悄況下（不受空間距離的影響），對現(xiàn)場運行水泵進行測試的系統(tǒng)。 本文正是在這種背景下，針對水泵現(xiàn)場測試的特點，結(jié)合最新物聯(lián)網(wǎng)ZigBee 技術(shù)，成功開發(fā)出泵無線測試及能效分析系統(tǒng)。此系統(tǒng)的開發(fā)是水泵測試技術(shù)、 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算技術(shù)的一次成功融合

6、，為水泵測試提供了一種新的手段，將 會在水泵現(xiàn)場測試及節(jié)能改造中發(fā)揮應(yīng)有的作用。 2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能實現(xiàn) 2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 泵無線測試及能效分析系統(tǒng)主要以.NET為編程語言,ZigBee標準為組網(wǎng)模式, MODBUS-RTU通訊協(xié)議等，結(jié)合數(shù)據(jù)庫進行水泵測試數(shù)據(jù)的釆集、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)庫的建立 本文利用Microsoft. NET作為開發(fā)工具，結(jié)合XML可擴展語言的Web服務(wù)和 應(yīng)用程序進行布局。數(shù)據(jù)庫采用Access數(shù)據(jù)庫，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)庫管理系統(tǒng)（R

7、DBMS）；其配 置簡單、移植方便、但訪問率比較低，適合中、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)庫系統(tǒng) 2. 3 ZigBee無線傳輸基站 ZigBee是一個山可多到65000個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺, 在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點間的距離可以從標準的75m無限擴展。 ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要特點是低功耗、低成本、低速率、支持大量節(jié)點、支持多種 網(wǎng)絡(luò)拓撲、低復(fù)雜度、快速、可靠、安全。 ZigBee端站由一片帶SP0接口的PIC18F4620單片機、一個山Chipcon生產(chǎn)的 CC2420RF收發(fā)器和天線組成。如圖3所示。

8、控制器通過SPI總線和與RF收發(fā)器相連。 控制器充當SPI主器件而RF收發(fā)器充當從器件。 匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚 Ll 02 On-Eold 一 nrrnnnDrrnnpnnnrT - nn r!n3rrn 圖3 ZigBee端站 控制器實現(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，經(jīng)釆樣電阻后進行A/D轉(zhuǎn)換將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，并通過CC2420發(fā)送和接 收來實現(xiàn)與ZigBee中心的通信；而如果信號傳輸RS483數(shù)字信號時，ZigBee可以直 接發(fā)送與接收。Z

9、igBee系統(tǒng)工作組網(wǎng)示意圖，如圖4所示 無線信號的連接工作，主要在水泵測試系統(tǒng)布置詢期完成；半設(shè)備調(diào)試成功后, 用戶只要不進行設(shè)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420mA,在設(shè)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。 圖5模擬量通訊測試界而圖6模擬量通訊測試流程 下面是模擬量通訊測試主要代碼。 public override byte BuiIdSendMessage() byte func = 4; ushort start; ushort registers; 辻(enablePol

10、ll registers = 2; else if (enablePolll registers = 1; else if (!enablePolll registers 二 1; else return null; byte message = new byte 8; message0 = address; message1 = func; message2 = (byte)(start 8); message3 = (byte)start; message4 = (byte)(registers 8); message5 = (byte)registers; return message;

11、 2. 5動態(tài)顯示的設(shè)計 在水泵測試過程中，為了方便測試及數(shù)據(jù)的采集，需要同步顯示系統(tǒng)中所有釆 集信號的值，而且這個值是在一定時間內(nèi)不斷刷新變化的，所以需要動態(tài)顯示當 前數(shù)據(jù)值。圖7是本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)動態(tài)顯示的UI界面。 0 0 功率千瓦 出口壓力先舶 流呈13/h 圖7動態(tài)顯示的UI界而 為了減少代碼的重用，維護和調(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，可以包含一個或多個 Windows窗體控件、組件或代碼塊。 下面的代碼，就是用于數(shù)據(jù)動態(tài)顯示的用戶控件的定義： inte

12、rnal partial class UserGaugeControl : UserControl 下面的代碼，是調(diào)用用戶代碼的主要代碼： UserGaugeControl sControl 二 new UserGaugeControl(gaugeParas, false); sControl. Height 二 90; sControl. Width = 170; sControl. BorderStyle 二 System. Windows. Forms. BorderStyle. Fixed3D; this. flowLayoutPdnell. Controls. Add(sContro

13、l); UserGaugeDictgaugePdras. Measuredme = sControl; 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)： 隊伍(Queue)。在隊列這種數(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，因此隊列乂稱為“先進先出” (FIFOfirst in first out)的線性表。 下面就是用于取平均值的隊伍的定義： private Queue valueQuque = new Queue(); 向隊伍中添加瞬間值的代碼如下： valueQuque. Enqueue(rCur

14、rentValue); if (valueQuque. CountMaxQuequeLength) valueQuque. Dequeue (); 取平均值的代碼如下： averageValue = valueQuque. Average(); 3、系統(tǒng)在實際測試中的應(yīng)用與分析 本系統(tǒng)在廣州順德自來水廠進行過實際應(yīng)用，現(xiàn)場測試總共33臺水泵，由于 篇幅有限，本文只選其中一臺水泵進行應(yīng)用說明。水泵是德國原裝進口雙吸泵， 參數(shù)見表1。 表1羊額水廠機組情況 機組 廠家 型號 揚程 (m) 轉(zhuǎn)速 (r/mm) 流量 (m3/h) 進口壓力 表管徑(m) 出口壓力 表管徑) 1 徳國KSB 35-51

15、0A 420 600 表2是羊額1#水泵的現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)，圖8是現(xiàn)場測試性能曲線與該水泵理論 曲線的對比圖。 表2羊額1#泵數(shù)據(jù)(按95%電機效率計算出泵效率) 流量(m7h) 揚程(m) 功率(kW) 機組效率俚) 泵效率(%) 0 79. 96 360. 89 0 0. 00 871.03 75. 71 409. 11 13. 86 46. 17 1153.9 72. 61 425. 69 53. 56 56. 38 1334. 5 70. 55 133. 19 59. 08 62. 19 1358. 7 71.09 133. 48 60.61 63. 80 1558. 9 67. -18

16、444. 12 61. 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. 18 75. 24 2072. 9 60. 67 477. 42 71.66 75. 43 2215. 5 57.63 485. 22 71.58 75. 35 2223 57. 61 485. 22 71.83 75.61 2247. 3 57. 65 485. 21 72.63 76. 45 2489. 9 52. 72 497. 02 71.83 75.6

17、1 2508. 5 51.98 499. 98 70. 91 74. 67 2762 15. -1 507. 85 67. 16 70. 69 2765. 7 44. 89 507. 86 66.5 70. 00 3075. 1 36. 89 510. 84 60. 1 63. 58 3106. 7 36. 27 510. 84 60 63. 16 圖8羊額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(xiàn)場測試曲線，該實線曲線方程分別為: H = 80.222 - 3.876873E-OO3 * Q - 1.762264E-006 * Q2 - 4.930805E-010 *

18、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 4、小結(jié) 本文利用最新的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，重新規(guī)劃、設(shè)計、開發(fā)具有遠距離無線傳輸 功能的測試及能效分析系統(tǒng)：并通過該系統(tǒng)在現(xiàn)場測試實際應(yīng)用情況，進行了分 析探討。根據(jù)該系統(tǒng)在經(jīng)過水泵廠及自來水公司實際應(yīng)用悄況，可以認為： (1) 系統(tǒng)滿足現(xiàn)有成熟的有線測試臺系統(tǒng)功能，同時可以方便快捷地擴展其 它要求定制的測試項LI； (2) 系統(tǒng)滿足現(xiàn)場測試的特殊情況，在測試過程中，設(shè)備攜帶簡便、安裝快 捷、軟件擴展功能滿足現(xiàn)場不同管路布置的要求； (3) ZigBee無線組網(wǎng)傳輸技術(shù)功耗小，24V、1800mA電池組，一次充電可用 半年；ZigBee無線組網(wǎng)傳輸技術(shù)信號穩(wěn)定、準確、距離遠； (4) 能效分析系統(tǒng)不僅能夠分析處理測試數(shù)據(jù)，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(guān)悄況等。 參考文獻 1 任力等水泵現(xiàn)場測試技術(shù)探討.供水技術(shù)，2008(3)