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泵無(wú)線(xiàn)測試及能效分析系統主要以.NET為編程語(yǔ)言，ZigBee標準為組網(wǎng)模式，MODBUS-RTU通訊協(xié)議等，結合數據庫進(jìn)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(wú)線(xiàn)傳輸基站
ZigBee是一個(gè)由可多到65000個(gè)無(wú)線(xiàn)數傳模塊組成的一個(gè)無(wú)線(xiàn)數傳網(wǎng)絡(luò )平臺，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )范圍內，每一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò )數傳模塊之間可以相互通信，每個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)間的距離可以從標準的75m無(wú)限擴展。
ZigBee網(wǎng)絡(luò )主要特點(diǎn)是低功耗、低成本、低速率、支持大量節點(diǎn)、支持多種網(wǎng)絡(luò )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(gè)由Chipcon生產(chǎn)的CC2420RF 收發(fā)器和天線(xiàn)組成。如圖3所示?？刂破魍ㄟ^(guò)SPI總線(xiàn)和與RF收發(fā)器相連?？刂破鞒洚擲PI主器件而RF收發(fā)器充當從器件。
控制器實(shí)現了IEEE 802.15.4 MAC層和ZigBee 協(xié)議層。它還包含了特定應用的邏輯和A/D轉換，使用SPI總線(xiàn)與RF收發(fā)器交互，儀表輸出的4～20mA、0～5V等信號，經(jīng)采樣電阻后進(jìn)行A/D轉換將模擬量轉變?yōu)閿底至?，并通過(guò)CC2420發(fā)送和接收來(lái)實(shí)現與ZigBee中心的通信；而如果信號傳輸RS485數字信號時(shí)，ZigBee可以直接發(fā)送與接收。ZigBee系統工作組網(wǎng)示意圖，如圖4所示
無(wú)線(xiàn)信號的連接
無(wú)線(xiàn)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(hù)只要不進(jìn)行設備的更換，任何時(shí)候使用都無(wú)需再進(jìn)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(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。
動(dòng)態(tài)顯示的設計
在水泵測試過(guò)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(gè)值是在一定時(shí)間內不斷刷新變化的，所以需要動(dòng)態(tài)顯示當前數據值。圖7是本系統中數據動(dòng)態(tài)顯示的UI界面。
3、系統在實(shí)際測試中的應用與分析
本系統在江蘇新沂新戴河泵站進(jìn)行過(guò)實(shí)際應用，現場(chǎng)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(jìn)行應用說(shuō)明。水泵是德國原裝進(jìn)口雙吸泵，參數見(jiàn)表1。
表1 江蘇新沂新戴河泵站機組情況
|
機組 |
廠(chǎng)家 |
型號 |
揚程 |
轉速 |
流量 |
進(jìn)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(chǎng)測試數據，圖8是現場(chǎng)測試性能曲線(xiàn)與該水泵理論曲線(xiàn)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(xiàn)與理論曲線(xiàn)對比圖
注：圖中虛線(xiàn)是理論曲線(xiàn)，實(shí)線(xiàn)是現場(chǎng)測試曲線(xiàn)，該實(shí)線(xiàn)曲線(xiàn)方程分別為：
小結
本文利用最新的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，重新規劃、設計、開(kāi)發(fā)具有遠距離無(wú)線(xiàn)傳輸功能的測試及能效分析系統；并通過(guò)該系統在現場(chǎng)測試實(shí)際應用情況，進(jìn)行了分析探討。根據該系統在經(jīng)過(guò)水泵廠(chǎng)及自來(lái)水公司實(shí)際應用情況，可以認為：
（1）系統滿(mǎn)足現有成熟的有線(xiàn)測試臺系統功能，同時(shí)可以方便快捷地擴展其它要求定制的測試項目；
（2）系統滿(mǎn)足現場(chǎng)測試的特殊情況，在測試過(guò)程中，設備攜帶簡(jiǎn)便、安裝快捷、軟件擴展功能滿(mǎn)足現場(chǎng)不同管路布置的要求；
（3）ZigBee無(wú)線(xiàn)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(xiàn)組網(wǎng)傳輸技術(shù)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(shí)能夠滿(mǎn)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)情況等。
