0 引言
GPRS技術最早是從使用GPRS手機開始的，但GPRS 網絡的應用決不只限于在手機上實現(xiàn)的語音通訊、無線上網，而是在不斷擴展到人們日常生活的各個層面，使我們越來越多地感受到GPRS 網絡所帶來的方便。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)都越來越多地應用了GPRS技術。本文將詳細介紹工業(yè)GPRS無線遠程監(jiān)控技術在自來水公司節(jié)能控制系統(tǒng)中的應用。
1 水泵變頻節(jié)能原理
我們知道，自來水廠的水泵功率在設計選型階段，一般是按供水系統(tǒng)的最大需求來考慮的，而實際上有很多時間不一定能達到用水的最大量。同時，電機采用的是不調速的三相交流異步電動機，一般用閥門調節(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重，且不斷地影響企業(yè)的經濟效益。

從風機、水泵的工作原理可知：流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的三次方成正比。因此水泵的轉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速運行，不僅是當前企業(yè)節(jié)能降耗的重要技術手段，而且也是實現(xiàn)經濟增長方式轉變的必然要求。
2 武平自來水公司項目簡介
武平自來水公司有伏虎水廠、處明水廠等18 個水廠，其中伏虎水廠有110 kW供水泵5 臺，年供水量可達220萬t。由于供水是根據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。
據了解，自來水廠25%的生產成本都是水泵工作產生的電。為適應自來水廠的調度、提高經濟效益、保證供水質量，滿足日益增長的管理需求，自來水公司提出對水泵進行變頻改造，并增加城市供水管網調度無線遠程監(jiān)控功能，主要目的是降低生產成本、解決自來水公司對供水各環(huán)節(jié)監(jiān)測點的數據采集和監(jiān)控問題。

3 GPRS無線遠程系統(tǒng)介紹
GPRS 是通用分組無線業(yè)務（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據承載業(yè)務。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)的網絡組成為：
1）終端數據采集設備和無線數據終端DTU；
2）傳輸網絡選中國移動GPRS無線網絡；
3）數據業(yè)務中心配有實時數據收發(fā)服務器、實時數據庫服務器及用戶控制操作界面等。
基于GPRS無線數據傳輸系統(tǒng)結構見圖2。

3.1 數據中心接入GPRS網絡介紹
GPRS DTU 數據傳輸模塊是基于GPRS 網絡的數據接口設備，符合IS-95A、IS-95B GPRS空中接口標準，通過RS232或RS485串行口直接與行業(yè)應用設備連接。即插即用，連接簡單，可在數據中心和現(xiàn)場進行設置。
如圖2所示，RTU 采集設備通過GPRS DTU 通訊模塊與數據監(jiān)控中心主機進行數據通訊，數據監(jiān)控中心必須接入GPRS網絡才能實現(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。限于篇幅，這里只介紹通過固定公網IP連接的方法。
通過固定的公網IP連接方式與ADSL撥號獲得公網動態(tài)IP地址連接方式類似，很多公司都有一臺連接Internet 的服務器，并有固定的公網IP 地址，一般考慮到服務器的穩(wěn)定運行問題，通常不允許在服務器上安裝其他應用軟件。通過NAT 端口映射方式，數據中心系統(tǒng)可以作為內網中的一臺服務器實現(xiàn)與現(xiàn)場采集點GPRS DTU之間的數據通信。
移動公司也不必為每一臺GPRS DTU 分配固定IP地址，DTU連接GPRS 網絡后，所分配的IP 地址是動態(tài)的，在這種情況下，數據中心根據每臺DTU的ID號進行注冊和通訊，不必擔心由于DTU 掉線后上線再次分配的動態(tài)IP 不同而不能與數據中心取得聯(lián)系。
數據傳輸模式分為：
1）永遠在線模式；
2）定時傳輸模式；
3）中心呼叫模式（輪巡方式）；
4）數據觸發(fā)模式。
數據中心DSC 系統(tǒng)軟件采用北京亞控組態(tài)王6.52版本。
3.2 GPRS計費方式
借助移動智能計費平臺，GPRS可實現(xiàn)靈活的計費方式：
1）按信息傳輸流量計費；
2）按包月形式計費。
用戶可根據每月每終端所需采集的數據量，選擇合適的計費方式。按照信息產業(yè)部相關資費的規(guī)定，以上兩種計費方式的具體費用對行業(yè)用戶是相對優(yōu)惠的。
4 變頻器無線聯(lián)網監(jiān)控方案
在變頻器無線聯(lián)網監(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器進行處理。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，利用電話線傳送數據往往事倍功半，通過GPRS無線網絡進行數據傳輸，成為變頻器選擇的通信手段之一。變頻器設備可將實時的運行狀態(tài)和告警信息通過GPRS無線網絡同時發(fā)送到多個監(jiān)測部門，實現(xiàn)對系統(tǒng)的及時管理?？颇俘堊冾l器通過無線DTU與網絡數據中心建立連接，從而數據中心可以遠程對變頻器實時管理。
4.1 電氣原理
整體方案電氣原理見圖3。變頻器是整個恒壓供水系統(tǒng)的核心部分，選用科姆龍KV2000無感矢量變頻器，功率110 kW。圖3 中，水泵電機是輸出環(huán)節(jié)，轉速由變頻器控制，實現(xiàn)變流量恒壓控制。壓力傳感器檢測管網出水壓力，把信號傳給PID控制器，通過PID控制器調節(jié)變頻器的頻率來控制水泵的轉速，實現(xiàn)了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。由于變頻器內置了豐富的
PID調節(jié)功能，調節(jié)平穩(wěn)且為用戶省去外置PID 控制的投資。
現(xiàn)場監(jiān)控點采集的數據經GSM 網絡空中接口功能模塊同時對實時數據進行解碼處理，轉換成在公網數據傳送的格式，通過中國移動的GPRS 無線數據網絡進行傳輸，最終傳送到監(jiān)控中心（其IP 地址已指定）。比如，科姆龍廠家技術支持在深圳總部，通過GPRS無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)即可對安裝在全國甚
至是全世界各地的變頻器進行無線監(jiān)控。

4.2 變頻器主要參數設置
科姆龍GPRS無線遠程控制變頻器主要參數設置如表1所列。
5 GPRS 無線遠程監(jiān)控變頻恒壓供水的優(yōu)點
實踐證明，使用了GPRS 無線遠程監(jiān)控變頻器供水后，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，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）城市供水調度監(jiān)控系統(tǒng)可以對遠程現(xiàn)場的運
行設備進行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)管道壓力、水流量的數據傳送及閥門開關的自動控制，降低了故障率和提高了對系統(tǒng)的反應時間，便于及時迅速地了解及控制遠端管道及閥門，降低故障率和檢修的時間，減少停水次數。
6 結語
由于科姆龍變頻節(jié)能系統(tǒng)采用GPRS 通訊技術，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注。變頻器無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)是信息技術與基礎工業(yè)控制的完美結合，它融合了計算機IP技術，TC/TIP 網絡技術，GPRS無線通訊技術，電力電子技術，過程控制技術和計算機組態(tài)軟件技術，是未來遠程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向，它涉及了計算機領域多種學科前沿，其突出優(yōu)點在于不受距離的限制，且控制可靠。

作者簡介：

    聶輝，男，福建國防工業(yè)技術學院機電一體化專業(yè)畢
業(yè)，長期從事變頻器與傳動領域節(jié)能改造的設計、安裝、調
試、維護及銷售工作。

參考文獻：

    [1] 科姆龍電氣（亞洲）有限公司.KV2000 無感矢量變頻器
用戶使用說明書[Z].
[2] 深圳市宏電技術開發(fā)有限公司. 無線DDN 通信系統(tǒng)
H7710DTU 使用說明書[Z].