水泵现场测试系统的应用研究

作者简介：商明华（1979-），男，江苏兴化人，硕士研究生，主要从事泵辅助软件的开发及泵设计联系方法，手机[phone]），QQ（34440590）水泵现场测试系统的应用研究商明华1,2，施卫东1，张德胜1，汤旭2（1、江苏大学，江苏镇江，212013；2、上海义维流体科技有限公司，上海，200063）摘要：介绍一种适用于现场测试系统，本系统利用最新物联网ZigBee技术，开发出能够远程发送、接受测试信号的水泵测试系统，利用基础数据及测试数据进行能效分析的一种综合应用系统。该系统能够适应现场仪器仪表间隔距离远、仪器仪表数量多、管路系统布置复杂的工况条件，同时测试系统具有携带和安装快捷等特点。关键词:泵无线测试，泵能耗分析，泵站管理，测试台StudyonpumpwirelesstestandapplicationofenergyefficiencyassessmentsystemSHANGMing-hua1,2,SHIWei-dong1,ZHANGDe-sheng1,TANGXu2(1.JiangsuUniversity.Zhenjiang.212013;2.ShanghaiEvenFluidTechnologyCo.,Ltd.Shanghai.200063)Abstract:Atestingsystemsuitbleforworkfieldwasintroducedinthispaper,whichisacomprehensivepraticalsystemapplingbasicdataandtestingdataforefficiencyestimation.ThelatestInternetofThingstechnologyZigBeewasadoptedtoenblethesystemtosendandreceivetestingsignalremotely.Thesystemalsocanadapttoon-siteinstrumentswithintervaldistance,hugenumbersofinstrumentsandcomplexpipelinesystem,whichisalsoconvinienttocarryandinstall.Keywords:pumpwirelesstest,theenergyconsumptionanalysisofpumps,managementofpumpingstation,testbed.1、前言泵是一种通用机械，广泛应用于农业排灌、污水处理、火力发电、石油化工、船舶工业、建筑设备、航空航天、火电核电等行业。随着科学技术的发展，泵的应用领域还在不断扩大，对水泵运行的各项参数指标也越来越严格。在国内，由于计算机技术的约束，泵测试技术的发展相对较慢，到21世纪初，伴随着电子技术、传感器技术、计算机技术、自动控制技术的飞跃发展，我国泵自动测试技术取得了一定的进步。现有测试系统都采用有线传输采集信号，通过二次仪表转换到计算机接口，存在接线及排线复杂的缺点。随着十二五提出节能减排指标后，水泵节能改造的需求增多，这样就迫切需要一种能够适应在现场复作者简介：商明华（1979-），男，江苏兴化人，硕士研究生，主要从事泵辅助软件的开发及泵设计联系方法，手机[phone]），QQ（34440590）杂情况下（不受空间距离的影响），对现场运行水泵进行测试的系统。本文正是在这种背景下，针对水泵现场测试的特点，结合最新物联网ZigBee技术，成功开发出泵无线测试及能效分析系统。此系统的开发是水泵测试技术、无线网络技术、计算技术的一次成功融合，为水泵测试提供了一种新的手段，将会在水泵现场测试及节能改造中发挥应有的作用。2、系统结构及功能实现2.1系统结构泵无线测试及能效分析系统主要以.NET为编程语言，ZigBee标准为组网模式，MODBUS-RTU通讯协议等，结合数据库进行水泵测试数据的采集、处理、分析及管理。系统的结构，如图1所示。图1系统结构图2.2数据库的建立本文利用Microsoft.NET作为开发工具，结合XML可扩展语言的Web服务和应用程序进行布局。数据库采用Access数据库，Access是微软（Microsoft）公司于1994年推出的一种基于Windows的桌面关系数据库管理系统（RDBMS）；其配置简单、移植方便、但访问率比较低，适合中、小型软件系统。图2是数据系统结构。图2数据库系统2.3ZigBee无线传输基站作者简介：商明华（1979-），男，江苏兴化人，硕士研究生，主要从事泵辅助软件的开发及泵设计联系方法，手机[phone]），QQ（34440590）ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个ZigBee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。ZigBee网络主要特点是低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee端站由一片带SPI™接口的PIC18F4620单片机、一个由Chipcon生产的CC2420RF收发器和天线组成。如图3所示。控制器通过SPI总线和与RF收发器相连。控制器充当SPI主器件而RF收发器充当从器件。图3ZigBee端站控制器实现了IEEE802.15.4MAC层和ZigBee协议层。它还包含了特定应用的逻辑和A/D转换，使用SPI总线与RF收发器交互，仪表输出的4～20mA、0～5V等信号，经采样电阻后进行A/D转换将模拟量转变为数字量，并通过CC2420发送和接收来实现与ZigBee中心的通信；而如果信号传输RS485数字信号时，ZigBee可以直接发送与接收。ZigBee系统工作组网示意图，如图4所示作者简介：商明华（1979-），男，江苏兴化人，硕士研究生，主要从事泵辅助软件的开发及泵设计联系方法，手机[phone]），QQ（34440590）图4ZigBee系统组网示意图2.4无线信号的连接无线信号的连接工作，主要在水泵测试系统布置前期完成；当设备调试成功后，用户只要不进行设备的更换，任何时候使用都无需再进行信号连接测试。如图5所示，是模拟量通讯测试界面，通讯端口一般为4～20mA，在设备上为1和2两个进口，以及一个GND公共接地口。图6是，该段功能的主要流程图。图5模拟量通讯测试界面图6模拟量通讯测试流程下面是模拟量通讯测试主要代码。作者简介：商明华（1979-），男，江苏兴化人，硕士研究生，主要从事泵辅助软件的开发及泵设计联系方法，手机[phone]），QQ（34440590）publicoverridebyte[]BuildSendMessage(){bytefunc=4;ushortstart;ushortregisters;if(enablePoll1&&enablePoll2){start=0;registers=2;}elseif(enablePoll1&&!enablePoll2){start=0;registers=1;}elseif(!enablePoll1&&enablePoll2){start=1;registers=1;}else{returnnull;}byte[]message=newbyte[8];message[0]=address;message[1]=func;message[2]=(byte)(start8);message[3]=(byte)start;message[4]=(byte)(registers8);message[5]=(byte)registers;returnmessage;}2.5动态显示的设计在水泵测试过程中，为了方便测试及数据的采集，需要同步显示系统中所有采集信号的值，而且这个值是在一定时间内不断刷新变化的，所以需要动态显示当前数据值。图7是本系统中数据动态显示的UI界面。图7动态显示的UI界面作者简介：商明华（1979-），男，江苏兴化人，硕士研究生，主要从事泵辅助软件的开发及泵设计联系方法，手机[phone]），QQ（34440590）为了减少代码的重用，维护和调用，需要使用到DEV用户控件。DEV用户控件（UserControl）为程序员提供了创建和重用自定义图形界面的方法。用户控件本质上是具有可视化表示形式的组件，可以包含一个或多个Windows窗体控件、组件或代码块。下面的代码，就是用于数据动态显示的用户控件的定义：internalpartialclassUserGaugeControl:UserControl下面的代码，是调用用户代码的主要代码：UserGaugeControlsControl=newUserGaugeControl(gaugeParas,false);sControl.Height=90;sControl.Width=170;sControl.BorderStyle=System.Windows.Forms.BorderStyle.Fixed3D;this.flowLayoutPanel1.Controls.Add(sControl);UserGaugeDict[gaugeParas.MeasureName]=sControl;2.6数据平均值处理本系统采用的方法是最近的十次瞬间值的平均值，为此，需要使用数据结构：队伍(Queue)。在队列这种数据结构中，最先插入的元素将是最先被删除的元素；反之最后插入的元素将是最后被删除的元素，因此队列又称为“先进先出”（FIFO—firstinfirstout）的线性表。下面就是用于取平均值的队伍的定义：privateQueuedoublevalueQuque=newQueuedouble();向队伍中添加瞬间值的代码如下:valueQuque.Enqueue(rCurrentValue);if(valueQuque.CountMaxQuequeLength){valueQuque.Dequeue();}取平均值的代码如下：averageValue=valueQuque.Average();3、系统在实际测试中的应用与分析本系统在广州顺德自来水厂进行过实际应用，现场测试总共33台水泵，由于篇幅有限，本文只选其中一台水泵进行应用说明。水泵是德国原装进口双吸泵，参数见表1。作者简介：商明华（1979-），男，江苏兴化人，硕士研究生，主要从事泵辅助软件的开发及泵设计联系方法，手机[phone]），QQ（34440590）表1羊额水厂机组情况机组厂家型号扬程(m)转速(r/min)流量(m3/h)进口压力表管径(m)出口压力表管径(m)1#德国KSB350-510A6014802500420600表2是羊额1#水泵的现场测试数据，图8是现场测试性能曲线与该水泵理论曲线的对比图。表2羊额1#泵数据（按95%电机效率计算出泵效率）流量(m3/h)扬程(m)功率(kW)机组效率(%)泵效率(%)079.96360.8900.00871.0375.74409.1143.8646.171153.972.64425.6953.5656.381334.570.55433.4959.0862.191358.771.09433.4860.6163.801558.967.48444.1264.4267.811581.267.1444.1264.9968.411735.864.45452.9367.1870.722026.361.02470.5571.4875.242072.960.67477.4271.6675.432215.557.63485.2271.5875.35222357.64485.2271.8375.612247.357.65485.2172.6376.452489.952.72497.0271.8375.612508.551.98499.9870.9474.