一、引言 艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司基于動力環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)（PSMS）的能源一體化解決方案，正在朝著集成化、模塊化方向發(fā)展。艾默生公司TD2100供水專用變頻器做為智能設(shè)備接入到PSMS集中監(jiān)控系統(tǒng)中,便于集中管理,綜合控制，以及故障告警的及時有效處理。充分利用艾默生TD2100供水專用變頻器強大的通信聯(lián)網(wǎng)功能，逐步實現(xiàn)供水泵站的少人或無人值守，已成為供水系統(tǒng)實現(xiàn)供水壓力集中監(jiān)控的一個必不可少的部分，也是艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司一體化柔性解決方案的一種具體體現(xiàn)。 隨著高層建筑逐年增加，傳統(tǒng)的采用水箱或水塔供水方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代供水行業(yè)的要求。日常的生活用水經(jīng)常是隨時間而變化的，因季節(jié)、晝夜相差很大，用水和供水的不平衡集中表現(xiàn)在水壓上，如果用水多而供水少則水壓低，造成用水不便；用水少而供水多則水壓高，造成能源的浪費。如何能夠根據(jù)管網(wǎng)壓力的變化進(jìn)行智能化和數(shù)字化的調(diào)節(jié)和控制，以保障供水系統(tǒng)的響應(yīng)速度和供水質(zhì)量，達(dá)到供、用水的平衡是關(guān)鍵。 艾默生公司的TD2100變頻器是集變頻和智能供水控制于一體的恒壓供水專用變頻器。它用恰當(dāng)?shù)乃秒娍胤桨竵砣〈^(qū)住宅和商業(yè)大廈樓頂水箱或水塔,實現(xiàn)水泵電機無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求，是目前較先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。采用以小區(qū)或社區(qū)為統(tǒng)一整體的供水方案，會使設(shè)備的利用率及節(jié)能比例大大提高，并減少初始投資和占地面積。TD2100供水專用變頻器以其環(huán)保、節(jié)能和供水質(zhì)量高等優(yōu)點在供水行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，其中，武漢市二次供水公司小區(qū)供水壓力集中監(jiān)控系統(tǒng)就是一個典型的應(yīng)用。 二、TD2100供水專用變頻器在武漢二次供水PSMS集中監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)方案 根據(jù)武漢市二次供水公司的技術(shù)要求，PSMS集中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計規(guī)模如下： ● 武漢市二次供水公司設(shè)立監(jiān)控中心，并設(shè)置監(jiān)控主機； ● 監(jiān)控中心目前監(jiān)控3個小區(qū)供水站，分別為漢口2個、武昌1個； 按照監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)要求和傳輸資源情況，確定采用目前常用的公共電話網(wǎng)PSTN（Public Switched Telephone Network）做為傳輸資源。通過PSTN撥號MODEM輪詢的方式，將監(jiān)控信息通過MOXA多串口卡接入監(jiān)控主機。在變頻器分布區(qū)域較廣，且需要集中監(jiān)視和控制，但布線較困難，而有備用電話線使用時，這是一種理想的解決方案。利用PSMS集中監(jiān)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)對各供水站內(nèi)的TD2100供水專用變頻器等智能設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)控制。實時監(jiān)視各供水站中智能變頻器的運行參數(shù)，包括輸出電壓、輸出電流、輸出頻率、輸出轉(zhuǎn)矩、管網(wǎng)壓力反饋值等重要參數(shù)；并能實現(xiàn)對變頻器的參數(shù)修改，功能控制；當(dāng)供水系統(tǒng)或變頻器發(fā)生故障時，通過MODEM自動撥號功能，自動啟動預(yù)先設(shè)定的電話號碼和信息，及時通知設(shè)備維護人員進(jìn)行相應(yīng)處理，可以方便地實現(xiàn)供水站的無人值守。 艾默生TD2100供水專用變頻器做為一種智能設(shè)備接入到PSMS集中監(jiān)控系統(tǒng)中，其組網(wǎng)方式如下圖所示： 在各供水站的SDA-1采集器是由SDA-IO和SDA-OCE兩部分組成，有內(nèi)置MODEM卡。SDA-1采集器除了通過SDA-IO監(jiān)測10路AI/DI及3路DO以外，還能夠通過SDA-OCE實時地采集底端TD2100智能變頻器的運行數(shù)據(jù)，并按照郵電總局規(guī)定的協(xié)議（YDN23協(xié)議）和數(shù)據(jù)規(guī)范與PSMS集中監(jiān)控中心進(jìn)行通信。 該組網(wǎng)方案具有以下幾個顯著優(yōu)點： 1.系統(tǒng)組網(wǎng)簡單，簡化了布線，降低了安裝和維護成本。 2.造價低，組網(wǎng)靈活，易于擴充，公共電話網(wǎng)PSTN撥號、專線方式可選。 3.利用MOXA多串口擴展卡來擴展計算機串口，可以根據(jù)實際需要的串口數(shù)量來靈活擴充串口板的數(shù)量，一臺監(jiān)控主機最多可擴展到4塊PCI卡共128個串口，能夠滿足絕大多數(shù)的需要。 4.MOXA C320系列智能型多串口卡帶有2個CPU，大大提升了數(shù)據(jù)的傳輸速率。 5.MOXA多串口擴展卡的模塊化構(gòu)造，使系統(tǒng)升級擴容等對串口擴展靈活。而且各模塊、各串口之間是“相對獨立”的，即便一個串口損壞也不會影響到其他串口，導(dǎo)致其他串口都不可用，避免了“滾雪球”效應(yīng)。 6.注意MODEM需要成對使用；且常將位于監(jiān)控中心的MODEM設(shè)置為自動應(yīng)答方式（ATS0≠0），而端局供水站側(cè)的MODEM應(yīng)設(shè)置為上電自動撥號且掉線自動重?fù)堋? 三、TD2100供水專用變頻器的通信協(xié)議格式 艾默生TD2100供水專用變頻器帶有標(biāo)準(zhǔn)的RS485通信接口：異步，半雙工。在通信過程中，一般是變頻器做為從機，而PC機（監(jiān)控主機）做為主機。 采用主機“輪詢”，從機“應(yīng)答”的點對點通信方式。 3.1 協(xié)議幀格式 艾默生TD2100供水專用變頻器采用不定長ASCII碼通信協(xié)議。數(shù)據(jù)格式如下圖所示： 其中，校驗位可以是無校驗（NONE）、奇校驗（ODD）或偶校驗（EVEN），相應(yīng)地也就有三種數(shù)據(jù)格式。數(shù)據(jù)在串行異步通信過程中，是以數(shù)據(jù)包的形式，一幀一幀發(fā)送的。異步傳輸幀結(jié)構(gòu)如下圖所示： 在異步傳輸幀結(jié)構(gòu)中幀頭為～（7EH）；幀尾為0DH；從機地址（變頻器地址）的設(shè)定范圍為0～126，7FH（127）為廣播通信地址，各變頻器從機收到廣播地址時不必應(yīng)答，但所有從機都要響應(yīng)該命令；命令區(qū)/響應(yīng)區(qū)是指主機發(fā)生的命令和從機對命令的應(yīng)答；索引區(qū)是對命令區(qū)所發(fā)命令的進(jìn)一步解釋和補充，例如：同樣是變頻器停機命令，是正常停機、自由停機還是緊急停機，就要在索引區(qū)加以區(qū)別；數(shù)據(jù)區(qū)則代表了變頻器的設(shè)定頻率、運行頻率、輸出電壓、輸出電流、當(dāng)前壓力值等參數(shù)值；校驗和是指從“從機地址”到數(shù)據(jù)區(qū)“運行數(shù)據(jù)”的全部字節(jié)轉(zhuǎn)換為ASCII碼的連續(xù)累加和；稱該協(xié)議為不定長ASCII碼通信協(xié)議，是因為在串行通信傳輸?shù)膯蝹€異步串行幀長度最長為18字節(jié)，而有些控制命令僅為14字節(jié)長，例如：1#變頻器的開機命令格式為：7E0102000001830D，就只有14個字節(jié)。在發(fā)送過程中，幀頭（7EH）和幀尾（0DH）直接以十六進(jìn)制發(fā)送，中間字節(jié)要先轉(zhuǎn)換成ASCII碼，再按先高位后低位的順序發(fā)送。 3.2 通信參數(shù)的設(shè)置 艾默生TD2100供水專用變頻器的主要通信參數(shù)設(shè)定，如下表所示： 四、武漢市自來水公司TD2100恒壓供水系統(tǒng)的基本功能 4.1 TD2100供水專用變頻器的功能及特點 艾默生TD2100供水專用變頻器是集供水控制和供水管理一體化的智能變頻器。內(nèi)置供水專用PID調(diào)節(jié)器，只需加一只壓力傳感器，即可方便地組成供水閉環(huán)控制系統(tǒng)。傳感器反饋的水壓信號直接送入變頻器自帶的PID調(diào)節(jié)器輸入口，而壓力設(shè)定既可以使用變頻器的鍵盤在本地設(shè)定，也可以采用一只電位器以模擬量的形式送入。每日可設(shè)定多段壓力運行，以適應(yīng)供水壓力的變化。TD2100供水專用變頻器的主要功能有： • TD2100供水專用變頻器=PLC+變頻囂+PID調(diào)節(jié)器 • 全面供水解決方案，靈活配置常規(guī)泵、消防泵、休眠泵、排污泵，便于實現(xiàn)水泵房全面自動化 • 循環(huán)泵方式：4臺 固定泵方式：7臺變頻泵固定方式最多可以控制7臺泵，可選擇“先開先關(guān)”和“先開后關(guān)”（適用泵容量不用場合）2種水泵關(guān)閉順序。變頻泵循環(huán)方式最多可以控制4臺泵，系統(tǒng)以“先開先關(guān)”的順序關(guān)泵。 • 用戶指定—設(shè)置功能，可實現(xiàn)周末節(jié)假日等 • 6段特定日供水壓力控制 • 消防輸入和控制功能，即使變頻器故障時，仍能自動啟動消防泵 • 內(nèi)置進(jìn)水池、污水池水位檢測電路和邏輯控制電路，無須外加水位開關(guān) • 管網(wǎng)超/欠壓、火警/水池缺水等多種輸入與檢測保護，可保障供水系統(tǒng)安全 • 故障自動電話撥號功能，方便實現(xiàn)泵房無人職守運行 4.2 TD2100供水專用變頻器運行狀態(tài)實時監(jiān)測及控制 PSMS集中監(jiān)控系統(tǒng)能夠完成對端局變頻器及環(huán)境的實時遙測（YC）、遙信（YX）、遙控（YK）和遙調(diào)（YT）的“四遙”功能，實時監(jiān)視所有變頻器的運行狀態(tài)，監(jiān)視供水站的環(huán)境狀況，記錄和分析相關(guān)監(jiān)控數(shù)據(jù)，達(dá)到對各地市供水站及環(huán)境的實時集中監(jiān)控。下圖是在武漢市監(jiān)控中心的監(jiān)控主機上顯示的萬松園供水站TD2100供水專用變頻器的實時運行界面。 監(jiān)控中心是整個PSMS集中監(jiān)控系統(tǒng)的管理中心，主要完成全網(wǎng)的監(jiān)控信息的統(tǒng)計處理及分析。監(jiān)控中心主要由監(jiān)控主機、服務(wù)器、打印機及相關(guān)附屬設(shè)備所組成。監(jiān)控主機是監(jiān)控中心的系統(tǒng)監(jiān)控平臺，主要負(fù)責(zé)所屬被監(jiān)控供水站的監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)收集、分析、統(tǒng)計整理功能，監(jiān)控主機同時具有歷史數(shù)據(jù)保存和基本的告警功能。監(jiān)控主機軟件主要包括四個功能模塊：監(jiān)控模塊、報表模塊、管理模塊及告警模塊。監(jiān)控模塊指位于各個供水站的采集設(shè)備，主要完成變頻器、智能電量表、壓力反饋信號等監(jiān)控對象的數(shù)據(jù)采集和控制，直接與監(jiān)控對象相連接；報表模塊完成基本的供水站監(jiān)控信息的查詢、統(tǒng)計、及打印功能；管理模塊主要完成人員管理和系統(tǒng)配置管理；告警模塊主要完成系統(tǒng)的告警管理功能。 • 實時監(jiān)視功能 主要是TD2100變頻器從機運行參數(shù)的實時監(jiān)視，包括輸出電壓，輸出電流，輸出頻率，輸出轉(zhuǎn)矩，實時壓力反饋值等重要參數(shù)。 實時采集供水站設(shè)備的監(jiān)控信息，并送往監(jiān)控主機； 實時接受和執(zhí)行來自監(jiān)控主機的監(jiān)測和控制命令； 對被監(jiān)控智能設(shè)備（主要包括TD2100智能變頻器、智能電表），以串行接口的方式收集告警信息和發(fā)送監(jiān)測和控制命令。 • 參數(shù)設(shè)置和控制功能 主要是通過監(jiān)控主機遠(yuǎn)程對各供水站的TD2100變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和控制。在監(jiān)控中心實現(xiàn)對端局供水站變頻器的開機、停機、故障復(fù)位、自由停車、緊急停車、設(shè)置當(dāng)前運行頻率給定、設(shè)置當(dāng)前運行壓力指令等。 • 報表功能 監(jiān)控主機對實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)提供報表功能，主要功能包括： 顯示及打印當(dāng)前指定TD2100變頻器的運行數(shù)據(jù)； 顯示及打印所指定的某一關(guān)鍵信號量的曲線； 顯示及打印指定TD2100變頻器的統(tǒng)計數(shù)據(jù)； 顯示及打印某一時間段的操作記錄。 • 管理功能 管理功能主要包括系統(tǒng)設(shè)置和人員權(quán)限管理兩部分。系統(tǒng)設(shè)置主要用于對監(jiān)控主機工作參數(shù)的設(shè)置。人員權(quán)限管理主要是針對不同的工作人員分配不同等級的管理權(quán)限，包括系統(tǒng)管理權(quán)限，控制權(quán)限及操作權(quán)限。 軟件系統(tǒng)的設(shè)計對系統(tǒng)管理和維護人員進(jìn)行多級權(quán)限分類以區(qū)分限制各級別用戶對系統(tǒng)的訪問和操作能力，保證系統(tǒng)操作的安全性； • 數(shù)據(jù)存儲管理功能 PSMS集中監(jiān)控系統(tǒng)對采集的TD2100變頻器實時數(shù)據(jù)根據(jù)系統(tǒng)的需要進(jìn)行存儲管理，主要包括： 關(guān)鍵數(shù)據(jù)定時存儲機制； 告警信息的存儲； 用戶操作記錄的存儲等； • 故障告警處理功能 在PSMS監(jiān)控維護中心，監(jiān)控系統(tǒng)能及時檢測和報告各供水站TD2100變頻器的異常情況。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)能夠自動提示告警。通過聲、光和醒目的告警提示窗口等多種手段及時反映告警信息，并能通過MODEM自動撥打預(yù)先設(shè)定好的電話或手機號碼，方便調(diào)度人員報各部門及時處理。 監(jiān)控系統(tǒng)為用戶對系統(tǒng)所做的管理和維護操作進(jìn)行跟蹤記錄，為系統(tǒng)日后出現(xiàn)運行事故提供輔助分析功能以追究相關(guān)的事故責(zé)任。同時系統(tǒng)進(jìn)行在線運行狀態(tài)診斷和監(jiān)測，能及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)各功能單元故障情況，便于系統(tǒng)故障的維護處理； 五、結(jié)束語 武漢市自來水廠在采用了艾默生TD2100供水專用變頻器進(jìn)行變頻恒壓供水控制后,取得了十分明顯的節(jié)能效果。首先,在設(shè)計、施工中徹底取代了高位水箱、水池、水塔供水等傳統(tǒng)的供水方式，消除了水質(zhì)的二次污染；其次，該廠的供水調(diào)峰能力明顯提高，不僅對一天內(nèi)的中午和晚上的生活用水高峰，而且對由于天氣情況引起的綠化用水高峰和時間不確定的基建用水高峰，都能正確自動調(diào)節(jié)，消除了主管網(wǎng)壓力波動，提高了供水質(zhì)量；第三，大大降低了開泵、切泵和停泵的次數(shù)，減少了對設(shè)備的沖擊，延長了設(shè)備的使用壽命；第四，艾默生TD2100供水專用變頻器做為一種智能設(shè)備接入到PSMS集中監(jiān)控系統(tǒng)中, 實現(xiàn)了對變頻器運行狀態(tài)的實時監(jiān)測、告警信息的實時上報，以及對被控制對象的運行參數(shù)設(shè)置和遠(yuǎn)程控制。總之，利用艾默生TD2100供水專用變頻器的遠(yuǎn)程通信組網(wǎng)功能，逐步實現(xiàn)供水泵站的少人或無人值守，已成為供水系統(tǒng)實現(xiàn)供水壓力集中監(jiān)控的一種發(fā)展趨勢。 主要參考文獻(xiàn)： [1] TD2100系列供水專用變頻器 用戶手冊； [2] TD2100系列供水專用變頻器 技術(shù)手冊； [3] 武漢二次供水監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)建議書； [4] 艾默生TD2100供水專用變頻器串行接口通訊協(xié)議（V1.30）