一、引言
艾默生網絡能源有限公司基于動力環境集中監控系統(PSMS)的能源一體化解決方案，正在朝著集成化、模塊化方向發展。艾默生公司TD2100供水專用變頻器做為智能設備接入到PSMS集中監控系統中,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網功能，逐步實現供
水泵站的少人或無人值守，已成為供水系統實現供水壓力集中監控的一個必不可少的部分，也是艾默生網絡能源有限公司一體化柔性解決方案的一種具體體現。
隨著高層建筑逐年增加，傳統的采用水箱或水塔供水方式已經不能滿足現代供水行業的要求。日常的生活用水經常是隨時間而變化的，因季節、晝夜相差很大，用水和供水的不平衡集中表現在水壓上，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。如何能夠根據管網壓力的變化進行智能化和數字化的調節和控制，以保障供水系統的響應速度和供水質量，達到供、用水的平衡是關鍵。
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。它用恰當的水泵電控方案來取代小區住宅和商業大廈樓頂水箱或水塔,實現水泵電機無級調速，依據用水量的變化自動調節系統的運行參數，在用水量發生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求，是目前較先進、合理的節能型供水系統。采用以小區或社區為統一整體的供水方案，會使設備的利用率及節能比例大大提高，并減少初始投資和占地面積。TD2100供水專用變頻器以其環保、節能和供水質量高等優點在供水行業中得到了廣泛的應用，其中，武漢市二次供水公司小區供水壓力集中監控系統就是一個典型的應用。
二、TD2100供水專用變頻器在武漢二次供水PSMS集中監控系統的組網方案
根據武漢市二次供水公司的技術要求，PSMS集中監控系統設計規模如下：
● 武漢市二次供水公司設立監控中心，并設置監控主機；
● 監控中心目前監控3個小區供水站，分別為漢口2個、武昌1個；
按照監控系統技術要求和傳輸資源情況，確定采用目前常用的公共電話網PSTN(Public Switched Telephone Network)做為傳輸資源。通過PSTN撥號MODEM輪詢的方式，將監控信息通過MOXA多串口卡接入監控主機。在變頻器分布區域較廣，且需要集中監視和控制，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集中監控系統，可實現對各供水站內的TD2100供水專用變頻器等智能設備的聯網控制。實時監視各供水站中智能變頻器的運行參數，包括輸出電壓、輸出電流、輸出頻率、輸出轉矩、管網壓力反饋值等重要參數；并能實現對變頻器的參數修改，功能控制；當供水系統或變頻器發生故障時，通過MODEM自動撥號功能，自動啟動預先設定的電話號碼和信息，及時通知設備維護人員進行相應處理，可以方便地實現供水站的無人值守。
艾默生TD2100供水專用變頻器做為一種智能設備接入到PSMS集中監控系統中，其組網方式如下圖所示：
在各供水站的SDA-1采集器是由SDA-IO和SDA-OCE兩部分組成，有內置MODEM卡。SDA-1采集器除了通過SDA-IO監測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據，并按照郵電總局規定的協議(YDN23協議)和數據規范與PSMS集中監控中心進行通信。
該組網方案具有以下幾個顯著優點：
1. 系統組網簡單，簡化了布線，降低了安裝和維護成本。
2. 造價低，組網靈活，易于擴充，公共電話網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，可以根據實際需要的串口數量來靈活擴充串口板的數量，一臺監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，大大提升了數據的傳輸速率。
5. MOXA多串口擴展卡的模塊化構造，使系統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，導致其他串口都不可用，避免了“滾雪球”效應。
6. 注意MODEM需要成對使用；且常將位于監控中心的MODEM設置為自動應答方式(ATS0≠0)，而端局供水站側的MODEM應設置為上電自動撥號且掉線自動重撥。
三、TD2100供水專用變頻器的通信協議格式
艾默生TD2100供水專用變頻器帶有標準的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(監控主機)做為主機。 采用主機“輪詢”，從機“應答”的點對點通信方式。
3.1 協議幀格式
艾默生TD2100供水專用變頻器采用不定長ASCII碼通信協議。數據格式如下圖所示：
其中，校驗位可以是無校驗(NONE)、奇校驗(ODD)或偶校驗(EVEN)，相應地也就有三種數據格式。數據在串行異步通信過程中，是以數據包的形式，一幀一幀發送的。異步傳輸幀結構如下圖所示：
在異步傳輸幀結構中幀頭為～（7EH）；幀尾為0DH；從機地址(變頻器地址)的設定范圍為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答，但所有從機都要響應該命令；命令區/響應區是指主機發生的命令和從機對命令的應答；索引區是對命令區所發命令的進一步解釋和補充，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，就要在索引區加以區別；數據區則代表了變頻器的設定頻率、運行頻率、輸出電壓、輸出電流、當前壓力值等參數值；校驗和是指從“從機地址”到數據區“運行數據”的全部字節轉換為ASCII碼的連續累加和；稱該協議為不定長ASCII碼通信協議，是因為在串行通信傳輸的單個異步串行幀長度最長為18字節，而有些控制命令僅為14字節長，例如：1#變頻器的開機命令格式為：7E0102000001830D，就只有14個字節。在發送過程中，幀頭（7EH）和幀尾（0DH）直接以十六進制發送，中間字節要先轉換成ASCII碼，再按先高位后低位的順序發送。
3.2 通信參數的設置
艾默生TD2100供水專用變頻器的主要通信參數設定，如下表所示：
四、武漢市自來水公司TD2100恒壓供水系統的基本功能
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。內置供水專用PID調節器，只需加一只壓力傳感器，即可方便地組成供水閉環控制系統。傳感器反饋的水壓信號直接送入變頻器自帶的PID調節器輸入口，而壓力設定既可以使用變頻器的鍵盤在本地設定，也可以采用一只
電位器以模擬量的形式送入。每日可設定多段壓力運行，以適應供水壓力的變化。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調節器
· 全面供水解決方案，靈活配置常規泵、消防泵、休眠泵、排污泵，便于實現水泵房全面自動化
· 循環泵方式：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”和“先開后關”（適用泵容量不用場合）2種水泵關閉順序。變頻泵循環方式最多可以控制4臺泵，系統以“先開先關”的順序關泵。
· 用戶指定—設置功能，可實現周末節假日等
· 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
· 內置進水池、污水池水位檢測電路和邏輯控制電路，無須外加水位開關
· 管網超/欠壓、火警/水池缺水等多種輸入與檢測保護，可保障供水系統安全
· 故障自動電話撥號功能，方便實現泵房無人職守運行
4.2 TD2100供水專用變頻器運行狀態實時監測及控制
PSMS集中監控系統能夠完成對端局變頻器及環境的實時遙測(YC)、遙信(YX)、遙控(YK)和遙調(YT)的“四遙”功能，實時監視所有變頻器的運行狀態，監視供水站的環境狀況，記錄和分析相關監控數據，達到對各地市供水站及環境的實時集中監控。下圖是在武漢市監控中心的監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。
監控中心是整個PSMS集中監控系統的管理中心，主要完成全網的監控信息的統計處理及分析。監控中心主要由監控主機、服務器、打印機及相關附屬設備所組成。監控主機是監控中心的系統監控平臺，主要負責所屬被監控供水站的監控設備的數據收集、分析、統計整理功能，監控主機同時具有歷史數據保存和基本的告警功能。監控主機軟件主要包括四個功能模塊：監控模塊、報表模塊、管理模塊及告警模塊。監控模塊指位于各個供水站的采集設備，主要完成變頻器、智能電量表、壓力反饋信號等監控對象的數據采集和控制，直接與監控對象相連接；報表模塊完成基本的供水站監控信息的查詢、統計、及打印功能；管理模塊主要完成人員管理和系統配置管理；告警模塊主要完成系統的告警管理功能；
實時監視功能
主要是TD2100變頻器從機運行參數的實時監視，包括輸出電壓，輸出電流，輸出頻率，輸出轉矩，實時壓力反饋值等重要參數。
·實時采集供水站設備的監控信息，并送往監控主機；
·實時接受和執行來自監控主機的監測和控制命令；
·對被監控智能設備(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送監測和控制命令。
參數設置和控制功能
主要是通過監控主機遠程對各供水站的TD2100變頻器進行參數設置和控制。在監控中心實現對端局供水站變頻器的開機、停機、故障復位、自由停車、緊急停車、設置當前運行頻率給定、設置當前運行壓力指令等。
報表功能
監控主機對實時數據和歷史數據提供報表功能，主要功能包括：
·顯示及打印當前指定TD2100變頻器的運行數據；
·顯示及打印所指定的某一關鍵信號量的曲線；
·顯示及打印指定TD2100變頻器的統計數據；
·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設置和人員權限管理兩部分。系統設置主要用于對監控主機工作參數的設置。人員權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限，包括系統管理權限，控制權限及操作權限。
軟件系統的設計對系統管理和維護人員進行多級權限分類以區分限制各級別用戶對系統的訪問和操作能力，保證系統操作的安全性；
數據存儲管理功能
PSMS集中監控系統對采集的TD2100變頻器實時數據根據系統的需要進行存儲管理，主要包括：
·關鍵數據定時存儲機制；
·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監控維護中心，監控系統能及時檢測和報告各供水站TD2100變頻器的異常情況。當變頻器出現故障時，系統能夠自動提示告警。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自動撥打預先設定好的電話或手機號碼，方便調度人員報各部門及時處理。
監控系統為用戶對系統所做的管理和維護操作進行跟蹤記錄，為系統日后出現運行事故提供輔助分析功能以追究相關的事故責任。同時系統進行在線運行狀態診斷和監測，能及時發現系統各功能單元故障情況，便于系統故障的維護處理；
五、結束語
武漢市自來水廠在采用了艾默生TD2100供水專用變頻器進行變頻恒壓供水控制后,取得了十分明顯的節能效果。首先,在設計、施工中徹底取代了高位水箱、水池、水塔供水等傳統的供水方式，消除了水質的二次污染；其次，該廠的供水調峰能力明顯提高，不僅對一天內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，都能正確自動調節，消除了主管網壓力波動，提高了供水質量；第三，大大降低了開泵、切泵和停泵的次數，減少了對設備的沖擊，延長了設備的使用壽命；第四，艾默生TD2100供水專用變頻器做為一種智能設備接入到PSMS集中監控系統中, 實現了對變頻器運行狀態的實時監測、告警信息的實時上報，以及對被控制對象的運行參數設置和遠程控制。總之，利用艾默生TD2100供水專用變頻器的遠程通信組網功能，逐步實現供水泵站的少人或無人值守，已成為供水系統實現供水壓力集中監控的一種發展趨勢。
主要參考文獻：
[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 技術手冊；
[3] 武漢二次供水監控系統技術建議書；
[4] 艾默生TD2100供水專用變頻器串行接口通訊協議(V1.30)；
艾默生網絡能源有限公司監控開發部 包培友
