本文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。

系统结构及功能实现
泵无线测试及能效分析系统主要以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。

ZigBee无线传输基站

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。

控制器实现了IEEE 802.15.4 MAC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

 

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。

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。

3、系统在实际测试中的应用与分析

本系统在江苏新沂新戴河泵站进行过实际应用，现场测试总共6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。

表2 江苏新沂新戴河泵站1#泵数据（按95%电机效率计算出泵效率）

注：图中虚线是理论曲线，实线是现场测试曲线，该实线曲线方程分别为：

H = 80.222 - 3.876873E-003 * Q - 1.762264E-006 * Q2 -4.930805E-010 * Q3
E = 0.041 ＋ 6.033257E-002 * Q - 1.100790E-005 * Q2 - 7.109630E-010 * Q3
P = 363.183 ＋ 3.462042E-002 * Q ＋ 1.986480E-005 * Q2 - 4.976947E-009 * Q3

小结

本文利用最新的无线网络技术，重新规划、设计、开发具有远距离无线传输功能的测试及能效分析系统；并通过该系统在现场测试实际应用情况，进行了分析探讨。根据该系统在经过水泵厂及自来水公司实际应用情况，可以认为：

（1）系统满足现有成熟的有线测试台系统功能，同时可以方便快捷地扩展其它要求定制的测试项目；

（2）系统满足现场测试的特殊情况，在测试过程中，设备携带简便、安装快捷、软件扩展功能满足现场不同管路布置的要求；

（3）ZigBee无线组网传输技术功耗小，24V、1800mA电池组，一次充电可用半年；ZigBee无线组网传输技术信号稳定、准确、距离远；

（4）能效分析系统不仅能够分析处理测试数据，同时能够满足泵站运行的日常管理工作，如：泵测试记录、泵维修记录、泵改造记录以及电机的相关情况等。