電力提灌水利工程泵站信息化技術研究與應用

摘要：信息化技術在電力提灌水利工程泵站的應用，可以突破地理位置限制，提高泵站維護效率、使用效率、監管效率。因此，文章以電力提灌水利工程泵站信息化技術應用為研究對象，闡述了電力提灌水利工程泵站信息化技術應用總體方案，分析了電力提灌水利工程泵站信息化系統硬件、軟件設計方法，并對電力提灌水利工程泵站信息化系統應用測試進行了進一步探究。

關鍵詞：電力;提灌水利工程;泵站;信息化技術

我國是水利大國，水利在國民經濟發展中占據著至關重要的地位，電力提灌水利工程泵站是水利工程的重要組成。由于多數電力提灌水利工程泵站位于偏遠地區，泵站管理多依賴于人工操作，存在工作人員作業壓力大、自動化程度低、安全平穩性不足、資源可持續利用度不高等缺陷，與水利工程現代化發展需求不相符。基于此，探究信息化技術在電力提灌水利工程泵站中的應用，具有非常突出的現實意義。

1 電力提灌水利工程泵站信息化技術應用總體方案

電力提灌水利工程泵站信息化系統為實時監控網絡結構，具有良好的生產監控、數據采集、微機保護設備信息采集、優化調度運行、管理決策支持、應急預案處理功能。整個系統主要依據功能實用、運行可靠、價格合理、技術先進、維護方便、便于推廣的原則，選擇分布式結構，劃分為泵站控制層、中心監控層、執行層三層。其中泵站監控設備可經光纜與中心監控層連接，通過以太網實現數據雙方向傳遞。同時泵站監控設備可經現場總線技術，與電力提灌水利工程泵站現場其他設備連接，形成穩定性高、可擴充的環境。

2 電力提灌水利工程泵站信息化系統硬軟件設計

2.1 硬件設計

電力提灌水利工程泵站信息化系統硬件設計主要是以LPC2132為主要控制核心，經外圍電路與數據存儲模塊、人機對話接口、傳感檢測模塊、繼電器控制電路、GSM模塊相連接，直接進行泵站管控，包括電源及EEPROM存儲電路、數據處理核心模塊、泵站信息監測模塊幾個模塊。首先，在電源及EEPROM存儲電路設計過程中，技術人員可以從主電源電路、輔助電源電路兩個方面入手，設計與ARM7內核芯片運行相適應的供電電壓。一般主電源模塊電路在正好藏運行情況下，需要輸出為+24V的直流電壓（經三端穩定源LM7812，將+24V轉換為振動傳感器工作電壓+12V）;而輔助電源電路主要選擇+12V鋰電池，在主電源無法供電時為終端電路供電并發出故障信號。同時基于電力提灌水利工程泵站運行管理中累積抽水時間、當前抽水時間等信息記錄需求，可以選擇具有I2C接口的CAT1025芯片作為外部存儲裝置，以便在信息化系統無電源供應時順利保存多級控制號碼。其次，在數據處理核心模塊設計過程中，技術人員可以選擇功耗較低、運行平穩性高的32位單片機LPC2132，促使控制終端結構緊湊性更高，降低外圍元件配置過多導致的成本增加風險。同時技術人員可以采用外部11.0592MHz晶振，經內部PLL電路，促使時鐘串口波特率精確度、穩定性更高。最后，在泵站信息監測模塊設計過程中，考慮到電力提灌水利工程泵站多處于電網穩定性較差的偏遠地區，可以三相交流電流、三相交流電壓作為電氣參數監測主要對象，并通過計算電機功率因數，及時判定電機過載、缺相與否。在這個基礎上，技術人員可利用可編程數字溫濕度傳感器SHT11（測溫范圍-40.0～123.8℃），對泵站內環境溫度、濕度進行測量。除此之外，技術人員可選擇HDP601投入式液位傳感器、BD-801K數字電接點壓力表，分別對集水池液位、進出水口水壓進行監測。

2.2 軟件設計

電力提灌水利工程泵站信息化系統軟件設計主要是選擇ARM Developer Suit開發環境，利用JTAG仿真器，以新工程建立的方式，實現軟件設計，包括應用程序模塊化設計、主程序設計、GSM程序及RS232串口通訊程序設計、LCD顯示程序及AD轉換模塊程序設計幾個模塊。首先，在應用程序模塊化設計過程中，考慮到泵站信息化管理需求，可以設計一個涵蓋前臺程序、后臺程序的基于事態驅動的無線循環程序，在循環中不間斷核查各任務是否與執行要求相符，若與執行要求相符，則通過調度函數完成操作，反之則進入上一環節再次核查。其次，主程序是電力提灌水利工程泵站信息化系統軟件設計的核心，主要是在main.c源程序文件內，以main函數作為C程序執行點，通過調度三相電壓檢測、電壓是否對稱、允許電機啟動（置標準位A=0）等程序模塊函數，完成系統操作。再次，GSM程序及RS232串口通訊程序設計是泵站信息化通訊實現的關鍵，前者主要是在接通電源之后，經主機對程序進行初始化設置（含短信息發送、接收模式及當前模塊參數設置）。隨后經TC35i，將新SMS編碼為數據包，存儲在存儲卡內;后者主要是在LPC2132、TC35i間進行恰當通信機制構建，保證發送數據可以快速、完整的在RS232、TC35i間傳遞。最后，在LCD顯示程序及AD轉換模塊程序設計時，可以LPC2132特有的AD轉換器為基礎，給bit0-bit7進行差異化賦值（0X00～0XFF）獲得A/D轉換時鐘。隨后依托CMD12864內含簡體中文字庫的16*16點漢字、16*8點ASCII字符集，配置LCD，實現數據發送、接收過程實時顯示。

3 電力提灌水利工程泵站信息化系統測試

3.1 終端功能測試

在電力提灌水利工程泵站信息化系統軟件設計完畢后，可以將LCD顯示模塊、控制核心板、GSM模塊恰當組裝，獲得電力提灌水利工程泵站信息化系統后，在逐一測量傳感器模擬參數的基礎上，將其與AD轉換器相連接，計算液壓檢測、電量參數檢測等模擬參數值。確定輸出電壓與要求相符后，在傳感器信號輸出引腳、蓄電池負極間進行一電阻串聯（一般為155.0Ω），通過萬用表對串聯電阻兩端電壓進行測量。若電壓值實際信號最大值對應輸出信號在3～4.5V之間，可以確定終端功能正常，將信號與遠程控制箱相連接。

3.2 現場運行測試

以某電力提灌水利工程泵站為現場測試基地，將電動球閥開關與控制器相連，經實時時鐘、相關傳感器，對累積抽水時間、進出水口壓力、電流電壓、溫濕度等參數進行檢測，判定電機是否處于正常運行或故障狀態。隨后經主動上報、被動查詢兩種方式，將監測參數發送至主機。正常運行情況下，經被動查詢得泵站信息化系統自動范圍電機工作狀態為，正在抽水，UA=216V，IA=56A，UB=221V，IB=52A，UC=222V，IC=52A，電機溫度為64.5℃，累積抽水時間00：08小時，總抽水時間為16：08小時。通過狀態監控，管理人員可以對泵站進行遠距離管理，整體操作較為便捷、高效。

綜上所述，電力提灌水利工程泵站信息化系統現場運行測試證明，信息化技術在電力提灌水利工程泵站中的應用，可以促使泵站少人、無人值守成為可能。因此，相關技術人員可以在社會評價調查的基礎上，科學分析泵站終端功能、接口規格、組成原則，以ARM7內核的LPC2132芯片為核心，嵌入集成多路AD模擬量采集接口、UART串口、I2C接口等外圍芯片電路，最大限度降低終端控制器空間尺寸，提升電力提灌水利工程泵站信息化技術應用效益。

作者簡介：劉斌（1989-），男，助理工程師。主要從事水利工程信息化技術研究。