一体化控制装置在中小型灌排泵站中的应用

史湘琨，宋成法，李端明

（1.中国灌溉排水发展中心，100054，北京；2.江苏科工科技有限公司，211100，南京）

目前，我国中小型灌排泵站量大、面广，是农业基础设施的重要组成部分，对农业稳产高产、保障国家粮食安全等发挥着不可替代的作用。针对我国中小型泵站控制技术与设备落后的状况，中国灌溉排水发展中心指导开发了中小型泵站一体化控制装置（COCON-PU系列泵站电气信息化自控装置），并在江苏、安徽等地中小型灌排泵站、节水灌溉工程中应用，取得了很好的经济与社会效益，为解决中小型泵站的控制问题提供了有效的解决方案。

一、一体化控制装置结构及工作原理

一体化是指多个原来相互独立的主权实体通过某种方式逐步结合成为一个单一实体的过程。一体化控制装置主要由主控模块、功率单元、工业平板计算机、远程信息终端RTU模块、视频监视模块、安防报警模块、无功功率补偿模块、GPRS模块以及其他辅助设备组成。

①主控模块负责发出和接收各种运行程序指令，是整个控制系统的中枢部分，具有高可靠性和稳定性。②功率单元主要实现电机软启及软停，主回路采用可控功率元器件，控制电机输出端电压，实现轻载节能；如需恒压供水选变频功率单元。③RTU模块是装置准确接收信息和发出指令的关键设备，要求有高可靠性及稳定性，能实现电磁的隔离功能。④工业平板计算机是整个系统中人机对话的界面设备。美观耐用，能清晰显示各种运行数据，并能进行参数设定，同时配有部分现场仪表，方便操作人员直观地查看运行数据。⑤控制单元实现泵站主辅机的集中、联锁启停控制，电动闸、阀控制等。⑥装置提供以太网、RS232、RS485等接口，实现与后台控制中心组网。通过GPRS模块提供数据远程传送，实现无线远程监控。

二、一体化控制装置用途及使用范围

一体化控制装置可广泛应用于中小型供水泵站、排涝泵站、灌溉泵站、排灌结合泵站、排污泵站和节水灌溉工程首部的电气控制、自动化及信息化管理。

一体化控制装置集成了泵站电气主回路及二次回路，软启、软停及节能控制，主设备保护，泵站各种运行参数检测，辅助设备的控制及保护，个性化人机界面的操作控制，各种泵站运行参数信息的储存及远传，远程指令的接受及控制。通过有线或无线的通信网络将泵站信息传输到管理中心，实现多泵站群控，运行无人值守，大大降低了中小型泵站运行、维护费用，有效提高了泵站运行可靠性。

中小型泵站采用该装置后，可有效地提高运行效率，节能节水，提高泵站的自动化控制及信息化管理水平。特别是根据用户要求不同，可进行不同功能模块的组合，通过增加模块的方式进行功能扩展和提高，以实现从简单到齐全、从基本到先进的提升。

此外，一体化控制装置特别注重用户操控简易性和设备运行的可靠性，普遍采用一键式操作，对小型农用泵站还增设了故障运行功能，即在任何状态下都确保设备能安全运行。

三、一体化控制装置主要特点及优势

①高效节能，提高轻载时的功率因数。随着电机负载率的变化，软启动自动调整电机的转速，使电机运行功率因数相应提高，同时降低电机运行时的功率损耗。对经常启动且负载变化频繁的电机，节能效果显著。

②安全可靠，维护方便。该装置严格按照国家相关标准设计，保证抗静电干扰、电磁干扰及射频干扰，可防尘、防潮。装置大电流运行无触点，采用可控功率单元无级调压，消除了系统中接触不良的影响，有效降低了主开关的损坏率，延长设备的使用寿命。同时，调压范围宽，过载能力强，软启动能有效降低启动机械应力，减少对传动元件的机械冲击，在液流系统中能有效消除喘振或液击问题，提高设备利用率。

③测量保护功能全面，自动化程度高。数据测量包括电动机的实时数据、水泵进出口水位、水泵轴温、流量、控制柜电源状态、电机运行状态、电动阀的工作状态与启闭位置、真空泵工作状态、水泵吸水管真空度及水泵出水口压力等。保护功能包括：过载、转子堵塞/制动、相不平衡或缺相、接触器故障、低/过电压、短路、启动加速超时、接地/漏电、泵轴超温、失流、电动闸阀故障等。

④防止启动时对电网的冲击。水泵电机实现真正的软启动，避免了电机启动对电网的冲击，装置引入电机电流反馈，通过控制输出电压，使电机电流以一定的斜率逐步上升到设定值，然后保持该电流恒定，直到启动结束。整个启动过程无冲击电流，而且启动初始上升电流的上升速率可调。

⑤标准化的通信协议，可提供无线远程通信接口。随着工农业自动化水平的不断提高，不少泵站要求实现“无人值班”或“少人值守”，对新建或改造的泵站进行统一管理，以提高工作效率。装置提供标准的计算机通信接口，有 TCP/IP、Modbus-RTU、Profibus-DP等多种协议可供选择，可作为泵站自动化控制系统中的现场控制单元，通过标准通信接口和协议上传自身采集的电流、电压、功率、电度等数据至主控层，同时接受主控层发出的各种控制命令。

⑥个性化人机界面，操作简单方便。除配有简单的启停控制按钮外，装置同时配置超大触摸式液晶屏。液晶屏采用全面汉化的显示，工作界面清晰简单，易学易懂。人性化的菜单界面可方便地查阅运行数据或修改参数，为泵站的监控处理过程提供更高精度的监视和控制。

四、一体化控制装置的应用

一体化控制装置（泵站电气信息化自控装置）填补了国内中小型泵站一体化控制技术和设备的空白，获得了多项国家专利和计算机软件著作权，通过了水利部部级新产品鉴定，并取得了国家智能产品3C安全认证证书，被水利部列为全国重点推广新技术产品。该装置研发成功并投入实际应用，受到了全国各地水利系统领导和专家的一致认可，包括江苏、安徽、江西和内蒙古在内的近300座中小型泵站共1 000多台一体化自动监控设备投入了实际应用。