电力提灌水利工程泵站信息化技术研究与应用

摘要：信息化技术在电力提灌水利工程泵站的应用，可以突破地理位置限制，提高泵站维护效率、使用效率、监管效率。因此，文章以电力提灌水利工程泵站信息化技术应用为研究对象，阐述了电力提灌水利工程泵站信息化技术应用总体方案，分析了电力提灌水利工程泵站信息化系统硬件、软件设计方法，并对电力提灌水利工程泵站信息化系统应用测试进行了进一步探究。

关键词：电力;提灌水利工程;泵站;信息化技术

我国是水利大国，水利在國民经济发展中占据着至关重要的地位，电力提灌水利工程泵站是水利工程的重要组成。由于多数电力提灌水利工程泵站位于偏远地区，泵站管理多依赖于人工操作，存在工作人员作业压力大、自动化程度低、安全平稳性不足、资源可持续利用度不高等缺陷，与水利工程现代化发展需求不相符。基于此，探究信息化技术在电力提灌水利工程泵站中的应用，具有非常突出的现实意义。

1 电力提灌水利工程泵站信息化技术应用总体方案

电力提灌水利工程泵站信息化系统为实时监控网络结构，具有良好的生产监控、数据采集、微机保护设备信息采集、优化调度运行、管理决策支持、应急预案处理功能。整个系统主要依据功能实用、运行可靠、价格合理、技术先进、维护方便、便于推广的原则，选择分布式结构，划分为泵站控制层、中心监控层、执行层三层。其中泵站监控设备可经光缆与中心监控层连接，通过以太网实现数据双方向传递。同时泵站监控设备可经现场总线技术，与电力提灌水利工程泵站现场其他设备连接，形成稳定性高、可扩充的环境。

2 电力提灌水利工程泵站信息化系统硬软件设计

2.1 硬件设计

电力提灌水利工程泵站信息化系统硬件设计主要是以LPC2132为主要控制核心，经外围电路与数据存储模块、人机对话接口、传感检测模块、继电器控制电路、GSM模块相连接，直接进行泵站管控，包括电源及EEPROM存储电路、数据处理核心模块、泵站信息监测模块几个模块。首先，在电源及EEPROM存储电路设计过程中，技术人员可以从主电源电路、辅助电源电路两个方面入手，设计与ARM7内核芯片运行相适应的供电电压。一般主电源模块电路在正好藏运行情况下，需要输出为+24V的直流电压（经三端稳定源LM7812，将+24V转换为振动传感器工作电压+12V）;而辅助电源电路主要选择+12V锂电池，在主电源无法供电时为终端电路供电并发出故障信号。同时基于电力提灌水利工程泵站运行管理中累积抽水时间、当前抽水时间等信息记录需求，可以选择具有I2C接口的CAT1025芯片作为外部存储装置，以便在信息化系统无电源供应时顺利保存多级控制号码。其次，在数据处理核心模块设计过程中，技术人员可以选择功耗较低、运行平稳性高的32位单片机LPC2132，促使控制终端结构紧凑性更高，降低外围元件配置过多导致的成本增加风险。同时技术人员可以采用外部11.0592MHz晶振，经内部PLL电路，促使时钟串口波特率精确度、稳定性更高。最后，在泵站信息监测模块设计过程中，考虑到电力提灌水利工程泵站多处于电网稳定性较差的偏远地区，可以三相交流电流、三相交流电压作为电气参数监测主要对象，并通过计算电机功率因数，及时判定电机过载、缺相与否。在这个基础上，技术人员可利用可编程数字温湿度传感器SHT11（测温范围-40.0～123.8℃），对泵站内环境温度、湿度进行测量。除此之外，技术人员可选择HDP601投入式液位传感器、BD-801K数字电接点压力表，分别对集水池液位、进出水口水压进行监测。

2.2 软件设计

电力提灌水利工程泵站信息化系统软件设计主要是选择ARM Developer Suit开发环境，利用JTAG仿真器，以新工程建立的方式，实现软件设计，包括应用程序模块化设计、主程序设计、GSM程序及RS232串口通讯程序设计、LCD显示程序及AD转换模块程序设计几个模块。首先，在应用程序模块化设计过程中，考虑到泵站信息化管理需求，可以设计一个涵盖前台程序、后台程序的基于事态驱动的无线循环程序，在循环中不间断核查各任务是否与执行要求相符，若与执行要求相符，则通过调度函数完成操作，反之则进入上一环节再次核查。其次，主程序是电力提灌水利工程泵站信息化系统软件设计的核心，主要是在main.c源程序文件内，以main函数作为C程序执行点，通过调度三相电压检测、电压是否对称、允许电机启动（置标准位A=0）等程序模块函数，完成系统操作。再次，GSM程序及RS232串口通讯程序设计是泵站信息化通讯实现的关键，前者主要是在接通电源之后，经主机对程序进行初始化设置（含短信息发送、接收模式及当前模块参数设置）。随后经TC35i，将新SMS编码为数据包，存储在存储卡内;后者主要是在LPC2132、TC35i间进行恰当通信机制构建，保证发送数据可以快速、完整的在RS232、TC35i间传递。最后，在LCD显示程序及AD转换模块程序设计时，可以LPC2132特有的AD转换器为基础，给bit0-bit7进行差异化赋值（0X00～0XFF）获得A/D转换时钟。随后依托CMD12864内含简体中文字库的16*16点汉字、16*8点ASCII字符集，配置LCD，实现数据发送、接收过程实时显示。

3 电力提灌水利工程泵站信息化系统测试

3.1 终端功能测试

在电力提灌水利工程泵站信息化系统软件设计完毕后，可以将LCD显示模块、控制核心板、GSM模块恰当组装，获得电力提灌水利工程泵站信息化系统后，在逐一测量传感器模拟参数的基础上，将其与AD转换器相连接，计算液压检测、电量参数检测等模拟参数值。确定输出电压与要求相符后，在传感器信号输出引脚、蓄电池负极间进行一电阻串联（一般为155.0Ω），通过万用表对串联电阻两端电压进行测量。若电压值实际信号最大值对应输出信号在3～4.5V之间，可以确定终端功能正常，将信号与远程控制箱相连接。

3.2 现场运行测试

以某电力提灌水利工程泵站为现场测试基地，将电动球阀开关与控制器相连，经实时时钟、相关传感器，对累积抽水时间、进出水口压力、电流电压、温湿度等参数进行检测，判定电机是否处于正常运行或故障状态。随后经主动上报、被动查询两种方式，将监测参数发送至主机。正常运行情况下，经被动查询得泵站信息化系统自动范围电机工作状态为，正在抽水，UA=216V，IA=56A，UB=221V，IB=52A，UC=222V，IC=52A，电机温度为64.5℃，累积抽水时间00：08小时，总抽水时间为16：08小时。通过状态监控，管理人员可以对泵站进行远距离管理，整体操作较为便捷、高效。

综上所述，电力提灌水利工程泵站信息化系统现场运行测试证明，信息化技术在电力提灌水利工程泵站中的应用，可以促使泵站少人、无人值守成为可能。因此，相关技术人员可以在社会评价调查的基础上，科学分析泵站终端功能、接口规格、组成原则，以ARM7内核的LPC2132芯片为核心，嵌入集成多路AD模拟量采集接口、UART串口、I2C接口等外围芯片电路，最大限度降低终端控制器空间尺寸，提升电力提灌水利工程泵站信息化技术应用效益。

作者简介：刘斌（1989-），男，助理工程师。主要从事水利工程信息化技术研究。