電力提灌水利工程泵站信息化技術(shù)研究與應(yīng)用

摘要：信息化技術(shù)在電力提灌水利工程泵站的應(yīng)用，可以突破地理位置限制，提高泵站維護(hù)效率、使用效率、監(jiān)管效率。因此，文章以電力提灌水利工程泵站信息化技術(shù)應(yīng)用為研究對(duì)象，闡述了電力提灌水利工程泵站信息化技術(shù)應(yīng)用總體方案，分析了電力提灌水利工程泵站信息化系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計(jì)方法，并對(duì)電力提灌水利工程泵站信息化系統(tǒng)應(yīng)用測(cè)試進(jìn)行了進(jìn)一步探究。

關(guān)鍵詞：電力;提灌水利工程;泵站;信息化技術(shù)

我國(guó)是水利大國(guó)，水利在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)著至關(guān)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(shù)電力提灌水利工程泵站位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，泵站管理多依賴于人工操作，存在工作人員作業(yè)壓力大、自動(dòng)化程度低、安全平穩(wěn)性不足、資源可持續(xù)利用度不高等缺陷，與水利工程現(xiàn)代化發(fā)展需求不相符?；诖?，探究信息化技術(shù)在電力提灌水利工程泵站中的應(yīng)用，具有非常突出的現(xiàn)實(shí)意義。

1 電力提灌水利工程泵站信息化技術(shù)應(yīng)用總體方案

電力提灌水利工程泵站信息化系統(tǒng)為實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有良好的生產(chǎn)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、微機(jī)保護(hù)設(shè)備信息采集、優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行、管理決策支持、應(yīng)急預(yù)案處理功能。整個(gè)系統(tǒng)主要依據(jù)功能實(shí)用、運(yùn)行可靠、價(jià)格合理、技術(shù)先進(jìn)、維護(hù)方便、便于推廣的原則，選擇分布式結(jié)構(gòu)，劃分為泵站控制層、中心監(jiān)控層、執(zhí)行層三層。其中泵站監(jiān)控設(shè)備可經(jīng)光纜與中心監(jiān)控層連接，通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙方向傳遞。同時(shí)泵站監(jiān)控設(shè)備可經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，與電力提灌水利工程泵站現(xiàn)場(chǎng)其他設(shè)備連接，形成穩(wěn)定性高、可擴(kuò)充的環(huán)境。

2 電力提灌水利工程泵站信息化系統(tǒng)硬軟件設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

電力提灌水利工程泵站信息化系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要是以LPC2132為主要控制核心，經(jīng)外圍電路與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、人機(jī)對(duì)話接口、傳感檢測(cè)模塊、繼電器控制電路、GSM模塊相連接，直接進(jìn)行泵站管控，包括電源及EEPROM存儲(chǔ)電路、數(shù)據(jù)處理核心模塊、泵站信息監(jiān)測(cè)模塊幾個(gè)模塊。首先，在電源及EEPROM存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，技術(shù)人員可以從主電源電路、輔助電源電路兩個(gè)方面入手，設(shè)計(jì)與ARM7內(nèi)核芯片運(yùn)行相適應(yīng)的供電電壓。一般主電源模塊電路在正好藏運(yùn)行情況下，需要輸出為+24V的直流電壓（經(jīng)三端穩(wěn)定源LM7812，將+24V轉(zhuǎn)換為振動(dòng)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(wú)法供電時(shí)為終端電路供電并發(fā)出故障信號(hào)。同時(shí)基于電力提灌水利工程泵站運(yùn)行管理中累積抽水時(shí)間、當(dāng)前抽水時(shí)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(chǔ)裝置，以便在信息化系統(tǒng)無(wú)電源供應(yīng)時(shí)順利保存多級(jí)控制號(hào)碼。其次，在數(shù)據(jù)處理核心模塊設(shè)計(jì)過(guò)程中，技術(shù)人員可以選擇功耗較低、運(yùn)行平穩(wěn)性高的32位單片機(jī)LPC2132，促使控制終端結(jié)構(gòu)緊湊性更高，降低外圍元件配置過(guò)多導(dǎo)致的成本增加風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)技術(shù)人員可以采用外部11.0592MHz晶振，經(jīng)內(nèi)部PLL電路，促使時(shí)鐘串口波特率精確度、穩(wěn)定性更高。最后，在泵站信息監(jiān)測(cè)模塊設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到電力提灌水利工程泵站多處于電網(wǎng)穩(wěn)定性較差的偏遠(yuǎn)地區(qū)，可以三相交流電流、三相交流電壓作為電氣參數(shù)監(jiān)測(cè)主要對(duì)象，并通過(guò)計(jì)算電機(jī)功率因數(shù)，及時(shí)判定電機(jī)過(guò)載、缺相與否。在這個(gè)基礎(chǔ)上，技術(shù)人員可利用可編程數(shù)字溫濕度傳感器SHT11（測(cè)溫范圍-40.0～123.8℃），對(duì)泵站內(nèi)環(huán)境溫度、濕度進(jìn)行測(cè)量。除此之外，技術(shù)人員可選擇HDP601投入式液位傳感器、BD-801K數(shù)字電接點(diǎn)壓力表，分別對(duì)集水池液位、進(jìn)出水口水壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

電力提灌水利工程泵站信息化系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要是選擇ARM Developer Suit開(kāi)發(fā)環(huán)境，利用JTAG仿真器，以新工程建立的方式，實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)，包括應(yīng)用程序模塊化設(shè)計(jì)、主程序設(shè)計(jì)、GSM程序及RS232串口通訊程序設(shè)計(jì)、LCD顯示程序及AD轉(zhuǎn)換模塊程序設(shè)計(jì)幾個(gè)模塊。首先，在應(yīng)用程序模塊化設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到泵站信息化管理需求，可以設(shè)計(jì)一個(gè)涵蓋前臺(tái)程序、后臺(tái)程序的基于事態(tài)驅(qū)動(dòng)的無(wú)線循環(huán)程序，在循環(huán)中不間斷核查各任務(wù)是否與執(zhí)行要求相符，若與執(zhí)行要求相符，則通過(guò)調(diào)度函數(shù)完成操作，反之則進(jìn)入上一環(huán)節(jié)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(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的核心，主要是在main.c源程序文件內(nèi)，以main函數(shù)作為C程序執(zhí)行點(diǎn)，通過(guò)調(diào)度三相電壓檢測(cè)、電壓是否對(duì)稱、允許電機(jī)啟動(dòng)（置標(biāo)準(zhǔn)位A=0）等程序模塊函數(shù)，完成系統(tǒng)操作。再次，GSM程序及RS232串口通訊程序設(shè)計(jì)是泵站信息化通訊實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，前者主要是在接通電源之后，經(jīng)主機(jī)對(duì)程序進(jìn)行初始化設(shè)置（含短信息發(fā)送、接收模式及當(dāng)前模塊參數(shù)設(shè)置）。隨后經(jīng)TC35i，將新SMS編碼為數(shù)據(jù)包，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)卡內(nèi);后者主要是在LPC2132、TC35i間進(jìn)行恰當(dāng)通信機(jī)制構(gòu)建，保證發(fā)送數(shù)據(jù)可以快速、完整的在RS232、TC35i間傳遞。最后，在LCD顯示程序及AD轉(zhuǎn)換模塊程序設(shè)計(jì)時(shí)，可以LPC2132特有的AD轉(zhuǎn)換器為基礎(chǔ)，給bit0-bit7進(jìn)行差異化賦值（0X00～0XFF）獲得A/D轉(zhuǎn)換時(shí)鐘。隨后依托CMD12864內(nèi)含簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的16*16點(diǎn)漢字、16*8點(diǎn)ASCII字符集，配置LCD，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送、接收過(guò)程實(shí)時(shí)顯示。

3 電力提灌水利工程泵站信息化系統(tǒng)測(cè)試

3.1 終端功能測(cè)試

在電力提灌水利工程泵站信息化系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)完畢后，可以將LCD顯示模塊、控制核心板、GSM模塊恰當(dāng)組裝，獲得電力提灌水利工程泵站信息化系統(tǒng)后，在逐一測(cè)量傳感器模擬參數(shù)的基礎(chǔ)上，將其與AD轉(zhuǎn)換器相連接，計(jì)算液壓檢測(cè)、電量參數(shù)檢測(cè)等模擬參數(shù)值。確定輸出電壓與要求相符后，在傳感器信號(hào)輸出引腳、蓄電池負(fù)極間進(jìn)行一電阻串聯(lián)（一般為155.0Ω），通過(guò)萬(wàn)用表對(duì)串聯(lián)電阻兩端電壓進(jìn)行測(cè)量。若電壓值實(shí)際信號(hào)最大值對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)在3～4.5V之間，可以確定終端功能正常，將信號(hào)與遠(yuǎn)程控制箱相連接。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行測(cè)試

以某電力提灌水利工程泵站為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試基地，將電動(dòng)球閥開(kāi)關(guān)與控制器相連，經(jīng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘、相關(guān)傳感器，對(duì)累積抽水時(shí)間、進(jìn)出水口壓力、電流電壓、溫濕度等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，判定電機(jī)是否處于正常運(yùn)行或故障狀態(tài)。隨后經(jīng)主動(dòng)上報(bào)、被動(dòng)查詢兩種方式，將監(jiān)測(cè)參數(shù)發(fā)送至主機(jī)。正常運(yùn)行情況下，經(jīng)被動(dòng)查詢得泵站信息化系統(tǒng)自動(dòng)范圍電機(jī)工作狀態(tài)為，正在抽水，UA=216V，IA=56A，UB=221V，IB=52A，UC=222V，IC=52A，電機(jī)溫度為64.5℃，累積抽水時(shí)間00：08小時(shí)，總抽水時(shí)間為16：08小時(shí)。通過(guò)狀態(tài)監(jiān)控，管理人員可以對(duì)泵站進(jìn)行遠(yuǎn)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(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行測(cè)試證明，信息化技術(shù)在電力提灌水利工程泵站中的應(yīng)用，可以促使泵站少人、無(wú)人值守成為可能。因此，相關(guān)技術(shù)人員可以在社會(huì)評(píng)價(jià)調(diào)查的基礎(chǔ)上，科學(xué)分析泵站終端功能、接口規(guī)格、組成原則，以ARM7內(nèi)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(shù)應(yīng)用效益。

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