信息化技術在電力提灌水利工程泵站的實踐與應用

高發磊

［摘 要］隨著信息化技術的不斷發展，電力提灌水利工程泵站也逐漸引入信息化技術以提升管理和運行效率。本文介紹了電力提灌水利泵系統的現地控制級和集中控制級，并以某工程泵站項目為例，探討了電力提灌水利工程泵站信息化技術的實踐與應用，主要包括系統設計和測試應用兩個方面。在系統設計方面，涵蓋了軟件設計和硬件設計；在測試應用階段，主要進行了終端功能測試和現場運行測試，旨在構建一個完整的信息化系統，以驗證系統的穩定性和可靠性，為提升泵站調控質量提供保障。

［關鍵詞］信息化技術；系統設計；技術應用；電力提灌水利工程；泵站

doi：10.3969/j.issn.1673-0194.2023.21.045

［中圖分類號］TP315；F272.7 ［文獻標識碼］A ［文章編號］1673-0194（2023）21-0151-04

0? ? ?引 言

電力提灌水利工程具有調水、抗旱、防洪防水等功能，對于保障工農業和日常生活用水具有積極的促進作用。為了更好地管理和控制電力提灌水利工程中的泵站設備，需要將信息技術合理運用其中，實現泵閘自動化集散控制，提升泵站運行控制的質量與效率。

1? ? ?電力提灌水利工程泵站信息系統

現地控制級和集中控制級作為電力提灌水利工程泵站信息系統中的重要組成部分，發揮著極其重要的作用。電力提灌水利工程泵站信息系統結構如圖1所示。

該系統的第一層現地控制級由兩部分組成，包括變電站及電機微機綜合保護和PLC測控級，其工作任務涵蓋了采集和處理揚程、水量、機組功率、輔助設備、工作電壓、水位等參數，而且PLC測控級的主要組成部分還包括S7-300 PLC，變電站及電機微機綜合保護包括線路保護、電容保護、電機保護，同時在計算機的控制之下，負責以下相關工作，其中包括視頻監控、發布控制指令、數據庫管理、數據分析計算等等［1］。

2? ? ?工程概況

以某電力提灌水利工程泵站項目為例，該工程設計提水流量為12m3/s，幾何揚程為8.2m，泵站安裝了10臺立式軸流泵，且水泵的功率大小各不相同，由于之前無法實現信息化和自動化提灌，在一定程度上影響了本泵站的工作效率和質量，因此特將信息化技術應用其中，對其進行重新設計并采取遠程監測方法，對提灌水利工程實現自動化控制。而且在有效運用信息化技術的基礎上，實現了對灌溉流量的合理計算，通過對流量的有效控制，滿足了灌溉需求，延長了設備的使用壽命。

3? ? ?電力提灌水利工程泵站信息化技術的應用

3.1? ?系統設計

3.1.1? ?軟件設計

在軟件設計階段，需要針對泵站的特點和需求，開發相應的管理軟件。在軟件設計中以ARM為最佳的開發環境，JTAG仿真裝置根據該工程的需要來完成程序模塊設計，其中包括GSM程序、LCD顯示程序、AD轉換裝置、主程序設計、程序化模塊、通信程序等設計要素［2］。在設計過程中，要根據該工程的管理需求合理運用信息化技術，設計出建立在事態驅動基礎上的無限循環程序，并確定執行要求是否與相關任務一致，當滿足執行要求時，可以根據調度函數進行相關操作；當不滿足執行要求時，就要重新審查和設計，直至其滿足執行要求為止。

主程序序列作為該工程信息系統設計的核心，通常在核心的C源程序文件中。在這個核心程序中，核心函數被視為C程序的基礎執行點，通過這些函數實現了調度三相電壓、電壓對稱、電機啟動等相關程序模塊，從而實現對整個系統的操作。同時，GSM程序和RS232串口對應的通信程序設計也是泵站信息化的關鍵部分，為確保泵站實現順暢的信息通信起到至關重要作用。在這一設計中，GSM程序負責與GSM通信模塊進行交互，實現與外部網絡的連接，一旦GSM程序順利連接到電源，主機就可以進行程序初始化設置，為通信模塊的正常工作做好準備。而RS232串口對應通信程序設計則是為了與其他設備或系統進行數據交換，實現信息的傳輸和共享。這種雙向通信能夠在泵站運行過程中實現實時的數據交流，從而為系統的監控、管理和維護提供了便捷的途徑。之后借助TC35I通信模塊將新的短信編碼轉化為數據包，并將這些數據包存儲在存儲卡中，實現對信息的全面存儲。串口通信程序在兩端創建了順暢的通信機制，確保了TC35I和RS232之間各項數據信息的完整、快速傳遞。在設計LCD顯示程序和AD轉換模塊時，采用了一系列關鍵步驟來確保系統的正常運行。一方面在AD轉換模塊方面，以AD轉換器為基礎，通過對BIT0到BIT7進行差異化賦值，獲得了A/D轉換時鐘；另一方面在LCD顯示程序的設計中，通過使用CMD內字符集，對LCD進行了合理配置，從而使得數據傳送階段實現了實時顯示［3］。整個過程中，TC35I通信模塊的運用實現了短信信息的有效存儲，而串口通信程序的建立則保障了信息在不同設備間的順暢傳遞。AD轉換模塊和LCD顯示程序的設計進一步完善了系統的數據采集和實時監控功能，使得操作更加精準、高效。

3.1.2? ? ?硬件設計

在硬件設計階段，需要設計和選擇合適的硬件設備，以實現數據采集、傳輸和控制的功能。該工程涉及的硬件設計主要控制核心為LPC2132，經外圍電路與GSM模塊、繼電器控制電路、傳感檢測模塊以及人機對話接口、數據存儲模塊進行連接，對泵站進行直接管控，其涵蓋了以下幾個模塊：電源及EEPROM存儲電路、數據處理核心模塊和泵站信息監測模塊。

第一，在該工程信息化設計過程中，技術人員需要關注電源及EEPROM存儲電路的設計，以確保系統的穩定供電和數據的保存。主電源電路負責為整個系統提供正常運行所需的電源，根據ARM7內核芯片的運行要求，設計合適的主電源電路，確保輸出穩定的供電電壓。通常在正常運行情況下，主電源模塊需要輸出+24V的直流電壓，且需要經過穩壓源（如LM7812）進行穩定，以供給振動傳感器等設備的+12V工作電壓。輔助電源電路通常作為備用電源，用于在主電源失效時提供終端電路的供電，并發出故障信號。一般情況下會選擇+12V鋰電池作為備用電源，確保在主電源故障時系統仍能正常運行并進行相應報警。與此同時，為了滿足信息記錄的需求，如累計抽水時間、當前抽水時間等，可以選擇具有I2C接口的外部存儲裝置，如CAT1025芯片，便于在信息化系統無電源供應時，順利保存關鍵的控制參數和數據。

第二，在設計數據處理核心模塊時，技術人員在選擇單片機的過程中，應考慮使用具有較高穩定性和較低功耗的32位單片機，例如LPC2132，這樣的單片機能夠滿足處理需求，同時由于低功耗特性，也有助于降低整個系統的能耗，而且選用合適的單片機還可以降低外圍元件配置的數量，從而減少成本和空間占用。此外，技術人員還可以使用外部11.0592MHz晶振，并通過內部PLL電路進行倍頻，以此獲得更高的時鐘頻率，提高時鐘串口波特率的精確度和穩定性，確保數據傳輸的準確性。

第三，在設計泵站信息監測模塊時，需要特別考慮該工程所處環境帶來的影響。由于該泵站位于較為偏遠的地區，可以將三相交流電流和三相交流電壓作為監測的主要電氣參數，通過對這些參數進行監測，可以實時了解電機的工作狀態，從而判斷是否存在電機過載、缺相等問題，以便及時采取措施，避免潛在的設備故障。除了監測基本電氣參數外，還可以通過計算電機的功率因數來評估電機的工作狀態，電機功率因數是一個重要的電氣參數，可以幫助判斷電機的效率和性能，及時識別潛在的問題。考慮到該工程泵站內部環境可能會受到該地區氣候條件的影響，需利用可編程數字溫濕度傳感器SHT11對泵站內部的溫度和濕度進行測量，從而實時了解泵站內部環境的情況，確保設備在適宜的環境條件下運行。

除此之外，該工程還可以將HDP601傳感器安裝在集水池內，實時監測集水池液位的變化，從而掌握水源的儲量情況，以便合理調度泵站的工作。另外，BD-801K數字電接點壓力表適用于液體壓力的測量，該工程將BD-801K傳感器安裝在進出水口，監測水壓的變化，通過這種方式來判斷泵站的工作狀態以及系統的運行情況。

3.2? ?測試應用

3.2.1? ?終端功能測試

在該工程泵站信息化技術的測試階段，終端功能測試是至關重要的一部分，這個階段旨在確保開發的管理軟件和硬件設備能夠正常運行，并且各項功能能夠達到預期的效果。該工程泵站在完成信息化系統軟件設計之后，可以按照以下步驟進行系統的組裝和測試：在組裝LCD顯示模塊、控制核心板和GSM模塊的時候，可以將LCD顯示模塊、控制核心板和GSM模塊按照設計要求進行適當的組裝，確保它們之間的連接正確并牢固。然后逐一測量連接到系統的傳感器的模擬參數，其中模擬參數包括液壓檢測、電量參數檢測等，將傳感器的模擬輸出與AD轉換器相連接，通過模擬信號的連接方式將傳感器與AD轉換器連接起來，以便將模擬信號轉換為數字信號［4］。在連接好的傳感器和AD轉換器之間，使用程序計算模擬參數值，如液壓、電量參數等，根據計算得到的模擬參數值，調整輸出電壓，使其與系統要求相符，確保輸出電壓在合適的范圍內，以保證數據的準確性和穩定性。完成上述工作之后，將傳感器信號輸出引腳與蓄電池負極間進行電阻串聯，通常是一個固定的電阻值，如155.0Ω，通過使用萬用表等測試工具，對串聯電阻兩端的電壓進行測量，確保電壓值在預期范圍內，以驗證電路的正確性。如果電壓值獲取的實際信號與輸出信號相對應，均保持在3～4.5V之間，便可以將傳感器信號與遠程控制箱相連接，以實現與遠程監控和控制系統的集成。通過以上步驟，可以逐步驗證信息化系統的功能和穩定性，確保各個組件之間的連接正確，模擬參數的測量和計算準確，以及系統能夠正常輸出和傳輸數據，這些測試步驟有助于確保電力提灌水利工程泵站信息化系統的可靠性和高性能。

3.2.2? ?現場運行測試

現場運行測試是電力提灌水利工程泵站信息化技術應用中的重要一環，在這個階段，設計的信息化系統需要對實際的泵站進行測試，以模擬真實工作環境，驗證系統在現場運行中的表現。將設計完成的管理軟件和硬件設備部署到目標泵站中，確保系統能夠與實際的設備和網絡環境進行良好的集成。將該工程泵站作為現場測試基地，可以通過以下步驟測試和驗證所設計的信息化系統是否達到泵站運行需求。首先，將控制器和電動球閥進行連接，確保閥門的開關能夠通過控制器進行遠程操作，安裝相關傳感器（如壓力傳感器、電流電壓傳感器、溫濕度傳感器等）和實時時鐘，用于監測不同參數的變化并對泵站的各項參數進行檢測，涉及的參數包括溫濕度、電流電壓、進出水口壓力、累計抽水時間等，通過這些參數判斷電機和泵站的工作狀態是否正常，同時根據檢測到的參數，判斷電機是否存在故障，例如可以通過電流電壓的值判斷電機的工作情況，通過溫濕度傳感器判斷環境條件。其次，通過主動上報和被動查詢兩種方式將監測參數發送至主機上。其中主動上報可以定期將參數發送給主機，而被動查詢可以在主機請求時發送，這樣可以實現實時的數據傳輸。通常情況下，模擬泵站正常工作狀態，例如，設置電機工作狀態為“正在抽水”，設定電流、電壓等參數為相應的值，如IC=52A，UC=222V；IB=52A，UB=221V；

IA=56A，UA=216V。通過狀態監控和數據監測，管理人員可以在主機上查看泵站的實時狀態，檢查參數是否與預期一致，以此實現遠程管理，使泵站的運行控制更加便捷、高效。總之，通過現場運行測試，可以更加全面地了解系統在實際環境中的表現，發現并解決潛在的問題，確保系統能夠在泵站運行中穩定可靠地工作，從而為電力提灌水利工程泵站提供有效的信息化解決方案。

4? ? ?結束語

綜上所述，電力提灌水利工程泵站信息化技術的實踐與應用對于現代農田灌溉和城市供水具有重要意義。信息化技術的引入使得泵站的監控、數據分析、故障診斷等功能變得更加高效和精確，便于管理人員隨時了解泵站的運行狀態，及時發現故障并采取有效措施，快速對故障進行解除。除此之外，信息化技術在水利工程方面的應用，還有助于提高效率、降低能耗，為管理人員提供更加智能化和可靠的水資源管理解決方案，促進水利工程實現可持續發展。

主要參考文獻

［1］高興蕊.淺談提高電力提灌供水工程裝置效率的措施［J］.南方農機，2022，53（15）：183-186.

［2］孫江河，胡斌超，田亞平，等.景泰川電力提灌工程區塊化管理模式研究［J］.甘肅水利水電技術，2022，58（5）：13-17，38.

［3］劉志鼎.電力提灌水利工程中的信息化技術應用［J］.集成電路應用，2022，39（2）：276-277.

［4］漆淑萍.泵站自動化信息系統在提灌項目中的應用［J］.電氣傳動自動化，2016，38（4）：39-42.