摘 要：为了探究泵站信息化技术在电力提灌水利工程中的使用，首先阐述了提灌水利工程的提出背景和该系统的主要组成，之后总结了提灌泵站信息系统的关键技术，发现电力提灌项目可以有效缓解供水与农业需水之间的矛盾，并且在智能控制技术、通信技术、信号处理技术、故障诊断技术的加持下，可以实时监测泵站数据信息，充分发挥节水灌溉项目的优势，以此提高泵站现代化管理水平。
关键词:泵站信息化技术;提灌水利工程;关键技术;水泵;
提灌就是指利用水泵、机电动力、提水机等设备，将低处的水引到高处，以此满足灌溉要求，多用于农田水利工程中，对农田的水源补给起到重要作用。基于此，本文以泵站提灌为例，以泵站信息化关键技术为研究对象，分析泵站信息化系统的组成结构，总结系统设计应用，为相关工作者提供可借鉴性经验，从而充分发挥水利工程提灌泵站的功能。
1 提灌水利工程的提出背景
“十三五”以来，中国全面打赢了农村饮水安全脱贫攻坚战，农村水利水电工作持续向好，基本完成了规划内大型灌区节水改造任务。积极实施重点大中型灌区提灌技术，可以有效缓解水资源供给不足问题，逐步加强农村节水灌溉项目与现代化信息配套技术的衔接，加快农村水利工程泵站信息化步伐。尤其是高扬程电力提灌项目，可以有效缓解供水与农业需水之间的矛盾，提升农田抗御自然灾害的能力，泵站信息化综合保护功能的作用逐渐发挥出来。
2 提灌水利泵站系统的组成
在电力提灌水利泵站信息系统中，主要由现地控制级（第一层）、集中控制级（第二层）组成[1]。基本结构如图1所示。
从图1中可以看出，提灌泵站信息系统的现地控制级包括PLC测控、微机综合保护这2个部分，主要负责水位、工作电压、辅助设备、机组功率、水量、扬程等参数的采集和处理，并且PLC测控由S7-300PLC构成，泵站微机综合保护由电机保护、电容保护、进线保护构成，并在主控计算机的辅助下，做好事故报警、数据分析计算、数据库管理、发布控制指令、视频监控等工作。
3 提灌泵站信息系统的关键技术
3.1 通信技术（Communication)
通信技术的主要功能就是实现多功能电量表、泵组保护装置之间的通信，确保泵站网络内设备之间的数据传输，安全可靠性高，传播速度快，一般采用Modbus通信规约，遵循开放系统规则，LCU与系统内各工作站之间形成通信网络，向上一层发送数据采集和事件信息，最终通过RS232/RS485接口对泵站内各智能装置进行通信。
3.2 智能控制技术（Intelligent control)
智能控制技术就是指通过智能分析，对流量泵的规格进行选择，根据管道压力、用水量变化、泵组效率分析在提灌过程中是否会出现泵房积水、管道运行受阻、盘根漏水、管道渗漏等情况，利用远程控制技术，实现远程控制权限的切换，控制水泵的启停和流量，通过站级实现泵组与控制对象的保护系统相配合，最终实现系统异样监测。
3.3 信号处理技术（Signal processing)
信号处理技术主要包括以下2个方面：模拟信号处理、数字量和数字参数信号处理[2]。其中模拟信号处理就是指对泵组的真空系统真空度、进出水压力、泵组转速、引渠水位进行计量和计算，处理流程为：通过变送器和传感器（出水压力变送器+前池水位超声波变送器+引渠水位超声波变送器+真空管压力变送器+电动阀门开度传感器）→经过PLC模拟量采集模块→利用以太网进行传输，之后通过计算机软件，实现语音报警，并且报警点可以利用报警系统对报警位置进行测定，技术人员之后对报警原因进行分析。其次，信号处理技术也可以应用到温度查询和电、水流量的查询，其中温度查询流程为：测定电机线圈温度+水泵轴承温度+室内外温度+电机轴承温度，之后利用RS485温度巡检仪，通过计算机软件，实现语音报警。在数字量和数字参数信号处理中，该项信息化系统可以对泵站的状态进行监测，比如各闸阀的开闭状态、泵站辅机设备的状态、机组运行状态等，利用计算机系统进行以太网通讯，最后通过报警点识别播放报警位置及报警原因。
3.4 故障诊断技术（Fault diagnosis)
在提灌泵站信息系统建设过程中，系统已经对泵组运行时的参数进行调整和控制，比如蓄水池水位的越限报警阈值、水渠水位阈值等。通过信息化和自动化技术，系统可以定时扫描检查各故障状态信号，故障信息窗口直接弹出在网络屏幕上。如果重要机电设备发生事故，技术人员可以调出事故前采样数据，根据实际发生情况，对系统中的数据阈值进行改变和二次设置。
4 提灌水利泵站信息技术的应用
本文以景电灌区续建配套与节水改造项目为例，利用灌区智能信息化管理方法，设计提灌水利工程泵站信息化系统，灌区每年10月到次年4月份降雨量很少，灌溉需要通过从黄河引水提升至灌溉明渠，各类泵站的水泵电机功率大小不同，闸站数量、种类多，并且不能实现自动化和信息化提灌，因此在该地区实施泵站远程监测方法，自动控制提灌水利工程，在信息技术的加持下，实现对闸门的远程监测，可根据灌溉需求控制流量大小，计算出灌溉流量，大量节省人力，提高设备使用寿命。具体设计和应用方法如下。
4.1 系统设计
在提灌地区，由于农田覆盖面较大，并且环境比较恶劣，利用GSM技术在一定程度上可以实现提灌的远程设计和控制，技术人员利用CPU进行采集数据的处理和分析，当管理控制中心发送指令时，经过GSM模块。对采集数据和设备运行状态进行及时显示。在硬件设计中，经外围电路与数据存储模块，电力提灌水利工程泵站将LPC2132作为主要控制核心，并通过传感检测模块，直接进行泵站管控，在EEPROM存储电路设计过程中，技术人员应该以ARM7内核芯片运行相适应的供电电压为主，经三端稳定源LM7812，直接进行泵站管控。将+24 V转换为振动传感器工作电压+12 V，并选择+12 V锂电池，将I2C接口的CAT1025芯片作为外部存储装置[3]。当主电源无法供电时，技术人员可以选择功耗较低的LPC2132(32位单片机），进行数据处理核心模块设计，顺利保存多级控制号码；也可以采用外部11.059 2 MHz晶振，计算电机功率因数，利用可编程数字温湿度传感器对泵站内环境温度进行测试，测温范围﹣40.0～123.8℃，还可以利用HDP601投入式液位传感器，在电力提灌水利工程中对出水位进行监测。
在软件设计过程中，选择ARMDeveloper Suit开发环境，设计涵盖前台程序和后台事态驱动的模块，不间断核查各任务是否与执行要求相符，利用JTAG仿真器，组建无线循环程序，将该种程序作为提灌水利工程泵站信息化系统的核心，以main函数作为C程序执行点，将新SMS编码作为数据包，通过调度函数完成操作，保证数据监测和发送的速度。也可以将AD转换器（LPC21 32特有的）作为基础，让数据在RS232.TC35i间传递，最终实现数据发送、接收过程的实时显示。其次还应该做好现地监控层、网络层、远程监控层设置，其中，现地监控层主要包括智能三相电采集模块设计、GPRS无线传输设计、可编程逻辑控制器（PLC）设计、触摸屏模块设计、模拟量采集模块设计。管理人员通过远程控制终端访问数据，利用无线远传模块，在网络层将数据传输到服务器中，技术人员和相关管理者就可以实时了解泵站运行状态。
4.2 调试应用
在系统调试过程中，主要是对信息系统和终端功能、现场运行进行测试，比如，技术人员对核心软硬件设备进行调试，现场总线采用Profibus DP，结合智能马达、智能化综合保护装置，对接配备Modbus现场总线，调度人员对系统中的吨水耗电、总供水量、总耗电量（泵站）、水泵启停状态与通信技术、传感技术、LUC技术、远程监控设备等进行自动检测，最终得出变电站供电电流调度指令，分析当前提灌电能信息。终端功能就是指在信息化系统软件设计完毕后，逐一测量传感器模拟参数，确定输出电压与要求相符，之后通过电阻并联与串联，确定终端功能的使用是否正常，与对应输出数据相对比，数据指标主要有出口压力（k Pa）、流量（m3/h）、输出功率（W）、转速（r/min）、效率（%）、扬程（m）、功率（W），之后对给出现场具体测试值，分析水泵性能的直线特征。现场单机测定值如表1所示。
除此之外，该提灌区信息化监控系统也可以对土壤墒情进行监测，设置泵船监测站，监控中心与监控站之间均采用GPRS通信，采集电机温度、泵站运行状态等信息，现场均为10 k V水泵机组，每个测点采集3层土壤湿度，并根据采集的温度、湿度、光照度等数据信息，支持越限报警，实现自动化报警；有利于水池水情实时测报，实现了灌区供水远程控制，达到灌溉用水目的，使得水资源得到优化配置。同时，技术人员和管理者还可以利用手机APP远程访问，通过监控软件，当数据异常时系统可以自动发出警报，自动控制取水泵组运行。
4.3 相关启示
从本次案例中可以看出，提灌水利工程泵站信息化技术的应用可以实现农业灌溉用水的科学化和集约化，在调水方面发挥着较大作用，因此在今后工作中，相关水利部门和农业部门应该进一步开展泵站自动化技术研究，提高自动化系统监测科学性和准确性。还要使用经济适用性较强的泵站自动化监测技术，在必要时应该增加科技投入，提高泵站现代化管理水平，减少泵站自动化方面的维护支出，也可以与科研单位开展合作，加大宣传力度，鼓励自动化公司与项目负责单位合作，为提灌自动化项目提供技术人才与管理人才，尤其是技术人才。相关部门应该加大对大数据技术和云计算技术的学习和应用，做好对提灌泵站自动化系统中水文数据库、水闸控制数据库、办公管理数据库、远程监控数据库、故障信息数据库的监测，优化各类设备的操作记录。通过该种方式，实时接收数据，学会使用手机APP远程访问，对干渠视频监控界面、泵站监控界面、明渠流量监测界面的历史数据和实时数据进行分析，保证系统中数据可以实现共享，确保数据文档能以图、文字形式输出，以此拓宽泵站自动化、信息化宣传路径和渠道，制定相关优惠政策，使灌排泵站更好地发挥效益。
5 结束语
综上所述，利用泵站提灌信息技术，可以有效解决重点中型灌区水资源供给不足问题。因此相关技术人员应该做好现地监控层、网络层、远程监控层设置，通过远程控制终端访问数据，监控中心与监控站之间均通过GPRS通信技术，通过站级实现泵组，与控制对象的保护系统相配合，对盘根漏水、管道渗漏等情况进行实时监测，最终实现农业灌溉用水的科学化和集约化。
参考文献
[1] 王斌，张晓明.基于网络技术的白龙江引水工程信息化系统研究[J].甘肃水利水电技术，2018,54(10):119-123,150.
[2] 刘英华，符向前.AHP-模糊综合评价法在泵站信息化评价工程中的应用[J].中国农村水利水电，2021(12):235-238.
[3] 徐存东，王荣荣，刘辉，等多泥沙河流侧向进水泵站开机组合对前池流态的影响研究[J].水利学报，2020,51(1):92-101.