农业提灌工程信息化技术研究与应用

冯海军

(甘肃省景泰川电力提灌水资源利用中心，甘肃 景泰 730400)

我国作为世界水利大国，要想更好地发展国民经济就要重点发展水利工程。水利工程中一个重要的组成部分是农业提灌工程。我国大部分农业提灌工程都设置在偏远的地区，以往都是采用人工管理，这样的管理方式具有明显的缺陷，如工作人员需要面对较大的作业压力、自动化程度不高、安全性和平稳性差、不能可持续性的利用资源等问题，不能满足现阶段水利工程发展的实际需求。因此，在农业提灌工程中应用信息化技术具有重大的现实意义。

1 我国现阶段农业提灌工程的现状

1.1 机电设备存在的问题

据调查，我国农业提灌工程所用的水泵机组大多还是20世纪后期的产品，这些水泵机组长时间的运行，很多泵壳都受到严重的磨损，叶轮严重缩短，导致泵的出水压力大幅度降低，耗电量上升，叶轮吸水片汽蚀，具有极大的噪声，即使提高深度（淹没前池进水管口），还是会出现汽蚀，经维护后勉强运行，但是运行效率不足泵的60%。和水泵组配套的电机大多也是和水泵同时代的产品，电机也有明显的缺陷如漏磁大、起动特性差、绝缘等级（定子绕组）不合格等。我国大部分农业提灌工程所使用的电机只是勉强运行，可靠性较低。电气和控制设备存在绝缘老化、严重发热、噪声大的问题。电缆大多是油浸式电缆，由于使用时间长、运行条件差等原因导致电缆的绝缘性能严重降低，对设备和人身安全都有着重大的威胁。中控室没有控制保护设备，将保护设备安装到一次屏柜上，操作极易出现失误，且振动大。进出口闸阀由于频繁操作，再加上使用的时间较长，导致阀体和闸板密封圈严重破损，止水效果大幅度降低。引道轮、轴、轴窝（闸阀板上）严重磨损，在运行过程中极易出现脱落闸板的问题。由于闸阀（出水）不能自动止回和消弱水锤，一旦由于事故导致停机，就极易导致管道和管道附件破裂，破坏水泵和电机。

1.2 金属结构方面存在的问题

我国农业提灌工程的进出水管大多已经使用30多年，经过磨蚀（泥沙）和锈蚀（氧化）的累积影响，极易发生破裂的事故。20世纪70年代还没有对压力出水管设计造型，泵站管道不仅有混凝土的，还有铸铁的，一些埋入地下，一些是明管。铸铁管道严重锈蚀，密封装置（混凝土管道）老化，密封圈止水效果降低，经常出现泄露问题，造成管坡下沉和管道脱节等问题，虽然能够勉强运行，但是具有较大的安全隐患。前池拦污栅严重锈蚀，栅条断裂，不能发挥拦污的作用，导致水泵的吸水口堵塞，机组不能平稳正常运行。

1.3 通讯设备存在的问题

农业提灌工程的通讯设备老旧，通信使用电话方式，电话串接分机情况严重，不仅通讯混乱，通讯质量还低下，导致不能顺利的传达生产调度任务。

2 农业提灌工程应用信息化技术的总体方案

农业提灌工程中所使用的信息化系统属于实时监控网络，具有诸多功能，如监控生产、采集数据、采集微机保护设备信息、优化调度运行、支持管理决策、处理应急预案等。信息化技术应用总体方案的基本原则是实用功能、可靠运行、价格适中、技术过硬、方便维护、推广简单等，可以使用分布式结构，分为控制层、中心监控层和执行层3层结构。泵站所使用监控设备通过光缆连接监控层进行连接，数据传输通过以太网。另外监控设备还能够通过现场总线技术连接现场其他设备，具有较高的稳定性。

3 农业提灌工程中应用信息化系统的硬软件设计

3.1 硬件设计

控制核心为LPC2132，外围电路连接数据存储模块、控制电路（继电器）、检测模块（传感）、人机对话接口、GSM模块，对泵站的电源、存储电路（EEPROM）、核心模块（处理数据）、监测模块（泵站信息）等直接管控。首先设计电源、存储电路（EEPROM），技术人员设计与运行内核芯片（ARM7）相适应的主电源电路、辅助电源电路。装置（外部存储）记录累积抽水时间、时间（当前抽水）等信息。其次，设计核心模块（数据处理），技术人员可以选择单片机（32位、LPC2132），该模块的优点是功耗低、 运行平稳、控制终端结构紧凑性高、成本低等。最后，设计信息监测模块，电气参数监测对象为三相交流电流、三相交流电压，对电机功率因数进行计算，判断电机情况。技术人员测量温度、湿度（泵站内环境）的时候使用SHT11；监测集水池液位、进出水口水压使用投入式液位传感器、数字电接点压力表。

3.2 软件设计

农业提灌工程信息化系统使用ARMDeveloper Suit开发环境、JTAG仿真器以建立新工程的方式设计软件，主要内容是RS232串口通讯程序、应用程序模块、LCD显示程序、GSM程序、主程序、AD转换模块程序等。设计应用程序模块哟啊包括前后台程序、无线循环程序。农业提灌工程系统软件（信息化）的核心是主程序，能够监测和调度三相电压，置标准位A=0时启动电机。泵站信息化系统实现通讯的关键是GSM程序及RS232串口通讯程序。设计程序（LCD显示及AD转换模块）的基础是AD转换器（LPC2132），A/D转换时钟的获得是通过给bit0-bit7差异化赋值。数据发送、接收过程通过LCD设备实时显示，这个过程的基础是16×16点汉字、16×8点ASCII字符集（CMD12864内含简体中文字库）。

4 农业提灌工程使用信息化系统的测试工作

4.1 测试终端功能

设计完成农业提灌工程信息化系统的软件以后，组装显示模块（LCD）、控制核心板、GSM模块，完成农业提灌工程信息化系统，对传感器模拟参数进行逐一测量，连接AD转换器，对模拟参数值（液压检测、电量参数检测等）进行计算。确保输出电压满足相关要求，把电阻（155Ω）串联在输出引脚（传感器信号）、蓄电池负极间，利用万用表测量两端电压（串联电阻）。确定终端功能正常后连接信号和远程控制箱。

4.2 测试现场运行情况

现场测试基地选择一个农业提灌工程，连接电动球阀开关和控制器，检测相关参数，判断电机运行情况。然后把监测参数以两种方式（主动上报、被动查询）发送至主机。电机工作正常运行状态下抽水：UA（216V）、IA（56A）、UB（221V）、IB（52A）、UC（222V）、IC（52A）、电机温度（64.5℃）。管理人员能够远距离监控这些运行状态参数管理泵站，操作简单、方便、效率高。

5 结束语

通过对信息化系统（农业提灌工程）进行测试（现场运行）证实，在农业提灌工程中合理的应用信息化技术，能够实现无人值守泵站的目标。因此，相关技术人员要对泵站终端功能、规格（接口）、原则（组成）进行科学的分析，搭建核心为LPC2132芯片（ARM7内核）的、采集接口为集成多路AD模拟量、串口为UART、接口为I2C的外围芯片电路，最大程度降低终端控制器空间尺寸，从而提高泵站的效益。