中小型泵站智能化技术改造探讨

摘要:在泵站技术改造中,主要就动力机选型及智能控制方式方面进行了探索,提出在对河道水位进行智能监测的基础上对动力机采用智能控制,以达到无人值班、少人值守的目的,有效减小洪涝灾害的危害。

Abstract: In the transformation of the pumping station, the main control on the power machine selection and intelligent ways are explored and it also gives the suggestion of intelligent monitoring in the river on the basis of smart control of the power machine in order to achieve thepurpose of unattended, less people on duty, effectively reduce flood hazards.

关键词:泵站技术改造;智能控制;水位实时监测

Key words: pumping station transformation; intelligent control; water real-time monitoring

中图分类号:TV675文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)06-0067-01

1泵站动力机的选择

1.1 泵站动力机的选型农用排灌动力机主要采用交流异步电动机和交流同步电动机两种类型,同步电机具有能够补偿电网无功功率和稳定工作的优点,但是同步电机辅助设备较多,控制环节复杂,因而成本大、运行故障率较高,仅用于大型泵站中。与同步电动机相比异步电动机具有结构简单、没有励磁系统等辅助设备、控制系统简单、运行操作方便、可靠性高、投资省等优点,但异步电动机的缺点是起动电流过大、功率因数偏低,所以对电源容量和起动方式有一定要求。

随着农村供电电网的不断改造,现在农村供电电网多以10kV和35kV电压等级为主,而随着电机绝缘技术的发展,高电压电机生产技术已非常成熟,6kV和10kV交流异步电机的造价已相差无几,因此在价格上差别较小。如果选用10kV交流异步电机,则在供电系统接线方案和造价上具有较大优越性,加之异步电机变频调速技术的采用减少了低速电机由于极数过多造成的功率因数低下的问题。因此异步电动机正逐步取代同步电机而成为泵站动力机的首选电机。所以在电机选择额定电压为10kV交流异步电机。

1.2 电动机的起动方式选择电动机的传统起动方式一般有降压起动和直接起动两种方式,直接起动要求电机功率不能大于电源容量的30%,降压起动一般采用Y/变换软起动、自耦变压器软起动等。随着电力电子技术和微机控制技术的发展,出现了用于电动机起动的软起动技术。

软起动器采用三相正反并联晶闸管作为调压器,通过改变加到晶闸管上的触发脉冲角,使晶闸管的输出电压逐渐增加,电动机平稳加速,实现平滑起动,降低了起动电流,待电机达到额定转数时,软起动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管,电动机在额定电压正常运转。软起动器同时还提供软停车功能,软停车与软起动过程相反,电压逐渐降低,转数逐渐下降到零,避免自由停车引起的转矩冲击。基于软启动方式的优越性以及装置技术成熟和造价不高的优点,需要降压起动的电动机选择使用软起动。

1.3 电动机调速方式选择水泵变速调节方法可分为两类:一类是电动机转速不变,通过动力机与水泵之间的传动装置调速,即改变传动装置的输出转速来改变水泵的工作转速。另一类方法是通过改变动力机自身转速,从而实现水泵的转速调节[1]。

2泵站智能控制技术

泵站智能控制技术主要是根据河道水位的变化自动进行水泵工作与否的操作,通过智能式水位实时监测系统[2]实时监测河道水位,并将水位高度转化为电压信号,控制电机起动、停止开关的操作,以实现泵站的智能控制。根据河道水位超过警戒水位的多少,水位实时监测系统可以产生多个电压信号,以控制参与运行的水泵数量和调速方式。电动机的控制采用手动和自动并联联锁控制的方式,手动方式是在自动控制设备故障时的应急操作措施。智能式水位实时监测系统主要由下位机和上位机两部分组成,下位机完成对水位高度的进行实时监测,形成电信号与上位机之间的串行通信,上位机主要完成采集信号的传输、处理。

2.1 智能式水位实时监测系统

2.1.1 传感器及信号调理电路。水位传感器选用Motorola公司的高精度X型硅压力传感器。传感器的水位信号经MPX压力传感器变为电信号,再送入放大电路,进行调理后输出到A/D模数转换。

信号调理电路的工作电源VDD2由间隙性工作的电源管理线路提供,而MPX压力传感器的工作电压由HT7130-1电压调整器调整成3V电压提供。

2.1.2 单片机及线路原理。水位监测系统下位机由单片机及线路组成。其中单片机选择了PHILIPS公司近期推出51LPC系列中的P87LPC764 OTP单片机,该系列单片机采用80C51改进型MCU、增加了WDT看门狗、I2C总线及PWM输出。

存储器可选用新型由MEGAWIN公司生产的低功耗、大容量串行e-Flash存储器MM36SB020。实时时钟芯片选用了PCF8563,低工作电流:典型值为0.25μA,大工作电压范围:1.0～5.5V,所有的地址和数据通过I2C 总线接口串行传递。A/D转换器选择了八位三线串行A/D转换器TLC8031CP,其分辨率为1/25,达到了系统技术指标的要求。同时选择了MAX6129_EUK25-T超低功耗、串联型电压基准为A/D提供2.5V基准电压。RS232串口驱动芯片采用了MAX232并通过串行中断的方式现实上下位机的通信连接。

2.1.3 下位机软件设计。下位机软件的设计主要包括主程序及串口中断服务程序的设计。主程序流程图主要包括VDD2上电延时、PCF8563时钟信号读取及贮存、水位数据采样及处理、PCF8563计数定时启动、掉电状态进入程序、掉电状态中断唤醒程序等模块组成。

2.2 电动机电气控制改造根据河道警戒水位、流量以及水泵排水流量,确定水泵运行水位条件,如有三台机组,则分别确定一台、二台及所有水泵运行的水位条件,以此确定智能式水位实时监测系统应提供电压信号大小,分别作为三台水泵开关操作系统的开启信号,电机控制线路的改造可直接利用监测信号通过PLC形成控制电路,也可在原来控制电路基础上,在各个电机开关操作控制线路中并接由开启信号控制的继电器常开触点,并和手动控制回路进行联锁,实现两种控制方式互锁控制,以使在智能系统出现故障时可通过手动控制方式进行控制。

3总结

通过以上改造的泵站智能控制技术,可全天候自动工作,可以达到无人值班、少人值守的目的,有效减小洪涝灾害的危害。

参考文献:

[1]潘玲,徐得潜.关于供水泵站的优化选型问题[J].中国农村水利水电,2006(10).

[2]刘吉来,李红,谢少伟,等. 智能式水位实时检测系统的研制[J].灌溉排水学报,2008(6B).