安徽省驷马山引江工程管理处安徽马鞍山238251
摘要：流量是考核工程效益的主要指标，也是测算泵站综合效率和分部效率的关键参数之一。本文通过对乌江站泵站现场流量监测显系系统方案研究的论述，实现泵站的流量在线显示，可直观地在系统界面看到瞬时流量。对其他泵站的运行管理有一定的借鉴作用。
关键词：流量泵站数据采集
1.概述
驷马山灌区是安徽省最大的提水灌区，是以引江灌溉、防洪为主，兼有航运、供水等综合利用的大（Ⅰ）型灌区。乌江站为驷马山灌区渠首工程，从长江干流提水。设计装机10台/1.6万kW，单机容量1600kW、单机流量22.5m3/s，合计抽水流量225m3/s，净扬程3.7m；现状装机6台/9600kW，合计抽水流量135m3/s。长江侧设计最低进水位2.8m，灌溉保障率较高。为灌区工业、农业以及城镇居民生活用水提供了可靠的水源保障，发挥了巨大的社会效益。
流量是考核工程效益的主要指标，也是测算泵站综合效率和分部效率的关键参数之一，实现流量实时监测是泵站优化调度运行和科学管理的前提条件。我国大型泵站约600座，数量居世界首位。
目前驷马山乌江泵站使用的是大型低扬程泵站，由于没有等径直管段，无法安装专用流量计，无法实现高精度实时流量监测。安徽省驷马山引江工程管理处联合扬州大学开展驷马山乌江泵站现场测试及流量监测研究与应用，研发了绕流管测流技术，结构简单，安装维护方便，测量结果可信度、准确度高，流量测定总误差远小于SL548-2012规定的±3.5%，测量数据通过液晶屏显示，可综合显示或单独显示任意瞬时平均流速、流量及时段的累计水量，并配备RS485接口可进行远距离传输。研发了测量轴功率的遥测电阻应变仪，具有结构简单、使用方便、精度高等特点，采用zigbee技术，可实现数据实时无线传输。
2.需求分析
在装有流量计后，目前可以实现高精度实时流量监测，但是测量结果只能显示在流量计本身，工作人员及管理人员无法远程看到相关流量数据，数据实时性差，造成数据获取误差、决策滞后等一系列问题。
为实时获取现场采集的流量数据并与现有系统融合使用，需要将流量数据传送至现有PLC控制系统中，工作人员及管理人员在PLC界面中直观看到现场实时流量数据，为管理人员提供及时有效的决策数据。
该数据可将现场的模拟量数据自动转换为数字量数据显示，审核完毕后直接录入数据库中，为以后数据查询和数据统计提供便利。
3.系统要求
数据采集软件部署在数据采集服务器中，通过流量计仪表预留的RS485接口，实现流量数据的在线采集。数据采集服务器由乌江站提供。
数据采集软件不仅可以实现流量数据的实时采集与监视，还可以通过数据采集软件对流量数据进行统计分析和查询。数据采集软件的功能包括数据接收、数据转换、数据审核、数据入库、数据统计、数据查询等。
4.详细方案
4.1流量计概述
乌江站水泵为大型轴流泵。鉴于泵进口埋于混凝土内，无法利用泵吸水室安装绕流管测流。初定于进水流道出口处安装绕流管测流。具体操作计划打开进水流道人孔盖，从人孔进入流道内安装绕流管、传感器，引线、导压管等经由人孔盖穿出；流量计仪表放在水泵层。流量计仪表可实时显示流速、流量、时段累计水量；仪表带RS485接口。
（1）绕流管设计、制作及安装方案
2）绕流管两端法兰，法兰厚度10，直径φ110；法兰一端带空心凸台，内径φ35，高度40，壁厚7.5；另一端带φ25凸台，高度20。
3）绕流管314不锈钢，直径φ32，长度944，净长944-10×2=924；
③绕流管安装于泵进口端、流道出口处（见图１和图２），法兰螺纹联接于泵壳及导水锥钢件；
④法兰螺钉孔须准确找正后攻丝，现场安装时，先固定一个法兰，套入绕流管后固定另一端法兰；
⑤绕流管准确定位后，法兰凸台及绕流管钻出定位孔，插入定位销，确认绕流管位置正确后再加一只定位销固定；
⑥安装时如绕流管长于凸台净距，现场角向砂轮磨削；
⑦导压孔、传感器接头处联三通，高、低压各联φ4导压管，经人孔盖板穿出；
⑧传感器及接线可靠密封；导压管、传感器线沿管壁可靠固定。
图13HL大泵进水流道蜗壳段
图2绕流管安装尺寸图
（2）绕流管设计计算
①根据3HL大泵结构图及绕流管位置尺寸。绕流管装于泵叶轮前623mm。流量测量设计计算说明：
②泵外壳直段大端直径=2.926m，小端直径=2.534m，高0.943m，
中心收缩角=23.48°；导水锥大端直径=1.28m，小端直径=0.646m，高2.95n，中心收缩角=12.26°。泵吸水室平均收缩角=17.87°。
③测流部位环形通道外径=2.534m，内径=0.646m，绕流管理论长度944mm。设环形通道面积为（m2）：
=4.7154
为提高流量测量精度，绕流管采用多组取压孔。设取压孔8组，环形面积元=0.5894m2，各取压孔位处环半径中点。以泵轴中心为原点，取压孔具体位置（m）：
=0.4317；=0.6164；=0.7547；=0.8707；
=0.9728；=1.0651；=1.1499；=1.2289。
图3为绕流管加工尺寸及支承结构图。上部为绕流管内侧部分及支承结构；下部为绕流管外侧部分及支承结构。图中①、②～⑧为取压孔组序号，序号后数字为取压孔位置尺寸。
图3绕流管加工尺寸及支承结构
绕流管流量计是运用绕流管取压的差压式流量计。①结构简单，不影响、不改变被测管道系统，维修保养方便。②可用于普通管道流速、流量测定，可测得任意位置处点流速。③特制绕流管流速系数恒定不变，可测流速范围宽，量测精度高。④绕流管系独立件，流速系数有确定值，可外标定；⑤绕流管流速流量计流速系数既为恒定不变常数。
扰流管流速流量计实物图如下：
图4流量计现场图
4.2现有PLC系统概述
目前乌江使用的是美国GE的PLC系统，分布式和智能型I/O（Genius），主处理器采用386和486CPU，ModularLow-EndPLC（Series1），具有开放的VME总线结构、轴定位模块、PC编程器、高密度（32点）交流或直流I/O，即插即用和小型现场处理器世界著名品牌GE，GEFanuc自动化是GE公司从事工业自动化的部门，同时作为一个全球化的企业，致力于用最先进的、高可靠性的工业自动化技术和全球范围内的服务帮助用户提高生产力。GEFanuc自动化亚太公司业务遍及整个亚太地区。包括中国、韩国、日本、东南亚，西亚和大洋洲。位于上海的业务总部为这些地区提供市场、客户服务、财务、定单处理和发货管理等服务。另外，GE在印度的分公司的业务重点是系统集成，可以为客户提供全部控制解决方案，特别是应用于能源和冶金等项目的关键控制系统。
GEFanuc的宗旨是以客户的成功作为衡量自身业绩的标准，一如既往地为客户提供最完善的解决方案，最优质的工业自动化产品和服务，与GEFanuc的合作伙伴实现业务的双赢。提供工业自动化产品及服务如：
（1）开放的、高科技的高端过程控制器的PAC产品（PACSystems系列），
（2）PLC产品（90系列/Versamax系列//Micro&Nano）
（3）安全控制系统（90-30双机热备系统/90-70双机热备系统/90-70三重化表决系统//PAC双机热备系统）等。
（3）分布式I/O模块（GeniusI/O，FieldControlI/O，VersamaxI/O），
（4）智能生产解决方案（Proficy）提供了世界上综合能力最强的工业软件，解决从生产车间到过程执行直至商业管理系统中的所有问题。”
（5）工业控制软件HMI/SCADA产品（Cimplicity/Fix/iFix），
（6）DCS产品（Openprocess系列），
（7）工业触摸屏产品（QuickPanel/DataPanel/OCS/Controlstation/Viewstation），
（8）工业控制计算机产品（Displaystation/CimplicityStation），
配套的组态软件为组态王6.35，界面如下：
图5PLC组态界面
4.3流量数据接入方案
现将流量计实时获取的数据通过RS485通讯接入到PLC预留的空闲通道中，获取到该通道的地址，根据之前PLC后台软件程序的设计规律，结合获取到的通道地址，添加流量数据程序模块，同时，在组态王组态软件中添加流量显示的数据框并与后台数据相连接。通过上述步骤便可以实现将现场的流量数据接入PLC系统中，工作人员也可相应看到流量数据。
为实现后台数据自动统计和录入等功能，需要将测得的流量数据与PLC数据库相连接，根据需要将程序进行相应增改。
5.系统效益
通过建设驷马山乌江泵站流量计在线显示系统，可以实现泵站的流量在线显示，可直观地在系统界面看到瞬时流量。