柳旭

摘 要：水泵作為一種通用機(jī)械的廣泛地用于電力、采礦、石油化工、市政工程及農(nóng)林排灌等諸多領(lǐng)域，影響著整個(gè)工農(nóng)業(yè)供排水的經(jīng)濟(jì)性、安全性和穩(wěn)定性，水泵控制技術(shù)經(jīng)歷了手動(dòng)-半自動(dòng)-自動(dòng)-高集成自動(dòng)的發(fā)展過程，隨著傳感測(cè)量、控制器和控制算法的發(fā)展，為滿足工農(nóng)市政行業(yè)對(duì)水泵運(yùn)行安全穩(wěn)定性的更高要求，水泵的自動(dòng)控制技術(shù)逐步向高精度、高速度、自動(dòng)化和智能化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：水泵； 自動(dòng)控制； 自動(dòng)化； 泵站； 監(jiān)控

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.219

水泵是一種通用機(jī)械，廣泛地用于國民經(jīng)濟(jì)各部門，如電力、采礦、石油化工、市政工程及農(nóng)林排灌等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，水泵的工作控制從傳統(tǒng)的人工控制逐步發(fā)展為自動(dòng)控制，大大的提高了工作效率、改善了水泵及其系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。

水泵的自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用最廣的幾個(gè)方面包括市政供水、工業(yè)排水、農(nóng)業(yè)灌排等，其發(fā)展進(jìn)程基本上是沿著手動(dòng)-半自動(dòng)-自動(dòng)-高集成自動(dòng)的模式進(jìn)行的。雖然其控制系統(tǒng)的組成千變?nèi)f化、系統(tǒng)的復(fù)雜長度也各不相同，但其實(shí)質(zhì)是根據(jù)水泵工作場(chǎng)合的工作要求，根據(jù)控制系統(tǒng)理論，通過控制參數(shù)的監(jiān)測(cè)、一定的邏輯運(yùn)算得到水泵的控制信號(hào)，進(jìn)而控制水泵的運(yùn)行。對(duì)于大的供水或排水系統(tǒng)，為了可以實(shí)現(xiàn)提高系統(tǒng)安全性，采用高度自動(dòng)化的診斷系統(tǒng)已是所屬領(lǐng)域的發(fā)展方向。

1 水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)基本理論

控制系統(tǒng)是由控制器和被控對(duì)象組成，控制器根據(jù)輸入量，經(jīng)過一定的運(yùn)算輸出控制信號(hào)給被控對(duì)象。在水泵的自動(dòng)控制中，單片機(jī)、PLC或是大型的控制柜、計(jì)算機(jī)作為控制器進(jìn)行運(yùn)算，水泵作為被控對(duì)象，通常通過各類溫度、壓力、流量傳感器檢測(cè)值作為輸入量，經(jīng)過控制器的計(jì)算，通過變頻器、繼電器或是開關(guān)實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速或啟閉得控制，從而達(dá)到控制水泵運(yùn)行的目的。

2 水泵自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程

我國在20世紀(jì)70年代，泵站運(yùn)行基本依靠人工控制，發(fā)生故障也需要依靠管理人員的經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)的操作。市政供水其中灌排泵站用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的灌溉和排水，泵站規(guī)模較小，主要針對(duì)個(gè)別農(nóng)戶或村莊，因此其自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)展相較于市政供水和工業(yè)排水而言更為緩慢，自動(dòng)化的集成化水平也更低。而歐美各國在水泵自動(dòng)控制領(lǐng)域起步較早，在 20 世紀(jì) 60年代起，便開始通過對(duì)水廠的壓力、流量等實(shí)際參數(shù)的監(jiān)控，隨著各種現(xiàn)場(chǎng)總線的監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)日趨成熟，美國在通過控制系統(tǒng)由水資源部統(tǒng)一管理運(yùn)行。

到了80年代，隨著無線通訊技術(shù)的發(fā)展，我國的供水系統(tǒng)開始通過組網(wǎng)方式自動(dòng)控制，并可通過軟件的升級(jí)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的升級(jí)換代，提高的控制系統(tǒng)的適應(yīng)性，位于監(jiān)控系統(tǒng)核心的上位機(jī)采集各檢測(cè)數(shù)據(jù)信息通過報(bào)表、實(shí)時(shí)曲線的形式顯示，一些水廠也實(shí)現(xiàn)了水源、處理、輸送全過程的連續(xù)監(jiān)測(cè)，對(duì)每一個(gè)環(huán)境自動(dòng)的進(jìn)行調(diào)節(jié)、控制、顯示和報(bào)警。到了90 年代后，泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)向全分散式系統(tǒng)方向發(fā)展，灌溉泵站可以通過對(duì)諸如土壤狀態(tài)、溫度信息等參數(shù)的檢測(cè)實(shí)時(shí)獲取灌溉需求，并根據(jù)需要泵站中水泵的啟閉和轉(zhuǎn)速，排水泵站可以通過對(duì)水位的檢測(cè)控制其運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)泵站還設(shè)置完善的故障檢測(cè)和處理系統(tǒng)，提高了農(nóng)業(yè)灌排泵站的智能化和自動(dòng)化。

于此同時(shí)，國內(nèi)的公司開始對(duì)國外引進(jìn)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和軟件平臺(tái)進(jìn)行改進(jìn)，初步形成較為完善的SCADA系統(tǒng)。現(xiàn)在國內(nèi)比較流行的水廠計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要是PLC和DCS兩類，建立供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集中心，實(shí)現(xiàn)了一定程度的管控一體化。目前在用的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，基本上是我國自主開發(fā)的產(chǎn)品，在國內(nèi)煤礦所使用的自動(dòng)控制系統(tǒng)通常采用單片機(jī)和PLC兩種控制體系，采用單片機(jī)技術(shù)的控制裝置，適應(yīng)不變的控制流程，而采用PLC控制，現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及控制對(duì)象進(jìn)行編程，邏輯控制能力強(qiáng)，可滿足不同的控制對(duì)象，組網(wǎng)方便，選擇不同的通訊模塊可組成各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3 水泵自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

水泵自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展依賴于傳感測(cè)量、控制器、通信領(lǐng)域、控制算法的發(fā)展。隨著傳感器精度的不斷提高，控制器結(jié)構(gòu)更加精密、體積不斷減小，控制算法不斷完善，水泵的自動(dòng)控制技術(shù)勢(shì)必具有更高速、溫度、自動(dòng)化、智能化。同時(shí)水泵自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展也更多依賴用戶的需要，在市政供水中，隨著市場(chǎng)供水壓力大增大，給管網(wǎng)內(nèi)合理的調(diào)度和安全監(jiān)控提出的更高的要求，在工業(yè)排水尤其是煤礦排水中，隨著煤礦企業(yè)的規(guī)模增大，其排水系統(tǒng)的安全性的需要不斷提高，這就要求監(jiān)控系統(tǒng)將會(huì)朝更高精度、高速度和更優(yōu)算法方向發(fā)展，在農(nóng)業(yè)灌溉排水中，隨著人力成本的上漲，灌排泵站對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化要求更高，這就需要提高各類傳感器的檢測(cè)精度，并不斷的根據(jù)需要優(yōu)化控制過程，降低人工成本，實(shí)現(xiàn)高度的自動(dòng)化。

水泵的應(yīng)用涉及到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、市政等方方面面，水泵控制的自動(dòng)化水平影響著整個(gè)工農(nóng)業(yè)供排水的經(jīng)濟(jì)性、安全性和穩(wěn)定性。而針對(duì)具體的應(yīng)用場(chǎng)合，根據(jù)供排水的實(shí)際需要，其控制系統(tǒng)的智能化成為該領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)和趨勢(shì)。隨著計(jì)算機(jī)領(lǐng)域、通信領(lǐng)域、傳感測(cè)量領(lǐng)域的不斷發(fā)展，水泵的自動(dòng)化控制也將不斷邁上新的臺(tái)階。

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