水泵自動控制技術(shù)綜述

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-半自動-自動-高集成自動的發(fā)展過程，隨著傳感測量、控制器和控制算法的發(fā)展，為滿足工農(nóng)市政行業(yè)對水泵運行安全穩(wěn)定性的更高要求，水泵的自動控制技術(shù)逐步向高精度、高速度、自動化和智能化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：水泵； 自動控制； 自動化； 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)展為自動控制，大大的提高了工作效率、改善了水泵及其系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定性。

水泵的自動控制技術(shù)應(yīng)用最廣的幾個方面包括市政供水、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-半自動-自動-高集成自動的模式進(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，但其實質(zhì)是根據(jù)水泵工作場合的工作要求，根據(jù)控制系統(tǒng)理論，通過控制參數(shù)的監(jiān)測、一定的邏輯運算得到水泵的控制信號，進(jìn)而控制水泵的運行。對于大的供水或排水系統(tǒng)，為了可以實現(xiàn)提高系統(tǒng)安全性，采用高度自動化的診斷系統(tǒng)已是所屬領(lǐng)域的發(fā)展方向。

1 水泵自動控制系統(tǒng)基本理論

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

2 水泵自動控制技術(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)驗和現(xiàn)場的操作。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，主要針對個別農(nóng)戶或村莊，因此其自動控制系統(tǒng)發(fā)展相較于市政供水和工業(yè)排水而言更為緩慢，自動化的集成化水平也更低。而歐美各國在水泵自動控制領(lǐng)域起步較早，在 20 世紀(jì) 60年代起，便開始通過對水廠的壓力、流量等實際參數(shù)的監(jiān)控，隨著各種現(xiàn)場總線的監(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)方式自動控制，并可通過軟件的升級實現(xiàn)整個系統(tǒng)的升級換代，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)采集各檢測數(shù)據(jù)信息通過報表、實時曲線的形式顯示，一些水廠也實現(xiàn)了水源、處理、輸送全過程的連續(xù)監(jiān)測，對每一個環(huán)境自動的進(jìn)行調(diào)節(jié)、控制、顯示和報警。到了90 年代后，泵站綜合自動化系統(tǒng)向全分散式系統(tǒng)方向發(fā)展，灌溉泵站可以通過對諸如土壤狀態(tài)、溫度信息等參數(shù)的檢測實時獲取灌溉需求，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水位的檢測控制其運行狀態(tài)，同時泵站還設(shè)置完善的故障檢測和處理系統(tǒng)，提高了農(nóng)業(yè)灌排泵站的智能化和自動化。

于此同時，國內(nèi)的公司開始對國外引進(jìn)的監(jiān)測系統(tǒng)和軟件平臺進(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)場可根據(jù)現(xiàn)場情況及控制對象進(jìn)行編程，邏輯控制能力強(qiáng)，可滿足不同的控制對象，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 水泵自動控制技術(shù)的發(fā)展趨勢

水泵自動控制技術(shù)的發(fā)展依賴于傳感測量、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，水泵的自動控制技術(shù)勢必具有更高速、溫度、自動化、智能化。同時水泵自動控制技術(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，灌排泵站對系統(tǒng)的自動化和智能化要求更高，這就需要提高各類傳感器的檢測精度，并不斷的根據(jù)需要優(yōu)化控制過程，降低人工成本，實現(xiàn)高度的自動化。

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

參考文獻(xiàn)：

[1]鄢光輝，PLC和變頻器在灌溉節(jié)水自動控制中的應(yīng)用[J].電氣技術(shù)，2006（04）：13-15.

[2]鐘震，沈日邁，黃逸中，董益林，竇以松，何希杰，穆建新，國內(nèi)外泵站監(jiān)控自動化技術(shù)設(shè)備現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中國農(nóng)村水利水電，1998（02）：19-20.

[3]毛東，城鎮(zhèn)水廠智能監(jiān)控系統(tǒng)[D].太原理工大學(xué)，2008.

[4]高勝國，黃修橋，齊學(xué)斌，樊向陽，李平，基于經(jīng)濟(jì)組網(wǎng)方式的灌溉遠(yuǎn)程自動控制系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2005，36（02）：79-81.

[5]鄭東強(qiáng)，郭慶凱，彭擔(dān)任，煤礦井下水泵機(jī)組監(jiān)控技術(shù)[J].煤礦機(jī)械，2012，33（03）：150-152

[6]袁博，我國礦井水資源開發(fā)、利用的法律問題研究[D].山西財經(jīng)大學(xué)，2009.

[7]溫國棟，基于ARM的煤礦自動排水監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].西安科技大學(xué)，2009.

[8]杜禮霞，基于SMS的城市供水調(diào)度遙測系統(tǒng)的設(shè)計[D].昆明理工大學(xué)，2005.

[9]譚一川，煤礦工業(yè)水泵自動化監(jiān)控系統(tǒng)研究與應(yīng)用城鎮(zhèn)水廠智能監(jiān)控系統(tǒng)[D].重慶大學(xué)，2009.

[10]高林，煤礦井下排水自動控制系統(tǒng)的研究與開發(fā) [D].太原理工大學(xué)，2007.

[11]李旭鳴，煤礦排水系統(tǒng)在線監(jiān)測變頻控制系統(tǒng)研究[D].河北工程大學(xué)，2010.