水泵自动控制技术综述

摘 要：水泵作为一种通用机械的广泛地用于电力、采矿、石油化工、市政工程及农林排灌等诸多领域，影响着整个工农业供排水的经济性、安全性和稳定性，水泵控制技术经历了手动-半自动-自动-高集成自动的发展过程，随着传感测量、控制器和控制算法的发展，为满足工农市政行业对水泵运行安全稳定性的更高要求，水泵的自动控制技术逐步向高精度、高速度、自动化和智能化发展。

关键词：水泵； 自动控制； 自动化； 泵站； 监控

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.10.219

水泵是一种通用机械，广泛地用于国民经济各部门，如电力、采矿、石油化工、市政工程及农林排灌等。随着计算机技术的发展，水泵的工作控制从传统的人工控制逐步发展为自动控制，大大的提高了工作效率、改善了水泵及其系统运行的安全稳定性。

水泵的自动控制技术应用最广的几个方面包括市政供水、工业排水、农业灌排等，其发展进程基本上是沿着手动-半自动-自-高集成自动的模式进行的。虽然其控制系统的组成千变万化、系统的复杂长度也各不相同，但其实质是根据水泵工作场合的工作要求，根据控制系统理论，通过控制参数的监测、一定的逻辑运算得到水泵的控制信号，进而控制水泵的运行。对于大的供水或排水系统，为了可以实现提高系统安全性，采用高度自动化的诊断系统已是所属领域的发展方向。

1 水泵自动控制系统基本理论

控制系统是由控制器和被控对象组成，控制器根据输入量，经过一定的运算输出控制信号给被控对象。在水泵的自动控制中，单片机、PLC或是大型的控制柜、计算机作为控制器进行运算，水泵作为被控对象，通常通过各类温度、压力、流量传感器检测值作为输入量，经过控制器的计算，通过变频器、继电器或是开关实现电机转速或启闭得控制，从而达到控制水泵运行的目的。

2 水泵自动控制技术的发展进程

我国在20世纪70年代，泵站运行基本依靠人工控制，发生故障也需要依靠管理人员的经验和现场的操作。市政供水其中灌排泵站用于农业领域的灌溉和排水，泵站规模较小，主要针对个别农户或村庄，因此其自动控制系统发展相较于市政供水和工业排水而言更为缓慢，自动化的集成化水平也更低。而欧美各国在水泵自动控制领域起步较早，在 20 世纪 60年代起，便开始通过对水厂的压力、流量等实际参数的监控，随着各种现场总线的监控系统体系结构日趋成熟，美国在通过控制系统由水资源部统一管理运行。

到了80年代，随着无线通讯技术的发展，我国的供水系统开始通过组网方式自动控制，并可通过软件的升级实现整个系统的升级换代，提高的控制系统的适应性，位于监控系统核心的上位机采集各检测数据信息通过报表、实时曲线的形式显示，一些水厂也实现了水源、处理、输送全过程的连续监测，对每一个环境自动的进行调节、控制、显示和报警。到了90 年代后，泵站综合自动化系统向全分散式系统方向发展，灌溉泵站可以通过对诸如土壤状态、温度信息等参数的检测实时获取灌溉需求，并根据需要泵站中水泵的启闭和转速，排水泵站可以通过对水位的检测控制其运行状态，同时泵站还设置完善的故障检测和处理系统，提高了农业灌排泵站的智能化和自动化。

于此同时，国内的公司开始对国外引进的监测系统和软件平台进行改进，初步形成较为完善的SCADA系统。现在国内比较流行的水厂计算机控制系统主要是PLC和DCS两类，建立供水管网数据采集中心，实现了一定程度的管控一体化。目前在用的煤矿安全监控系统，基本上是我国自主开发的产品，在国内煤矿所使用的自动控制系统通常采用单片机和PLC两种控制体系，采用单片机技术的控制装置，适应不变的控制流程，而采用PLC控制，现场可根据现场情况及控制对象进行编程，逻辑控制能力强，可满足不同的控制对象，组网方便，选择不同的通讯模块可组成各种网络结构。

3 水泵自动控制技术的发展趋势

水泵自动控制技术的发展依赖于传感测量、控制器、通信领域、控制算法的发展。随着传感器精度的不断提高，控制器结构更加精密、体积不断减小，控制算法不断完善，水泵的自动控制技术势必具有更高速、温度、自动化、智能化。同时水泵自动控制技术的发展也更多依赖用户的需要，在市政供水中，随着市场供水压力大增大，给管网内合理的调度和安全监控提出的更高的要求，在工业排水尤其是煤矿排水中，随着煤矿企业的规模增大，其排水系统的安全性的需要不断提高，这就要求监控系统将会朝更高精度、高速度和更优算法方向发展，在农业灌溉排水中，随着人力成本的上涨，灌排泵站对系统的自动化和智能化要求更高，这就需要提高各类传感器的检测精度，并不断的根据需要优化控制过程，降低人工成本，实现高度的自动化。

水泵的应用涉及到工业、农业、市政等方方面面，水泵控制的自动化水平影响着整个工农业供排水的经济性、安全性和稳定性。而针对具体的应用场合，根据供排水的实际需要，其控制系统的智能化成为该领域发展的热点和趋势。随着计算机领域、通信领域、传感测量领域的不断发展，水泵的自动化控制也将不断迈上新的台阶。

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