泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用研究

馬新涌

（山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心棘洪灘水庫(kù)管理站，山東 青島 266109）

自動(dòng)化控制技術(shù)作為現(xiàn)階段實(shí)踐中被廣泛利用的高新技術(shù)之一，在應(yīng)用過程中產(chǎn)生了巨大的價(jià)值。水資源是我國(guó)生產(chǎn)、生活實(shí)踐中的重要資源，分布極為不均。從資源利用的角度來(lái)看，我國(guó)水資源存在著相對(duì)緊張的局面。為了解決水資源空間分布不均的情況，泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)十分重要。筆者結(jié)合目前的調(diào)水工程運(yùn)營(yíng)實(shí)踐進(jìn)行分析，其實(shí)際價(jià)值發(fā)揮和泵站機(jī)組設(shè)備的配合效果有顯著關(guān)系[1]。對(duì)我國(guó)目前使用的泵站進(jìn)行調(diào)查分析可知，其大多興建于20世紀(jì)60年代，這些泵站在運(yùn)行的過程中嚴(yán)重依賴操作員的經(jīng)驗(yàn)，而且為了保證泵站的持續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行，一般需要消耗大量的人力、物力。不僅如此，這種方式還存在著效率低、質(zhì)量差等顯著問題。在技術(shù)不斷進(jìn)步的大環(huán)境下，自動(dòng)化技術(shù)在泵站控制中的應(yīng)用表現(xiàn)越來(lái)越突出，分析研究泵站在工作實(shí)踐中的機(jī)電自動(dòng)化控制，有利于提升泵站的工作實(shí)效。

1 泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及功能

對(duì)泵站的工作實(shí)踐進(jìn)行分析會(huì)發(fā)現(xiàn)自動(dòng)化控制技術(shù)在其中的應(yīng)用經(jīng)歷了一個(gè)過程，而且自動(dòng)化技術(shù)的具體使用呈現(xiàn)出了發(fā)展的態(tài)勢(shì)，且這種發(fā)展與泵站自動(dòng)化控制需求息息相關(guān)。

1.1 泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

要明確泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)的利用現(xiàn)狀，首先需要對(duì)泵站有全面的認(rèn)知。所謂的泵站具體指的是設(shè)置了綜合設(shè)施的房屋，一般來(lái)講，這個(gè)房屋會(huì)配置水電機(jī)組、電力設(shè)施、管道，而且為了保證設(shè)備的安全，還會(huì)在房間上配置閘門。對(duì)我國(guó)的泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行分析，其主要經(jīng)歷了3個(gè)階段，分別是20世紀(jì)80年代、20世紀(jì)90年代和20世紀(jì)末期[2]。分析研究我國(guó)泵站機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)的具體發(fā)展，其與人們利用電子技術(shù)改善泵站運(yùn)行狀態(tài)有顯著的關(guān)系。在不斷滿足需求的基礎(chǔ)上，泵站機(jī)電的自動(dòng)化控制不斷完善，從機(jī)械電氣化逐步向自動(dòng)化控制轉(zhuǎn)變。

泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)的有效應(yīng)用非常重要。因?yàn)橛袕?qiáng)大且不斷發(fā)展的科學(xué)技術(shù)作支撐，當(dāng)前我國(guó)的泵機(jī)自動(dòng)化控制處在世界領(lǐng)先的位置[3]?？偟膩?lái)說(shuō)，現(xiàn)階段我國(guó)雖然在泵站機(jī)電自動(dòng)化控制方面取得了不錯(cuò)的成績(jī)，但是依然需要進(jìn)一步完善。

1.2 泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)的功能

在技術(shù)的具體使用中，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用保證了油箱、電機(jī)和泵的有效連接。在這個(gè)過程中，自動(dòng)化技術(shù)利用閥門、電閘等多種裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)泵站的自動(dòng)化控制。結(jié)合當(dāng)前的泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用可知其有幾種顯著的功能，具體表現(xiàn)在基本功能、高級(jí)功能以及修飾性功能[4]。在這3種功能當(dāng)中，基本功能是指為了保證基本操作的效果而需要實(shí)施的功能，比如在實(shí)踐中的數(shù)據(jù)采集、機(jī)組的控制等。高級(jí)功能所包含的內(nèi)容比較多，具體有應(yīng)急機(jī)制、自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用調(diào)節(jié)等。修飾性功能具體分析來(lái)看，其具體指的是依靠人體的感知，如觸覺、視覺等實(shí)現(xiàn)人機(jī)信息交換。泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)的3種功能是相輔相成且互相影響的，無(wú)法實(shí)現(xiàn)獨(dú)立存在。不僅如此，在研究中發(fā)現(xiàn)泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)3種功能的實(shí)現(xiàn)必須要以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，即在信息技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行內(nèi)部的轉(zhuǎn)換與遞進(jìn)，這樣，自動(dòng)化控制效果才會(huì)更加突出?？偟膩?lái)講，泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)在實(shí)踐中要發(fā)揮突出作用，必須要滿足3方面功能，這樣，技術(shù)應(yīng)用的可靠性表現(xiàn)才會(huì)更加突出。

2 泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及改善途徑

對(duì)泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)的有效應(yīng)用進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其存在著顯著優(yōu)勢(shì)，而且在實(shí)踐中通過改善應(yīng)用途徑，機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)的實(shí)踐價(jià)值會(huì)更加突出。

2.1 泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

高新技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的廣泛應(yīng)用正在逐漸取代人工生產(chǎn)，在高新技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)普遍應(yīng)用的大環(huán)境下，生產(chǎn)、工作效率獲得了顯著的提升[5]。就泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)的具體利用來(lái)看，其逐漸完善無(wú)論是對(duì)企業(yè)的工作效率還是工作質(zhì)量都有非常重要的作用。泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)具體是通過準(zhǔn)確讀取信息來(lái)源實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械的自動(dòng)化操作，靈敏度和準(zhǔn)確性是最為顯著的特征。其可以擺脫人類主觀方面因素的影響，從而保證泵站在信息處理方面的規(guī)范性和程序性，這樣諸多負(fù)面因素對(duì)泵站的影響會(huì)得到規(guī)避，泵站運(yùn)行的效率以及質(zhì)量會(huì)明顯提升。

泵站機(jī)電設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)的使用極大減輕了人類的操作負(fù)擔(dān)，在自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用的情況下，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性以及安全性有了顯著提升。設(shè)備所帶的自動(dòng)預(yù)警裝置以及檢測(cè)裝置等有效減輕了設(shè)備運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)，從而使設(shè)備的使用壽命以及運(yùn)行周期獲得了延長(zhǎng)[6]。不僅如此，泵站自動(dòng)化控制技術(shù)的使用對(duì)設(shè)備的維修和保養(yǎng)也是非常有利的，因?yàn)樽詣?dòng)化控制調(diào)整和改善了設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的自動(dòng)檢測(cè)，這樣，開展設(shè)備的整體維修等工作會(huì)更具針對(duì)性，其所消耗的資源等會(huì)得到有效控制。簡(jiǎn)言之，泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)的使用在人力、物力、財(cái)力控制等方面具有突出的現(xiàn)實(shí)效果，這對(duì)實(shí)現(xiàn)當(dāng)前設(shè)備應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性有顯著幫助。

2.2 泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)改善途徑

泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用要獲得預(yù)期的效果，需要對(duì)其具體運(yùn)行進(jìn)行改善。泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)在應(yīng)用中要保持控制效果的優(yōu)化，需要加強(qiáng)自動(dòng)化控制技術(shù)自身的復(fù)合性。目前的機(jī)電自動(dòng)化包含了信息整理學(xué)、計(jì)算機(jī)程序等比較多的內(nèi)容[7]。就21世紀(jì)的人類社會(huì)發(fā)展來(lái)看，智能化和自動(dòng)化是主要的發(fā)展趨勢(shì)，在這種趨勢(shì)下，人們對(duì)生活和工作的具體要求也發(fā)生了顯著的變化。在這種變化下，泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用需要強(qiáng)調(diào)如下幾點(diǎn)。

1）加強(qiáng)機(jī)電自動(dòng)化與智能化的結(jié)合，從而使機(jī)電自動(dòng)化控制逐漸轉(zhuǎn)向智能領(lǐng)域的自動(dòng)化控制?，F(xiàn)階段智能化應(yīng)用的顯著特點(diǎn)是性能高、運(yùn)行快和應(yīng)用廣，這些特征使得智能領(lǐng)域的自動(dòng)化控制具備了更加突出的應(yīng)用實(shí)效，所以基于智能化開發(fā)自動(dòng)化控制系統(tǒng)成了目前的泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)發(fā)展主流。

2）泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用需要深入應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)這一現(xiàn)代化平臺(tái)。結(jié)合現(xiàn)階段的遠(yuǎn)程控制實(shí)踐可知，網(wǎng)絡(luò)在遠(yuǎn)程控制中的作用是不可小覷的。因此，在自動(dòng)化控制終端開發(fā)中需要強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用，這樣，遠(yuǎn)程控制的實(shí)際效果會(huì)更加突出。

3）關(guān)注泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)的自動(dòng)化發(fā)展與綠色化發(fā)展。在泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)發(fā)展的過程中強(qiáng)調(diào)機(jī)電系統(tǒng)與人力之間的關(guān)系，重視二者的聯(lián)合，這樣可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制產(chǎn)品的綠色與生態(tài)[8]。

3 泵站機(jī)電自動(dòng)化控制的調(diào)節(jié)策略

在明確了泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用改善途徑后，對(duì)具體的泵站機(jī)電自動(dòng)化控制進(jìn)行調(diào)節(jié)，這對(duì)于更好地發(fā)揮自動(dòng)化控制優(yōu)勢(shì)有突出的現(xiàn)實(shí)意義。就目前的分析來(lái)看，在自動(dòng)化控制調(diào)節(jié)實(shí)踐中，如下工作是必須要強(qiáng)調(diào)的。

3.1 泵站自動(dòng)化的設(shè)計(jì)原則

為了保證技術(shù)的應(yīng)用效果，需要對(duì)自動(dòng)化控制的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行明確。以實(shí)際項(xiàng)目的開展為例，設(shè)計(jì)原則主要有3個(gè)：1）堅(jiān)持實(shí)踐原則。即從項(xiàng)目本身的實(shí)際情況入手對(duì)泵站的自動(dòng)化過程進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中要對(duì)資金、技術(shù)以及人員的具體配置等進(jìn)行考慮。在設(shè)計(jì)時(shí)，必須要強(qiáng)調(diào)實(shí)踐，不能因?yàn)樨澊笄笕O(shè)計(jì)出與實(shí)踐不相符的技術(shù)。就目前的實(shí)踐設(shè)計(jì)而言，從自動(dòng)化程度的差異出發(fā)可以設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集型、部分系統(tǒng)自動(dòng)型和綜合自動(dòng)型3種形式。2）先進(jìn)性和可靠性原則。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要以可靠性為核心展開相關(guān)的研究與分析，并對(duì)設(shè)備、元件等進(jìn)行選擇與利用，這樣，可以規(guī)避設(shè)計(jì)實(shí)踐中出現(xiàn)全面開花以及華而不實(shí)的問題。在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，基于可靠性強(qiáng)調(diào)設(shè)備選擇與利用的先進(jìn)性以及前瞻性，這樣，最終的泵站自動(dòng)化設(shè)計(jì)實(shí)效會(huì)更加突出。3）效益最大化原則。泵站自動(dòng)化和其他的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)一樣，也需要以效益最大化為基本目標(biāo)。結(jié)合目前的實(shí)踐進(jìn)行分析，在泵站自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐中，如果無(wú)法達(dá)到效益的最大化，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)浪費(fèi)資源的問題。

3.2 泵站的優(yōu)化控制

在加壓泵站控制的過程中，一般會(huì)利用具有實(shí)效性的控制規(guī)則，在規(guī)則應(yīng)用的基礎(chǔ)上水會(huì)處在安全范圍之內(nèi)，而且會(huì)在控制的范圍之內(nèi)讓其發(fā)揮最大效能[9]。對(duì)加壓泵的具體控制在實(shí)踐中要發(fā)揮其有效性，水泵機(jī)組的工作狀態(tài)變化需要滿足相應(yīng)的控制條件，比如工作機(jī)組的數(shù)量以及功率等需要在要求范圍內(nèi)。

利用機(jī)電自動(dòng)控制技術(shù)，使智能水泵機(jī)組控制系統(tǒng)和傳統(tǒng)的控制模式相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)水泵機(jī)組的PID自動(dòng)化控制。在控制實(shí)踐中，利用模糊控制策略會(huì)實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站機(jī)電的整體控制。就PID控制策略的具體實(shí)施來(lái)看，其實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的變頻控制，具體的控制示意圖如圖1所示。

圖1 控制示意圖

基于示意圖進(jìn)行具體分析，在泵站機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用的過程中會(huì)進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)水和出水量的計(jì)算，同時(shí)會(huì)通過PID實(shí)現(xiàn)機(jī)組的變頻調(diào)節(jié)。在實(shí)踐中，“是否運(yùn)行”的具體判斷是泵站自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用過程中的關(guān)鍵。結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)M進(jìn)行分析會(huì)發(fā)現(xiàn)在出水量的設(shè)置值比較低的時(shí)候，控制系統(tǒng)在控制實(shí)踐中會(huì)頻繁執(zhí)行控制過程，這種情況下機(jī)組切換的次數(shù)會(huì)比較多，會(huì)引發(fā)能源浪費(fèi)問題。在條件設(shè)置比較高的時(shí)候，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)性會(huì)顯著降低，而這種情況也不利于預(yù)期控制效果的完成?；谏鲜龅臈l件，參數(shù)設(shè)置高或者低都是非常不利的。因此，在實(shí)踐中需要合理地進(jìn)行出水、進(jìn)水量的設(shè)置，這樣，在利用PID進(jìn)行控制的時(shí)候，變頻調(diào)節(jié)的效果會(huì)更加顯著。

3.3 自動(dòng)化控制

在泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐中，自動(dòng)化控制是非常重要的內(nèi)容。就自動(dòng)化控制實(shí)踐來(lái)看，其具體指的是泵站機(jī)電控制過程中所有情況的集合，在所有情況判斷的基礎(chǔ)上會(huì)給出控制的具體策略。在泵站中，自動(dòng)化控制不用建立被控制對(duì)象模型，其會(huì)基于出水量的具體結(jié)果進(jìn)行參考數(shù)值的設(shè)置，進(jìn)而達(dá)到控制的目的[10]。另外，在泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)的具體利用中不需要精確的控制模型，對(duì)于動(dòng)態(tài)特性不強(qiáng)的泵站出入水量非常合適。此外，基于PID的自動(dòng)化控制策略需要保證穩(wěn)定性，這樣，其調(diào)節(jié)作用才會(huì)更加突出。

3.4 自動(dòng)化控制系統(tǒng)

在泵站機(jī)電自動(dòng)化控制中，發(fā)揮關(guān)鍵作用的系統(tǒng)便是自動(dòng)化控制系統(tǒng)，所以對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析與優(yōu)化有突出的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。就自動(dòng)化控制系統(tǒng)的屬性分析來(lái)看，其屬于計(jì)算機(jī)控制，不過在具體的控制應(yīng)用中，其存在著多種控制策略。對(duì)目前的泵站出入水量控制進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)其主要有兩個(gè)，對(duì)比實(shí)際注水量和泵站設(shè)定的范圍值會(huì)出現(xiàn)一個(gè)具有差異的數(shù)值，其便是偏差系數(shù)。在偏差系數(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的偏差率進(jìn)行確定，這樣，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用的實(shí)際效果會(huì)更加顯著。在出水設(shè)定的時(shí)候采用自動(dòng)控制系統(tǒng)，這樣能夠獲得一個(gè)具有統(tǒng)一性的集合。在這個(gè)集合中進(jìn)行變量范圍的確定，并保證數(shù)字的精確性，這樣便可以生成控制數(shù)據(jù)。讓數(shù)字信息處理工作在計(jì)算機(jī)的內(nèi)部進(jìn)行，如此一來(lái)便可以獲取控制的具體方法。在獲得策略數(shù)據(jù)之后對(duì)相應(yīng)的規(guī)則進(jìn)行改變，并在優(yōu)化規(guī)則的基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)模糊處理，最終便可以獲得泵站的控制值?；谀：幚淼睦毛@取控制的集合，并從輸出的數(shù)據(jù)當(dāng)中獲取能夠代表集合的精準(zhǔn)定量，最終便可以獲得最優(yōu)化之后的控制結(jié)果。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，泵站電機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)的利用對(duì)泵站的運(yùn)行效果有顯著的影響，所以在高效、穩(wěn)定、持續(xù)的要求之下，積極推動(dòng)泵站機(jī)電自動(dòng)化控制有突出的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。筆者詳細(xì)分析了泵站機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展以及功能，探討了自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)和效果提升途徑，提出了泵站機(jī)電自動(dòng)化控制基礎(chǔ)應(yīng)用的具體調(diào)節(jié)策略。