摘要：农业灌溉离不开水利泵站这一关键设施。水利泵站作为水资源管理和调配的重要设施，其自动化和节能技术的应用，对提高水资源利用效率、降低能源消耗和保护环境具有重要的意义。目前，部分利用水利泵站进行农业灌溉的地区的能源浪费的现象较为严重，在设计水利泵站建筑时，并未考虑在灌溉过程中的能源节约。在进行较大规模且长时间的灌溉时，容易消耗大量能源，这有悖于对生态资源的保护。本文主要探讨水利泵站自动化技术及其节能措施，旨在通过自动化技术来实现在农业灌溉中的能源节约，为后期节能型水利泵站的建设奠定基础，为我国水利事业的可持续发展提供技术支持。

　　关键词：农业灌溉；农业水利泵站；自动化系统；农业节能

　　1农业水利泵站自动化技术的主要结构及其工作原理

　　1.1农业水利泵站自动化系统的主要结构及其工作原理

　　泵站自动化控制系统的结构主要由网络结构、监控计算机、PLC和现场测控设备组成，这四个部分相互协作，构成了泵站自动化控制系统的分层分布结构。并且，此种结构能够提高泵站的运行效率、安全性和可靠性，减少人力资源的需求，从而降低运行成本。

　　1.1.1网络结构

　　泵站自动化系统采用的监控系统网络结构为环网组网形式，其传输速率通常为100Mbps。在环网组网中，数据沿着环路传输，形成一个闭合的环状结构，每个节点都可通过环路与其他节点进行通信，从而实现数据交换。这种结构具有较高的可靠性和容错性，即使某个节点出现故障也不会影响整个网络的正常运行[1]。

　　泵站自动化系统采用Ethernet Modbus TCP/IP协议作为应用协议，用于实现各个节点之间的数据传输和通信。Modbus TCP/IP协议是一种基于TCP/IP协议的工业通信协议，具有良好的跨平台性和兼容性，广泛应用于自动化控制领域当中。通过该协议，监控主机、PLC和其他节点可以进行数据通信和远程控制，实现对泵站自动化控制系统的监控和管理。在该系统中，监控主机、PLC均挂于总线，通过总线与其他节点进行数据交换。总线作为一种通信方式，可以将多个节点连接起来，实现节点之间的数据传输。

　　1.1.2监控计算机

　　泵站自动化控制系统通常采用主从监控计算机的架构来提高系统的可靠性和容错性。

　　主监控计算机作为系统的核心节点，负责实时监测和管理泵站的运行状态，通过安装监控组态软件，实现对泵站各个参数的实时监测和控制。主监控计算机通常具有更高的处理能力和存储容量，可以处理大量数据，并提供更加复杂的控制策略[2]。从监控计算机是备用的控制节点，在主监控计算机出现故障时，可以独立进行工作，以此来保证泵站的正常运行。从监控计算机通常与主监控计算机具有相同的硬件和软件配置，具有与主监控计算机相同的功能，从监控计算机在接管工作后，操作员可通过从监控计算机对泵站进行监控和控制，使得泵站可以正常运转。当主监控计算机出现故障时，从监控计算机可以自主完成工作，避免因单点故障造成整个系统的瘫痪。同时，监控计算机之间通过网络通信进行数据交换，可以实现数据的备份和同步，确保数据的完整性和准确性。这种架构在泵站自动化控制系统中得到广泛应用，已经成为一种行业标准。

　　1.1.3PLC

　　PLC（可编程逻辑控制器）是一种常用于工业自动化控制系统的设备。在泵站自动化控制系统中，PLC可以用来监测主机组情况、循环水泵压力等装置，并将其数据信息传输给监控计算机[3]。同时，PLC还可以接收上位机指令，对现场设备进行操控，并将执行情况和结果上传至监控计算机。当出现故障时，PLC可以自动与报警参数进行比对，并将相关信息反馈给主控机。当某泵站的主变部分采用了一台独立的PLC来控制单元，液压启闭机和清污机分别采用两台独立的PLC，而其他部分则共用一台PLC。这样的配置可以实现对不同设备或单元的独立控制，避免因为一个PLC故障导致整个系统的停工。

　　在实际工作中，35kV变电所及主机保护信号可以通过通信管理机组的转换来实现，以此将信号上传到监控系统中。各机组的控制信号由主机控制单元进行管理和控制，从而做到对各个机组和设备的数据采集、控制和传输，实现整个泵站自动化控制系统的集中管理和监控。不同的功能模块通过PLC和现场总线技术进行连接，并通过通信结构实现数据的传输和共享，在一定程度上提高了系统的智能化和可靠性。

　　1.1.4现场测控设备

　　在实际工作中，现场测控设备较多，将其连接到PLC，这些现场测控设备的数据可以实时传输到监控系统中，实现对整个泵站的实时监测和控制。通过使用24VDC开关量信号和4~20 mA模拟信号，可以对不同设备的信号进行采集和传输，保证信号的可靠性和稳定性。PLC则作为中心控制单元，负责对各个设备的信号进行处理和分析，并通过控制指令实现对设备的控制。

　　1.2农业水利泵站视频监视系统结构和工作原理
　　1.2.1视频控制主机及硬盘录像机

　　在农业水利监视工作中，视频主机通常会连接到一个以太网网络上，通过网络接收监控摄像头传来的视频信号。视频主机可对这些视频信号进行处理，如调整分辨率、亮度、对比度等参数，使其成为符合以太网标准的信号，并上传到监控视频机上进行显示和存储[4]。同时，视频主机还可以通过以太网对摄像机、其他设备的信号进行接收，将其进行转换，从而实现对摄像机与其他设备的有效控制。

　　1.2.2监视器和视频仪设备

　　监视器作为一种专门用于显示视频信号的设备，可以接收来自监控摄像头或录像机等设备传来的视频信号，并将其显示在屏幕上。投影仪设备则是一种将图像或视频信号投射到大屏幕或墙壁上的设备。通过监视器和投影仪设备，监控系统的画面和各个设备的信息可以得到直观展示和观察[5]。这有助于操作员实时了解监控系统的状态、识别异常情况，并采取相应的措施。

　　2农业水利泵站自动化系统设计

　　2.1系统需求分析与功能规划

　　在农业水利泵站自动化系统的设计过程中，需要考虑该系统的功能规划，对系统的需求做好分析。

　　首先，了解泵站的运行模式，确定是手动控制、自动控制还是远程控制，明确监测的参数，如液位、流量、压力等，并了解其监测范围和精度要求。同时，还要确定好泵站的采集数据的频率，根据泵站的运行特点和目标确定合适的控制策略和算法以及故障诊断方法和报警机制。其次，在需求分析的基础上，进行功能规划，包括确定所需的传感器（如液位传感器、流量传感器、压力传感器等）、执行器（如电动阀门、泵等）、控制器（如PLC、DCS等）、数据采集与存储设备（如数据采集模块、数据库等）以及人机界面（如操作面板、监控软件等）等组成部分[6]。最后，在功能规划过程中，需要明确这些组成部分之间的关系和交互方式，确保其能够协同工作，实现农业水利泵站自动化控制和监测的目标。

　　2.2传感器与仪表选择与布置

　　在农业水利泵站自动化系统设计中，传感器的选择和布置是尤为关键的一环。具体要根据泵站的实际情况和监测要求，选择合适的传感器类型。常见的传感器包括液位传感器、压力传感器、流量计等，根据具体需求，对多种类型的传感器进行选择。对于农业水利泵站自动化系统，传感器的精度和可靠性非常重要。农业水利泵站工作环境通常比较恶劣，传感器需要具备良好的耐久性和环境适应性，能够承受湿度、温度、腐蚀等因素的影响。传感器的布置位置需要考虑被测参数的覆盖范围和监测准确性，确保传感器能够覆盖关键区域和设备，以获取准确的监测数据。同时，需要注意传感器与被测参数之间的适当距离，避免干扰源对传感器性能的影响。

　　2.3数据采集与监测系统设计

　　农业水利泵站自动化系统离不开数据采集与监测系统作为支撑。数据采集设备是用于收集各种传感器的输出信号，并将其转换为数字信号设备，包括传感器、数据采集卡、模拟/数字转换器等。数据采集设备负责将传感器收集到的数据转换为计算机可读取的数字信号。采集到的传感器信号可能需要进行一些转换和处理，以提高数据的准确性和可读性。数据存储与管理可以采用数据库、云存储等方式进行数据存储，同时建立相应的数据管理系统，以便进行数据的实时监测、统计和分析。

　　2.4控制设备与通信网络选型

　　根据农业水利泵站的规模和复杂程度选择合适的控制设备。较大规模的泵站或需要处理复杂控制逻辑的系统，需要更高性能的可编程逻辑控制器（PLC）或远程终端单元（RTU），以此保证设备能够快速响应和高效运行。选择稳定可靠的控制设备至关重要，因为农业水利泵站通常需要长时间、持续运行，要保证选用的控制设备具备良好的质量和可靠性，能够在不间断运行的情况下进行稳定工作。同时，控制设备需要与其他组成部分进行数据交换和通信，选型时需要确保控制设备具备与其他设备和传感器进行数据交互所需的通信接口，具体应根据实际需求选择适当的接口类型。

　　在农业未来发展和扩展需求的前提下，选择具有良好可拓展性的控制设备是非常有必要的。这意味着要选用支持模块化扩展或具备扩展槽位的设备，以便将来根据需求添加更多的控制功能或接口。还需要考虑农业泵站位置以及安全性，因为泵站位置对于通信网络类型的选择具有重要影响。如果泵站距离远，或者需要覆盖大面积的区域，无线网络将会更加适合，如Wi-Fi、蜂窝网络（3G/4G/5G）等。在近距离通信的情况下，以太网是一种常用的高速、可靠的有线网络。通信网络的选择还应考虑数据的安全性和保密性，特别是对于涉及敏感信息和控制指令的系统，必须采用加密和防火墙等安全机制来保障通信网络的安全性。

　　3农业水利泵站节能技术的应用

　　3.1节能型水泵

　　现阶段，要想实现农业水利灌溉的长久性发展，就必须采用新型、节能的技术手段。节能型水泵的用途非常明显，在农业灌溉中发挥着不可替代的作用，不仅可以降低在此方面的成本支出，还可以在一定程度上提升了泵站运行的经济效益。此外，在农业灌溉领域中，采用节能型水泵可以减少能源消耗，提高水资源利用率，降低对环境的影响。

　　3.2水泵抗磨蚀综合防治技术

　　农业水利泵站节能技术的研究和应用正呈现出多元化发展的趋势。在农业节能技术研究中，需要进一步深化协调性和可靠性方面的研究，加强对泵站各个设备之间的协调性分析和优化设计。

　　水泵抗磨蚀综合防治技术在保护水利工程、降低资源和能源浪费方面具有重要意义。以金属合金粉末喷涂（焊）技术为例，这种技术是将金属合金粉末喷涂或焊接在水泵叶片、叶轮室等过流部件的表面，形成一层致密、均匀的保护层。该保护层具有很高的硬度和韧性，能够提升抗磨蚀作用，延长水泵的使用寿命[7]。除此之外，一些具有良好耐磨性能的特殊材料，如陶瓷、高硬度合金等，也可以被应用于水泵的关键部件。这些材料具有较高的硬度和耐磨性，能够有效抵抗颗粒物质的冲击和擦伤，从而提高农业水利水泵的抗磨蚀能力。

　　3.3其他节能技术

　　随着农业灌溉科技的发展，需要将更多的节能技术应用到农业灌溉的领域中，不断提高水利泵站的运行效率，实现资源能耗的降低。高扬程梯级泵站运行调度技术就是一个不错的选择。该技术的关键在于建立优化调度数学模型，并应用计算机监控和网络通讯技术完成泵站之间的自动控制和协调。通过实时监测各泵站的水位、流量等信息，根据优化调度数学模型的指导，自动调整各泵站的流量以及上下游水位，使得整个梯级泵站系统在保障供水需求的前提下，实现最低的能耗。该技术可以提高梯级泵站的运行效率，减少不必要的能源消耗和设备损耗，通过精确的调度控制来避免过度供水或压力损失，降低能耗，实现节水目标。

　　4结语

　　农业水利泵站的自动化和节能技术是实现水资源高效管理和可持续发展的重要保障。为了响应我国农业节能灌溉的号召，本文针对水利泵站的自动化技术和节能措施展开深入研究，旨在通过自动化技术，提高泵站的运行效率和稳定性。未来，应加大对新型技术的投入和研究，以有效降低能源消耗，为我国农业绿色发展做出贡献。

　　参考文献：

　　[1]敦建顺.水利泵站自动化运行与控制系统设计与优化[J].河北水利,2023(10):47-48.

　　[2]魏顺.水利泵站运行智能化技术研究[J].现代工业经济和信息化,2023,13(09):294-296+299.

　　[3]郝相永.水利泵站运行智能化技术方案的构建[J].科技与创新,2023(14):146-148.

　　[4]吴娟.大型水利泵站自动化控制智能化技术的发展现状研究[J].灌溉排水学报,2023,42(07):147.

　　[5]夏寒,张璇,陈佳琦.自动化系统在泵站运行中的运用探讨[J].科技资讯,2022,20(20):19-22.

　　[6]罗俊尧.基于PLC技术的水利泵站自动化运行控制研究[J].中国高新科技,2022(14):138-140.

　　[7]陈文娟.水利泵站节能系统的设计与算法优化研究[D].江苏科技大学,2019.