Автоматизация и управление системами водоснабжения и водоотведения

АВТОМАТИЗАЦИЯ 
И УПРАВЛЕНИЕ 
СИСТЕМАМИ 
ВОДОСНАБЖЕНИЯ 
И ВОДООТВЕДЕНИЯ
М.А. ГОРДЕЕВ- БУРГВИЦ
Д.М. ГОРДЕЕВ-БУРГВИЦ
Рекомендовано Институтом инженерно-экологического строительства 
и механизации НИУ МГСУ в качестве учебника для студентов 
высших учебных заведений, обучающихся по специальностям 
08.03.01 «Строительство» профиль «Водоснабжение и водоотведение», 
27.03.04 «Управление в технических системах», 
15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств», 
а также для инженерно-технических служб
Москва
ИНФРА-М
2025
УЧЕБНИК

УДК 628.1(075.8)
ББК 38.761я73
 
Г68
Р е ц е н з е н т ы:
Спицов Д.В., кандидат технических наук, доцент, директор Института инженерно-экологического строительства и механизации 
Национального исследовательского Московского государственного 
строительного университета;
Фрог Б.Н., доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой строительства систем и сооружений водоснабжения и водоотведения Российского государственного геологоразведочного университета имени Серго Орджоникидзе;
Примин О.Г., доктор технических наук, профессор, заместитель генерального директора ОАО «МосводоканалНИИпроект», академик 
Российской академии естественных наук; 
Вильданов К.Я., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент Академии электротехнических наук Российской Федерации
ISBN 978-5-16-018281-0 (print)
ISBN 978-5-16-111295-3 (online)
© Гордеев- Бургвиц М.А., 
Гордеев-Бургвиц Д.М., 
2025
Гордеев- Бургвиц М.А.
Г68 
 
Автоматизация и управление системами водоснабжения и водоотведения : учебник / М.А. Гордеев- Бургвиц, Д.М. Гордеев-Бургвиц. — 
Москва : ИНФРА-М, 2025. — 437 с. —  (Высшее образование). — 
DOI 10.12737/1958352.
ISBN 978-5-16-018281-0 (print)
ISBN 978-5-16-111295-3 (online)
В учебнике кратко излагаются основы автоматики и теории автоматического регулирования, элемен ты автоматических устройств, построение 
функцио нальных схем автоматики, контрольно- измерительные приборы 
и устройства. Рассматриваются принципы и основные схемы автоматизации систем водоснабжения и водоотведения.
Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования последнего поколения.
Для студентов, обучающихся по специальности «Водоснабжение и водоотведение» направлений подготовки «Строительство», «Управление 
в технических системах», «Автоматизация технологических процессов 
и производств», а также для аспирантов и инженерно- научного сообщества.
УДК 628.1(075.8)
ББК 38.761я73

Введение
Программа экономического и социального развития нашей 
страны предусматривает широкое внедрение автоматизации производственных процессов. Применение новейших средств автоматизации, микропроцессорной вычислительной техники и промышленных роботов различного назначения создает предпосылки 
для совершенствования производственной деятельности человека.
В результате изучения материалов настоящего учебника студент 
должен:
знать
 
• основы расчета технико-экономического обоснования решения 
по автоматизации системы (сооружения) водоснабжения (водоотведения);
 
• характеристики объекта управления, состав и функции автоматической системы управления технологическими параметрами 
систем (сооружений) водоснабжения (водоотведения);
 
• базовые понятия и определения основных параметров автоматического контроля и технологических процессов;
уметь
 
• выбирать и систематизировать информацию об объекте в сфере 
водоснабжения (водоотведения);
 
• рассчитывать основные параметры автоматического контроля 
параметров технологических процессов;
 
• контролировать гидравлические режимы работы технологического оборудования системы и сооружений водоснабжения (водоотведения);
владеть навыками
 
• выполнения технико-экономического обоснования решения 
по автоматизации системы (сооружения) водоснабжения (водоотведения);
 
• решения задачи измерения основных параметров в автоматической системе управления технологическими параметрами работы системы (сооружения) водоснабжения (водоотведения);
 
• постановки задачи по автоматическому контролю параметров 
технологических процессов.
Под автоматизацией производственных процессов понимается совокупность технических средств и методов, полностью 
или в определенной мере освобождающих человека от непосредственного выполнения функций контроля над этими процессами.

Совершенствование производственного процесса включает три 
основные стадии:
1) механизация этого процесса, заключающаяся в замене во всех 
его звеньях ручного труда машинным;
2) организация непрерывности (поточности) процесса;
3) автоматизация процесса.
Таким образом, автоматизация —  высшая форма организации 
производственного процесса в целом. При этом совокупность технических средств, используемых для автоматизации процесса, совместно с объектом управления образует систему управления. Она 
включает в себя приборы контроля, задачей которых является получение информации об изменении параметров производственного 
процесса, т.е. об изменении состояния объекта управления.
В Российской Федерации достигнуты большие успехи в разработке теории автоматического управления и технической кибернетики. Успеху в исследовании целого ряда новых теоретических 
проблем автоматики способствовало развитие теории информации 
и теории надежности. Огромное значение имеют исследования 
в области вычислительной математики и теории построения вычислительных машин. На основе этих теоретических исследований 
разработаны новые методы и технические средства автоматики.
Для автоматизации производственных процессов широко применяются микропроцессоры. С большой эффективностью используются промышленные роботы и автоматические манипуляторы. Создаются гибкие автоматизированные производства, 
позволяющие осуществлять быструю переналадку оборудования, 
изменение технологического режима и выпуск новой продукции. 
Большое развитие получают системы автоматизированного проектирования (САПР) и системы автоматического управления технологическими процессами (АСУ ТП).
Практическое значение имеет созданная в нашей стране Государственная система приборов и средств автоматизации (ГСП). 
Блочный и модульный принципы построения, полная взаимозаменяемость на основе высокой степени унификации, стандартизация 
габаритов и универсальность приборов этой системы обеспечивают 
ее применение в различных условиях производственной практики. 
Унификация средств автоматики позволила упорядочить их производство, расширить масштабы применения и сократить номенклатуру приборов.
Основными тенденциями дальнейшего развития ГСП являются быстрый рост числа датчиков на различные технологические 
параметры, повышение надежности, экономичности, точности 

и быстродействия систем измерения, совершенствование методов 
и средств формирования, передачи, обработки и использования измерительной информации.
Примером отечественных достижений в области создания 
и освоения систем автоматического управления производственными процессами являются успехи нашей страны в освоении 
космического пространства.
По мере внедрения автоматики в производстве наблюдается переход от частичной автоматизации отдельных процессов 
к комплексной автоматизации всех производственных процессов 
и далее —  к полной автоматизации производства, осуществляемого 
без непосредственного участия обслуживающего персо нала.
Современные системы водоснабжения и канализации, представляющие сложный комплекс рассредоточенных сооружений, связанных единым технологическим циклом, проектируются и сооружаются с централизованным управлением на базе автоматизации 
отдельных процессоров и использования средств вычислительной 
техники и телемеханики для управления и контроля. На передовых предприятиях водоснабжения и канализации достигнута 
комплексная автоматизация систем в целом или отдельных цехов.
Автоматизация производства имеет социальное значение. Изменяя характер труда, автоматизация способствует повышению 
производительности, улучшению условий труда, повышению качества продукции. Экономическая эффективность автоматизации 
определяется снижением производственных затрат при одновременном повышении выпуска продукции.
История развития автоматизации. Автоматизация появилась 
практически сразу же с возникновением производства. Мы начнем 
рассматривать автоматизацию с появления самодействующих 
устройств.
Самодействующие устройства —  прообразы современных автоматов —  появились в глубокой древности. Однако в условиях мелкого кустарного и полукустарного производства вплоть до XVIII в. 
практического применения они не получили и, оставаясь занимательными «игрушками», свидетельствовали лишь о высоком искусстве древних мастеров. Совершенствование орудий и приемов 
труда, приспособление машин и механизмов для замены человека 
в производственных процессах вызвали в конце XVIII —  начале 
XIX в. резкий скачок уровня и масштабов производства, известный 
как промышленная революция XVIII–XIX вв.
Промышленная революция создала необходимые условия 
для механизации производства, в первую очередь прядильного, 

ткацкого, металло- и деревообрабатывающего. Важнейшими достижениями этого периода стали изобретения русским механиком 
И.И. Ползуновым автоматического регулятора питания парового 
котла (1765) и английским изобретателем Дж. Уаттом —  центробежного регулятора скорости паровой машины (1784), ставшей 
после этого основным источником механической энергии для привода станков, машин и механизмов.
С 1860-х гг. в связи с быстрым развитием железных дорог стала 
очевидна необходимость автоматизации железнодорожного транспорта, прежде всего создания автоматических приборов контроля 
скорости для обеспечения безопасности движения поездов. 
В России одними из первых изобретений в этом направлении были 
автоматический указатель скорости инженера-механика С. Прауса 
(1868) и прибор для автоматической регистрации скорости движения поезда, времени его прибытия, продолжительности остановки, времени отправления и местонахождения поезда, созданный 
инженером В. Зальманом и механиком О. Графтио (1878). О степени распространения автоматических устройств в практике железнодорожного транспорта свидетельствует то, что на МосковскоБрестской железной дороге уже в 1892 г. существовал отдел механического контроля поездов.
Учение об автоматических устройствах до XIX в. замыкалось 
в рамки классической прикладной механики, рассматривавшей 
их как обособленные механизмы. Основы науки об автоматическом 
управлении по существу впервые были изложены в статье английского физика Дж.К. Максвелла «О регулировании» (1868) и труде 
русского ученого И.А. Вышнеградского «О регуляторах прямого 
действия» (1877), в котором впервые регулятор и машина рассматривались как единая система. Ученые разных стран (А. Стодола, 
Я.И. Грдина и Н.Е. Жуковский), развивая эти работы, дали систематическое изложение теории автоматического регулирования.
С появлением механических источников электрической 
энергии —  электромашинных генераторов постоянного и переменного тока (динамо-машин, альтернаторов) и электродвигателей — 
оказались возможными централизованная выработка энергии, 
передача ее на значительные расстояния и дифференцированное 
использование на местах потребления. Тогда же возникла необходимость в автоматической стабилизации напряжения генераторов, 
без которой их промышленное применение было ограниченным. 
Лишь после изобретения регуляторов напряжения с начала ХХ в. 
электроэнергия стала использоваться для привода производственного оборудования. Наряду с паровыми машинами, энергия 

которых распределялась трансмиссионными валами и ременными 
передачами по станкам, постепенно распространялся и электропривод, сначала вытеснивший паровые машины для вращения 
трансмиссий, а затем получивший и индивидуальное применение, 
т.е. станки начали оснащать индивидуальными электродвигателями.
Переход от центрального трансмиссионного привода к индивидуальному в 1920-х гг. чрезвычайно расширил возможности совершенствования технологии механической обработки и повышения 
экономического эффекта. Простота и надежность индивидуального 
электропривода позволили механизировать не только энергетику 
станков, но и управление ими. На этой основе возникли и получили развитие разнообразные станки-автоматы, многопозиционные 
агрегатные станки и автоматические линии. Широкое применение 
автоматизированного электропривода в 1930-е гг. не только способствовало механизации многих отраслей промышленности, но по существу положило начало современной автоматизации производств. 
Тогда же возник и сам термин «автоматизация производства» (АП).
В СССР освоение автоматизированных средств управления 
и регулирования производственных процессов началось одновременно с созданием тяжелой промышленности и машиностроения 
и проводилось в соответствии с решениями Коммунистической 
партии и Советского правительства об индустриализации и механизации производства. В 1930-е гг. по инициативе Г.М. Кржижановского в Главэнергоцентре ВСНХ СССР был организован Комитет по автоматике для руководства работами по автоматизации 
в энергетике. В правлении Всесоюзного электротехнического объединения (ВЭО) в 1932 г. было создано бюро автоматизации и механизации заводов электропромышленности. Автоматизированное 
оборудование начали применять в тяжелой, легкой и пищевой 
промышленности, совершенствовалась транспортная автоматика. 
В специальном машиностроении наряду с отдельными автоматами 
были введены в действие конвейеры с принудительным ритмом 
движения. Было организовано Всесоюзное объединение точной индустрии (ВОТИ) по производству и монтажу приборов контроля 
и регулирования.
В научно-исследовательских институтах энергетики, металлургии, химии, машиностроения, коммунального хозяйства создавались лаборатории автоматики. Проводились отраслевые и всесоюзные совещания и конференции по перспективам ее применения. 
Стартовали технико-экономические исследования значения АП 
для развития промышленности в различных социальных условиях. 

В 1935 г. в АН СССР стала работать Комиссия телемеханики и автоматики для обобщения и координации научно-исследовательских работ в этой области. Начали издавать журнал «Автоматика 
и телемеханика».
Высокая экономическая эффективность, технологическая целесообразность и — часто —  эксплуатационная необходимость способствовали широкому распространению автоматизации в промышленности, на транспорте, в технике связи, в водоснабжении 
и канализации. Основной предпосылкой автоматизации выступало 
более эффективное использование экономических ресурсов — 
энергии, сырья, оборудования, рабочей силы и капиталовложений. 
В результате стало улучшаться качество и обеспечивалась однородность выпускаемой продукции, повысилась надежность эксплуатации установок и сооружений.
В ходе выполнения первых трех пятилетних планов развития 
народного хозяйства в СССР (1928–1941) были созданы первые 
заводы, производящие приборы и аппаратуру автоматики и телемеханики. Во время Великой Отечественной вой ны (1941–1945) 
АП имела огромное значение в материально-техническом обеспечении фронта и удовлетворении нужд оборонной промышленности 
СССР. В первом послевоенном плане восстановления и развития 
народного хозяйства (1946–1950) были предусмотрены дальнейшая 
автоматизация энергетики, химической, нефтяной и нефтехимической промышленности, широкое внедрение в производство автоматизированного электропривода. Программа дальнейшего развития АП в период 1953–1958 гг., принятая на XIX съезде КПСС, 
предусматривала, в частности, механизацию работ и АП на предприятиях черной металлургии, в горной промышленности, в машиностроении, а также полную автоматизацию гидроэлектростанций 
(ГЭС).
Практически 1950-е гг. явились периодом, когда АП начала 
внедряться во все имеющие значительный удельный вес отрасли 
народного хозяйства СССР. В машиностроении (производство 
тракторов, автомобилей и сельскохозяйственных машин) были пущены автоматические линии, начал работать автоматизированный 
завод по производству поршней для автомобильных двигателей. 
Был закончен перевод на автоматическое управление агрегатов 
ГЭС, многие из них были полностью автоматизированы. На ряде 
крупнейших теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) были автоматизированы котельные цехи. В металлургической промышленности около 
95% чугуна и 90% стали выплавлялось в автоматизированных 
печах; были введены в эксплуатацию первые автоматизированные 

прокатные станы. Пущены автоматические установки на нефтеперерабатывающих предприятиях. Осуществлено телемеханическое 
управление газопроводами. Автоматизированы многие системы 
водоснабжения. Начали действовать автоматические бетонные заводы. Легкая и пищевая промышленность стала широко оснащаться 
автоматами и полуавтоматами для расфасовки, дозировки и упаковки продукции и автоматическими линиями по производству 
продуктов. Парк автоматизированного оборудования в 1953 г. 
вырос в 10 раз по сравнению с 1940 г. В металлообрабатывающей 
промышленности появились станки с программным управлением. 
Для производства массовой продукции были применены роторные 
автоматические линии. Во взрывоопасных химических производствах получило широкое распространение телемеханическое управление процессами.
После появления микропроцессоров АП стала внедряться намного быстрее.

Глава 1. 
ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ СИСТЕМ 
ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ
1.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ 
КАК ОБЪЕКТОВ АВТОМАТИЗАЦИИ
Устройства автоматического управления нельзя рассматривать 
вне связи с объектом управления. В общем случае система автоматического управления является замкнутой, в ней взаимодействуют 
объект управления и устройства управления. Поэтому о качестве 
устройства автоматического управления можно судить, когда исследована его работа совместно с объектом управления. В связи 
с этим разработка системы автоматического управления начинается с изучения статических и динамических характеристик объекта управления. Статические характеристики определяют свойства объекта в равновесном состоянии неизменно протекающего 
процесса. При возникновении возмущающих воздействий на процесс объект стремится к новому равновесному состоянию, которое 
достигается после окончания переходного процесса. Особенности 
протекания переходного процесса в объекте определяются его динамическими характеристиками.
В замкнутых системах на протекание процесса оказывают 
влияние как прямые, так и обратные связи между звеньями системы.
Автоматизация хорошо налаженного технологического процесса позволяет получить высокие технико-экономические и качественные показатели. Ошибочной будет попытка автоматизировать 
процесс, несовершенный в технологическом отношении.
Обнаружение механизма действия и динамики сложных технологических процессов наиболее полно может быть произведено 
с учетом выявления возможностей их автоматизации. Обычно производственный процесс включает источник вещества или энергии, 
приемник вещества или энергии, линию передачи управляющего 
воздействия и органы управления процессом. Совокупность этих 
элемен тов составляет объект производственного процесса.
Свой ства процесса характеризуются физическими величинами 
(параметрами), такими как давление, уровень, расход, температура, 
концентрация того или иного вещества. Технологические процессы, 
протекающие в водоснабжающих и водоотводящих сооружениях,