JGLY-GS3 型變頻恒壓供水系統(tǒng)實訓裝置 ( 大型 )

JGLY-GS3 型變頻恒壓供水系統(tǒng)實訓裝置 ( 大型 )

一、 技術說明
(1) 樓宇智能化恒壓供水的基本原理及應用領域
　　 智能化變頻恒壓供水的基本思路是采用變頻調速技術，通過壓力傳感器和壓力控制系統(tǒng)，把管網(wǎng)的實際壓力的變化情況轉換成標準的電信號，再把這個電信號輸入到智能儀表，與智能儀表的設定值進行 PID 計算后，輸出標準的電信號作為變頻器的調節(jié)信號。也可以把壓力傳感器輸出的電信號作為 PLC 的模擬量輸入信號，進入 PLC 后進行與設定值進行一定的運算后，輸出開關量模擬量信號，用于控制變頻器的輸出頻率，進行變頻調速和對泵進行切換，達到恒壓供水的目的。由于電壓或電流與頻率成線性關系，即 f=KU 或 f=KI ，通過智能儀表 PLC 的輸出信號的變化來改變變頻器的頻率最終使壓力達到恒定。

　　 隨著變頻技術的發(fā)展和人們對生活飲用水品質要求的不斷提高，智能化變頻恒壓供水系統(tǒng)已經逐步取代傳統(tǒng)的水塔供水系統(tǒng)，廣泛應用于多層生活小區(qū)的生活和消防用水，是樓宇自動化中重要的一個方面，它應用在以下場合：
* 高層建筑、生活小區(qū)、賓館及大型公共建筑的生活供水、消防用水以及噴淋系統(tǒng)等；
* 各種企業(yè)的生產、生活用水；
* 農村的噴灌系統(tǒng)；
* 園林噴灑系統(tǒng)，噴泉系統(tǒng)；
* 自來水廠各級加壓系統(tǒng)；
* 排污系統(tǒng)和排污站的改造等。
　　 隨著智能變頻恒壓供水技術的推廣和各個場合的具體應用不盡相同，要求技術人員能靈活的運用。較復雜的場合有綜合性的應用，如加入人機界面、組態(tài)監(jiān)控、遠程通訊等技術。根據(jù)這一現(xiàn)實要求，我公司開發(fā)了一系列的恒壓供水實驗裝置，用于大中專院校的教學需要。  
(2)KYLY-GS3PLC 樓宇智能化恒壓供水實驗裝置設計要求與可實現(xiàn)的目標
KYLY-GS3PLC 智能化恒壓供水系統(tǒng)實驗裝置是我公司根據(jù)教育部開設的 " 樓宇自動化控制 ” 課程的要求，并結合勞動部、勞動廳及省職業(yè)技能培訓考核大綱內容，研制開發(fā)的一套綜合性的具有開放式的恒壓供水系統(tǒng)實驗培訓考核裝置，該套裝置符合 " 應用型職業(yè)技能 ” 大專人才培訓目標，包含微機控制技術、智能化儀表應用技術、自動控制理論、傳感器技術（控制的變量有壓力、液位等）、變頻技術應用、 PLC 控制應用技術、 PID 調節(jié)技術、模擬量處理技術、液體機械技術、流體力學、工業(yè)遠程控制與通信技術等實驗考核項目，可做多門課程的相關實驗，適應開放性實驗室的要求。并且在設備上面設置有故障點、故障開關，可用于進行智能考核。主要適用于大學、高職高專、職業(yè)技術學院、技師學院和高級技校的工業(yè)電氣自動化、自動控制、工業(yè)企業(yè)自動化等專業(yè)的實驗室教學。特別適合工科本科或者研究生的教學需要，可以作為學期末的課程設計、也可以作為畢業(yè)前的畢業(yè)設計。顯著特點如下：  
* 開放式結構：學生可以靈活的編制 PLC 控制程序和進行組態(tài)控制，可以進行控制回路的電路連接。
* 多種控制方式：具有手動、自動、遠程控制、智能儀表控制、報警等功能。
* 分時工作：工頻 / 變頻切換功能、主泵和備用泵輪換工作功能。
* 保護功能：過載保護、欠壓保護、過壓過流保護、相序不平衡保護、缺相保護、連鎖等。
* 計算機實時監(jiān)控：組態(tài)軟件制作人機界面，監(jiān)控畫面清晰、形象�？梢詫崟r監(jiān)控出壓力等參數(shù)的變化狀況 , 系統(tǒng)的工作狀態(tài)、控制方式和工作界面通過計算機 " 力控組態(tài)軟件 ” 顯示和監(jiān)控，管網(wǎng)水流變化和顯示界面清晰、形象與實際相似。
* 超強擴展性能：系統(tǒng)可靈活的組成網(wǎng)絡系統(tǒng)進行遠程控制和智能化控制，多臺聯(lián)機組成局域網(wǎng)、工控網(wǎng)等。
(3)KYLY-GS3PLC 樓宇智能化恒壓供水實驗裝置系統(tǒng)結構組成  
　　 恒壓供水系統(tǒng)實訓系統(tǒng)，能真實的模擬樓宇智能供水的工作原理和流程，使學員能掌握管路結構、控制方式、編程實訓、傳感器應用、 PLC 應用、變頻器應用、觸摸屏應用、組態(tài)軟件應用等，并可以進行二次開發(fā)。需要有必要的外部管路連接，連線靈活方便。在停機時能維持管網(wǎng)壓力恒定一定的時間。要求能實現(xiàn)兩種 PID 調節(jié)方式來控制。易于實現(xiàn)遠程監(jiān)控。  
　　 恒壓供水實驗系統(tǒng)，采用實驗對象、控制儀表、控制臺、 PLC 實驗模塊、計算機分離的方式。對象采用上、下水箱雙回路方式，壓力傳感器、液位傳感器、雙水箱系統(tǒng)、各種調節(jié)閥、手動切換閥、立式多級離心泵、氣壓罐、系統(tǒng)支架、不銹鋼管路、壓力表等。可單獨通過 PLC 、組態(tài)軟件、變頻恒壓控制 , 也可采用傳統(tǒng)的繼電器控制�？刂茖嶒炁_部分主要包括 : 實驗臺、實驗桌、儀表、變頻器、交流電源輸出、直流電源輸出、 RS232-485 通訊接口、組態(tài)軟件、實驗導線、 PLC 模塊等。設備描述：采用實驗對象、控制儀表、控制臺、 PLC 實驗模塊、計算機分離的方式，對象采用下水箱雙回路方式，系統(tǒng)對控制信號的控制準確、靈敏、可靠性高，堅固耐用。該裝置具有壓力、液位傳感等參數(shù)的顯示。檢測與控制，可單獨通過 PLC 、變頻恒壓控制；組態(tài)軟件恒壓控制，通過軟件與儀表進行單獨控制。
(4)KYLY-GS3PLC 樓宇智能化恒壓供水實驗裝置的系統(tǒng)工作流程
* 預先關閉蓄水箱和出水箱之間的閘閥，用軟管把水引入蓄水箱中，液面高度到達溢流口處為止。
* 確認工作方式開關處于 " 手動 ” 狀態(tài)，開啟總電源開關，通過電位器設定管網(wǎng)中希望的壓力（ Mpa ），本系統(tǒng)按照最大值 0.3 Mpa 設計。
* 完全打開出水管上用來模擬用水量的控制閘閥。保證 3 臺水泵進水出水管道上的閘閥處于完全打開狀態(tài)。
* 把工作方式轉到 " 自動 ” 狀態(tài)下， PLC 主機進入運行狀態(tài)，開始采樣：設定的預期壓力（實際上是一個 0-10V 的電壓信號）經過 A/D 模塊的一個通道 CH1 進入 PLC ，進行 A/D 轉換后，把相應的數(shù)字量存儲在 PLC 的數(shù)據(jù)寄存器中。同時實際壓力值信號也被 PLC （從通道 CH2 進入 PLC ）采樣存儲。 CH1 和 CH2 的數(shù)據(jù)進行運算比較后，輸出一個模擬量（從 A/D 模塊的 CH3 輸出），此模擬量信號進入變頻器的控制端子，用于頻率調節(jié)。
* PLC 進行快速的判斷后，開啟副泵（功率 0.37KW ）進入變頻運行狀態(tài)，副泵從 0HZ 開始軟啟動，逐漸補充管網(wǎng)的壓力，當副泵提供的壓力不能滿足實際需要（即未到達設定的壓力），頻率逐漸靠近工頻（ 50HZ ），直到 PLC 自動切換副泵運行在工作模式。
* 副泵運行在工頻狀態(tài)，仍不能滿足壓力要求， PLC 自動切斷副泵工作電源，系統(tǒng)啟動 1 號主泵變運行，直到壓力達到要求；若直到工頻仍不能達到要求， PLC 切換 1 號主泵運行在工頻狀態(tài)，啟動 2 號水泵運行在變頻狀態(tài)，直到管網(wǎng)壓力達到設定要求。
* 當用水量逐漸減少時，順序停止 1 號主泵和 2 號主泵。
以上為變頻恒壓供水的基本過程，智能化恒壓供水實驗裝置加入了出水箱液位控制，液位傳感器輸出一個模擬量信號（ 0-10V ），次信號進入 PID 智能儀表，智能儀表設定液位的上限和下限，再輸出報警信號送入 PLC ， PLC 執(zhí)行程序后決定是否停機。
二、標準配置

（三）、主要技術參數(shù)及指標
(1) 系統(tǒng)工作電源： AC380V±5% ， 50HZ 。
(2) 外型尺寸：水機械部分約 2600×1400×1600mm （長 × 寬 × 高）；實驗臺及控制部分 1800×800×1600mm （長 × 寬 × 高），重量：約 400Kg 。
(3) 主要控制器品牌： PLC （三菱 FX2N-48MR ）、模擬量模塊（三菱 FX2N-5A ， 4 通道模擬量輸入， 1 通道模擬量輸出）、變頻器（三菱 FR-A740-0.75KW ）、壓力傳感器（北京昆侖）、液位傳感器（北京昆侖，檢測量程 0-1.0m ）、組態(tài)軟件（力控 128 點開發(fā)版）。


(4) 主泵：流量 Q=4M3/h, 揚程 H=20m, 額定功率 P=0.55KW 。如下圖所示，主泵采用立式多級離心不銹鋼泵。副泵：流量 Q=2.4M3/h, 揚程 H=20m, 額定功率 P=0.37KW 。

(5) 除以上主要器件外，還有壓力罐（容積 35L ）、管網(wǎng)（主管路采用 Φ50mmg 國標 304 不銹鋼管，支管采用 Φ30mm 國標 304 不銹鋼管）、普通壓力表、止回閥、軟管、鋼絲球閘閥、不銹鋼水箱（容積 1 立方米）、底架（采用槽鋼制作，底部安裝有萬向輪）等，構成密閉的水循環(huán)回路。
   
(6) 實驗裝置采用變頻器與 PLC 相結合的控制方式。標準配置提供了變頻器模塊、 PLC 模塊、儀表模塊、繼電器控制部分、電源輸出部分，各個部分相互獨立。實驗過程中，采用接插式實驗導線進行實驗。
※ PLC 模塊
　　 采用西門子 PLC 。
※ 變頻器模塊
　　 采用西門子 MM420 。注意：變頻器的硬件結構、操作內容、參數(shù)含義等詳細內容，請參考變頻器操作手冊。
※ 儀表模塊
　　 設計了 " 反饋壓力 ” 、 " 設定壓力 ” 、 " 反饋液位 ” 、 " 設定液位 ” 四個數(shù)字表，可以直接顯示壓力和液位，其中壓力表的單位是 Mpa, 液位表的單位是 m 。
※ 觸摸屏模塊  
　　 安裝有西門子觸摸屏。

※ 機頭部分
　　 機頭部分包括交流電源輸出、直流電源輸出、可調直電源輸出、主回路線路等�；芈返脑O計參考下圖。

圖中各部分的意義如下：
L1-L2-L3: 三相交流電源 FU(FU1-FU2-FU3): 熔斷器
KM1: 控制 1# 泵 (BUMP1) 工頻運行 KM2: 控制 1# 泵 (BUMP1) 變頻運行
KM3: 控制 2# 泵 (BUMP2) 工頻運行 KM4: 控制 2# 泵 (BUMP2) 變頻運行
KM5: 控制 3# 泵 (BUMP3) 工頻運行 KM6: 控制 3# 泵 (BUMP3) 變頻運行
A700: 變頻調速器 FR1 、 FR2 、 FR3: 熱繼電器
KM7-KM8-KM9:1#2#3# 水泵手動切除控制 M1-M2-M3 ： 1# 泵 -2# 泵 -3# 泵的驅動電機
　　 控制回路是變頻恒壓供水實驗系統(tǒng)學習的重點，如下圖所示，圖中的接觸器線圈和輔助觸頭、指示燈端子、 PLC 的 I\O 端子、變頻器的控制端子、傳感器的控制端子等都已經連接至實驗臺的面板上，學生利用實驗導線連接控制回路。

（四）軟件組成
　　 與本實驗系統(tǒng)配套的軟件有： 1 ）組態(tài)軟件：力控； 2 ） PLC 編程軟件； 3 ）三菱變頻器操作軟件。
（五）配備的技術資料
1 ）西門子 PLC 編程手冊； 2 ）變頻器操作手冊； 3 ）各種傳感器操作說明； 4 ）系統(tǒng)實驗指導書（含實驗項目，接線圖，梯形圖等）； 5 ）組態(tài)軟件操作手冊。
（六）安全保護體系
1 ）電路具有短路保護、過電壓保護、同時具有電壓、電流型漏電保護裝置接地可靠。 2 ）實驗連接線采用超軟、防硬化、全封閉、高可靠彈性結構。 3 ）實驗連接線柱強、弱電已嚴格分開，提高設備的可靠性。 4 ）帶電部分牢固、無松動、不易人體觸電。
（七）完成實驗內容：
1 ）實驗裝置的基本操作與儀表調試（包括水泵的變頻運行，工頻運行等）；
2 ）恒壓供水的變頻原理；
3 ） PLC 實訓與操作、編程；
4 ）傳感器應用實驗；
5 ）微機 RS-485/232 串口通訊實驗；
6 ）水箱液位、壓力的 PID 控制實驗；
7 ） PLC 液位控制實驗；
8 ）組態(tài)軟件的操作與使用；