JGLY-GS3 型變頻恒壓供水系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)裝置 ( 大型 )

JGLY-GS3 型變頻恒壓供水系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)裝置 ( 大型 )

一、 技術(shù)說明
(1) 樓宇智能化恒壓供水的基本原理及應(yīng)用領(lǐng)域
　　 智能化變頻恒壓供水的基本思路是采用變頻調(diào)速技術(shù)，通過壓力傳感器和壓力控制系統(tǒng)，把管網(wǎng)的實(shí)際壓力的變化情況轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)輸入到智能儀表，與智能儀表的設(shè)定值進(jìn)行 PID 計(jì)算后，輸出標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)作為變頻器的調(diào)節(jié)信號(hào)。也可以把壓力傳感器輸出的電信號(hào)作為 PLC 的模擬量輸入信號(hào)，進(jìn)入 PLC 后進(jìn)行與設(shè)定值進(jìn)行一定的運(yùn)算后，輸出開關(guān)量模擬量信號(hào)，用于控制變頻器的輸出頻率，進(jìn)行變頻調(diào)速和對(duì)泵進(jìn)行切換，達(dá)到恒壓供水的目的。由于電壓或電流與頻率成線性關(guān)系，即 f=KU 或 f=KI ，通過智能儀表 PLC 的輸出信號(hào)的變化來改變變頻器的頻率最終使壓力達(dá)到恒定。

　　 隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，智能化變頻恒壓供水系統(tǒng)已經(jīng)逐步取代傳統(tǒng)的水塔供水系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于多層生活小區(qū)的生活和消防用水，是樓宇自動(dòng)化中重要的一個(gè)方面，它應(yīng)用在以下場(chǎng)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(chǎn)、生活用水；
* 農(nóng)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(jí)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(shù)的推廣和各個(gè)場(chǎng)合的具體應(yīng)用不盡相同，要求技術(shù)人員能靈活的運(yùn)用。較復(fù)雜的場(chǎng)合有綜合性的應(yīng)用，如加入人機(jī)界面、組態(tài)監(jiān)控、遠(yuǎn)程通訊等技術(shù)。根據(jù)這一現(xiàn)實(shí)要求，我公司開發(fā)了一系列的恒壓供水實(shí)驗(yàn)裝置，用于大中專院校的教學(xué)需要。  
(2)KYLY-GS3PLC 樓宇智能化恒壓供水實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)要求與可實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)
KYLY-GS3PLC 智能化恒壓供水系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置是我公司根據(jù)教育部開設(shè)的 " 樓宇自動(dòng)化控制 ” 課程的要求，并結(jié)合勞動(dòng)部、勞動(dòng)廳及省職業(yè)技能培訓(xùn)考核大綱內(nèi)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(shí)驗(yàn)培訓(xùn)考核裝置，該套裝置符合 " 應(yīng)用型職業(yè)技能 ” 大專人才培訓(xùn)目標(biāo)，包含微機(jī)控制技術(shù)、智能化儀表應(yīng)用技術(shù)、自動(dòng)控制理論、傳感器技術(shù)（控制的變量有壓力、液位等）、變頻技術(shù)應(yīng)用、 PLC 控制應(yīng)用技術(shù)、 PID 調(diào)節(jié)技術(shù)、模擬量處理技術(shù)、液體機(jī)械技術(shù)、流體力學(xué)、工業(yè)遠(yuǎn)程控制與通信技術(shù)等實(shí)驗(yàn)考核項(xiàng)目，可做多門課程的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，適應(yīng)開放性實(shí)驗(yàn)室的要求。并且在設(shè)備上面設(shè)置有故障點(diǎn)、故障開關(guān)，可用于進(jìn)行智能考核。主要適用于大學(xué)、高職高專、職業(yè)技術(shù)學(xué)院、技師學(xué)院和高級(jí)技校的工業(yè)電氣自動(dòng)化、自動(dòng)控制、工業(yè)企業(yè)自動(dòng)化等專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)。特別適合工科本科或者研究生的教學(xué)需要，可以作為學(xué)期末的課程設(shè)計(jì)、也可以作為畢業(yè)前的畢業(yè)設(shè)計(jì)。顯著特點(diǎn)如下：  
* 開放式結(jié)構(gòu)：學(xué)生可以靈活的編制 PLC 控制程序和進(jìn)行組態(tài)控制，可以進(jìn)行控制回路的電路連接。
* 多種控制方式：具有手動(dòng)、自動(dòng)、遠(yuǎn)程控制、智能儀表控制、報(bào)警等功能。
* 分時(shí)工作：工頻 / 變頻切換功能、主泵和備用泵輪換工作功能。
* 保護(hù)功能：過載保護(hù)、欠壓保護(hù)、過壓過流保護(hù)、相序不平衡保護(hù)、缺相保護(hù)、連鎖等。
* 計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控：組態(tài)軟件制作人機(jī)界面，監(jiān)控畫面清晰、形象�？梢詫�(shí)時(shí)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(jì)算機(jī) " 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(shí)際相似。
* 超強(qiáng)擴(kuò)展性能：系統(tǒng)可靈活的組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和智能化控制，多臺(tái)聯(lián)機(jī)組成局域網(wǎng)、工控網(wǎng)等。
(3)KYLY-GS3PLC 樓宇智能化恒壓供水實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成  
　　 恒壓供水系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，能真實(shí)的模擬樓宇智能供水的工作原理和流程，使學(xué)員能掌握管路結(jié)構(gòu)、控制方式、編程實(shí)訓(xùn)、傳感器應(yīng)用、 PLC 應(yīng)用、變頻器應(yīng)用、觸摸屏應(yīng)用、組態(tài)軟件應(yīng)用等，并可以進(jìn)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(jī)時(shí)能維持管網(wǎng)壓力恒定一定的時(shí)間。要求能實(shí)現(xiàn)兩種 PID 調(diào)節(jié)方式來控制。易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。  
　　 恒壓供水實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，采用實(shí)驗(yàn)對(duì)象、控制儀表、控制臺(tái)、 PLC 實(shí)驗(yàn)?zāi)�塊、計(jì)算機(jī)分離的方式。對(duì)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(diào)節(jié)閥、手動(dòng)切換閥、立式多級(jí)離心泵、氣壓罐、系統(tǒng)支架、不銹鋼管路、壓力表等�？蓡为�(dú)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�(shí)驗(yàn)臺(tái)部分主要包括 : 實(shí)驗(yàn)臺(tái)、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)導(dǎo)線、 PLC 模塊等。設(shè)備描述：采用實(shí)驗(yàn)對(duì)象、控制儀表、控制臺(tái)、 PLC 實(shí)驗(yàn)?zāi)�塊、計(jì)算機(jī)分離的方式，對(duì)象采用下水箱雙回路方式，系統(tǒng)對(duì)控制信號(hào)的控制準(zhǔn)確、靈敏、可靠性高，堅(jiān)固耐用。該裝置具有壓力、液位傳感等參數(shù)的顯示。檢測(cè)與控制，可單獨(dú)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(jìn)行單獨(dú)控制。
(4)KYLY-GS3PLC 樓宇智能化恒壓供水實(shí)驗(yàn)裝置的系統(tǒng)工作流程
* 預(yù)先關(guān)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(dá)溢流口處為止。
* 確認(rèn)工作方式開關(guān)處于 " 手動(dòng) ” 狀態(tài)，開啟總電源開關(guān)，通過電位器設(shè)定管網(wǎng)中希望的壓力（ Mpa ），本系統(tǒng)按照最大值 0.3 Mpa 設(shè)計(jì)。
* 完全打開出水管上用來模擬用水量的控制閘閥。保證 3 臺(tái)水泵進(jìn)水出水管道上的閘閥處于完全打開狀態(tài)。
* 把工作方式轉(zhuǎn)到 " 自動(dòng) ” 狀態(tài)下， PLC 主機(jī)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，開始采樣：設(shè)定的預(yù)期壓力（實(shí)際上是一個(gè) 0-10V 的電壓信號(hào)）經(jīng)過 A/D 模塊的一個(gè)通道 CH1 進(jìn)入 PLC ，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后，把相應(yīng)的數(shù)字量存儲(chǔ)在 PLC 的數(shù)據(jù)寄存器中。同時(shí)實(shí)際壓力值信號(hào)也被 PLC （從通道 CH2 進(jìn)入 PLC ）采樣存儲(chǔ)。 CH1 和 CH2 的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算比較后，輸出一個(gè)模擬量（從 A/D 模塊的 CH3 輸出），此模擬量信號(hào)進(jìn)入變頻器的控制端子，用于頻率調(diào)節(jié)。
* PLC 進(jìn)行快速的判斷后，開啟副泵（功率 0.37KW ）進(jìn)入變頻運(yùn)行狀態(tài)，副泵從 0HZ 開始軟啟動(dòng)，逐漸補(bǔ)充管網(wǎng)的壓力，當(dāng)副泵提供的壓力不能滿足實(shí)際需要（即未到達(dá)設(shè)定的壓力），頻率逐漸靠近工頻（ 50HZ ），直到 PLC 自動(dòng)切換副泵運(yùn)行在工作模式。
* 副泵運(yùn)行在工頻狀態(tài)，仍不能滿足壓力要求， PLC 自動(dòng)切斷副泵工作電源，系統(tǒng)啟動(dòng) 1 號(hào)主泵變運(yùn)行，直到壓力達(dá)到要求；若直到工頻仍不能達(dá)到要求， PLC 切換 1 號(hào)主泵運(yùn)行在工頻狀態(tài)，啟動(dòng) 2 號(hào)水泵運(yùn)行在變頻狀態(tài)，直到管網(wǎng)壓力達(dá)到設(shè)定要求。
* 當(dāng)用水量逐漸減少時(shí)，順序停止 1 號(hào)主泵和 2 號(hào)主泵。
以上為變頻恒壓供水的基本過程，智能化恒壓供水實(shí)驗(yàn)裝置加入了出水箱液位控制，液位傳感器輸出一個(gè)模擬量信號(hào)（ 0-10V ），次信號(hào)進(jìn)入 PID 智能儀表，智能儀表設(shè)定液位的上限和下限，再輸出報(bào)警信號(hào)送入 PLC ， PLC 執(zhí)行程序后決定是否停機(jī)。
二、標(biāo)準(zhǔn)配置

（三）、主要技術(shù)參數(shù)及指標(biāo)
(1) 系統(tǒng)工作電源： AC380V±5% ， 50HZ 。
(2) 外型尺寸：水機(jī)械部分約 2600×1400×1600mm （長(zhǎng) × 寬 × 高）；實(shí)驗(yàn)臺(tái)及控制部分 1800×800×1600mm （長(zhǎng) × 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(cè)量程 0-1.0m ）、組態(tài)軟件（力控 128 點(diǎn)開發(fā)版）。


(4) 主泵：流量 Q=4M3/h, 揚(yáng)程 H=20m, 額定功率 P=0.55KW 。如下圖所示，主泵采用立式多級(jí)離心不銹鋼泵。副泵：流量 Q=2.4M3/h, 揚(yáng)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(guó)標(biāo) 304 不銹鋼管，支管采用 Φ30mm 國(guó)標(biāo) 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(gòu)成密閉的水循環(huán)回路。
   
(6) 實(shí)驗(yàn)裝置采用變頻器與 PLC 相結(jié)合的控制方式。標(biāo)準(zhǔn)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(gè)部分相互獨(dú)立。實(shí)驗(yàn)過程中，采用接插式實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
※ 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(jié)構(gòu)、操作內(nèi)容、參數(shù)含義等詳細(xì)內(nèi)容，請(qǐng)參考變頻器操作手冊(cè)。
※ 儀表模塊
　　 設(shè)計(jì)了 " 反饋壓力 ” 、 " 設(shè)定壓力 ” 、 " 反饋液位 ” 、 " 設(shè)定液位 ” 四個(gè)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(jī)頭部分
　　 機(jī)頭部分包括交流電源輸出、直流電源輸出、可調(diào)直電源輸出、主回路線路等�；芈返脑O(shè)計(jì)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(yùn)行 KM2: 控制 1# 泵 (BUMP1) 變頻運(yùn)行
KM3: 控制 2# 泵 (BUMP2) 工頻運(yùn)行 KM4: 控制 2# 泵 (BUMP2) 變頻運(yùn)行
KM5: 控制 3# 泵 (BUMP3) 工頻運(yùn)行 KM6: 控制 3# 泵 (BUMP3) 變頻運(yùn)行
A700: 變頻調(diào)速器 FR1 、 FR2 、 FR3: 熱繼電器
KM7-KM8-KM9:1#2#3# 水泵手動(dòng)切除控制 M1-M2-M3 ： 1# 泵 -2# 泵 -3# 泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)
　　 控制回路是變頻恒壓供水實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，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(jīng)連接至實(shí)驗(yàn)臺(tái)的面板上，學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線連接控制回路。

（四）軟件組成
　　 與本實(shí)驗(yàn)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(shù)資料
1 ）西門子 PLC 編程手冊(cè)； 2 ）變頻器操作手冊(cè)； 3 ）各種傳感器操作說明； 4 ）系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（含實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，接線圖，梯形圖等）； 5 ）組態(tài)軟件操作手冊(cè)。
（六）安全保護(hù)體系
1 ）電路具有短路保護(hù)、過電壓保護(hù)、同時(shí)具有電壓、電流型漏電保護(hù)裝置接地可靠。 2 ）實(shí)驗(yàn)連接線采用超軟、防硬化、全封閉、高可靠彈性結(jié)構(gòu)。 3 ）實(shí)驗(yàn)連接線柱強(qiáng)、弱電已嚴(yán)格分開，提高設(shè)備的可靠性。 4 ）帶電部分牢固、無松動(dòng)、不易人體觸電。
（七）完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：
1 ）實(shí)驗(yàn)裝置的基本操作與儀表調(diào)試（包括水泵的變頻運(yùn)行，工頻運(yùn)行等）；
2 ）恒壓供水的變頻原理；
3 ） PLC 實(shí)訓(xùn)與操作、編程；
4 ）傳感器應(yīng)用實(shí)驗(yàn)；
5 ）微機(jī) RS-485/232 串口通訊實(shí)驗(yàn)；
6 ）水箱液位、壓力的 PID 控制實(shí)驗(yàn)；
7 ） PLC 液位控制實(shí)驗(yàn)；
8 ）組態(tài)軟件的操作與使用；