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KYLY-GS3型變頻恒壓供水系統實訓裝置(大型)
KYLY-GS3型變頻恒壓供水系統實訓裝置(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，把管網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已經逐步取代傳統的水塔供水系統，廣泛應用于多層生活小區的生活和消防用水，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、賓館及大型公共建筑的生活供水、消防用水以及噴淋系統等；
* 各種企業的生產、生活用水；
* 農村的噴灌系統；
* 園林噴灑系統，噴泉系統；
* 自來水廠各級加壓系統；
* 排污系統和排污站的改造等。
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、組態監控、遠程通訊等技術。根據這一現實要求，我公司開發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的目標
KYLY-GS3PLC智能化恒壓供水系統實驗裝置是我公司根據教育部開設的"樓宇自動化控制”課程的要求，并結合勞動部、勞動廳及省職業技能培訓考核大綱內容，研制開發的一套綜合性的具有開放式的恒壓供水系統實驗培訓考核裝置，該套裝置符合"應用型職業技能”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調節技術、模擬量處理技術、液體機械技術、流體力學、工業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、職業技術學院、技師學院和高級技校的工業電氣自動化、自動控制、工業企業自動化等專業的實驗室教學。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、也可以作為畢業前的畢業設計。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。
* 計算機實時監控：組態軟件制作人機界面，監控畫面清晰、形象�？梢詫崟r監控出壓力等參數的變化狀況,系統的工作狀態、控制方式和工作界面通過計算機"力控組態軟件”顯示和監控，管網水流變化和顯示界面清晰、形象與實際相似。
* 超強擴展性能：系統可靈活的組成網絡系統進行遠程控制和智能化控制，多臺聯機組成局域網、工控網等。
(3)KYLY-GS3PLC樓宇智能化恒壓供水實驗裝置系統結構組成
恒壓供水系統實訓系統，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、組態軟件應用等，并可以進行二次開發。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壓力恒定一定的時間。要求能實現兩種PID調節方式來控制。易于實現遠程監控。
恒壓供水實驗系統，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、各種調節閥、手動切換閥、立式多級離心泵、氣壓罐、系統支架、不銹鋼管路、壓力表等。可單獨通過PLC、組態軟件、變頻恒壓控制,也可采用傳統的繼電器控制�？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、液位傳感等參數的顯示。檢測與控制，可單獨通過PLC、變頻恒壓控制；組態軟件恒壓控制，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，開啟總電源開關，通過電位器設定管網中希望的壓力（Mpa），本系統按照最大值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。
* 把工作方式轉到"自動”狀態下，PLC主機進入運行狀態，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，把相應的數字量存儲在PLC的數據寄存器中。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的數據進行運算比較后，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。
* 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，副泵從0HZ開始軟啟動，逐漸補充管網的壓力，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，仍不能滿足壓力要求，PLC自動切斷副泵工作電源，系統啟動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，啟動2號水泵運行在變頻狀態，直到管網壓力達到設定要求。
* 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執行程序后決定是否停機。
二、標準配置
| 序號
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品 目
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分 項 名 稱
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分 項 說 明
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數 量
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| 1
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水機械部分
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水泵（主泵）
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Q=4M3/h,H=20m,P=0.55KW
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2臺
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水泵（副泵）
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Q=2.4M3/h,H=20m,P=0.37KW
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1臺
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鋼絲口閘閥
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7只
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止回閥
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3只
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普通壓力表
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3只
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遠傳壓力表
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1只
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球閥軟接頭
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3只
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不銹鋼水箱
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2只
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壓力罐
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國標
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1個
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引水軟管
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1根
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鐵制底架
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1套
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管網
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1套
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浮球開關
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1只
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| 2
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控制部分
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組態軟件
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力控（開發版）
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1套
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空氣開關
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正泰
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1只
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斷路器
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正泰
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3只
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熱繼電器
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正泰
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3只
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| 交流接觸器 |
正泰 |
6只 |
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穩壓電源(DC24V)
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2路
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穩壓電源(DC5V)
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|
2路
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可調直流電源(0-5V)
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|
2路
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按鈕
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正泰
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6只
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PLC模塊
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西門子PLC
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1套
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模擬量模塊
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西門子模塊
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1只
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| 液位變送器 |
JYB-KO-Y1VG，輸出信號1-5V，量程0-1m |
1只
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變頻器模塊
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MM420
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1臺
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實驗臺
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|
1套
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實驗桌、學生凳
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鋼制結構，底部安裝有萬向輪
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1套
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PLC編程電纜
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1條
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安全實驗導線
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1套
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儀表顯示模塊
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|
1套
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| 3
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其他
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觸摸屏模塊
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256色
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1套
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（三）、主要技術參數及指標
(1)系統工作電源：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）、組態軟件（力控128點開發版）。
(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（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
與本實驗系統配套的軟件有：1）組態軟件：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）系統實驗指導書（含實驗項目，接線圖，梯形圖等）；5）組態軟件操作手冊。
（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）組態軟件的操作與使用；
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