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一、裝置特點(diǎn)：

1、樓宇智能化恒壓供水的基本原理及應用領(lǐng)域

      智能化變頻恒壓供水的基本思路是采用變頻調速技術(shù)，變頻恒壓供水系統實(shí)訓裝置通過(guò)壓力傳感器和壓力控制系統，把管網(wǎng)的實(shí)際壓力的變化情況轉換成標準的電信號，再把這個(gè)電信號輸入到智能儀表，與智能儀表的設定值進(jìn)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(jìn)入PLC后進(jìn)行與設定值進(jìn)行一定的運算后，輸出開(kāi)關(guān)量模擬量信號，用于控制變頻器的輸出頻率，進(jìn)行變頻調速和對泵進(jìn)行切換，達到恒壓供水的目的。由于電壓或電流與頻率成線(xiàn)性關(guān)系，即f=KU或f=KI，通過(guò)智能儀表PLC的輸出信號的變化來(lái)改變變頻器的頻率*終使壓力達到恒定。

    隨著(zhù)變頻技術(shù)的發(fā)展和人們對生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，智能化變頻恒壓供水系統已經(jīng)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(dòng)化中重要的一個(gè)方面，它應用在以下場(chǎng)合：

（1）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；

（2）各種企業(yè)的生產(chǎn)、生活用水；

（3）農村的噴灌系統；

（4）園林噴灑系統，噴泉系統；

（5）自來(lái)水廠(chǎng)各級加壓系統；

（6）排污系統和排污站的改造等。

    隨著(zhù)智能變頻恒壓供水技術(shù)的推廣和各個(gè)場(chǎng)合的具體應用不盡相同，要求技術(shù)人員能靈活的運用。較復雜的場(chǎng)合有綜合性的應用，如加入人機界面、組態(tài)監控、遠程通訊等技術(shù)。根據這一現實(shí)要求，我公司開(kāi)發(fā)了一系列的恒壓供水實(shí)驗裝置，用于大中專(zhuān)院校的教學(xué)需要。

2、裝置設計要求與可實(shí)現的目標

    智能化恒壓供水系統實(shí)驗裝置是我公司根據教育部開(kāi)設的“樓宇自動(dòng)化控制”課程的要求，并結合勞動(dòng)部、勞動(dòng)廳及省職業(yè)技能培訓考核大綱內容，研制開(kāi)發(fā)的一套綜合性的具有開(kāi)放式的恒壓供水系統實(shí)驗培訓考核裝置，該套裝置符合“應用型職業(yè)技能”大專(zhuān)人才培訓目標，包含微機控制技術(shù)、智能化儀表應用技術(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)應用、PLC控制應用技術(shù)、PID調節技術(shù)、模擬量處理技術(shù)、液體機械技術(shù)、流體力學(xué)、工業(yè)遠程控制與通信技術(shù)等實(shí)驗考核項目，可做多門(mén)課程的相關(guān)實(shí)驗，適應開(kāi)放性實(shí)驗室的要求。并且在設備上面設置有故障點(diǎn)、故障開(kāi)關(guān)，可用于進(jìn)行智能考核。主要適用于大學(xué)、高職高專(zhuān)、職業(yè)技術(shù)學(xué)院、技師學(xué)院和高級技校的工業(yè)電氣自動(dòng)化、自動(dòng)控制、工業(yè)企業(yè)自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗室教學(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)期末的課程設計、也可以作為畢業(yè)前的畢業(yè)設計。顯著(zhù)特點(diǎn)如下：

（1）開(kāi)放式結構：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。

（2）多種控制方式：具有手動(dòng)、自動(dòng)、遠程控制、智能儀表控制、報警等功能。

（3）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。

（4）保護功能：過(guò)載保護、欠壓保護、過(guò)壓過(guò)流保護、相序不平衡保護、缺相保護、連鎖等。

（5）計算機實(shí)時(shí)監控：組態(tài)軟件制作人機界面，監控畫(huà)面清晰、形象?？梢詫?shí)時(shí)監控出壓力等參數的變化狀況,系統的工作狀態(tài)、控制方式和工作界面通過(guò)計算機“力控組態(tài)軟件”顯示和監控，管網(wǎng)水流變化和顯示界面清晰、形象與實(shí)際相似。

（6）超強擴展性能：系統可靈活的組成網(wǎng)絡(luò )系統進(jìn)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、系統結構組成

    恒壓供水系統實(shí)訓系統能真實(shí)的模擬樓宇智能供水的工作原理和流程，使學(xué)員能掌握管路結構、控制方式、編程實(shí)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(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。需要有必要的外部管路連接，連線(xiàn)靈活方便。在停機時(shí)能維持管網(wǎng)壓力恒定一定的時(shí)間。要求能實(shí)現兩種PID調節方式來(lái)控制。易于實(shí)現遠程監控。

    恒壓供水實(shí)驗系統采用實(shí)驗對象、控制儀表、控制臺、PLC實(shí)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(dòng)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?？蓡为毻ㄟ^(guò)PLC、組態(tài)軟件、變頻恒壓控制,也可采用傳統的繼電器控制?？刂茖?shí)驗臺部分主要包括:實(shí)驗臺、實(shí)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(shí)驗導線(xiàn)、PLC模塊等。設備描述：采用實(shí)驗對象、控制儀表、控制臺、PLC實(shí)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(guò)PLC、變頻恒壓控制；組態(tài)軟件恒壓控制，通過(guò)軟件與儀表進(jìn)行單獨控制。

4、樓宇智能化恒壓供水實(shí)驗裝置的系統工作流程

（1）預先關(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，液面高度到達溢流口處為止。

（2）確認工作方式開(kāi)關(guān)處于“手動(dòng)”狀態(tài)，開(kāi)啟總電源開(kāi)關(guān)，通過(guò)電位器設定管網(wǎng)中希望的壓力（Mpa），本系統按照*大值0.3Mpa設計。

（3）完全打開(kāi)出水管上用來(lái)模擬用水量的控制閘閥。保證3臺水泵進(jìn)水出水管道上的閘閥處于完全打開(kāi)狀態(tài)。

（4）把工作方式轉到“自動(dòng)”狀態(tài)下，PLC主機進(jìn)入運行狀態(tài)，開(kāi)始采樣：設定的預期壓力（實(shí)際上是一個(gè)0-10V的電壓信號）經(jīng)過(guò)A/D模塊的一個(gè)通道CH1進(jìn)入PLC，進(jìn)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(shí)實(shí)際壓力值信號也被PLC（從通道CH2進(jìn)入PLC）采樣存儲。CH1和CH2的數據進(jìn)行運算比較后，輸出一個(gè)模擬量（從A/D模塊的CH3輸出），此模擬量信號進(jìn)入變頻器的控制端子，用于頻率調節。

（5）PLC進(jìn)行快速的判斷后，開(kāi)啟副泵（功率0.37KW）進(jìn)入變頻運行狀態(tài)，副泵從0HZ開(kāi)始軟啟動(dòng)，逐漸補充管網(wǎng)的壓力，當副泵提供的壓力不能滿(mǎn)足實(shí)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(dòng)切換副泵運行在工作模式。

（6）副泵運行在工頻狀態(tài)，仍不能滿(mǎn)足壓力要求，PLC自動(dòng)切斷副泵工作電源，系統啟動(dòng)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(dòng)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。

（7）當用水量逐漸減少時(shí)，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(guò)程，智能化恒壓供水實(shí)驗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（0-10V），次信號進(jìn)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

三、主要技術(shù)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(cháng)×寬×高）；實(shí)驗臺及控制部分1800×800×1600mm（長(cháng)×寬×高），重量：約400Kg。

3、主要控制器品牌：PLC（西門(mén)子200系列）、模擬量模塊（4通道模擬量輸入，1通道模擬量輸出）、變頻器（西門(mén)子）、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(diǎn)開(kāi)發(fā)版）。

遠傳壓力表

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(wàn)向輪）等，構成密閉的水循環(huán)回路。

不銹鋼管不銹鋼管件

止回閥銅質(zhì)閘閥

6、實(shí)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(gè)部分相互獨立。實(shí)驗過(guò)程中，采用接插式實(shí)驗導線(xiàn)進(jìn)行實(shí)驗。

（1）PLC模塊：采用西門(mén)子PLC。

（2）變頻器模塊：采用西門(mén)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。

（3）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(gè)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。

（4）觸摸屏模塊：安裝有西門(mén)子觸摸屏。

（5）控制主機部分：控制主機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(xiàn)路等?；芈返脑O計參考下圖。

主回路總圖

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(dòng)切除控制M1-M2-M3：1#泵-2#泵-3#泵的驅動(dòng)電機

控制回路是變頻恒壓供水實(shí)驗系統學(xué)習的重點(diǎn)，如下圖所示，圖中的接觸器線(xiàn)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)驗臺的面板上，學(xué)生利用實(shí)驗導線(xiàn)連接控制回路。

四、軟件組成

    與本實(shí)驗系統配套的軟件有：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(mén)子PLC編程手冊；
2、變頻器操作手冊；
3、各種傳感器操作說(shuō)明；
4、系統實(shí)驗指導書(shū)（含實(shí)驗項目，接線(xiàn)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(guò)電壓保護、同時(shí)具有電壓、電流型漏電保護裝置接地可靠。
2、實(shí)驗連接線(xiàn)采用超軟、防硬化、全封閉、高可靠彈性結構。
3、實(shí)驗連接線(xiàn)柱強、弱電已嚴格分開(kāi)，提高設備的可靠性。
4、帶電部分牢固、無(wú)松動(dòng)、不易人體觸電。

七、完成實(shí)驗內容：

1、實(shí)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(shí)訓與操作、編程；

4、傳感器應用實(shí)驗；

5、微機RS-485/232串口通訊實(shí)驗；

6、水箱液位、壓力的PID控制實(shí)驗；

7、PLC液位控制實(shí)驗；

8、組態(tài)軟件的操作與使用；