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KYLY-GS3型變頻恒壓供水系統(tǒng)實訓裝置(大型)
KYLY-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(diào)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(diào)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(diào)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(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(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(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(diào)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(diào)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(diào)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�？蓡为毻ㄟ^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(jīng)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(diào)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
| 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(shù) 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(wǎng)
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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(tài)軟件
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力控（開發(fā)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(wěn)壓電源(DC24V)
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2路
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穩(wěn)壓電源(DC5V)
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2路
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可調(diào)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(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(nèi)容、參數(shù)含義等詳細內(nèi)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(diào)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(diào)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(jīng)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(nèi)容：
1）實驗裝置的基本操作與儀表調(diào)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；
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