THBAHY1型 变频恒压供水实训指导书.docx

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THBAHY1型变频恒压供水实训指导书

目录

第一章系统概述与软件使用说明1

第一节系统概述1

第二节GXDeveloPer7.0软件使用说明与下位机通讯3

第三节上位机工程软件安装与使用3

第二章基本实验3

实验一控制屏结构认识与调试实验3

实验二单泵控制变频恒压供水实验3

实验三双泵切换变频恒压供水实验3

实验四生活水系统静态压力控制实验3

实验五生活水系统动态压力控制实验3

实验六生活水系统的分时控制实验3

实验七夜间休眠模式下的供水实验3

实验八消防状态控制实验3

实验九综合控制系统实验3

第一章系统概述与软件使用说明

第一节系统概述

变频恒压供水系统是现代建筑中普遍采用的一种水处理系统，随着变频调速技术的发展和人们节能意识的不断增强，变频恒压供水系统的节能特性被广泛地应用于住宅小区、高层建筑的生活及消防供水系统。

在智能建筑教学领域，恒压供水系统已成为一个研究的重要课题，其典型结构是由压力传感器、可编程控制器（PLC）、变频器、供水泵组等组成。

然而，实际应用的变频恒压供水系统因其结构庞大、分布广、不形象直观，故不适宜直接作为教学实验装置。

为满足科研和教学要求，目前市场上也出现不少恒压供水的实验设备，但其性能大多参差不齐，缺乏系统的全面性、集成性。

有些厂家生产的恒压供水系统采用继电器接触器控制电路，通过控制水泵的起停和调节泵出水阀的开度来实现恒压供水，这样不但线路复杂，操作麻烦、维护困难，而且由于驱动电机是恒速运转，而水量是靠水泵出水阀开度的控制，这样浪费了大量能源。

许多厂家虽然也生产出了变频恒压供水系统的实验装置，但仅模拟了一路管道和一台或几台水泵机组，采用PLC进行简单的逻辑控制。

这种过于简化的系统，完全忽略了工程的概念，只是一种简单的单回路控制实验装置，失去了楼层供水的意义；有些厂家虽然也设计出了楼层模型，但其水网仅有一路系统，无法模拟真实的楼层供水系统（包含消防水系统、生活水系统、生产水系统）；在控制系统设计上，仅靠PLC等控制设备独立完成自动控制过程，缺乏牢靠的手动措施，从而使系统投运前的不确定因素无法排除。

“THBAHY-1型变频恒压供水系统实训装置”满足了变频恒压供水系统中的基本要求，它是一种模拟楼层现场恒压供水系统的实验装置，是由储水系统、动力系统，输送系统、回水系统和控制系统（手动控制、自动控制）组成。

它利用流量与转速成正比，而电机的消耗功率与转速的三次方成正比的关系来实现节能，即当需求的压力降低时，电动机转速降低，泵出口流量减少，电动机的消耗功率大幅度下降，从而达到节能的目的。

对象系统由四台不同功率的水泵机组组成，功能上划分为常规变频循环泵（2台）、消防增压泵（1台）、休眠小泵（1台），分别用于模拟正常模式下的生活供水动力系统和夜间小流量的生活供水动力系统以及消防水动力系统；输送系统结构上划分为生活水系统和消防水系统，生活水和消防水两路水系统之间采用特殊的单向影响结构，保证了消防管道在非火灾模式下的内部水压，而消防模式下的消防水压不影响正常的生活供水压力；回水系统采用有机玻璃材料结构，以使实验系统具有可观察性。

控制系统采用手动和自动两种控制方式，在自动控制器失效的状态下，用手动控制系统也能保证系统地可靠运行。

在系统投入自动运行前，手动控制还可用于检验动力线路和动力设备的工况。

在有变频和工频两种运行状态的设备间，采用机械互锁和逻辑互锁的双重保护设计，以保障设备的安全运行；该系统同时采用过载保护、漏电保护、接地保护等多重保护机制，充分保障了操作者的人身安全和设备的运行安全。

一、系统结构

“THBAHY-1变频恒压供水系统实训装置”采用“PLC+变频器+手动控制器”的控制模式。

控制结构如图一：

图一变频恒压供水系统控制结构

二、对象模型

其对象模型系统主要有4台水泵构成，其中两台为常规变频循环泵，一台为休眠小泵，一台为消防泵。

该系统能够模拟供水现场的各种复杂状况，使实验设备更加贴近于实际工程。

本实验装置可实现的功能有：

1）生活供水管网的恒压供水；

2）特定时日供水压力控制。

每日可设定四段压力运行，以适应供水压力变化的需求；

3）夜间可启动休眠小泵运行，以实现最大限度的节能；

4）火警状态，可自动启动消防泵；

5）可实现上位机控制。

对象模型如图二。

对象主要设备的技术指标如下：

1．对象高度：

2米；

2．输水管道口径12mm；

3．生活水系统

3.1生活水系统支路出水口（水龙头）数量12个（每层2个），口径12mm

3.2按照每个水龙头出水100ml/s=6L/min=6kg/min计算，需求工作流量1000ml/s=60L/min，额定工作扬程>3m。

3.3生活水动力系统由2台水泵（变频运行）构成，每台功率为370W，扬程12m，流量50L/min，进水口径20mm，出水口径12mm（另有一台小功率工频水泵功率为180W，扬程8m，流量30L/min，进水口径16mm，出水口径12mm，它用于在夜间小流量时对生活管网的供水）。

4．消防水系统

4.1消防供水支路出水口数量6个（每层1个），口径12mm，

4.2按照每个消防栓出水100ml/s=6L/min=6kg/min计算，额定工作流量600ml/s=36L/min，需求工作扬程>3m。

4.3消防供水支路水泵功率为370W，扬程12m，流量50L/min，进水口径20mm，出水口径12mm（技术参数与恒压供水支路的2台变频水泵一样）。

注释：

以上管径指内径。

图二变频恒压供水对象模型结构

三、控制屏操作说明

1．“三相电源总开关”带有漏电保护器，用于控制整个系统的电源通断状态。

2．“启动”、“停止”按钮用于控制“工频输出”端的电源输出和手动/自动开关。

3．八只红色运行状态指示灯用于指示系统手、自动状态和水泵的6种工作状态。

4．“手动/自动”开关用于系统在手动和自动控制两种状态下的切换。

5．八只手动控制按钮在手动状态下有效（在自动状态下无效），分别用于在手动状态下控制四台水泵。

第二节GXDeveloPer7.0软件使用说明与下位机通讯

本控制系统下位机编程软件采用三菱公司的GXDeveloPer7.0。

一、GXDeveloPer软件安装

GXDeveloPer安装盘已经被刻录到“THBAHY-1变频恒压供水系统实训装置”的发货光盘资料内，它作为“THBAHY-1变频恒压供水系统实训装置”配套附件。

将“THBAHY-1变频恒压供水系统实训装置”的发货光盘放入光驱内打开，可以通过光盘直接安装，也可以将“GXDeveloPer安装盘”拷贝到电脑后，再安装。

打开“GXDeveloPer安装盘”，双击里面的“SETUP”安装图标，根据提示完成安装。

安装完成后，桌面上会显示“GXDeveloPer”图标。

注意：

通常安装时，需要先点击“GX-DeveloP7中文版\EnvMEL\SETUP”进行环境安装，然后点击“GX-DeveloP7中文版\SETUP”进行软件安装。

二、PLC程序下载

1．给PLC提供220V交流电源，打开实训装置上的船形开关，将PLC打到STOP的状态。

2．打开PC机（事先装好了GXDeveloPer和力控组态软件），通过WINDOWS菜单打开三菱PLC编程软件环境GXDeveloPer，如图2-1所示。

图2-1

3．打开配套光盘，将下位机工程复制到C盘的根目录，用GXDeveloPer打开C盘下的工程，点击菜单在线->PLC写入,进入下载画面，如图2-2所示。

图2-2

4．选择参数加程序，在图2-2窗口中,点击执行，程序被下装到PLC。

程序下载完成后，将PLC置为运行状态。

在图2-1所示窗口中，单击菜单诊断，在下拉菜单中，点击PLC诊断项，出现图2-3所示的画面。

通过这个画面，可以查看PLC的运行状态。

诊断完成后，点击关闭按钮。

图2-3

5．关闭编程环境，程序下载完成。

第三节上位机工程软件安装与使用

本系统的上位机基于力控组态软件（PCAauto5.0）设计，使用方法如下：

1．打开资料光盘中的“THBAHY-1上位机工程”文件夹，鼠标双击“SETUP”图标，选择桌面快捷方式，根据提示完成工程安装该软件。

当软件与PLC通讯时，会占用计算机的串口（COM1、波特率9600，7位数据位，1位停止位，偶校验）。

2．鼠标双击桌面上的快捷方式“THBAHY-1”图标，运行上位机工程，进入如下界面。

3．使用说明

⑴工程正常运行后，会自动与下位机建立连接，连接成功后，自动读取当前下位机内部的参数如上图（日期、时间、PID参数等）。

⑵“启动”、“停止”按钮用于控制下位机程序的运行。

⑶“常规控制”、“时段控制”用于控制供水系统的两种运行方式，每次在“启动”前要选择好是哪一种控制方式，具体使用可以参考实验六生活水系统的分段定时控制。

⑷“历史曲线”按钮用于打开历史画面，查看历史曲线。

⑸“退出”按钮用于退出工程，退出之前要先“停止”PLC运行。

⑹每次“启动”之前要先在调节板里设定好PID参数和休眠参数。

⑺PID控制器和休眠状态参数（比例增益、积分时间、（微分时间权限保留））可以在线实时修改。

第二章基本实验

实验一控制屏结构认识与调试实验

一、实验目的

1．熟悉内部的控制结构

2．掌握实训装置的基本操作和正确使用方法

3．调试并检验系统的工作状态。

二、实验设备

1．THBAHY-1变频恒压供水系统实训装置一台

2．THPHY-2变频恒压供水系统对象装置一套

3．PC机一台（配力控组态软件一套）

三、实验内容与步骤

1.控制屏系统结构图

图一

变频恒压供水对象系统主要由四台不同功能的水泵、一只压力变送器和输水系统组成。

从上面的结构图上可以看出：

PLC控制器实时检测恒压供水对象总管的压力值，然后经过一系列的数据处理和PID运算，控制变频器的输出，从而实现压力的回路控制和状态切换。

同时，PLC通过检测外部的火灾信号，完成对消防水泵的启停控制。

PLC和上位机监控系统的实时通讯，监控系统提供直观、形象的人机界面，监视和控制系统的运行状态，“手动控制”可以完成对水泵的紧急起停，也可以用于对系统的调试、检修。

2．控制屏启动说明

2.1“三相电源总开关”带有漏电保护器，用于控制整个系统的电源通断。

2.2“启动”、“停止”按钮用于控制“工频输出”端的电源输出和“手动/自动开关”。

2.3八只红色运行状态指示灯用于指示系统手、自动状态和水泵的6种工作状态。

2.4“手动/自动”开关用于系统在手动和自动控制两种状态下的切换。

2.5八只手动控制按钮在手动状态下有效（在自动状态下无效），分别用于在手动状态下控制四台水泵。

3．工频旁路与热过载保护结构

在THBAHY-1型变频恒压供水系统中有四台水泵，由于其中两台常规泵工作在变频循环方式，所以它们会工作在变频和工频两种状态，如下图所示。

变频器输出与工频旁路之间使用带机械连锁装置的交流接触器，以防止变频器输出与工频电源之间引起短路而损坏变频器及相关设备。

变频器输出U、V、W应与工频旁路电源L1、L2、L3相序一致。

否则，在电机变频向工频切换过程中，会因切换前后相序的不一致而引起电机转向的突然反向，容易造成跳闸甚至损坏设备。

变频器内部有电子热保护开关（用户亦可单独外配过流保护装置），但应注意电机的工频旁路中应有相应的过流保护装置，控制柜底部为四只热过载保护器，分别用于对四台水泵的电机实施过流保护。

4．系统调试

4.1关闭“THBAHY-1”控制屏的总电源，将主电路电源输出”（U0、V0、W0）分别与“THBAHY-1”实训装置“工频输入”接口（U0、V0、W0）对接，其它线路不接；

4.2打开控制屏上的电源，然后给“THBAHY-1”实训装置上电，首先将“THBAHY-1”实训装置上“手自动开关”拨到“手动”，然后按下“THBAHY-1”实训装置上的“启动”按钮，然后依次手动启动、停止各台水泵，确定各水泵工频运行指示灯的正常与否。

4.3关闭“THBAHY-1”控制屏的总电源，然后用19芯航空电缆将“THPHY-2对象”和控制屏连接起来。

4.4打开对象中所有阀门，依次手动启动和停止常规泵1、常规泵2、休眠泵、消防泵，观察水泵的运转情况。

对于运行反转的水泵，断开电源，打开接线盒，调整其中任意两根线序，确定水泵正方向运转（如果四台水泵同时反转，只需调整控制屏电源输入端插头内三相线的相序）。

4.5自动控制接线

4.5.1将变频器上的“电源输入”接“THBAHY-1”控制屏上主电源输出（R、S、T分别接U0、V0、W0），“变频输出”接“THBAHY-1”实训装置的“变频输入”（U、V、W分别接U0、V0、W0），变频器上的控制端口“STF”“RH”分别与“SD”短接，“4”、“5”分别接“THBAHY-1”实训装置PLC的模拟量输出“Iout”、“COM”两端；

4.5.2“THBAHY-1”实训装置上PLC的模拟量输入“Iin1”、“COM1”端分别接THBAHY-1”控制屏上压力变送器4～20mA的“+”、“-”端，并将“Iin1”和“Vin1”两端短接，PLC继电器输出“Y00”端接“THBAHY-1”实训装置面板上“常规泵1变频控制端（Y1）”端，PLC继电器输出的“COM1、COM2”端短接起来后再接“THBAHY-1”实训装置面板中的“A”端，其它线路不接；

4.6最后将“THBAHY-1”实训装置上“手自动开关”拨到“自动”，然后按下“THBAHY-1”实训装置上的“启动”按钮。

（变频器接受电流输入控制方式时，需修改以下参数：

P13=2；P79=0；P160=0，P161=1，P182=4这些参数出厂时已经设置好，不需再修改）。

4.7给PLC上电，PLC根据预先设置的启动方式进入监视状态，运行上位机程序，上位机会自动搜寻下面的PLC，PLC内部的系统时间和相关参数会自动显示出来。

设置需求压力为15kPa，比例增益为30，积分时间为10。

4.8按下监控界面中的“启动”按钮，启动PLC自动运行。

4.9确定常规泵1在变频自动控制状态下也是正方向运转，如果水泵电机的运转方向不对，则需按下“停止”按钮，然后关闭控制器、变频器和控制器总电源，变频器放电约5分钟后调整变频器输出端其中任意两根线序，然后重新启动运行，此时水泵电机的运转方向已被纠正。

四、注意事项

1．每次（尤其是第一次）操作请严格按照以上实验步骤进行操作，先手动运行，观看系统是否异常，然后再投入自动运行。

否则，误操作可能造成水泵电机的反转，变频器输出端与工频电源相连等故障。

2．启动手动控制状态时，为了控制器的安全，需断开PLC与THBAHY-1实训装置的接线或者将PLC停机（在上位机按下“停止”按钮或重新为PLC上电）或者关闭PLC电源，否则会损坏PLC触点和交流接触器。

3．本实验指导书中所有实验项目中的参数设置只是给出一般的参考数值，实验者可根据打开的出水阀门数量具体设置相关的参数。

五、安全警告

1．严禁将变频器的输出端接入工频电源，工频电源接入变频输出后，有爆炸或损坏设备的危险，确认变频器电源完全断开的情况下，才能进行变频器的接线操作，否则有触电的危险。

2．严禁变频器输出相序与工频相序不一致的状态下运行系统。

在启动系统前一定要按照上面的方法依次检查系统的工作状态，保证系统启、停正常，并且变频输出的相序和工频输入相序相一致，同时各台水泵在该相序下正方向运转。

3．为保证人身安全，请将该装置和对象系统的外壳可靠接地。

实验二单泵控制变频恒压供水实验

一、实验目的

1．熟悉变频恒压供水系统的实验原理；

2．掌握恒压供水系统的操作步骤和投运方法。

二、实验设备

1．THBAHY-1变频恒压供水系统实训装置一台

2．THPHY-2变频恒压供水系统对象装置一套

3．PC机一台（配力控组态软件一套）

三、实验原理

变频恒压供水系统是一个包含了单回路定值控制和逻辑状态切换的综合控制系统。

单泵控制变频恒压供水的实验，实际上是一个单回路压力定值控制系统的实验，它是变频恒压供水系统中最简单也是最基本的一种控制模式；其逻辑状态的切换是依靠单回路控制中PID运算的结果、时间逻辑（休眠控制）和外部信号（消防控制）输入3种条件的组合进行控制。

四、实验接线

1．将“THBAHY-1”控制屏上4台水泵接口（U1、V1、W1~U4、V4、W4）分别与“THBAHY-1”实训装置4台水泵的接口（U1、V1、W1~U4、V4、W4）对接，“主电路电源输出”（U、V、W、N）分别与“THBAHY-1”实训装置“工频输入”接口（U0、V0、W0、N）对接；

2．将“PDC-20”变频器上的“~380V电源输入”接THBAHY-1”控制屏上主电源输出（U、V、W分别接U、V、W），“变频输出”接“THBAHY-1”实训装置的“变频输入”（A、B、C分别接U、V、W），变频器上的控制端口“STF”“RH”分别与“SD”短接，“4”、“5”分别接“THBAHY-1”实训装置PLC的模拟量输出“Iout”、“COM”两端；

3．“THBAHY-1”实训装置上PLC的模拟量输入“Iin1”、“COM1”端分别接THBAHY-1”控制屏上压力变送器4～20mA的“+”、“-”端，并将“Iin1”和“Vin1”两端短接，PLC继电器输出“Y00~Y05”端分别接到“THBAHY-1”实训装置面板上的水泵控制端“Y1~Y6”，PLC继电器输出的“COM1、COM2”端短接后再接到“THBAHY-1”实训装置面板中的“A”端。

五、实验内容与步骤

参照“实验一”，做好系统投运前的测试工作，检查系统的工作状态。

当各泵运转正常后，按如下步骤进行操作。

1．将总电源和PLC电源打开，（PLC上电后进入监视状态），并将手自动控制开关拨到“手动”。

2．打开生活水系统的总阀和该水系统的所有的支路阀门，消防用水阀门保持关闭状态。

3．手动启动“常规泵1”。

4．运行上位机系统，读取当前的管网压力，记下该压力数值（如18~22kPa）。

5．手动停止“常规泵1”后，将手自动控制开关拨到“自动”。

6．在第4步测得的压力范围内设置好需求压力值（参考数值为15~20kPa之间），比例增益为80，积分时间为10，微分时间的设置权限保留，默认为0值。

7．按“启动”按钮，系统会自动调整变频器的输出，常规泵1在变频状态下运行。

待当前管网压力达到需求压力，且基本稳定不变时，变频器就稳定在一个固定的频率值。

8．系统稳定后，调节用水量大小，（如关闭三、四层的生活用水阀），PLC会自动调节变频器的输出频率，直到新的平衡点为止。

实验三双泵切换变频恒压供水实验

一、实验目的

1．熟悉变频恒压供水系统中常规水泵之间的投切原理；

2．了解常规水泵间的切换过程。

二、实验设备

1．THBAHY-1变频恒压供水系统实训装置一台

2．THPHY-2变频恒压供水系统对象装置一套

3．PC机一台（配力控组态软件一套）

三、实验原理

双泵切换变频恒压供水实验是依靠单回路控制（PID）的运算结果和时间逻辑来控制两台常规水泵（常规泵1和常规泵2）之间的切换实验。

系统启动后，常规泵1变频运行一直到50Hz，如果当前管网压力仍达不到系统需求压力时，系统经过一定的判断时间后，将常规泵1投入工频运行，然后常规泵2变频启动运行（从0Hz上升）直到满足需求压力，这是上切过程。

如果当前管网压力大于系统需求压力值时，常规泵2运行频率下降。

当运行频率下降到0Hz，当前管网压力仍大于系统需求压力时，系统经过一定的判断时间后，将常规泵2停止，常规泵1投入变频运行（从50Hz向下调整）直到满足需求压力，这是下切过程。

四、实验接线

1．将“主电路电源输出”（U0、V0、W0）分别与“THBAHY-1”实训装置“工频输入”接口（U0、V0、W0）对接；

2．将变频器上的“电源输入”接THBAHY-1”控制屏上主电源输出（R、S、T分别接U0、V0、W0），“变频输出”接“THBAHY-1”实训装置的“变频输入”（U、V、W分别接U、V、W），变频器上的控制端口“STF”“RH”分别与“SD”短接，“4”、“5”分别接“THBAHY-1”实训装置PLC的模拟量输出“Iout”、“COM”两端；

3．“THBAHY-1”实训装置上PLC的模拟量输入“Iin1”、“COM1”端分别接THBAHY-1”控制屏上压力变送器4～20mA的“+”、“-”端，并将“Iin1”和“Vin1”两端短接，PLC继电器输出“Y00~Y05”端分别接到“THBAHY-1”实训装置面板上的水泵控制端“Y1~Y6”，PLC继电器输出的“COM1、COM2”端短接后再接到“THBAHY-1”实训装置面板中的“A”端。

五、实验内容与步骤

参照实验一，做好系统投运前的测试工作，当各泵运转正常后，按如下步骤进行操作。

1．将总电源和PLC电源打开，（PLC上电后进入监视状态），并将手自动控制开关拨到“手动”。

2．打开生活水系统的总阀和该水系统的所有的支路阀门，消防用水阀门保持关闭状态。

3．手动启动“常规泵1”，约10S水泵运行稳定后再手动启动常规泵2。

4．运行上位机系统，读取当前的管网压力，记下该压力数值（如46~50kPa）。

5．手动停止“常规泵1”和“常规泵2”后，并将手自动控制开关拨到“自动”。

6．在第4步测得的压力范围内设置需求压力，同时该压力值还必须大于在实验二中（1台常规泵状态下）测得的压力数值约3kPa以上（经验数值为25~40kPa之间），以保证满足上切条件。

比例增益为80，积分时间为10，微分时间的设置权限保留，默认为0值。

7．点击“启动”按钮，系统会自动调整变频器的输出，“常规泵1”变频运行到50Hz后，经过大约3S的判断时间，“常规泵1”投入工频运行，再经过3S“常规泵2”从0Hz变频启动，待当前管网压力达到需求压力，且基本稳定不变时，变频器将稳定在一个固定的频率值。

8．系统稳定后，减小用水量大小，（逐渐关闭生活用水龙头），使变频器运行频率下降为0Hz，观察水泵下切过程。

注意事项：

当水泵上切过程中，有时会出现：

“常规泵1”切换到工频，电机正常运转，但却没有压力，这是由于磁力驱动泵电压冲击过大，导致连轴器打滑，出现这种状况时请及时停止实验，并关闭PLC电源，然后重新给PLC上电，再启动运行。

实验四生活水系统静态压力控制实验

一、实验目的

1．测试控制系统的稳态性能；

2．了解静态压力控制供水系统在实际工程中的应用。

二、实验设备

1．THBAHY-1变频恒压供水系统实训装置一台

2．THPHY-2变频恒压供水系统对象装置一套

3．PC机一台（配力控组态软件一套）

三、实验接线

1．将“THBAHY-1”主电路电源输出（U0、V0、W0）分别与“THBAHY-1”实训装置“工频输入”接口（U0、V0、W0）对接；

2．将变频器上的“电源输入”接到THBAHY-1”控制屏上主电源输出（R、S、T分别接U0、V0、W0），“变频输出”接到“THBAHY-1”实训装置的“变频输入”（A、B、C分别接U、V、W），变频器上的控制端口“STF”“RH”分别与“SD”短接，“4”、“5”分别接“THBAHY-1”实训装置PLC的模拟量输出“Iout”、“COM”两端；

3．“THBAHY-1”实训装置上PLC的模拟量输入“Iin1”、“COM1”端分别接到THBAHY-1”控制屏