淺談恒壓供水實訓系統的應用

摘 要:應用PLC及變頻技術設計的恒壓供水實訓系統，可以用項目教學、理實一體教學的方式訓練學生對現代建筑供水系統認識、對PLC、變頻器、電機、壓力傳感器的應用，使學生將所學課程知識融會貫通，能夠應用到實際生產中，真正達到學校與企業零距離對接。

關鍵詞:恒壓供水 實訓系統 PLC 變頻器

中圖分類號:G712文獻標識碼:A文章編號:1673-9795(2012)04(a)-0080-01

我院樓宇智能、建筑電氣專業一直開設有電機拖動、變頻器技術、電氣可編程控制原理與應用、自動檢測等課程，怎樣通過實訓使學生將所學課程知識融會貫通，將所學的知識能夠應用到實際生產中，真正達到學校與企業零距離對接呢？為此，我院特引進了一套應用PLC及變頻技術設計的恒壓供水實訓系統，模擬現實的住宅恒壓供水系統，以項目教學、理實一體教學的方式訓練學生們對現代建筑供水系統認識、對PLC、變頻器、電機、壓力傳感器的應用，提高學生對相關技術的理解和實際應用能力，具有很強的現實意義和可操作性。

1 恒壓供水實訓系統的結構原理

恒壓供水，即全自動變頻調速供水，是應用先進的現代控制理論，結合PLC控制技術、變頻控制技術、電機泵組控制技術的新型機電一體化供水裝置。該設備通過安裝在水泵出水總管上的遠傳壓力表(壓力傳感器)，將出口壓力轉換成0～5V或0～10V電壓信號，經A/D轉換模塊將模擬電壓信號轉換成數字量并送入PLC控制器，經PLC內部PID運算，得出一調節參量并將該參量送入D/A轉換模塊，經數模轉換后將得出模擬量傳送變頻器，進而控制其輸出頻率的變化。設備采用多泵并聯的供水方式，用戶用水量的大小決定了投入運行的水泵的數量，當用水量較小時，單臺泵變頻工作，當用水量增加，水泵運行頻率隨之增加，如達到水泵額定輸出功率仍無法滿足用戶供水要求時，該泵自動轉換成工頻運行狀態，并變頻啟動下一臺水泵。反之，當用水量減少，則降低水泵運行頻率直至設定下限運行頻率，如供水量仍大于用水量，則自動停止工頻運行泵同時變頻泵轉速增加。當用水量降至某一程度時(如夜間用水很少時)，變頻主泵停止工作，實現恒壓供水。

2 恒壓供水實訓系統主要硬件設備

該實訓系統的硬件主要由三部分構成。

2.1 樓層供水模型

三臺給水泵(380V，0.75KW)從水箱中取水，每個給水泵出水端安裝壓力表和電磁閥，供水主管路安裝壓力傳感器采用管網壓力，設計三層，每層1個水龍頭模擬用戶用水，水龍頭下使用水槽接水，三層水槽通過回水主管路回到水箱，實現模型所用水的循環使用。在用戶供水管上開設一個出水的安全孔，保證實驗系統水龍頭全閉情況下運行時水泵不會現水壓過高損壞水泵。

2.2 電氣控制設備

設置兩臺電氣控制箱，一臺控制箱安裝恒壓供水系統控制所用三菱PLC Fx2N-32MR，三菱的特殊功能模塊Fx2N-5A(4個AI點和1個AO點)實現對水壓信號的采集和對變頻器的控制。另一控制箱安裝空氣開關、穩壓開關電源、交流接觸器、切換按鈕等常用電器元件。控制箱下方安裝臺達變頻器VFD-F，380V，0.75KW，系統采用一臺變頻器拖動三臺給水泵電動機的起動、運行與調速，通過壓力變送器采樣管網壓力信號，變頻器輸出電動機頻率信號，這兩個信號反饋給PLC內部的PID調節模塊，PLC根據這兩個信號經增量PID運算，發出控制信號，控制水泵電機進行切換。

2.3 監控中心

工控計算機裝有北京亞控公司的“組態王”軟件開發的監控系統，可以有效地對整個控制過程進行監視和控制，從而實現圖形化的人機界面，在上位機可直接監視供水管網壓力、1#泵、2#泵、3#泵的變頻或工頻工作狀態，還可以對系統進行自動/手動選擇，起動/停止控制，也可在界面中輸入水壓設定值，觀測系統自動運行狀態，充分體現出現代工業控制“快捷”、“高效”和“集中”的特點。

3 供水系統在實訓教學中的應用

該系統可培訓學生對PLC、變頻器和組態軟件綜合應用能力，它可以使學生了解過程控制的一般方法和原理，加深對PLC模擬量模塊、傳感器和變頻器等認識。在相關課程的教學過程中，除認識該套系統的相關設備及應用外，還可開發很多實訓項目，如:

(1)變頻恒壓供水系統結構及工作流程認識，可初步認識主要設備、初步了解實訓裝置的接線初步了解實訓裝置的運行模式。

(2)變頻器的連接與設置及PID功能的實現，可完成對臺達變頻器的認識、掌握臺達變頻器的接線方法、掌握變頻器的操作安全知識、掌握壓力傳感器及三菱模擬量模塊FX2N-5A的接線方法。

(3)組態王監控工程實驗，學習用組態王新建工程、掌握組態王與PLC的聯機技巧、熟悉系統的控制原理和控制方法。

(4)手動供水控制實驗，了解設備的手動運行狀態、體會無恒壓狀態的壓力效果、熟悉控制箱1的控制電路。

(5)時間控制模式實驗，熟悉設備的自動運行狀態、熟悉監控界面控制的原理和操作方法。

(6)變頻供水控制實驗，進一步掌握設備的運行狀態、熟悉通過監控界面改變水壓設定值而使系統自動運行的原理和操作方法。

當然在實際教學過程中，根據教學需要和學生的表現，還可開發更多的實訓項目，通過在該設備上進行實踐，使學生將所學的知識能夠應用到實際生產中，真正做到工學結合、學有所用。

4 結語

現代高職教育大力提倡采用項目教學法，那么我們可以將恒壓供水系統作為一個大的項目，在新生入學之初作為一個學習項目任務給予講解和布置，在后繼課程的學習過程中，授課教師可圍繞該項目中的相關知識重點分析講解，這樣可以使學生的學習目的性更強，不會出現學而無用的厭學情緒。當相關專業課程學習結束后，可安排1～2周的綜合實訓，讓學生自己設計、安裝、調試系統，從而使學生將所學課程知識融會貫通、綜合應用，熟悉實際工程項目的做法，真正達到學校與企業零距離對接的目的。

當然，要充分利用恒壓供水實訓系統，達到系統的實訓目標，需要任課教師具有較高的工控教學水平，除熟練掌握PLC、變頻器、組態王的應用之外，對相關設備的選擇應用、電氣控制、綜合布線都提出了較高的要求。高職教師只有多加強學習，多參與工程實踐，才能了解實際工程技術的發展，才能進一步提高自己的實踐教學水平。

參考文獻

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