任务4：全自动恒压供水系统
该任务（课题）来自2006年校企合作单位宜兴金燕自动化有限公司和我院合作设计中水处理恒压供水系统。
该系统投入运行后，该企业典型先进可操作项目就成为本课程的教学内容，并且聘该公司负责人周其华工程师担任该项目的现场教学指导教师。
该任务由上位机组态MCGS监控，下位机为PLC，由PLC 采集压力传感器信号，驱动变频器按照要求进行工作。
任务目的：
1．全自动恒压供水控制工程的要求
2．掌握全自动恒压供水控制工程的动画连接及数据库操作
3．掌握全自动恒压供水控制流程的编写及功能调试
4．掌握全自动恒压供水控制工程数据处理的方法
5．掌握全自动恒压供水设备组态方法
6．全自动恒压供水控制工程总体报告（实训报告）
1 全自动变频恒压供水电气控制系统介绍
虽着社会的发展和进步，城市高层建筑的供水问题日益突出、一方面要求提高供水质量，不要因为压力的波动造成供水障碍；另一方面要求保证供水的可靠性和安全性在发生火灾时，能够可靠供水。
对供水系统进行控制，是为了满足用户对流量的需求，所以流量是供水系统的基本控制对象。
但流量的测量比较复杂，考虑到在动态情况下，管道中某一点水压p的大小与供水能力和用水流量之间的平衡情况有关。
如果以安装压力表的位置作为分界点，把压力表之前的流量称为供水流量（Q1 ），压力表之后的流量称为用水流量（Q2 ）。
则：如Q1>Q2，则p>0 ；如Q1<Q2，则p<0；如Q1=Q2 ，则p=const。
保持供水系统中某处压力的恒定，也就保证了该处的供水能力和涌水流量的平衡。
恰好满足用户所需要的用水流量，这就是恒压供水系统所要达到的目的。
全自动变频恒压无塔供水系统示意，如图1-1所示：
图1-1 全自动变频恒压无塔供水结构示意图
在该供水示意图中共装设离心式水泵3台，其扬程、流量、电动机功率等参数由供水主管部门选定，储水池水源由自来水公司的管网供给，在进水管上安装了一只电磁阀，用水位传感器来控制进水电磁阀，它们自动把水注满储水。
另一只管通过逆止阀与该小区供水总管相接。
生活用水和消防用水共用三台泵，平时关闭消防管网，三台水泵通过安装在出水管网上的压力传感器检测生活用水的多少，控制三台水泵的运行状态，使生活供水在恒压状态下进行。
随着变频调速技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统，广泛应用于多层住宅小区生活消防供水系统。
然后，由于新系统多会继续使用原有系统的部分旧设备（如水泵），在对原有供水系统进行变频改造的实践中，往往会出现一些在理论上意想不到的问题。
本文介绍的变频控制恒压供水系统，是在对一个典型的水塔供水系统的技术改造实践中，根据尽量保留原有设备的原则设计的，主要完成恒压供水系统的电气控制电路和PLC控制程序的设计并用MCGS软件对其进行仿真。
该系统很好的解决了旧设备需要频繁检修的问题，既体现了PLC控制变频控制恒压供水的技术优势，同时有效的节省了资金。
2 设计思想
通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号变成4-20mA的标准信号送入显示控制器端口，经运算与给定压力参数进行比较，得出一调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵的转速，调节系统供
水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力上；当用水量超过一台泵的供水量时，通过PLC控制切换器进行加减泵。
根据用水量的大小由PLC控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。
当供水负载变化时，输入电机的电压和频率也随之变化，这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。
此外，系统还设有多种保护功能，尤其是硬件/软件备用水泵功能，充分保证了水泵的及时维修和系统的正常供水。
图2-1是全自动变频恒压无塔供水控制系统框图。
图2-1是全自动变频恒压无塔供水控制系统
该系统采用的是三菱可编程控制器FX1N-40MR-001, I/0点数为40点,PLC编程采用三菱FX-PCS/WIN-E/C编程软件包,该软件包专门开发用于为FX系列PLC生成程序。
该系统使用WINDOWS操作系统,这对于调试操作和维护操作来说,可以提高工作效率。
可进行在线连接和调试,并能实现梯形图与语句表的相互转换。
FX1N-2AD模拟量输入模块,FX1N-2DA模拟量输出模块(两个模块软件PID调节时选用)。
RS232接口用以PLC与计算机连接。
传感器采用P30N-E22R压力传感器输出4-20MA电流信号；L30M2-20C22B22投入式液位传感器输出
4-20MA电流信号。
两种传感都是基于陶瓷电容技术，当液位（或压力）增加时，加在陶瓷电容上的压力增大，使得电容值增大，电容值正比于液位（或压力）高低。
该传感器过载能力强，稳定性好，抗干扰能力强。
变频器采用三菱FR-A540通用变频器,该产品具有过流,过压,欠压,瞬时停电,制动晶体报警,失速防止, PLC错误等多种保护。
变频器基本参数设置如下，其余参数请参考三菱变频调速器FR-A540使用手册根据现场条件设置。
Pr.0（ 3% ）， Pr.1 （15Hz ）， Pr.2 （50Hz ），Pr.7 （10s）
Pr.8 （10s）。
3 系统运行方式
该系统设计有手动和自动及消防三种运行方式：
手动运行：按下按钮启动或停止水泵，可根据需要分别控制1#—3#泵的变频、工频运行及启停。
该方式主要检修变频器故障时用。
自动运行：合上自动开关后，1#泵电机通电，变频器输出频率从0Hz上升，同时显示控制器接受自压力传感器的标准信号，进行PID运算与给定压力参数进行比较，如压力不够，变频器（PLC将经运算后的信号转给变频器或显示控制器将经运算后的信号转给变频器）频率上升到50Hz，1#泵由变频切换为工频，启动2#变频，变频器频率逐渐上升至给定值，加泵依次类推；如用水量减小，从先启的泵开始减，同时经PID调节使系统平稳运行。
若有电源瞬时停电的情况，则系统停机；待电源恢复正常后，系统自动恢复运行，然后按自动运行方式启动1#泵变频运行，直至在给定水压值上稳定运行。
变频自动功能是该系统最基本功能，系统自动完成对多台泵软启动、停止、循环变频的全部操作过程。
消防运行：1#.2#.3#水泵均投入运行,不受SA1档位和水压高低的限制,直到再次旋动“消防”按钮。
按下电控门上的红色“消防”蘑菇形自锁按钮SB10后.红色消防指示灯HL20亮,1#.2#.3#水泵均投入运行,不受SA1档位和水压高低的限制,直到再次旋动“消防”按钮,解除自锁状态为止HL20熄灭,供水系统恢复正常的运行状态。
通常情况下深夜时段用水量很小,而此时城镇供水管网的压力较高,在这种情况下可以将水泵全部停止,公共供水管道通过另外一支管的逆止阀接通该小区供水总管直接供水，当控制柜遇到突然停电时也是如此,对提高小区供水可靠性有所帮助。
4 自动控制方式流程图
用软件实现PID整定的自动控制方式，其流程图如下4-1：
图4-1 PID控制流程图
5PLC控制电路图接线端子表
表5-1 接线端子表
6 MCGS监控系统设计
用MCGS组态软件制作界面显示电动机运行情况及变频器当前的运行频率，并可以上位机设定各项参数，参考界面如下。
PLC与变频器的连接采用RS422接口，与上位机连接采用RS232接口，通信接口数量不够时可扩展。
图6-1 全自动变频恒压供水系统参考图
实训学期
实训名称
学生姓名学号
本实训项目共4页，请核对实训项目页数，请写上班级、姓名等信息，否则实训项目无效。
一、项目任务：全自动变频恒压供水系统
二、任务内容
1、界面设计要求
界面参考图如上图所示，实训学生也可以根据下面提出的要求，自行设计界面及动画效果。
1)用MCGS组态软件制作界面显示电动机运行情况及变频器当前的运行频率，并可以上
位机设定各项参数。
2)PLC与变频器的连接采用RS422接口，与上位机连接采用RS232接口，通信接口数量
不够时可扩展。
3)设计报警记录，进行用户权限分配及工程密码设定。
2、控制要求
在该供水系统中共装设离心式水泵3台，其扬程、流量、电动机功率等参数由供水主管部门选定，储水池水源由自来水公司的管网供给，在进水管上安装了一只电磁阀，用水位传感器来控制进水电磁阀，它们自动把水注满储水。
另一只管通过逆止阀与该小区供水总管相接。
生活用水和消防用水共用三台泵，平时关闭消防管网，三台水泵通过安装在出水管网上的压力传感器检测生活用水的多少，控制三台水泵的运行状态，使生活供水在恒压状态下进行。
三、任务要求：
1、每个学生应先在计算机的E盘根目录下考核专用文件夹，名称为MCGS+计算机号+班级
名称+
学生名称，例如MCGS/A1/纺电0631/王一凡，需将自己设计的数据库文件存储在该文件夹。
2、任务时间：120分钟
四、任务所需工具及材料清单
五、输入输出变量设定
六、任务步骤
任务计划表
七、调试过程
调试过程表
八、评分表。
