CN102750866B

CN102750866B - 一种变频控制动态液位实验设备

Info

Publication number: CN102750866B
Application number: CN201210223957.3A
Authority: CN
Inventors: 伊洪良
Original assignee: 伊洪良
Current assignee: ZHAOQING SANXIANG TEACHING INSTRUMENT MANUFACTURING CO., LTD.
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2032-06-29
Also published as: CN102750866A

Abstract

本发明公开了一种变频控制动态液位实验设备，包括恒压水箱、恒压罐装置、第一潜水泵、用于检测恒压罐装置内水压的水压力检测装置、使用PID算法程序去控制第一潜水泵的PLC变频控制电路、恒温水箱、恒温罐装置、第二潜水泵和用于对恒温水箱内部的水进行恒温加热的恒温加热装置；第一潜水泵设于所述恒压水箱的内部；恒压罐装置包括恒压罐以及首端与恒压罐连通的第一进水管、第一出水管、第一水流反馈管和第一水阀；恒温罐装置包括恒温罐以及首端与恒温罐连通的第二进水管和第二出水管；水压力检测装置连接PLC变频控制电路。该变频控制动态液位实验设备结构简单，可有效地向学生传授恒温供水控制知识和基于PID算法的恒压供水控制知识。

Description

一种变频控制动态液位实验设备

技术领域

本发明涉及过程控制实验设备，尤其涉及一种变频控制动态液位实验设备。

背景技术

目前，液位控制、温度控制已经普遍应用在工业自动控制领域中，如恒压供水控制、恒温供水控制等。

其中，可实现恒压供水控制的设备一般都使用了PID算法程序，但是这些设备的结构往往十分复杂。在教学领域中，为了向学生传授基于PID算法的恒压供水控制知识，倘若以这些设备用作工业自动控制实训设备，必定增加学校、培训机构的资源配置成本。

而且，实现不同的工业自动控制需要采用不同的设备，为了向学生传授恒温供水控制的知识，学校、培训机构还需要另外配备可实现恒温供水控制的设备作工业自动控制实训设备，这就进一步增加了学校、培训机构的资源配置成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种变频控制动态液位实验设备，该实验设备以自身简单的结构向学生传授恒温供水控制知识，以及基于PID算法的恒压供水控制知识，满足了学校、培训机构以较低的资源配置成本就可配置工业自动控制实训设备来实施教学、培训、考核、鉴定的使用需求。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案内容具体如下：

一种变频控制动态液位实验设备，其包括恒压水箱、恒压罐装置、第一潜水泵、用于检测恒压罐装置内水压的水压力检测装置、使用PID算法程序去控制第一潜水泵的PLC变频控制电路、恒温水箱、恒温罐装置、第二潜水泵和用于对恒温水箱内部的水进行恒温加热的恒温加热装置；所述第一潜水泵设于所述恒压水箱的内部；所述恒压罐装置包括用于装水的恒压罐以及首端与所述恒压罐连通的第一进水管、第一出水管和第一水流反馈管；第一进水管的末端通过所述第一潜水泵连通所述恒压水箱；第一水流反馈管的末端通过一第一水阀连通所述恒压水箱；所述第二潜水泵设于所述恒温水箱内部；所述恒温罐装置包括用于装水的恒温罐以及首端与所述恒温罐连通的第二进水管和第二出水管；所述第二进水管的末端通过所述第二潜水泵连通所述恒温水箱；所述水压力检测装置电性连接所述PLC变频控制电路。

优选地，所述恒压罐装置还设有两个末端与所述恒压水箱连通的第一支撑管；所述恒压罐装置还设有三个分别与所述第一进水管、两个第一支撑管一一对应的第一罐体连接件；第一进水管和两个第一支撑管三者的首端分别通过其各自对应的第一罐体连接件连通所述恒压罐。

并且，所述第一进水管、两个第一支撑管分别通过其各自对应的第一罐体连接件将所述恒压罐支撑在恒压水箱内，从而使恒压罐装置在结构上更加紧凑、巧妙，在外观上更加美观。

为了可以保持恒压罐内的水位不变，优选地，所述PLC变频控制电路包括模拟量采集器、A/D转换器、内置PID算法程序的PLC控制器、D/A转换器和变频器；水压力检测装置、模拟量采集器、A/D转换器、PLC控制器、D/A转换器、变频器和第一潜水泵的控制端依次电性相连。

为了可以手动地控制第一水流反馈管与恒压水箱的连通与否，优选地，所述第一水阀为手动球阀。

优选地，水压力检测装置为设于所述恒压罐底部的压力传感器或者为其他可以实现检测恒压罐内水压功能的任何检测装置。

为了可以将恒温罐内过量的水释放到恒温水箱内，优选地，本发明的恒温罐装置还包括第二水流反馈管；所述第二水流反馈管的首端连通所述恒温罐，末端通过一第二水阀连通所述恒温水箱。

具体为，所述恒温罐装置还设有两个末端与所述恒温水箱连通的第二支撑管；所述恒温罐装置还设有三个分别与所述第二进水管、两个第二支撑管一一对应的第二罐体连接件；第二进水管和两个第二支撑管三者的首端分别通过其各自对应的第二罐体连接件连通所述恒温罐。

并且，所述第二进水管、两个第二支撑管分别通过其各自对应的第二罐体连接件将所述恒温罐支撑在恒温水箱内，从而使恒温罐装置在结构上更加紧凑、巧妙，在外观上更加美观。

为了可以手动地控制第二水流反馈管与恒温水箱的连通与否，优选地，所述第二水阀为手动球阀。

为了对恒温水箱内的水进行恒温加热，优选地，所述恒温加热装置包括交流电源、可控硅、加热线路板、PI调节器、温控表、温度设置旋钮以及设于所述恒温水箱内部的加热器和温度传感器；所述PI调节器包括两个不同的输入端，所述温度传感器通过所述温控表电性连接PI调节器的其中一个输入端，所述温度设置旋钮直接电性连接PI调节器的另一输入端；PI调节器的输出端电性连接可控硅的控制端；交流电源的输出端和加热线路板的输入端分别电性连接可控硅的输入端和输出端；加热线路板的输出端电性连接所述加热器。

为了保温和防烫，优选地，所述恒温水箱设于所述恒压水箱内部；所述恒温水箱与恒压水箱均采用双层不锈钢焊接而成，并且所述双层不锈钢之间为真空腔体结构。

为了防止恒温罐内无水或少水，优选地，所述恒温罐装置还包括一报警灯；所述恒温罐内还设有液位浮球；所述液位浮球通过一继电器电性连接所述报警灯。

与现有技术相比，本发明产生了如下有益效果：

1、本发明的变频控制动态液位实验设备其不但结构简单，而且可以有效地向学生传授恒温供水控制知识，以及基于PID算法的恒压供水控制知识，满足了学校、培训机构以较低的资源配置成本就可配置工业自动控制实训设备来实施教学、培训、考核、鉴定的使用需求。

2、恒温水箱设于恒压水箱内部，并且恒温水箱和均采用双层不锈钢焊接而成，双层不锈钢之间为真空腔体结构，可以有效地对恒温水箱内的水进行保温，同时还防止了因恒温水箱内的水温太高而烫伤用户。

3、设置液位浮球和报警灯，当恒温罐内无水或少水的情况下可以及时向用户报警，提醒用户对恒温罐装置进行检查。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述：

图1为本发明的变频控制动态液位实验设备较优选实施例的结构示意图；

图2为图1另一个方向的结构示意图；

图3为本发明的恒压罐装置部分结构示意图；

图4为本发明的恒温罐装置部分结构示意图

其中、11、恒压水箱；12、第一潜水泵；13、恒压罐；14、第一进水管；15、第一水流反馈管；16、第一水阀；17、第一支撑管；18、第一罐体连接件；21、恒温水箱；211、加热器；212、温度传感器；22、第二潜水泵；23、恒温罐；24、第二进水管；25、第二水流反馈管；26、第二水阀；27、第二支撑管；28、第二罐体连接件；3、水压力检测装置。

具体实施方式

如图1至图4所示，本发明的变频控制动态液位实验设备，其包括恒压水箱11、恒压罐装置、第一潜水泵12、用于检测恒压罐装置内水压的水压力检测装置3、使用PID算法程序去控制第一潜水泵12的PLC变频控制电路（图未示）、恒温水箱21、恒温罐装置、第二潜水泵22和用于对恒温水箱21内部的水进行恒温加热的恒温加热装置；所述第一潜水泵12设于所述恒压水箱11的内部；所述恒压罐装置包括用于装水的恒压罐13以及首端与所述恒压罐13连通的第一进水管14、第一出水管（图未示）和第一水流反馈管15；第一进水管14的末端通过所述第一潜水泵12连通所述恒压水箱11；第一水流反馈管15的末端通过一第一水阀16连通所述恒压水箱11；所述第二潜水泵22设于所述恒温水箱21内部；所述恒温罐装置包括用于装水的恒温罐23以及首端与所述恒温罐23连通的第二进水管24和第二出水管（图未示）；所述第二进水管24的末端通过所述第二潜水泵22连通所述恒温水箱21；所述水压力检测装置3电性连接所述PLC变频控制电路。

具体地，所述恒压罐装置还设有两个末端与所述恒压水箱11连通的第一支撑管17；所述恒压罐装置还设有三个分别与所述第一进水管14、两个第一支撑管17一一对应的第一罐体连接件18；第一进水管14和两个第一支撑管17三者的首端分别通过其各自对应的第一罐体连接件18连通所述恒压罐13。

并且，所述第一进水管14、两个第一支撑管17分别通过其各自对应的第一罐体连接件18将所述恒压罐13支撑在恒压水箱11内，从而使恒压罐装置在结构上更加紧凑、巧妙，在外观上更加美观。

为了可以保持恒压罐13内的水位不变，具体地，所述PLC变频控制电路包括模拟量采集器（图未示）、A/D转换器（图未示）、内置PID算法程序的PLC控制器（图未示）、D/A转换器（图未示）和变频器（图未示）；水压力检测装置3、模拟量采集器、A/D转换器、PLC控制器、D/A转换器、变频器和第一潜水泵的控制端依次电性相连。

为了可以手动地控制第一水流反馈管15与恒压水箱11的连通与否，具体地，所述第一水阀16为手动球阀。

具体地，水压力检测装置3为设于所述恒压罐13底部的压力传感器或者为其他可以实现检测恒压罐13内水压功能的任何检测装置。

为了可以将恒温罐23内过量的水释放到恒温水箱21内，具体地，本发明的恒温罐装置还包括第二水流反馈管25；所述第二水流反馈管25的首端连通所述恒温罐23，末端通过一第二水阀26连通所述恒温水箱21。

具体为，所述恒温罐装置还设有两个末端与所述恒温水箱21连通的第二支撑管27；所述恒温罐装置还设有三个分别与所述第二进水管24、两个第二支撑管27一一对应的第二罐体连接件28；第二进水管24和两个第二支撑管27三者的首端分别通过其各自对应的第二罐体连接件28连通所述恒温罐23。

并且，所述第二进水管24、两个第二支撑管27分别通过其各自对应的第二罐体连接件28将所述恒温罐23支撑在恒温水箱21内，从而使恒温罐装置在结构上更加紧凑、巧妙，在外观上更加美观。

为了可以手动地控制第二水流反馈管25与恒温水箱21的连通与否，具体地，所述第二水阀26为手动球阀。

为了对恒温水箱21内的水进行恒温加热，具体地，所述恒温加热装置包括交流电源（图未示）、可控硅（图未示）、加热线路板（图未示）、PI调节器（图未示）、温控表（图未示）、温度设置旋钮（图未示）以及设于所述恒温水箱21内部的加热器211和温度传感器212；所述PI调节器包括两个不同的输入端，所述温度传感器212通过所述温控表电性连接PI调节器的其中一个输入端，所述温度设置旋钮直接电性连接PI调节器的另一输入端；PI调节器的输出端电性连接可控硅的控制端；交流电源的输出端和加热线路板的输入端分别电性连接可控硅的输入端和输出端；加热线路板的输出端电性连接所述加热器211。

为了保温和防烫，具体地，所述恒温水箱21设于所述恒压水箱11内部；所述恒温水箱21与恒压水箱11均采用双层不锈钢焊接而成，并且所述双层不锈钢之间为真空腔体结构。

为了防止恒温罐23内无水或少水，具体地，所述恒温罐装置还包括一报警灯（图未示）；所述恒温罐23内还设有液位浮球（图未示）；所述液位浮球通过一继电器（图未示）电性连接所述报警灯。

需要说明的是，所述加热器211为电热丝或其他可以实现电热丝相同功能的任何加热器。

本发明的恒压供水控制过程具体如下：

在恒压罐13中装水，由于恒压罐13的容积是恒定不变的，底面积也是恒定不变的，所以恒压罐13内水压的大小与水位的高度成正比。在PLC变频控制电路的PLC控制器中预先设定一压力值（即预设值）；然后PLC变频控制电路通过其模拟量采集器接收压力传感器采集到的当前水压值（即模拟检测值）；然后，利用A/D转换器将该模拟检测值转换成数字检测值，然后再将该数字检测值传送给PLC控制器；PLC控制器将其接收到数字检测值与预设值进行比较，通过PID算法算出数字检测值与预设值之间的数字偏差；然后将该数字偏差通过D/A转换器转换成模拟偏差，再将该模拟偏差输出到变频器上，通过该模拟偏差来控制变频器去控制第一潜水泵12的工作情况，具体为：当数字检测值大于预设值（即恒压罐里面的当前水位太高导致当前水压值大于PLC控制器中预先设定的压力值）时，经过PLC变频控制电路的变频控制，第一潜水泵12在变频器的作用下，减慢了其泵水的频率或直接停止泵水，然后打开第一水阀16，将恒压罐13里面过量的水通过第一水流反馈管15释放到恒压水箱11内，直到恒压罐13里面的水位使数字检测值等于预设值为止，从而保证恒压罐13里面的水位为一恒定值，实现恒压供水。反之亦然。

本发明的恒温供水控制过程具体如下：

本发明的恒温罐23安装于恒温水箱21里，恒温罐23内安装有液位浮球。恒温水箱21里还装有温度传感器212和加热器211。水在恒温水箱21内被加热器211加热，温度传感器212可以检测恒温水箱21内的当前水温，温度设置旋钮可以预先设定一温度值，并且该温度值对应一特定的电压信号（例如，6v的电压信号）；温度传感器212将其检测到的当前水温转化成电流信号发送到温控表上，温控表将该电流信号转换成0到10V电压信号，并与所述6v的电压信号一同输入所述PI调节器的两个不同的输入端；然后PI调节器将0到10V电压信号与所述6v的电压信号进行数值比较，并根据比较的结果去调节PI调节器的输出电压；然后再利用调节后的PI调节器的输出电压去控制可控硅的导通角，从而去控制可控硅加载在加热器上的电压，以完成恒温供水的控制。在当前水温低于温度设置旋钮可以预先设定一温度值时，PI调节器利用其输出电压去增大可控硅的导通角，从而使可控硅加载在加热器211的电压范围增大，使加热器211能够迅速发热从而提高恒温水箱21内的水温。反之亦然。同时，在恒温罐23内设有液位浮球，第二潜水泵22将恒温水箱21内的温水泵进恒温罐23内，当液位浮球检测到恒温罐无水或少水时，报警灯就会发光通知用户检查恒温罐装置。而当恒温罐23内的水位过高时，还可以通过打开第二水阀26连通恒温罐23与恒温水箱21，从而把恒温罐23内过量的水释放到恒温水箱21内。

需要说明的是，所述恒温罐23和恒压罐13均为空心圆柱形罐体，其还可以直接采用浅蓝色、半透明、耐高温的有机玻璃一次性成型，因此用户能够容易地在外面观察到恒温罐23和恒压罐13内的液面状况。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，作出其他各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种变频控制动态液位实验设备，其特征在于：其包括恒压水箱、恒压罐装置、第一潜水泵、用于检测恒压罐装置内水压的水压力检测装置、使用PID算法程序去控制第一潜水泵的PLC变频控制电路、恒温水箱、恒温罐装置、第二潜水泵和用于对恒温水箱内部的水进行恒温加热的恒温加热装置；所述第一潜水泵设于所述恒压水箱的内部；所述恒压罐装置包括用于装水的恒压罐以及首端与所述恒压罐连通的第一进水管、第一出水管和第一水流反馈管；第一进水管的末端通过所述第一潜水泵连通所述恒压水箱；第一水流反馈管的末端通过一第一水阀连通所述恒压水箱；所述第二潜水泵设于所述恒温水箱内部；所述恒温罐装置包括用于装水的恒温罐以及首端与所述恒温罐连通的第二进水管和第二出水管；所述第二进水管的末端通过所述第二潜水泵连通所述恒温水箱；所述水压力检测装置电性连接所述PLC变频控制电路；所述恒温罐装置还包括第二水流反馈管；所述第二水流反馈管的首端连通所述恒温罐，末端通过一第二水阀连通所述恒温水箱。

2.如权利要求1所述的变频控制动态液位实验设备，其特征在于：所述恒压罐装置还设有两个末端与所述恒压水箱连通的第一支撑管；所述恒压罐装置还设有三个分别与所述第一进水管、两个第一支撑管一一对应的第一罐体连接件；第一进水管和两个第一支撑管三者的首端分别通过其各自对应的第一罐体连接件连通所述恒压罐。

3.如权利要求1所述的变频控制动态液位实验设备，其特征在于：所述PLC变频控制电路包括模拟量采集器、A/D转换器、内置PID算法程序的PLC控制器、D/A转换器和变频器；水压力检测装置、模拟量采集器、A/D转换器、PLC控制器、D/A转换器、变频器和第一潜水泵的控制端依次电性相连。

4.如权利要求1所述的变频控制动态液位实验设备，其特征在于：所述第一水阀为手动球阀。

5.如权利要求1所述的变频控制动态液位实验设备，其特征在于：水压力检测装置为设于所述恒压罐底部的压力传感器。

6.如权利要求1所述的变频控制动态液位实验设备，其特征在于：所述第二水阀为手动球阀。

7.如权利要求1所述的变频控制动态液位实验设备，其特征在于：所述恒温加热装置包括交流电源、可控硅、加热线路板、PI调节器、温控表、温度设置旋钮以及设于所述恒温水箱内部的加热器和温度传感器；所述PI调节器包括两个不同的输入端，所述温度传感器通过所述温控表电性连接PI调节器的其中一个输入端，所述温度设置旋钮直接电性连接PI调节器的另一输入端；PI调节器的输出端电性连接可控硅的控制端；交流电源的输出端和加热线路板的输入端分别电性连接可控硅的输入端和输出端；加热线路板的输出端电性连接所述加热器。

8.如权利要求1所述的变频控制动态液位实验设备，其特征在于：所述恒温水箱设于所述恒压水箱内部；所述恒温水箱与恒压水箱均采用双层不锈钢焊接而成，并且所述双层不锈钢之间为真空腔体结构。

9.如权利要求1所述的变频控制动态液位实验设备，其特征在于：所述恒温罐装置还包括一报警灯；所述恒温罐内还设有液位浮球；所述液位浮球通过一继电器电性连接所述报警灯。