CN104376755A - 一种自动化过程控制的教学实验台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动化过程控制的教学实验台，包括操作台，所述操作台设有显示仪表部件、电气控制部件、执行与采集控制部件、介质容器以及人机交互界面部件；所述显示仪表部件包括流量显示仪表、压力显示仪表、温度显示仪表和液位显示仪表；所述执行与采集控制部件包括电磁阀、电动调节阀、磁力泵、涡轮流量变送器、压力变送器、温度变送器和超声波液位变送器；所述电气控制部件包括变频器、可编程控制器PLC；所述介质容器包括容器A、容器B和容器C，所述容器B、容器C设于容器A的上方。本发明简单直观的人机交互界面更方便学生操作，同时可直观显示控制过程和效果，具有结构简单、操作方便、造价低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及自动化仪器仪表领域，尤其涉及一种自动化过程控制的教学实验台。
背景技术
工业自动化就是工业生产中的各种参数为控制目的，实现各种过程控制，在工业生产中，尽量减少人力的操作，充分利用动物以外的能源与各种资讯来进行生产工作。工业自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的综合性高技术。
目前，中高等院校的自动化实训平台的数量有限，且每套实训平台所适用的方案固定，扩展性差，不便于根据教学需求对实训方案进行灵活调整，而且结构都比较复杂，不方便学生动手操作，自动化控制的验证性实训难以开展，学生从理论书本上得到的理论难以应用到实际设备操作中，影响学生对书本知识的理解和巩固。
发明内容
本发明的目的在于提出一种自动化过程控制的教学实验台，结构简单、操作方便、扩展性强，能够直观显示自动化教材中三十余种常用的典型过程控制的实现。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种自动化过程控制的教学实验台，包括操作台，所述操作台设有显示仪表部件、电气控制部件、执行与采集控制部件、介质容器以及用于接收用户输入的控制参数和/或控制指令的人机交互界面部件；
所述显示仪表部件包括流量显示仪表、压力显示仪表、温度显示仪表和液位显示仪表；所述执行与采集控制部件包括电磁阀、电动调节阀、磁力泵、涡轮流量变送器、压力变送器、温度变送器和超声波液位变送器；所述电气控制部件包括用于控制磁力泵流量大小的变频器、用于控制电磁阀接通/断开、电动调节阀接通/断开、以及变频器的可编程控制器PLC；所述介质容器包括容器A、容器B和容器C，所述容器B、容器C设于容器A的上方；
其中，所述执行与采集控制部件、变频器均与所述可编程控制器PLC通信连接，所述涡轮流量变送器、压力变送器、温度变送器和超声波液位变送器的信号输出端分别连接所述流量显示仪表、压力显示仪表、温度显示仪表、液位显示仪表的信号输入端；所述磁力泵的进水端连接容器A的出水口，磁力泵的出水端连接容器B的入水口和容器C的入水口，所述磁力泵的进水端、容器B的入水口和容器C的入水口连接所述电磁阀或电动调节阀，所述容器B、容器C的底部均设有出水口，所述容器A设有入水口，容器B出水口、容器C出水口连接所述电磁阀或电动调节阀；
启动后，可编程控制器PLC根据用户输入的控制参数和控制指令对电磁阀、电动调节阀和变频器进行控制，通过所述涡轮流量变送器、压力变送器、温度变送器和超声波液位变送器检测介质的流量、压力、温度、液位信息，通过流量显示仪表、压力显示仪表、温度显示仪表、液位显示仪表对介质的流量、压力、温度、液位信息进行显示，同时，所述可编程控制器PLC根据检测到的压力、温度、液位、流量实现与控制参数对应的过程控制。
其中，所述容器B的入水口、容器C的入水口分别位于容器B、容器C的侧壁上方。
其中，还包括用于对介质进行加热的加热管，所述加热管与可编程控制器PLC通信连接。
其中，所述操作台包括竖直面板和水平面板，所述流量显示仪表、压力显示仪表、温度显示仪表和液位显示仪表设于所述竖直面板上，所述电磁阀、电动调节阀、涡轮流量变送器和压力变送器设于所述水平面板上，所述容器B和容器C固定在所述水平面板上，所述容器A和磁力泵设置在所述水平面板的下方。
其中，所述操作台的水平面板设有网孔板，所述网孔板包括用于安装所述电磁阀、电动调节阀、涡轮流量变送器和压力变送器的孔位。
其中，所述温度变送器设于所述容器C，所述超声波液位变送器设于所述容器B。
其中，所述容器C的下侧设有用于安装所述温度变送器的结构，所述容器B的顶部设有用于安装所述超声波液位变送器的结构。
其中，还包括用于为操作台的电气部件供电的电源。
其中，所述容器B、容器C的容积均小于所述容器A的容积。
其中，所述容器A的容积大于等于所述容器B、容器C的容积之和。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明实施例采用开放式的系统结构，可适用于不同的自动化过程控制的实训方案，根据实训方案连接好各部件之后，通过人机交互界面接收用户对自动化过程控制的参数的设置和过程控制中的控制指令，无需设置按钮、指示灯等硬件操作部件，并在控制过程中直观的显示控制流程和效果，方便学生的实际操作和理解。通过本发明实施例的自动化过程控制的教学实验台可完成自动化教材上三十余种常用的典型过程控制教学，扩展性好，很好的满足了自动化大类专业对工业仪器仪表的教学要求；同时本发明实施例的自动化过程控制的教学实验台可以直观显示控制过程和结果，具有结构简单、操作方便、造价低等优点。学生可以自行设计过程控制方案进行实验，提高了学生对工业过程控制的直观认知能力，有利于提高自动化控制的教学质量和教学效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的自动化过程控制的教学实验台的结构示意图。
图2是本发明实施例的自动化过程控制的教学实验台的过程控制示意图。
图3是本发明实施例的自动化过程控制的教学实验台的人机交互界面的示意图。
具体实施方式
下面结合本发明的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1-3对本发明实施例进行具体说明。
作为本发明的一优选实施例，如图1所示，本实施例的自动化过程控制的教学实验台，包括操作台，操作台的形状和尺寸可根据具体情况设定。该操作台设有显示仪表部件、电气控制部件、执行与采集控制部件、介质容器和人机交互界面部件，所述人机交互界面部件可由计算机组态软件实现，用于接收用户输入的控制参数和/或控制指令的人机交互界面部件。
优选的，本实施例中上述显示仪表部件包括：流量显示仪表、压力显示仪表、温度显示仪表和液位显示仪表；上述执行与采集控制部件包括电磁阀、电动调节阀、磁力泵、涡轮流量变送器、压力变送器、温度变送器和超声波液位变送器；上述电气控制部件包括用于控制磁力泵的流量大小的变频器、以及用于控制电磁阀的接通/断开、电动调节阀的接通/断开和变频器的可编程控制器PLC；上述介质容器包括容器A、容器B和容器C，并且，容器B、容器C设于容器A的上方，即容器B、容器C的水平高度高于容器A的水平高度。
本发明的自动化过程控制的教学实验台采用开发式的结构，学生可根据不同的实训方案将其中的部件进行选择性连接。作为本实施例的一优选实施方式，将所述执行与采集控制部件、变频器均与所述可编程控制器PLC通信连接，将涡轮流量变送器、压力变送器、温度变送器和超声波液位变送器的信号输出端分别连接所述流量显示仪表、压力显示仪表、温度显示仪表、液位显示仪表的信号输入端；所述磁力泵的进水端连接容器A的出水口，磁力泵的出水端连接容器B的入水口和容器C的入水口，所述磁力泵的进水端、容器B的入水口和容器C的入水口均连接电磁阀或电动调节阀，所述容器B、容器C的底部均设有出水口，所述容器A设有入水口，连接容器B出水口与容器A入水口的管道、以及连接容器C出水口与容器A入水口的管道中连接电磁阀或电动调节阀，打开对应电磁阀或电动调节阀，容器B和/或容器C中的介质便可在重力的作用下通过底部的出水口回流到容器A中。
本实施例中的电动调节阀由电动执行机构和调节阀连接组合后经过机械连接装配、调试安装构成，可接收工业自动化控制的参数信号(如：4～20mA)来驱动阀门改变阀芯和阀座之间的截面积大小以控制管道介质中介质的流量、温度、压力等工艺参数，实现自动化调节功能。并且新型的电动调节阀执行器内含饲服功能，接受统一的4-20mA或1-5V·DC的标准信号，将电流信号转变成相对应的直线位移，自动地控制调节阀开度，达到对管道内介质的压力、流量、温度、液位等工艺参数的连续调节。与传统的气动调节阀相比，电动调节阀安装无需复杂的气动管路和气泵工作站，只在工作时才消耗电能，且无碳排放，具有节能，环保、安装快捷方便的优势，另外，电动调节阀体积小、重量轻、调节精度高的特点也非常适合用于工业控制中，对于参与实验的学生而言，也降低了动手操作的难度。
本实施例中，电磁阀、电动调节阀的型号选定需根据具体的管道参数、流体参数、压力参数、电气参数、动作方式等选定，本发明对此不作限定。
进一步的，本实施例中，所述电气控制部件还可包括断路器，用于实现教学实验台的断电保护，所述断路器与可编程控制器PLC通信连接。
通过上述实施例所述的自动化过程控制的教学实验台，启动后，通过所述涡轮流量变送器、压力变送器、温度变送器和超声波液位变送器检测介质的流量、压力、温度、液位信息，通过流量显示仪表、压力显示仪表、温度显示仪表、液位显示仪表对介质的流量、压力、温度、液位信息进行显示，同时，所述可编程控制器PLC根据检测到的压力、温度、液位、流量实现与控制参数对应的过程控制。在此过程中学生可通过显示仪表部件监测的过程控制中介质的温度、压力、流量、液位信息以及各部件的动作，可实现如图2所示的工业过程控制，同时，通过人机交互界面部件输出直观的过程控制的流程示意图或效果示意图，具体如图3所示。
优选的，本实施例中容器B的入水口、容器C的入水口设于容器B、容器C的侧壁上方，当容器B的入水口、容器C的入水口对应的电动调节阀接通时，当容器B、容器C中介质的高度分别超过容器B的入水口、容器C的入水口时，可回流到容器A，有效防止容器B、容器C中介质溢出。
优选的，本实施例的实验台中还设有用于对介质容器中的介质进行加热的加热管，加热管的设置位置和加热控制可根据实际情况而定，本发明对此不作限定。
优选的，本实施例的实验台中，所述操作台包括竖直面板和水平面板，所述流量显示仪表、压力显示仪表、温度显示仪表和液位显示仪表设于所述竖直面板上，所述电磁阀、电动调节阀、涡轮流量变送器和压力变送器设于所述水平面板上，具体可在所述操作台的水平面板设有网孔板，所述网孔板包括用于安装所述电磁阀、电动调节阀、涡轮流量变送器和压力变送器的孔位，使得电磁阀、电动调节阀、涡轮流量变送器和压力变送器的安装稳定且保证了操作台的美观性。将容器B和容器C固定在所述水平面板上，所述容器A和磁力泵设置在所述水平面板的下方，例如图1所示，在所述水平面板下方设置一个容纳空间，所述容器A和磁力泵设置设于所述容纳空间中；该结构既满足了工业控制的要求，又使得实验台更整洁美观。
优选的，本实施例中，所述温度变送器设于所述容器C上，所述超声波液位变送器设于所述容器B上。相应的，在所述容器C的下侧设有用于安装所述温度变送器的结构，便于当容器C中液位交底时检测介质的温度；所述容器B的顶部设有用于安装所述超声波液位变送器的结构。
进一步的，本实施例的实验台还设有用于为操作台的电气部件供电的电源，对应的，可在实验台的控制台上设置一个打开/关闭电源的按键。
进一步，本实施例中，所述容器B、容器C的容积均小于所述容器A的容积，优选的，所述容器A的容积大于等于所述容器B、容器C的容积之和，保证容器B、容器C中的介质可全部回流到容器A中。
通过本发明上述实施例，采用开放式的系统结构，可适用于不同的自动化过程控制的实训方案，根据实训方案连接好各部件之后，通过人机交互界面接收用户对自动化过程控制的参数的设置和过程控制中的控制指令，无需设置按钮、指示灯等硬件操作部件，并在控制过程中直观的显示控制流程和效果，方便学生的实际操作和理解。通过本发明实施例的自动化过程控制的教学实验台可完成自动化教材上三十余种常用的典型过程控制教学，扩展性好，很好的满足了自动化大类专业对工业仪器仪表的教学要求；同时本发明实施例的自动化过程控制的教学实验台可以直观显示控制过程和结果，具有结构简单、操作方便、造价低等优点。学生可以自行设计过程控制方案进行实验，提高了学生对工业过程控制的直观认知能力，有利于提高自动化控制的教学质量和教学效率。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利要求范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种自动化过程控制的教学实验台，包括操作台，其特征在于，所述操作台设有显示仪表部件、电气控制部件、执行与采集控制部件、介质容器以及用于接收用户输入的控制参数和/或控制指令的人机交互界面部件；
所述显示仪表部件包括流量显示仪表、压力显示仪表、温度显示仪表和液位显示仪表；所述执行与采集控制部件包括电磁阀、电动调节阀、磁力泵、涡轮流量变送器、压力变送器、温度变送器和超声波液位变送器；所述电气控制部件包括用于控制磁力泵流量大小的变频器、用于控制电磁阀接通/断开、电动调节阀接通/断开、以及变频器的可编程控制器PLC；所述介质容器包括容器A、容器B和容器C，所述容器B、容器C设于容器A的上方；
其中，所述执行与采集控制部件、变频器均与所述可编程控制器PLC通信连接，所述涡轮流量变送器、压力变送器、温度变送器和超声波液位变送器的信号输出端分别连接所述流量显示仪表、压力显示仪表、温度显示仪表、液位显示仪表的信号输入端；所述磁力泵的进水端连接容器A的出水口，磁力泵的出水端连接容器B的入水口和容器C的入水口，所述磁力泵的进水端、容器B的入水口和容器C的入水口连接所述电磁阀或电动调节阀，所述容器B、容器C的底部均设有出水口，所述容器A设有入水口，容器B出水口、容器C出水口连接所述电磁阀或电动调节阀；
启动后，可编程控制器PLC根据用户输入的控制参数和控制指令对电磁阀、电动调节阀和变频器进行控制，通过所述涡轮流量变送器、压力变送器、温度变送器和超声波液位变送器检测介质的流量、压力、温度、液位信息，通过流量显示仪表、压力显示仪表、温度显示仪表、液位显示仪表对介质的流量、压力、温度、液位信息进行显示，同时，所述可编程控制器PLC根据检测到的压力、温度、液位、流量实现与控制参数对应的过程控制。
2.如权利要求1所述的自动化过程控制的教学实验台，其特征在于，所述容器B的入水口、容器C的入水口分别位于容器B、容器C的侧壁上方。
3.如权利要求1所述的自动化过程控制的教学实验台，其特征在于，还包括用于对介质进行加热的加热管，所述加热管与可编程控制器PLC通信连接。
4.如权利要求1所述的自动化过程控制的教学实验台，其特征在于，所述操作台包括竖直面板和水平面板，所述流量显示仪表、压力显示仪表、温度显示仪表和液位显示仪表设于所述竖直面板上，所述电磁阀、电动调节阀、涡轮流量变送器和压力变送器设于所述水平面板上，所述容器B和容器C固定在所述水平面板上，所述容器A和磁力泵设置在所述水平面板的下方。
5.如权利要求4所述的自动化过程控制的教学实验台，其特征在于，所述操作台的水平面板设有网孔板，所述网孔板包括用于安装所述电磁阀、电动调节阀、涡轮流量变送器和压力变送器的孔位。
6.如权利要求1所述的自动化过程控制的教学实验台，其特征在于，所述温度变送器设于所述容器C，所述超声波液位变送器设于所述容器B。
7.如权利要求6所述的自动化过程控制的教学实验台，其特征在于，所述容器C的下侧设有用于安装所述温度变送器的结构，所述容器B的顶部设有用于安装所述超声波液位变送器的结构。
8.如权利要求1所述的自动化过程控制的教学实验台，其特征在于，还包括用于为操作台的电气部件供电的电源。
9.如权利要求1-8任一所述的自动化过程控制的教学实验台，其特征在于，所述容器B、容器C的容积均小于所述容器A的容积。
10.如权利要求9所述的自动化过程控制的教学实验台，其特征在于，所述容器A的容积大于等于所述容器B、容器C的容积之和。
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- 2014-11-05 CN CN201410619275.3A patent/CN104376755B/zh not_active Expired - Fee Related
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