CN105068446A - 一种气压调节对象及热工气压自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气压调节对象及热工气压自动控制系统，涉及热工自动化控制技术领域。该气压调节对象包括气缸、补气阀和排气阀；所述气缸分别与所述补气阀和所述排气阀连接，所述气压调节对象设置有均与所述气缸连通的状态输出端口和气压调控端口。该热工气压自动控制系统包括所述气压调节对象，还包括用于控制所述气压调节对象的气压自动控制模块；所述气压自动控制模块设置有输入端口和输出端口，所述输入端口与所述状态输出端口连接，所述输出端口与所述气压调控端口连接。本发明的气压调节对象及热工气压自动控制系统，提供了能模拟热工生产现场实际的系统模块，利于科研试验、模拟仿真和教学培训。

Description

一种气压调节对象及热工气压自动控制系统

技术领域

本发明涉及热工自动化控制技术领域，尤其涉及一种气压调节对象及热工气压自动控制系统。

背景技术

分散控制系统(DistributedControlSystem，简称DCS)，又称分布式控制系统，是以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统。DCS常被用于电厂和电力设计院从事自动控制、热工过程自动化、热能动力、集控运行、计算机等行业或专业。

DCS作为大型的集成控制系统，在生产和调试出来之后即被应用到电厂的生产现场。同时，DCS除了作为实际的生产控制设备，还可以用于开展模拟调试、科研教学、技术培训等任务。但是，除了DCS的生产或调试单位，一般的电厂并不具备对DCS进行调试、试验的条件，而只能进行一般性的电动、气动执行器的调试、检修及远方操作方面的模拟。对于整个DCS的软件组态、逻辑编译、参数设定等主要功能，均无法实现仿真调试。

例如，通辽发电总厂热工分场于2012年组建的热工DCS培训室，组装了日立公司的HIACH-3000M控制系统。该DCS培训室因自动调节系统中没有“调节对象”而一直处于开环状态，形同虚设，无法模拟生产现场进行实际培训。

因此，设计一种DCS的调节对象用于模拟和仿真生产现场，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气压调节对象及热工气压自动控制系统，以解决现有技术中的分散控制系统在电厂环境中无法模拟和仿真生产现场，无法用于科研试验和教学培训的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种气压调节对象，包括气缸、补气阀和排气阀；所述气缸分别与所述补气阀和所述排气阀连接，所述气压调节对象设置有均与所述气缸连通的状态输出端口和气压调控端口，所述状态输出端口用于与外部控制单元的气压探测器连接，所述气压调控端口用于与外部控制单元的气压控制器连接。

进一步，包括储气罐，所述储气罐与所述气缸连通，且所述状态输出端口通过所述储气罐与所述气缸连接。该技术方案的技术效果在于：储气罐作为压缩空气的储存容器，用来保证气缸内气压的稳定，同时保证气缸内的活塞有足够的运行空间；而将状态输出端口与储气罐连接，是由于储气罐和气缸的气压一致，平均分配气缸和储气罐两个容器对外的接口数量。

进一步，所述气缸内设置有用于改变所述气缸内气压的活塞。该技术方案的技术效果在于：活塞用于被动地调节气缸内的空气压力，通过气压调控端口由外部控制单元调控。当气缸内的空气压力因为模拟生产现场的实际出现变化时，外部控制单元将会检测到该变化并通过气压调控端口控制活塞移动，使气缸内的空气压力达到系统平衡值。

进一步，所述排气阀包括一号排气阀和二号排气阀，所述一号排气阀的排气速率比所述二号排气阀的排气速率大。该技术方案的技术效果在于：排气阀用于气缸内空气的排放。二号排气阀的排气速率较小，用于常规状况下的气体排放；一号排气阀的排气速率大，用于气缸内压力过高时的危急状况下气体的排放。

优选地，所述补气阀、所述一号排气阀、所述二号排气阀均为电磁阀。该技术方案的技术效果在于：由于气压调节对象作为被检测和控制的模块，其补气和放气频率非常高，电磁阀相对于其他手动阀和电动阀，在频繁的启动、变化情况下，具有较高的可靠性和适应性。

本发明还提供的一种热工气压自动控制系统，包括所述气压调节对象，还包括用于控制所述气压调节对象的气压自动控制模块；所述气压自动控制模块设置有输入端口和输出端口，所述输入端口与所述状态输出端口连接，所述输出端口与所述气压调控端口连接。该技术方案的技术效果在于：热工气压自动控制系统包括气压自动控制模块和气压调节对象，形成一个控制模块和被控制模块连接的闭环。同时，两个模块通过相对应的接口连接，使两部分成为分别独立的模块。气压自动控制模块既可以作为电厂实际生产现场的设备，也可以作为模拟调试、科研教学的设备。

进一步，所述气压自动控制模块包括变送器、控制器和气动执行器；所述输入端口、所述变送器、所述控制器、所述气动执行器和所述输出端口依次连接。该技术方案的技术效果在于：输入端口、变送器、控制器、气动执行器和输出端口依次连接，形成一个串联的信号输入、信号处理、驱动控制、信号输出的通路，与对应的气压调节对象组成控制与被控制的闭环通路。

进一步，所述控制器内植有分布式控制系统。该技术方案的技术效果在于：分布式控制系统由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，具有分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便等优点，在控制器内植入分布式控制系统，可以利用气压调节对象模拟生产现场，对控制系统的软件组态、逻辑编译、参数设定等进行调试试验。

进一步，所述分布式控制系统用于接收来自所述变送器的气压值A，当所述气压值A与所述分布式控制系统的预设气压值A0等值时，所述分布式控制系统无操作；当所述气压值A大于所述预设气压值A0时，所述分布式控制系统控制所述气动执行器驱动所述活塞，降低所述气缸内的气压；当所述气压值A小于所述预设气压值A0时，所述分布式控制系统控制所述气动执行器驱动所述活塞，提高所述气缸内的气压。该技术方案的技术效果在于：给分布式控制系统提供一个预设气压值A₀，将该预设气压值A₀与来自气压调节对象的变送器的气压值A进行比较，根据比较的偏差不同，分布式控制系统以不同的方式驱动气动执行器对活塞进行控制，达到检验气压自动控制模块的自动控制效果。

进一步，所述气压自动控制模块电连接并控制所述补气阀对所述气缸充气；所述气压自动控制模块电连接并控制所述排气阀对所述气缸排气。该技术方案的技术效果在于：使用气压自动控制模块来控制补气阀和排气阀对气缸的动作，能实现对气缸内气压的安全控制，防止气压不至于过高或过低。

本发明的有益效果是：气压调节对象实现了对生产现场热工气压的模拟仿真，热工气压自动控制系统使分布式控制系统能够脱离生产现场，在模拟的环境中对设备进行控制和调试，完成模拟调试、科研教学、技术培训等非生产现场任务。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明提供的气压调节对象的结构框图；

图2为本发明提供的气压自动控制模块的结构框图；

图3为本发明提供的热工气压自动控制系统的结构框图；

附图标记：

1-气压调节对象；101-气缸；

102-补气阀；103-一号排气阀；

104-二号排气阀；105-储气罐；

106-状态输出端口；107-气压调控端口；

2-气压自动控制模块；201-变送器；

202-控制器；203-气动执行器；

204-输入端口；205-输出端口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做出创造性劳动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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例提供了一种气压调节对象1，图1为本发明提供的气压调节对象的结构框图。如图1所示，气压调节对象1内设置有气缸101、补气阀102和排气阀，气压调节对象1设置有对外接口：状态输出端口106和气压调控端口107。其中，气缸101分别连接补气阀102和排气阀，使用补气阀102可以对气缸101补充气体，使用排气阀可以对气缸101排放气体；而状态输出端口106和气压调控端口107均与气缸101连接，状态输出端口106用于与外部控制单元的气压探测器连接，气压调控端口107用于与外部控制单元的气压控制器连接，外部控制单元的气压控制器可以驱动气缸101内的机构以改变气缸101内的气压。

在本实施例的可选方案中，如图1所示，进一步地，气压调节对象1还设置有储气罐105，储气罐105与气缸101相互连通，即储气罐105内的气压与气缸101的气压数值相同，故本实施例中，可以将状态输出端口106直接连接储气罐105。其中，储气罐105作为压缩空气的储存容器，用来保证气缸101内气压的稳定，同时保证气缸101内的活塞有足够的运行空间以调节气缸101内的气压；而将状态输出端口106与储气罐105连接，可以减少气缸101本体对外的接口数量，保证气缸101的可操作性。

在本实施例的可选方案中，如图1所示，进一步地，在气缸101内设置用于改变气缸101内气压的活塞(未标注)。活塞通过气压调控端口107由外部控制单元调控，用于被动地调节气缸101内的空气压力。当气缸101内的空气压力因为模拟生产现场的实际而产生变化时，外部控制单元将会检测到该变化，并通过气压调控端口107控制活塞作相应的移动，使气缸101内的空气压力达到系统所需的数值。

在本实施例的可选方案中，如图1所示，进一步地，排气阀设置有两个：一号排气阀103和二号排气阀104，其中一号排气阀103的排气速率大，二号排气阀104的排气速率小。其原因在于，排气阀用于气缸101内空气的排放，在常规状况下，气体排放速度要求不高，使用排气速率较小的二号排气阀104就能满足要求，而当出现气缸101内压力大大超过气缸101和储气罐105的安全限制时，需使用排气速率大的一号排气阀103。

在本实施例的可选方案中，如图1所示，优选地，补气阀102、一号排气阀103、二号排气阀104均为电磁阀。其中，这三种阀门还可以使用电动阀甚至手动阀。本实施例选择使用电磁阀，是由于气压调节对象1作为被检测和控制的模块，其补气和放气频率非常高，电磁阀相对于其他手动阀和电动阀，在频繁的启动、频繁变化流量的情况下，具有较高的可靠性和适应性。

本发明还提供一种热工气压自动控制系统。图2为本发明提供的气压自动控制模块的结构框图，图3为本发明提供的热工气压自动控制系统的结构框图。如图2、3所示，热工气压自动控制系统包括如前所述的气压调节对象1，还设置有用于控制气压调节对象1的气压自动控制模块2。气压自动控制模块2设置有两个对外接口：输入端口204和输出端口205。输入端口204与状态输出端口106连接，可接收气压调节对象1的气缸101内气压信号；输出端口205与气压调控端口107连接，用来控制气压调节对象1的气缸101内的活塞，以改变气缸101内气压值。由此，气压自动控制模块2和气压调节对象1两者形成一个控制模块和被控制模块连接的闭环。并且，两个模块通过相对应的接口连接，即两部分为分别独立的模块。气压自动控制模块2既可以作为电厂实际生产现场的设备，也可以作为模拟调试、科研教学的设备。

在本实施例的可选方案中，如图2、3所示，进一步地，气压自动控制模块2包括变送器201、控制器202和气动执行器203。且输入端口204、变送器201、控制器202、气动执行器203和输出端口205依次连接，形成一个串联的信号输入、信号处理、驱动控制、信号输出的通路，与对应的气压调节对象1组成控制与被控制的闭环通路。说明如下：气压调节对象1内气缸101的气压信号通过状态输出端口106(连接输入端口204)输送到变送器201，变送器201将气压信号转化为可供控制器202识别的电信号，控制器202接收到该电信号后，进行观察、比对、计算、分析等处理，然后判断是否驱动气动执行器203操作气缸101内活塞移动、以及驱动活塞如何移动。

在本实施例的可选方案中，如图2、3所示，进一步地，控制器202内植分布式控制系统(DistributedControlSystem，简称DCS)。DCS是由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，具有分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便等优点。在控制器202内植入分布式控制系统，可以利用气压调节对象1模拟生产现场，对DCS的软件组态、逻辑编译、参数设定等进行调试试验。

在本实施例的可选方案中，如图2、3所示，进一步地，气压自动控制模块2工作流程如下：DCS接收到来自变送器201的气压值A，将气压值A与DCS的预设气压值A₀比较，当A＝A₀时，DCS无操作；当A>A₀时，DCS控制气动执行器203驱动气缸101内的活塞移动，降低气缸101内的气压；当A<A₀时，DCS控制气动执行器203驱动气缸101内的活塞移动，提高气缸101内的气压。通过这样的程序，气压自动控制模块2就能根据不同的气缸101压力，以不同方式驱动气动执行器203对活塞进行控制，达到检验气压自动控制模块2自动控制的效果。

在本实施例的可选方案中，进一步地，气压自动控制模块2分别电连接补气阀102、排气阀。通过气压自动控制模块2可以控制补气阀102和排气阀对气缸101充气或排气，实现对气缸101内气压的安全控制，防止气压不至于过高或过低。安全控制流程举例如下：

(1)当气缸101内的压力低于0.09MPa时，气压自动控制模块2开启补气阀102对气缸101充气，当气缸101内压力上升到0.1MPa时关闭补气阀102。

(2)当气缸101内的压力上升到0.31MPa～0.33MPa之间时，气压自动控制模块2开启二号排气阀104对气缸101进行常规排气，当气缸101内压力下降到0.3MPa时关闭二号排气阀104。

(3)当气缸101内的压力高于0.33MPa时，气压自动控制模块2开启一号排气阀103紧急快速排气，当气缸101内压力下降到0.33MPa时关闭一号排气阀103，保留二号排气阀104，继续第(2)步流程。

通过上述安全控制流程，使气缸101的压力始终保持在0.1～0.3MPa之间的安全压力范围。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种气压调节对象，其特征在于，包括气缸、补气阀和排气阀；所述气缸分别与所述补气阀和所述排气阀连接，所述气压调节对象设置有均与所述气缸连通的状态输出端口和气压调控端口，所述状态输出端口用于与外部控制单元的气压探测器连接，所述气压调控端口用于与外部控制单元的气压控制器连接。

2.根据权利要求1所述的气压调节对象，其特征在于，包括储气罐，所述储气罐与所述气缸连通，且所述状态输出端口通过所述储气罐与所述气缸连接。

3.根据权利要求2所述的气压调节对象，其特征在于，所述气缸内设置有用于改变所述气缸内气压的活塞。

4.根据权利要求3所述的气压调节对象，其特征在于，所述排气阀包括一号排气阀和二号排气阀，所述一号排气阀的排气速率比所述二号排气阀的排气速率大。

5.根据权利要求4所述的气压调节对象，其特征在于，所述补气阀、所述一号排气阀、所述二号排气阀均为电磁阀。

6.一种热工气压自动控制系统，其特征在于，包括权利要求1～5任一项所述的气压调节对象，还包括用于控制所述气压调节对象的气压自动控制模块；所述气压自动控制模块设置有输入端口和输出端口，所述输入端口与所述状态输出端口连接，所述输出端口与所述气压调控端口连接。

7.根据权利要求6所述的热工气压自动控制系统，其特征在于，所述气压自动控制模块包括变送器、控制器和气动执行器；所述输入端口、所述变送器、所述控制器、所述气动执行器和所述输出端口依次连接。

8.根据权利要求7所述的热工气压自动控制系统，其特征在于，所述控制器内植有分布式控制系统。

9.根据权利要求8所述的热工气压自动控制系统，其特征在于，所述分布式控制系统用于接收来自所述变送器的气压值A，当所述气压值A与所述分布式控制系统的预设气压值A₀等值时，所述分布式控制系统无操作；当所述气压值A大于所述预设气压值A₀时，所述分布式控制系统控制所述气动执行器驱动所述活塞，降低所述气缸内的气压；当所述气压值A小于所述预设气压值A₀时，所述分布式控制系统控制所述气动执行器驱动所述活塞，提高所述气缸内的气压。

10.根据权利要求9所述的热工气压自动控制系统，其特征在于，所述气压自动控制模块电连接并控制所述补气阀对所述气缸充气；所述气压自动控制模块电连接并控制所述排气阀对所述气缸排气。