CN108961977A - 一种热工流体过程变量自动控制教学实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热工流体过程变量自动控制教学实验装置，该装置可对液位、流量、压力和温度进行自动控制，包括水箱、水槽、管路、电磁流量计、阀门、水泵、传感器、PLC可编程控制器、智能控制仪表、变频器和计算机等；通过本装置进行教学实验，可使学生熟练掌握液位、流量、压力和温度传感器的使用方法；了解液位、流量、压力和温度传感器的外形特征和测量原理；了解液位、流量、压力和温度传感器的信号采集过程；掌握以PLC可编程控制器和智能控制仪表为控制器对液位、流量、压力和温度等过程变量的控制方法，熟悉PLC编程和上位机工控组态。本发明具有结构简单，操作简便，控制过程和效果可视，响应快，安全性高等优点，满足了目前热工流体过程变量自动控制的教学实验需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种教学实验装置，具体涉及一种热工流体过程变量自动控制教学实验装置。
背景技术
液位、流量、温度、压力是热工流体领域工业过程的主要被控变量，在石油、化工、电力、冶金等能源工业生产过程中，通常要求对这些过程变量进行严格控制。而过程变量控制的实验教学是让学生通过使用各种传感器、执行机构、计算机及控制器等实现对这些变量的自动控制。这是相关专业学生的入门训练课程，这类课程要解决的问题就是提高学生对专业相关知识的实践，实践过程必须通过实验教学训练来完成。
相关的实验教学必须通过使用过程变量自动控制教学实验装置完成。现有技术的过程控制实验装置结构复杂，直观性差，价格昂贵且集成度过高，使用范围较窄，无法很好的服务于高校实验教学。
发明内容
本发明的目的就是克服上述现有技术的缺点，提供了一种热工流体过程变量自动控制教学实验装置，可以进行液位、流量、压力、温度等过程变量的测量和控制，满足了目前热工流体过程变量自动控制的教学实验需求；本发明装置能够简便快速的测量及调节系统参数，使学生能够迅速掌握该装置的运行原理及对过程变量的自动控制。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种热工流体过程变量自动控制教学实验装置，包括储水槽100，通过管道与储水槽100相连的主水泵701，主水泵701下游管道与第一三通801相连，第一三通801的水平分支通过管道与第四截止阀604相连，第四截止阀604通过管道与储水槽100相连，第一三通801水平分支与第四截止阀604构成一个旁通支路，该旁通支路协助调节回路的流量；第一三通801的垂直分支通过管道连接第二三通802，第二三通802的左支通过管道与流量调节阀12相连，流量调节阀12控制循环流量，流量调节阀12下游通过管道与第一电磁流量计501相连，第一电磁流量计501测量回路中的流量，第一电磁流量计501通过管道与第三三通803相连，第三三通803的水平分支通过管道及第一电磁阀401与下水箱101相连，下水箱101中布置有第一液位变送器201，第一液位变送器201用于测量下水箱101中的液位，下水箱101中布置加热器10，加热器10用于给流体加热；第三三通803的垂直分支通过管道与第四三通804相连，第四三通804的水平分支通过管道及第三电磁阀403与中水箱102相连，中水箱102中布置有第二液位变送器202，第二液位变送器202测量中水箱102液位；第四三通804的垂直分支通过管道及第五电磁阀405与上水箱103相连，上水箱103中布置有第三液位变送器203，第三液位变送器203测量上水箱103液位；上水箱103的底部通过管道及第三截止阀603与中水箱102的顶部相连，中水箱102的底部通过管道及第二截止阀602与下水箱101顶部相连，下水箱101底部引出一条管线与储水槽100相连，该管线上依次安装有第一热电阻301和第一截止阀601，第一热电阻301测量下水箱101出口处流体温度；以上构成该教学实验装置的主回路；
包括储水槽100及通过管道与储水槽100相连的变频水泵702，变频水泵702下游管道与第五三通805相连，第五三通805的水平分支通过管道与第五截止阀605相连，第五截止阀605通过管道与储水槽100相连，第五三通805水平分支与第五截止阀605构成一个旁通支路，该旁通支路协助调节回路的流量；第五三通805的垂直分支与第六三通806相连，第六三通806的水平分支通过第六截止阀606与主回路的第二三通802的右支相连，第六三通806的垂直分支与第七三通807相连，第七三通807的水平分支通过第七截止阀607与第八三通808的水平分支相连，第七三通807的垂直分支上依次布置第八截止阀608与散热器9，并与第八三通808的垂直分支相连，该支路用来对回路中的流体散热；第八三通808的下游与第二电磁流量计502相连，第二电磁流量计502测量回路中的流量，第二电磁流量计502通过管道与第九三通809相连，第九三通809的水平分支通过管道及第二电磁阀402与下水箱101相连；第九三通809的垂直分支通过管道与第十三通810相连，第十三通810的水平分支通过管道及第四电磁阀404与中水箱102相连，第十三通810的垂直分支通过管道及第六电磁阀406与上水箱103相连；第十三通810下游管道上布置有第二热电阻302，第二热电阻302用于测量流体的温度；上水箱103的底部通过管道及第三截止阀603与中水箱102的顶部相连，中水箱102的底部通过管道及第二截止阀602与下水箱101顶部相连，下水箱底部引出一条管线与储水槽100相连，该管线上依次安装有第一热电阻301和第一截止阀601；以上构成该教学实验装置的副回路；
包括由连接于主回路与副回路之间的压差传感器11和第六截止阀606组成的压差测量模块，该模块主要测量主回路与副回路之间的压差；
所述流量调节阀12由电动执行机构18控制，电动执行机构18根据所接收到的电流信号改变流量调节阀12的开度，以此调节和控制主回路中的流量；所述变频水泵702由变频器16控制，变频器16通过改变施加在变频水泵702上的频率来控制副回路中的流量；所述加热器10的加热功率由可控硅调功器17控制，以此实现下水箱101的温度控制；以上组成了系统的执行机构模块；
该教学实验装置采用两种控制方式，第一种由PLC可编程控制器14和计算机13组成，基于计算机13上的编程软件，实现PLC可编程控制器14对该教学实验装置的精确控制；第二种由智能控制仪表15组成，智能控制仪表15接受测量信号4～20mA，在与该教学实验装置相连接的输入电路中与给定值进行比较，得出偏差信号，最后由与该教学实验装置相连接的输出电路转换为控制信号4～20mA使执行机构模块进行相应的动作。
过程变量液位控制通过上水箱103、中水箱102和下水箱101演示，各水箱液位分别通过第三液位变送器203、第二液位变送器202和第一液位变送器201测量，上一级的水箱的水通过其底部的阀门流入下一级水箱；通过调节流量调节阀12的开度来控制流过的流量，从而控制各水箱的液位；本装置能够完成单回路液位自动控制实验；
进行单回路液位自动控制实验时，以下水箱液位为被控对象，在所述的主回路中，打开第一电磁阀401、第一截止阀601和第四截止阀604，关闭第三电磁阀403、第五电磁阀405、第二截止阀602、第三截止阀603和第六截止阀606；水从储水槽100流出经过主水泵701加压后一部分通过第四截止阀604回到储水槽100，另一部分通过流量调节阀12、第一电磁流量计501及第一电磁阀401进入下水箱101，再由下水箱101底部的管道经过第一截止阀601回到储水槽100，从而构成了一个循环；下水箱液位通过第一液位变送器201测量，控制器采用PLC可编程控制器14；将第一液位变送器201检测到的下水箱液位作为反馈信号，送至PLC可编程控制器14与给定值进行比较运算后产生控制信号，控制信号送至电动执行机构18，电动执行机构18根据所接收到的控制信号改变流量调节阀12的开度来控制流经其液体的流量，进而达到控制下水箱液位的目的；上水箱液位和中水箱液位的控制同下水箱液位控制。
过程变量流量通过流量调节阀12或变频水泵702来调节；在所述主回路中，流量通过第一电磁流量计501测量，回路中的流量通过流量调节阀12控制，电动执行机构18接受4～20mA电流信号，电动执行机构18根据接收到的电流信号改变流量调节阀12的开度，以此调节和控制主回路中的流量；在所述副回路中，流量通过第二电磁流量计502测量，并通过变频水泵702来调节，变频水泵702的转速由变频器16调节；本装置能够完成单回路流量自动控制实验；
进行单回路流量自动控制实验时，以主回路流量为控制对象，在所述的主回路中，打开第一电磁阀401、第一截止阀601和第四截止阀604，关闭第三电磁阀403、第五电磁阀405、第二截止阀602、第三截止阀603和第六截止阀606；水从储水槽100流出经过主水泵701加压后一部分通过第四截止阀604回到储水槽100，另一部分通过流量调节阀12、第一电磁流量计501及第一电磁阀401进入下水箱101，再由下水箱101底部的管道经过第一截止阀601回到储水槽100，从而构成了一个循环；将第一电磁流量计501检测到的主回路流量作为反馈信号，送至PLC可编程控制器14与给定值进行比较运算后产生控制信号，控制信号送至电动执行机构18，电动执行机构18根据所接收到的控制信号改变流量调节阀12的开度来控制流经其液体的流量，进而达到控制主回路流量的目的。
由主回路和副回路共同构成主副回路压力系统，两回路之间的压力差由压差变送器11进行测量；本装置能够完成单回路压力自动控制实验；
进行单回路压力自动控制实验时，以主水泵出口压力为控制对象，在所述的主回路中，打开第一电磁阀401、第一截止阀601和第四截止阀604，关闭第三电磁阀403、第五电磁阀405、第二截止阀602、第三截止阀603和第六截止阀606；水从储水槽100流出经过主水泵701加压后一部分通过第四截止阀604回到储水槽100，另一部分通过流量调节阀12、第一电磁流量计501及第一电磁阀401进入下水箱101，再由下水箱101底部的管道经过第一截止阀601回到储水槽100，从而构成了一个循环回路；将压差变送器11检测到的主水泵出口压力作为反馈信号，送至PLC可编程控制器14与给定值进行比较运算后产生控制信号，控制信号送至电动执行机构18，电动执行机构18根据所接收到的控制信号改变流量调节阀12的开度来控制流经其液体的流量，进而达到控制主水泵出口压力的目的。
过程变量温度通过加热器10来调节，下水箱101出口处设有第一热电阻301检测液体温度，下水箱101底部布置一组加热器10，通过可控硅调功器17来调节加热器的加热功率，从而实现下水箱液体温度的控制；本装置能够完成单回路温度自动控制实验；
进行单回路温度自动控制实验时，以下水箱出口液体温度为控制对象，在所述的主回路中，打开第一电磁阀401、第一截止阀601和第四截止阀604，关闭第三电磁阀403、第五电磁阀405、第二截止阀602、第三截止阀603和第六截止阀606；水从储水槽100流出经过主水泵701加压后一部分通过第四截止阀604回到储水槽100，另一部分通过流量调节阀12、第一电磁流量计501及第一电磁阀401进入下水箱101，再由下水箱101底部的管道经过第一截止阀601回到储水槽100，从而构成了一个循环回路；将第一热电阻301检测到的下水箱出口液体温度作为反馈信号，送至PLC可编程控制器14与给定值进行比较运算后产生控制信号，控制信号送至可控硅调功器17，可控硅调功器17根据接收到的控制信号改变加热器10的功率，进而达到控制下水箱出口液体温度的目的。
本装置能够进行流量比值控制实验；进行流量比值控制实验时，第一截止阀601、第二截止阀602、第三截止阀603、第四截止阀604、第五截止阀605、第七截止阀607、第一电磁阀401和第六电磁阀406始终保持打开状态；第六截止阀606、第八截止阀608、第二电磁阀402、第三电磁阀403、第四电磁阀404和第五电磁阀405始终保持关闭状态；主回路中水经过主水泵701加压后经过流量调节阀12、第一电磁流量计501、第一电磁阀401、下水箱101及第一截止阀601后流回储水槽100；副回路中水经过变频水泵702加压后经过第七截止阀607、第二电磁流量计502、第六电磁阀406、上水箱103、第三截止阀603、中水箱102、第二截止阀602、下水箱101、第一截止阀601后流回储水槽100；流经主回路的流量为Q2，流经副回路的流量为Q1，实验要求Q2/Q1＝K；以主回路流量Q2为被控量，设置比例系数K，当副回路流量Q1发生变化时，副回路中的流量通过第二电磁流量计502测量，测量信号送至PLC可编程控制器14，在控制器中按设定好的比值进行计算，计算值与第一电磁流量计501送来的主回路的流量值进行比较运算，比较运算后产生控制信号送至电动执行机构18，电动执行机构18根据所接收到的控制信号改变流量调节阀12的开度来改变主回路流量Q2，进而使得主管路的流量Q2按给定比例跟随副回路流量Q1发生变化。
和现有技术相比较，本发明具有如下优点：
1、可以进行包括液位、流量、温度和压力四种过程变量的自动控制实验，系统功能完善，操作简便，控制过程和效果可视，响应快，安全性高。
2、本装置集智能仪表、计算机、计算机通信、自动控制、测试等多种技术为一体，可以满足自动控制原理、控制仪表、热能与动力测试技术等多个方向的实验教学需求，开阔学生的知识面和视野；
3、可以通过两种控制方式对装置进行自动控制，使学生掌握多种控制方式，培养学生的设计、调试和开发创新能力。
本发明提高了教学质量，使学生深刻理解了液位、流量、温度、压力的测量方法，掌握了自动控制系统的组成及控制方法。提高了学生解决工程实际问题的能力及创新能力，为以后的工作研究奠定了坚实的实践基础。
附图说明
图1为过程变量自动控制教学实验装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细的说明：
如图1所示，本发明一种热工流体过程变量自动控制教学实验装置，包括储水槽100，通过管道与储水槽100相连的主水泵701，主水泵701下游管道与第一三通801相连，第一三通801的水平分支通过管道与第四截止阀604相连，第四截止阀604通过管道与储水槽100相连，第一三通801水平分支与第四截止阀604构成一个旁通支路，该旁通支路协助调节回路的流量；第一三通801的垂直分支通过管道连接第二三通802，第二三通802的左支通过管道与流量调节阀12相连，流量调节阀12控制循环流量，流量调节阀12下游通过管道与第一电磁流量计501相连，第一电磁流量计501通过管道与第三三通803相连，第三三通803的水平分支通过管道及第一电磁阀401与下水箱101相连，下水箱101中布置有第一液位变送器201和加热器10；第三三通803的垂直分支通过管道与第四三通804相连，第四三通804的水平分支通过管道及第三电磁阀403与中水箱102相连，中水箱102中布置有第二液位变送器202；第四三通804的垂直分支通过管道及第五电磁阀405与上水箱103相连，上水箱103中布置有第三液位变送器203；上水箱103的底部通过管道及第三截止阀603与中水箱102的顶部相连，中水箱102的底部通过管道及第二截止阀602与下水箱101顶部相连，下水箱底部引出一条管线与储水槽100相连，该管线上依次安装有第一热电阻301和第一截止阀601，；以上管道、水泵、阀门、水箱、水槽及传感器构成该教学实验装置的主回路。主回路中主水泵701提供循环动力，流量调节阀12和电动执行机构18控制循环流量，第一电磁流量计501测量循环流量，第一热电阻301测量流体温度，加热器10用于给流体加热；第一电磁流量计501测量到循环流量后，信号传送给PLC可编程控制器14或智能控制仪表15，通过PLC可编程控制器14或智能控制仪表15计算后产生控制信号并传送到电动执行机构18，电动执行机构18改变流量调节阀12的开度以控制主回路的流量。第一热电阻301测量到流体温度后，信号传送给PLC可编程控制器14或智能控制仪表15，经过计算后，PLC可编程控制器14或智能控制仪表15产生控制信号控制可控硅调功器17的导通角从而改变加热器的功率，达到控制液体温度的目的。
储水槽100，通过管道与储水槽100相连的变频水泵702，变频水泵702下游管道与第五三通805相连，第五三通805的水平分支通过管道与第五截止阀605相连，第五截止阀605通过管道与储水槽100相连，第五三通805水平分支与第五截止阀605构成一个旁通支路，该旁通支路协助调节回路的流量；第五三通805的垂直分支与第六三通806相连，第六三通806的水平分支通过第六截止阀606与主回路的第二三通802的右支相连，第六三通806的垂直分支与第七三通807相连，第七三通807的水平分支通过第七截止阀607与第八三通808的水平分支相连，第七三通的垂直分支上依次布置第八截止阀608与散热器9，并与第八三通的垂直分支相连，该支路用来对回路中的流体散热；第八三通808的下游与第二电磁流量计502相连，第二电磁流量计502通过管道与第九三通809相连，第九三通809的水平分支通过管道及第二电磁阀402与下水箱101相连，下水箱101中布置有第一液位变送器201与加热器10；第九三通809的垂直分支通过管道与第十三通810相连，第十三通810的水平分支通过管道及第四电磁阀404与中水箱102相连，中水箱102中布置有第二液位变送器202，第十三通810的垂直分支通过管道及第六电磁阀406与上水箱103相连，上水箱103中布置有第三液位变送器203；第十三通810下游管道上布置有第二热电阻302；上水箱103的底部通过管道及第三截止阀603与中水箱102的顶部相连，中水箱102的底部通过管道及第二截止阀602与下水箱101顶部相连，下水箱底部引出一条管线与储水槽100相连，该管线上依次安装有第一热电阻301和第一截止阀601；以上管道、水泵、阀门、水箱、水槽、散热器及传感器构成该教学实验装置的副回路。副回路中由变频水泵702提供循环动力，散热器9用于给回路中的流体散热以降低流体温度，第二热电阻302测量流体温度；第二电磁流量计502测量到循环流量后，信号传送给PLC可编程控制器14或智能控制仪表15，通过PLC可编程控制器14或智能控制仪表15控制变频器16的电源频率，从而改变变频水泵702的转速，实现对流量的控制。温度的控制方式与主回路相同。
由连接于主副回路之间的压差传感器11和第六截止阀606组成的系统的压差测量模块，该模块主要测量主副回路之间的压差；
流量调节阀12由电动执行机构18控制，电动执行机构18根据所接收到的电流信号改变流量调节阀12的开度，以此调节和控制主回路中的流量；变频水泵702由变频器16控制，变频器16通过改变施加在变频水泵702上的频率来控制副回路中的流量；所述加热器10的加热功率由可控硅调功器17控制，以此实现下水箱101的温度控制。以上组成了系统的执行机构模块；
该教学实验装置采用两种控制方式，第一种由PLC可编程控制器14和计算机13组成，基于计算机13上的编程软件，可以实现PLC可编程控制器14对该教学实验装置统的精确控制；第二种由智能控制仪表15组成，智能控制仪表15接受测量信号(4～20mA)，在与该教学实验装置相连接的输入电路中与给定值进行比较，得出偏差信号，最后由与该教学实验装置相连接的输出电路转换为控制信号(4～20mA)使执行机构模块进行相应的动作。
过程变量液位控制通过上水箱103、中水箱102和下水箱101演示，各水箱液位分别通过第三液位变送器203、第二液位变送器202和第一液位变送器201测量，上一级的水箱的水通过其底部的阀门流入下一级水箱。通过调节流量调节阀12的开度来控制流过的流量，从而控制各水箱的液位。
过程变量流量通过流量调节阀12或变频水泵702来调节。在所述主回路中，流量通过第一电磁流量计501测量，回路中的流量通过流量调节阀12控制，电动执行机构18接受4～20mA电流信号，电动执行机构18根据接收到的电流信号改变流量调节阀12的开度，以此调节和控制主回路中的流量；在所述副回路中，流量通过第二电磁流量计502测量，并通过变频水泵702来调节，变频水泵702的转速由变频器16调节。
由主回路和副回路共同构成主副回路压力系统，两回路之间的压力差由压差变送器11进行测量。通过调节流量调节阀12的开度来控制流过的流量，从而控制主副回路之间的压差。
过程变量温度通过加热器10来调节。下水箱101出口处设有第一热电阻301检测液体温度，下水箱101底部布置一组加热器10，通过可控硅调功器17来调节加热器的加热功率，从而实现下水箱液体温度的控制。
Claims (6)
1.一种热工流体过程变量自动控制教学实验装置，其特征在于:包括储水槽(100)，通过管道与储水槽(100)相连的主水泵(701)，主水泵(701)下游管道与第一三通(801)相连，第一三通(801)的水平分支通过管道与第四截止阀(604)相连，第四截止阀(604)通过管道与储水槽(100)相连，第一三通(801)水平分支与第四截止阀(604)构成一个旁通支路，该旁通支路协助调节回路的流量；第一三通(801)的垂直分支通过管道连接第二三通(802)，第二三通(802)的左支通过管道与流量调节阀(12)相连，流量调节阀(12)控制循环流量，流量调节阀(12)下游通过管道与第一电磁流量计(501)相连，第一电磁流量计(501)测量回路中的流量，第一电磁流量计(501)通过管道与第三三通(803)相连，第三三通(803)的水平分支通过管道及第一电磁阀(401)与下水箱(101)相连，下水箱(101)中布置有第一液位变送器(201)，第一液位变送器(201)用于测量下水箱(101)中的液位，下水箱(101)中布置加热器(10)，加热器(10)用于给流体加热；第三三通(803)的垂直分支通过管道与第四三通(804)相连，第四三通(804)的水平分支通过管道及第三电磁阀(403)与中水箱(102)相连，中水箱(102)中布置有第二液位变送器(202)，第二液位变送器(202)测量中水箱(102)液位；第四三通(804)的垂直分支通过管道及第五电磁阀(405)与上水箱(103)相连，上水箱(103)中布置有第三液位变送器(203)，第三液位变送器(203)测量上水箱(103)液位；上水箱(103)的底部通过管道及第三截止阀(603)与中水箱(102)的顶部相连，中水箱(102)的底部通过管道及第二截止阀(602)与下水箱(101)顶部相连，下水箱(101)底部引出一条管线与储水槽(100)相连，该管线上依次安装有第一热电阻(301)和第一截止阀(601)，第一热电阻(301)测量下水箱(101)出口处流体温度；以上构成该教学实验装置的主回路；
包括储水槽(100)及通过管道与储水槽(100)相连的变频水泵(702)，变频水泵(702)下游管道与第五三通(805)相连，第五三通(805)的水平分支通过管道与第五截止阀(605)相连，第五截止阀(605)通过管道与储水槽(100)相连，第五三通(805)水平分支与第五截止阀(605)构成一个旁通支路，该旁通支路协助调节回路的流量；第五三通(805)的垂直分支与第六三通(806)相连，第六三通(806)的水平分支通过第六截止阀(606)与主回路的第二三通(802)的右支相连，第六三通(806)的垂直分支与第七三通(807)相连，第七三通(807)的水平分支通过第七截止阀(607)与第八三通(808)的水平分支相连，第七三通(807)的垂直分支上依次布置第八截止阀(608)与散热器(9)，并与第八三通(808)的垂直分支相连，该支路用来对回路中的流体散热；第八三通(808)的下游与第二电磁流量计(502)相连，第二电磁流量计(502)测量回路中的流量，第二电磁流量计(502)通过管道与第九三通(809)相连，第九三通(809)的水平分支通过管道及第二电磁阀(402)与下水箱(101)相连；第九三通(809)的垂直分支通过管道与第十三通(810)相连，第十三通(810)的水平分支通过管道及第四电磁阀(404)与中水箱(102)相连，第十三通(810)的垂直分支通过管道及第六电磁阀(406)与上水箱(103)相连；第十三通(810)下游管道上布置有第二热电阻(302)，第二热电阻(302)用于测量流体的温度；上水箱(103)的底部通过管道及第三截止阀(603)与中水箱(102)的顶部相连，中水箱(102)的底部通过管道及第二截止阀(602)与下水箱(101)顶部相连，下水箱底部引出一条管线与储水槽(100)相连，该管线上依次安装有第一热电阻(301)和第一截止阀(601)；以上构成该教学实验装置的副回路；
包括由连接于主回路与副回路之间的压差传感器(11)和第六截止阀(606)组成的压差测量模块，该模块主要测量主回路与副回路之间的压差；
所述流量调节阀(12)由电动执行机构(18)控制，电动执行机构(18)根据所接收到的电流信号改变流量调节阀(12)的开度，以此调节和控制主回路中的流量；所述变频水泵(702)由变频器(16)控制，变频器(16)通过改变施加在变频水泵(702)上的频率来控制副回路中的流量；所述加热器(10)的加热功率由可控硅调功器(17)控制，以此实现下水箱(101)的温度控制；以上组成了系统的执行机构模块；
该教学实验装置采用两种控制方式，第一种由PLC可编程控制器(14)和计算机(13)组成，基于计算机(13)上的编程软件，实现PLC可编程控制器(14)对该教学实验装置的精确控制；第二种由智能控制仪表(15)组成，智能控制仪表(15)接受测量信号4～20mA，在与该教学实验装置相连接的输入电路中与给定值进行比较，得出偏差信号，最后由与该教学实验装置相连接的输出电路转换为控制信号4～20mA使执行机构模块进行相应的动作。
2.根据权利要求1所述的热工流体过程变量自动控制教学实验装置，其特征在于：过程变量液位控制通过上水箱(103)、中水箱(102)和下水箱(101)演示，各水箱液位分别通过第三液位变送器(203)、第二液位变送器(202)和第一液位变送器(201)测量，上一级的水箱的水通过其底部的阀门流入下一级水箱；通过调节流量调节阀(12)的开度来控制流过的流量，从而控制各水箱的液位；本装置能够完成单回路液位自动控制实验；
进行单回路液位自动控制实验时，以下水箱液位为被控对象，在所述的主回路中，打开第一电磁阀(401)、第一截止阀(601)和第四截止阀(604)，关闭第三电磁阀(403)、第五电磁阀(405)、第二截止阀(602)、第三截止阀(603)和第六截止阀(606)；水从储水槽(100)流出经过主水泵(701)加压后一部分通过第四截止阀(604)回到储水槽(100)，另一部分通过流量调节阀(12)、第一电磁流量计(501)及第一电磁阀(401)进入下水箱(101)，再由下水箱(101)底部的管道经过第一截止阀(601)回到储水槽(100)，从而构成了一个循环；下水箱液位通过第一液位变送器(201)测量，控制器采用PLC可编程控制器(14)；将第一液位变送器(201)检测到的下水箱液位作为反馈信号，送至PLC可编程控制器(14)与给定值进行比较运算后产生控制信号，控制信号送至电动执行机构(18)，电动执行机构(18)根据所接收到的控制信号改变流量调节阀(12)的开度来控制流经其液体的流量，进而达到控制下水箱液位的目的；上水箱液位和中水箱液位的控制同下水箱液位控制。
3.根据权利要求1所述的热工流体过程变量自动控制教学实验装置，其特征在于：过程变量流量通过流量调节阀(12)或变频水泵(702)来调节；在所述主回路中，流量通过第一电磁流量计(501)测量，回路中的流量通过流量调节阀(12)控制，电动执行机构(18)接受4～20mA电流信号，电动执行机构(18)根据接收到的电流信号改变流量调节阀(12)的开度，以此调节和控制主回路中的流量；在所述副回路中，流量通过第二电磁流量计(502)测量，并通过变频水泵(702)来调节，变频水泵(702)的转速由变频器(16)调节；本装置能够完成单回路流量自动控制实验；
进行单回路流量自动控制实验时，以主回路流量为控制对象，在所述的主回路中，打开第一电磁阀(401)、第一截止阀(601)和第四截止阀(604)，关闭第三电磁阀(403)、第五电磁阀(405)、第二截止阀(602)、第三截止阀(603)和第六截止阀(606)；水从储水槽(100)流出经过主水泵(701)加压后一部分通过第四截止阀(604)回到储水槽(100)，另一部分通过流量调节阀(12)、第一电磁流量计(501)及第一电磁阀(401)进入下水箱(101)，再由下水箱(101)底部的管道经过第一截止阀(601)回到储水槽(100)，从而构成了一个循环；将第一电磁流量计(501)检测到的主回路流量作为反馈信号，送至PLC可编程控制器(14)与给定值进行比较运算后产生控制信号，控制信号送至电动执行机构(18)，电动执行机构(18)根据所接收到的控制信号改变流量调节阀(12)的开度来控制流经其液体的流量，进而达到控制主回路流量的目的。
4.根据权利要求1所述的热工流体过程变量自动控制教学实验装置，其特征在于：由主回路和副回路共同构成主副回路压力系统，两回路之间的压力差由压差变送器(11)进行测量；本装置能够完成单回路压力自动控制实验；
进行单回路压力自动控制实验时，以主水泵出口压力为控制对象，在所述的主回路中，打开第一电磁阀(401)、第一截止阀(601)和第四截止阀(604)，关闭第三电磁阀(403)、第五电磁阀(405)、第二截止阀(602)、第三截止阀(603)和第六截止阀(606)；水从储水槽(100)流出经过主水泵(701)加压后一部分通过第四截止阀(604)回到储水槽(100)，另一部分通过流量调节阀(12)、第一电磁流量计(501)及第一电磁阀(401)进入下水箱(101)，再由下水箱(101)底部的管道经过第一截止阀(601)回到储水槽(100)，从而构成了一个循环回路；将压差变送器(11)检测到的主水泵出口压力作为反馈信号，送至PLC可编程控制器(14)与给定值进行比较运算后产生控制信号，控制信号送至电动执行机构(18)，电动执行机构(18)根据所接收到的控制信号改变流量调节阀(12)的开度来控制流经其液体的流量，进而达到控制主水泵出口压力的目的。
5.根据权利要求1所述的热工流体过程变量自动控制教学实验装置，其特征在于：过程变量温度通过加热器(10)来调节，下水箱(101)出口处设有第一热电阻(301)检测液体温度，下水箱(101)底部布置一组加热器(10)，通过可控硅调功器(17)来调节加热器的加热功率，从而实现下水箱液体温度的控制；本装置能够完成单回路温度自动控制实验；
进行单回路温度自动控制实验时，以下水箱出口液体温度为控制对象，在所述的主回路中，打开第一电磁阀(401)、第一截止阀(601)和第四截止阀(604)，关闭第三电磁阀(403)、第五电磁阀(405)、第二截止阀(602)、第三截止阀(603)和第六截止阀(606)；水从储水槽(100)流出经过主水泵(701)加压后一部分通过第四截止阀(604)回到储水槽(100)，另一部分通过流量调节阀(12)、第一电磁流量计(501)及第一电磁阀(401)进入下水箱(101)，再由下水箱(101)底部的管道经过第一截止阀(601)回到储水槽(100)，从而构成了一个循环回路；将第一热电阻(301)检测到的下水箱出口液体温度作为反馈信号，送至PLC可编程控制器(14)与给定值进行比较运算后产生控制信号，控制信号送至可控硅调功器(17)，可控硅调功器(17)根据接收到的控制信号改变加热器(10)的功率，进而达到控制下水箱出口液体温度的目的。
6.根据权利要求1所述的热工流体过程变量自动控制教学实验装置，其特征在于：本装置能够进行流量比值控制实验；
进行流量比值控制实验时，第一截止阀(601)、第二截止阀(602)、第三截止阀(603)、第四截止阀(604)、第五截止阀(605)、第七截止阀(607)、第一电磁阀(401)和第六电磁阀(406)始终保持打开状态；第六截止阀(606)、第八截止阀(608)、第二电磁阀(402)、第三电磁阀(403)、第四电磁阀(404)和第五电磁阀(405)始终保持关闭状态；主回路中水经过主水泵(701)加压后经过流量调节阀(12)、第一电磁流量计(501)、第一电磁阀(401)、下水箱(101)及第一截止阀(601)后流回储水槽(100)；副回路中水经过变频水泵(702)加压后经过第七截止阀(607)、第二电磁流量计(502)、第六电磁阀(406)、上水箱(103)、第三截止阀(603)、中水箱(102)、第二截止阀(602)、下水箱(101)、第一截止阀(601)后流回储水槽(100)；流经主回路的流量为Q2，流经副回路的流量为Q1，实验要求Q2/Q1＝K；以主回路流量Q2为被控量，设置比例系数K，当副回路流量Q1发生变化时，副回路中的流量通过第二电磁流量计(502)测量，测量信号送至PLC可编程控制器(14)，在控制器中按设定好的比值进行计算，计算值与第一电磁流量计(501)送来的主回路的流量值进行比较运算，比较运算后产生控制信号送至电动执行机构(18)，电动执行机构(18)根据所接收到的控制信号改变流量调节阀(12)的开度来改变主回路流量Q2，进而使得主管路的流量Q2按给定比例跟随副回路流量Q1发生变化。
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