CN1360291A

CN1360291A - 单容水罐电子仿真装置

Info

Publication number: CN1360291A
Application number: CN 00132159
Authority: CN
Inventors: 杨健
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-12-19
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2002-07-24

Abstract

一种单容水罐电子仿真装置,包括面板显示部件,工艺对象仿真电路,电动执行器仿真电路,液位变送器仿真电路。该装置仿真单容储水罐;其进水流量由电动执行器控制,出水流量由手动阀门控制,储水罐中液体的液位为被控制参数。液位参量由液位变送器测量输出。该装置可与DDZ－III型电动单元组合仪表或其它自动控制设备配合,构成自动控制系统。

Description

单容水罐电子仿真装置

本发明涉及一种仿真装置，特别涉及一种单容水罐电子仿真装置。

在我国的中等专业技术学校中自动控制仪表等专业在教学中均开设自动控制系统相关的课程，自动控制系统中被控对象，即工艺设备的实现通常采用两种方式：

1、采用真实的工艺设备。特点：体积大，结构复杂，能耗高，造价高，运行费用高，保养维修费用高等。

2、利用计算机软件仿真系统。特点：开发难度大，成本高，运行环境局限性强，成型产品少。

本发明的目的在于，提供一种单容水罐电子仿真装置，利用RC电路的过渡过程与工艺参数过渡过程相一致这一特点构成电子仿真单容水罐，与电子仿真电动执行器和电子仿真液位变送器一起，构成电子仿真广义工艺对象。配以常规控制仪表或其它自动控制装置，即可构成自动控制系统，测量显示系统等。适用于仪表，自动化专业教学的相关课题的操作与演示。

本发明的目的是由以下技术方案实现的。

一种单容水罐的电子仿真装置，包括前面板显示部件、电动执行器仿真电路、工艺对象仿真电路、液位变送器仿真电路，其特征在于，所述的前面板显示部件FD，包括设备的平面图形A、电流指示表V101与V201、发光二极管指示器LD及多圈电位器调整指示器E，所述的电动执行器仿真电路FV，由输入电压转换器1、阻抗适配电路2、电压起点切换电子开关3及阻抗适配输出电路4等组成，其输出端接工艺仿真电路FF的输入端，所述的工艺仿真电路FF，包括充电电阻R301、放电可调电阻R302、过渡电阻R303及电容器C301，电容器C301的电压输出端接液位变送器仿真电路FR的输入阻抗适配电路5，所述的液位变送器仿真电路FR，包括输入阻抗适配电路5及电压/电流转换器6，所有电路均安装在壳体内。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。

本方案的核心技术是利用RC电路充放电的过渡过程与某些实际工艺的过渡过程相同这一特点，制成工艺对象仿真电路，以单容水罐为例：对象仿真电路为一个RC充放电电路，充电电阻R301与放电电阻R302串联分压后的中点电压经过渡电阻R303向电容C301充电，利用调整充电总电压来模拟调节进水阀开度，用调节放电电阻来模拟调节出水阀开度，用电容电压模拟水罐液位，用此电路能够准确的模拟出储水罐液位随进水流量与出水流量变化而产生的液位变化过程。

其工作过程是：将外接电动调节器的输出信号接入电动执行器仿真电路的输入端，经电动执行器仿真电路放大后作为充电总电压，用调整充电总电压来模拟调整进水阀开度，用调整放电电阻来模拟调整出水阀开度，用电容电压模拟水罐液位，由液位变送器仿真电路对其进行测量并转换成电流信号，作为液位测量信号输出给电动调节器。当进水与出水流量稳定时液位随之稳定，此时调整出水阀门开度，液位将随之发生波动，电动调节器将根据设定的调节规律输出调节信号，调整进水阀的开度，即调整进水流量，从而达到调整液位的目的。仪表自动化专业学生的课题之一就是设定合适的调节规律和调节参数，使自动控制系统按照设定的要求运行。

本发明的具有如下优点：

1.仿真特性准确；

2.结构简单，造价低，制造容易；

3.电子线路能耗极低，运行成本低，保养维修简单容易，费用低；

4.体积小，重量轻，便于携带。

为能进一步了解本发明的技术内容、特点及功效，兹例举以下较佳实施例，并配合附图详细说明如下：

图1为本发明方框结构示意图；

图2为本发明实施例电动执行器仿真电路原理图；

图3为本发明实施例工艺对象仿真电路原理图；

图4为本发明实施例液位变送器仿真电路原理图；

图5为本发明实施例外型示意图；

图6为本发明实施例信号联接图。

所述的前面板显示部件FD，包括前面板水罐平面图形、带输入接线端子的电动执行器平面图形及其输入电流显示表V101、带输出接线端子的液位变送器平面图形及其输出电流显示表V201、液位指示器平面图形及其发光二极管液位模拟显示器LD、出水阀平面图形及其多圈电位器调整指示器E。所述的发光二极管液位模拟显示器LD由专用的集成电路驱动，包括集成电路LM3914与发光二极管，该集成电路的输出端1、18、17、16、15、14、13、12、11、10分别接发光二极管阴极，发光二极管为共阳接法，该集成电路的5脚接工艺对象仿真电路中C301的正端，3脚接电源正极，2、4、6、7及8脚接地。

所述的电动执行器仿真电路由5个集成运算放大器(型号LM324)A101-A105，1个光电偶合器(型号TLP52-1)S101，1只晶体三极管(3DG130)V101，1只稳压管VW、1只输入电流指示表V101及18只电阻组成。A101作电压转换电路，接成同相放大电路，输出端1脚经R104接至反相输入端2脚经R103接地。输入信号经R102接入同相输入端3脚，同时，经R101接地，同时经R107至阻抗适配放大器A105至电流显示表V101。电压转换器A101输出端1脚经R105接地同时经R106接入阻抗适配放大器A102，阻抗适配放大器A102输出端7脚经R107、R108串联对地分压，经R109接入开关控制电路A103的同相输入端10脚，A103的反相输入端接+2.5VDC电压，此电压由+30VDC电源经R110与稳压管VW分压获得，A103的输出端8脚经R111串联R112接地，R111与R112的串联中点经R113接光电偶合器构成的电子开关S101的控制端1脚，S101的2脚接地。阻抗适配放大器A102的输出端7脚还短接至自身的反相输入端6脚，A102的7脚还联接S101的输入端4脚，S101的3脚经R114接地，同时经R115接A104的同相输入端12脚，A104的输出端14脚接晶体管V101的基极，V101的集电极接+30VDC电源，发射极经R116接地，V101的发射极同时短接至A104的反相输入端13，V101发射极还作为电动执行器仿真电路FV的输出端，与工艺仿真电路FF输入端相联。

所述的工艺对象仿真电路，由一个R-C充、放电电路组成，包括R301、R302、R303与C301，R301与R302串接，其中心点经R303接入C301，构成充电电路。R301与电动执行器仿真电路输出端相联。C301正极接液位变送器仿真电路FR的输入端与发光二极管液位模拟显示器的输入端。

液位变送器仿真电路，由2只集成运算放大器(型号LM324)A201、A202和2只晶体管三极管(3DG130)V201和V202、电流显示表V201及9只电阻组成。其输入端经R201接地，同时经R202接入阻抗适配放大器A201同相输入端3脚，输出端1脚与自身反相输入端2脚相接，A201输出端1脚经R203与电流转换器A202的反相输入端6脚相联。A202的同相输入端5脚经R204接地，A202的输出端7脚经R205与晶体管V201基极相联，V201集电极经R208接正电源，发射极接地，同时V201集电极接V202基极，V202集电极接正电源。V202发射极经R209及电流显示表V201输出电流信号。R206联接V202发射极与A202同相端5脚，R207接R209另端与A202反相输入端6脚。

本发明由外接30VDC电源供电。

Claims

1.一种单容水罐的电子仿真装置，包括前面板显示部件、电动执行器仿真电路、工艺对象仿真电路、液位变送器仿真电路，其特征在于，所述的前面板显示部件FD，包括设备的平面图形A、电流指示表V101与V201、发光二极管指示器LD及多圈电位器调整指示器E，所述的电动执行器仿真电路FV，由输入电压转换器1、阻抗适配电路2、电压起点切换电子开关3及阻抗适配输出电路4等组成，其输出端接工艺仿真电路FF的输入端，所述的工艺仿真电路FF，包括充电电阻R301、放电可调电阻R302、过渡电阻R303及电容器C301，电容器C301的电压输出端接液位变送器仿真电路FR的输入阻抗适配电路5，所述的液位变送器仿真电路FR，包括输入阻抗适配电路5及电压/电流转换器6，所有电路均安装在壳体内。

2.根据权利要求1所述的单容水罐电子仿真装置，其特征在于，所述的前面板显示部件FD，包括前面板水罐平面图形、带输入接线端子的电动执行器平面图形及其输入电流显示表V101、带输出接线端子的液位变送器平面图形及其输出电流显示表V201、液位指示器平面图形及其发光二极管液位模拟显示器LD、出水阀平面图形及其多圈电位器调整指示器E，所述的发光二极管液位模拟显示器LD由专用的集成电路驱动，共分十段，LD的输入端接工艺仿真电路FF中的C301正端。

3.根据权利要求2所述的单容水罐电子仿真装置，其特征在于，所述的电动执行器仿真电路由5个集成运算放大器A101-A105，1个光电偶合器S101，1只晶体三极管V101，1只稳压管VW、1只输入电流指示表V101及18只电阻组成，A101作电压转换电路，接成同相放大电路，输出端1脚经R104接至反相输入端2脚经R103接地，输入信号经R102接入同相输入端3脚，同时，经R101接地，同时经R107至阻抗适配放大器A105至电流显示表V101。电压转换器A101输出端1脚经R105接地同时经R106接入阻抗适配放大器A102，阻抗适配放大器A102输出端7脚经R107、R108串联对地分压，经R109接入开关控制电路A103的同相输入端10脚，A103的反相输入端接+2.5VDC电压，此电压由+30VDC电源经R110与稳压管VW分压获得，A103的输出端8脚经R11串联R112接地，R111与R112的串联中点经R113接光电偶合器构成的电子开关S101的控制端1脚，S101的2脚接地，阻抗适配放大器A102的输出端7脚还短接至自身的反相输入端6脚，A102的7脚还联接S101的输入端4脚，S101的3脚经R114接地，同时经R115接A104的同相输入端12脚，A104的输出端14脚接晶体管V101的基极，V101的集电极接+30VDC电源，发射极经R116接地，V101的发射极同时短接至A104的反相输入端13，V101发射极还作为电动执行器仿真电路FV的输出端，与工艺仿真电路FF输入端相联。

4.根据权利要求3所述的单容水罐电子仿真装置，其特征在于，所述的工艺对象仿真电路，由一个R-C充、放电电路组成，包括R301、R302、R303与C301，R301与R302串接，其中心点经R303接入C301，构成充电电路。R301与电动执行器仿真电路输出端相联。C301正极接液位变送器仿真电路FR的输入端。

5.根据权利要求4所述的单容水罐电子仿真装置，其特征在于，液位变送器仿真电路，由2只集成运算放大器，A201、A202和2只晶体管三极管V201和V202、电流显示表V201及9只电阻组成。其输入端经R201接地，同时经R202接入阻抗适配放大器A201同相输入端3脚，输出端1脚与自身反相输入端2脚相接，A201输出端1脚经R203与电流转换器A202的反相输入端6脚相联。A202的同相输入端5脚经R204接地，A202的输出端7脚经R205与晶体管V201基极相联，V201集电极经R208接正电源，发射极接地，同时V201集电极接V202基极，V202集电极接正电源。V202发射极经R209及电流显示表V201输出电流信号。R206联接V202发射极与A202同相端5脚，R207接R209另端与A202反相输入端6脚。