CN203260226U - 一种集成式流程工业动态过程控制实验装置 - Google Patents

Abstract

一种集成式流程工业动态过程控制实验装置，涉及一种控制实验装置。包括阻容水槽，其中为模拟对象，模拟测量变送器动态特性。水槽放在座架上，其下有循环用水箱。水槽分别安装测量变送器，其中四路进水管路中分别装有现场指示转子流量计四个，节流孔板四个、四个控制阀和循环用四个水泵，水泵出口装有压力表。本实用新型可对大化工（化工、石油、冶金、建材、制药、生物化工、食品酿造、大型注塑机等）流体（气、液、粘稠液、粉体等）生产装置、设备和机器工艺过程进行过程控制模拟实验，适用于高校、科研院所、培训机构和工厂等进行自动化教学与科学研究，也适于教学。

Description

一种集成式流程工业动态过程控制实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种实验装置，特别是涉及一种集成式流程工业动态过程控制实验装置。

背景技术

目前，过程控制实验装置的被控对象，有的是用将实际工业对象按其外形相似、结构简化、缩小的模拟方法，如精馏塔、中和反应器、换热器和电锅炉等。其优点是直观形象，用不锈钢材料美观漂亮，用五大参数（温度、压力、流量、液位、PH）对各种控制系统实验命名，似乎很真实，但实际证明很难比较全面地模拟出流程工业中各种塔、釜、炉、窖、器和机等动态特性，局限性很大和缺少模拟的灵活性。问题表现在：其一，供应商不给结构技术参数，学生不能用机理建模得到具体的动态特性，常见的专业概念，如传递函数中的极点、零点，非线性、时间常数、增益、可控性和可观性等，在实验装置上不能直观看出这些概念的含义。其二，这类装置价格高投资大，耗能多，结构复杂，有手动阀门几十个，使用不方便。有的既使是以水为介质，阻容水槽为基本单元的实验装置，但它们是采用手阀变液阻大小的分立式构成方法，能模拟的动态特性类型和数目少，功能不多，满足不了新时期多层次实验教学与科学研究的需要。其三，供应商提供的产品是一个装置，仅能供一组学生做实验且占地面积大，若有多套装置的实验室就显得很拥挤。目前，既可多输入—多输出(MIMO)，又可单输入—单输出(SISO)的多类型、多组数、操作方便的控制实验装置是发展趋势。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种集成式流程工业动态过程控制实验装置。该实验装置根据需要既可构成单输入—单输出，也可构成多输入—多输出的线性或非线性动态特性。以水为介质，与流程工业所用物料有共性，根据需要可准确、灵活、方便地调换与调整。本实验装置配上测控仪表，构成多种过程控制，实现实验研究的目的。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种集成式流程工业动态过程控制实验装置，包括水泵、差压变送器、手动阀、电动调节阀、差压变送器、流量计、循环水箱；所述过程控制实验装置设有三层阻容水槽，每层八个，水槽置于座架上，其下设有循环水箱，水槽分别安装测量变送器，其中四路进水管路中分别装有现场指示转子流量计、节流孔板、控制阀和循环用水泵，水泵出口装有压力表，另外四路进水管路中分别装有手动阀和转子流量计。

    所述的一种集成式流程工业动态过程控制实验装置，所述水泵出口管路垂直向上至装置中部，设有两路：一路依次安装控制阀、转子流量计、节流孔板，连接到上水槽进口；另一路安装两个用产生定量阶跃扰动的手阀、转子流量计、节流孔板，连接到上部水槽。

所述的一种集成式流程工业动态过程控制实验装置，所述水槽间隔离不通，水槽为方形或为圆柱形。

    所述的一种集成式流程工业动态过程控制实验装置，所述差压变送器分别与水槽连接、与节流孔板连接、与控制阀前后互通连接，变送器设于分格的框架上。

本实用新型的优点与效果是：

1.实验装置的被控对象采用无管路集成基本单元（阻容环节）构成，根据需要既可构成单输入—单输出，也可构成多输入—多输出的线性或非线性动态特性。以水为介质，与流程工业所用物料有共性。具有多种特性测试，包括开环稳定、不稳定、震荡的、自衡的等数十种。系统时间常数在零点几分钟到数十分钟，根据需要可准确、灵活、方便地调换与调整。流阻的节流孔径可根据需要在h—r—Q（液位—孔径—流量）曲线图中方便查得，流阻R范围为0—∞。

2.装置上用的仪表为工业级，规格型号单一，数量少，投资省，维护量小。

3.操作方便，设备、管路手动阀最少，流路简单走向清晰，连接关系直观。

4.模拟装置用透明材料制造加工容易，价格相对低。毕业环节学生可设计、组装调整实验，完成全过程，可以提高学生实践素质、能力和水平。特别适用于实践教学，对象的控制通道、扰动通道、耦合通道和时间常数大小的物理构成，可控性、可观性等专业概念，一说一指一看就很容易明白且有举一反三效果，帮助解决实际教学中的难点。

5.占地面积小。模拟装置为0.65x1.2x1.9（长x宽x高）m，占地面积约1平方米。一个装置有四个独立被控对象可同时供四个实验组，解决了实验室设备多，学生活动空间小和资金紧张问题。

    6.节能、环保（低噪声、清洁）、安全性好。一套装置用220V AC供电，耗电量约1KW，静音水泵，循环用水。

附图说明

图1为本实用新型控制系统原理图；

图2为本实用新型装置组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本实用新型进行详细说明。

    本过程控制实验装置包括三层阻容水槽，每层八个，其中四个为模拟对象，四个模拟测量变送器动态特性。水槽放在座架上，其下有循环用水箱。水槽分别安装测量变送器，其中四路进水管路中分别装有现场指示转子流量计四个，节流孔板四个、四个控制阀和循环用四个水泵，水泵出口装有压力表。另外四路进水管路中分别装有两个手动阀和转子流量计，用来定量调整、显示扰动量大小。所有仪表为工业级。本发明可对大化工（化工、石油、冶金、建材、制药、生物化工、食品酿造、大型注塑机等）流体（气、液、粘稠液、粉体等）生产装置、设备和机器工艺过程进行过程控制模拟实验，适用于高校、科研院所、培训机构和工厂等进行自动化教学与科学研究，也适于教学设备生产厂家市场推广。     

本过程控制实验装置为集成式，用透明水槽为基本单元模拟被控对象和测量变送器动态特性。水槽间无管路和阀门，模拟原理和用计算机数字模拟机理相同，但它是根据数学模型用流体实现的物理模拟方法。每个水槽的液阻和液容构成一个一阶阻容环节，流阻大小可根据需要调换，容量系数大小可调整。需要多阶的系统传递函数就用多个水槽模拟，集成度由两个到很多个。系统时间常数范围，由零点几秒钟到几分钟或数十分钟，精度为1级。用多个水槽进行串联和并联，构成不同类型、不同数目的多输入—多输出的被控对象，原理见图1，包括：干扰输入部分；集成式水箱组被控过程动态特性模拟部分；测量变送特性模拟部分。

实现功能包括在基本单元水槽中可放置纯滞后附件实现纯滞后时间τ=1-3分钟的纯滞性；能模拟的对象特性有开环稳定和不稳定的，只有极点或有零极点的，自衡和非自衡特性；从阶数看有低阶和高阶的（最多12阶）；放置非线性附件实现任意非线性特性；同时在装置上对所用控制阀可做理想和实际工作特性实验。

本实验装置配上现代测控仪表，就可构成多种过程控制系统，实现实验研究的目的。

本实用新型过程控制对象为三层结构，每层透明大水槽分为八个大小不等间隔的小槽，其中四个模拟被控对象，四个模拟测量变送器一阶特性。每个小水槽侧下部和底部有可调换的节流孔，由有螺纹的座和盖实现，流阻R=0—∞。节流孔无盖时R=0，槽间直通，横向直通增加面积。而纵向直通相当为通道，无孔盖时R=∞，槽间隔离不通。水槽可为方形的或全为圆柱形。三层大水槽放在座架上，下部放循环用水箱，水箱两侧下部与四只水泵连接。水泵出口管路垂直向上到装置中部，分两路：一路依次安装控制阀、就地显示转子流量计、测量流量用的节流孔板，最后通到上水槽进口进入的水作为工艺负荷；另一路安装两个用产生定量阶跃扰动的手阀、转子流量计、节流孔板，最后也通向上部水槽。此出水口接上软管，扰动就可加到中、下部水槽中。组成见图2，包括：水泵；差压变送器、手动阀、电动调节阀、差压变送器、流量计、循环水箱。下部水槽出口可以和附近水泵连接，使模拟对象具有近似积分特性。装置配有八台差压变送器，与水槽连接时测液位，与节流孔板连接时测流量，与控制阀前后互通连接时，可测阀的压降。有四个实验组同时做实验时，每组用一个控制阀，两个差压变送器。变送器根据需要放在有不同高度分格的框架上，避免在不同用途时调整量程的麻烦，同时也节省仪表使用量。装置可用各种常规控制仪表、DCS、FCS和PLC等设计控制系统。

Claims (4)

1.一种集成式流程工业动态过程控制实验装置，包括水泵、差压变送器、手动阀、电动调节阀、差压变送器、流量计、循环水箱；其特征在于，所述过程控制实验装置设有三层阻容水槽，每层八个，水槽置于座架上，其下设有循环水箱，水槽分别安装测量变送器，其中四路进水管路中分别装有现场指示转子流量计、节流孔板、控制阀和循环用水泵，水泵出口装有压力表，另外四路进水管路中分别装有手动阀和转子流量计。

2.根据权利要求1所述的一种集成式流程工业动态过程控制实验装置，其特征在于，所述水泵出口管路垂直向上至装置中部，设有两路：一路依次安装控制阀、转子流量计、节流孔板，连接到上水槽进口；另一路安装两个用产生定量阶跃扰动的手阀、转子流量计、节流孔板，连接到上部水槽。

3.根据权利要求1所述的一种集成式流程工业动态过程控制实验装置，其特征在于，所述水槽间隔离不通，水槽为方形或为圆柱形。

4.根据权利要求1所述的一种集成式流程工业动态过程控制实验装置，其特征在于，所述差压变送器分别与水槽连接、与节流孔板连接、与控制阀前后互通连接，变送器设于分格的框架上。

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