CN207503078U - 一种教学用一体式高精度自动化控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了教学用一体式高精度自动化控制系统；包括支撑台、电控柜、第一储水罐、第二储水罐、螺杆泵、流量变送器、压力变送器、第一截止阀、第二截止阀、伺服电机、第一液位变送器、第二液位变送器、温度变送器、电加热器；第二储水罐的出水口与第一储水罐的进水口通过第一水管路连接，螺杆泵、流量变送器、压力变送器和第一截止阀顺次设在第一水管路上，第一储水罐的出水口与第二储水罐的进水口通过第二水管路连接，第二截止阀设在第二水管路上，伺服电机与螺杆泵连接，第一液位变送器、温度变送器和电加热器设在第一储水罐上，第二液位变送器设在第二储水罐上；该系统可以对四大参数进行控制演示，便于学生操作和理解自动化控制系统。

Description

一种教学用一体式高精度自动化控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种教学实验装置，具体涉及一种教学用一体式高精度自动化控制系统。

背景技术

液位、流量、温度和压力是自动化控制中典型的四大控制参数，在教学过程中，学生主要通过书本获知四大参数的控制原理和过程，缺少对控制过程的亲身体验和理解，缺少将书本知识与实际生产相结合的体会过程；同时对老师在讲解自动化控制过程中，缺少一个直观、真实的讲解模型，难以使教学更加深入人心；现有的教学展示用系统基于教学目的，无法真实的展现出实际生产时控制系统的结构，容易与实际生产脱钩，无法展现高精度流量控制下四大参数的控制过程，使学生难以体会到高精度流量控制的效果和意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种教学用一体式高精度自动化控制系统。

为实现上述目的本实用新型采用的技术方案是：

一种教学用一体式高精度自动化控制系统，包括支撑台、电控柜、第一储水罐、第二储水罐、螺杆泵、流量变送器、压力变送器、第一截止阀、第二截止阀、伺服电机、第一液位变送器、第二液位变送器、温度变送器、电加热器；所述电控柜设在支撑台一侧，所述第一储水罐和第二储水罐上下布置且固定在支撑台上，所述第二储水罐的出水口与第一储水罐的进水口通过第一水管路连接，所述螺杆泵、第一截止阀、流量变送器和压力变送器顺次设在第一水管路上，所述第一储水罐的出水口与第二储水罐的进水口通过第二水管路连接，所述第二截止阀设在第二水管路上，所述伺服电机与螺杆泵连接，所述第一液位变送器、温度变送器和电加热器设在第一储水罐上，所述第二液位变送器设在第二储水罐上，所述流量变送器、压力变送器、伺服电机、第一液位变送器、第二液位变送器、温度变送器和电加热器分别与电控柜电连接；

进一步，所述第一水管路上、第二储水罐的出水口和螺杆泵之间设有第一截止电磁阀，所述第一截止电磁阀与电控柜电连接；

进一步，所述第二水管路上、第二截止阀和第二储水罐的进水口之间设有第二截止电磁阀，所述第二截止电磁阀与电控柜电连接；

进一步，所述电控柜的板面上设有液晶屏、指示灯、第一液位PID调节器、温度PID调节器、第二液位PID调节器、流量PID调节器和压力PID调节器；

进一步，所述第一储水罐和第二储水罐上均设有玻璃管液位计。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型在系统的设计上利用伺服电机直连螺杆泵，可通过电控柜控制伺服电机的转速，利用伺服电机带动螺杆泵的行程变化，进而改变螺杆泵的供水量，同时伺服电机通与螺杆泵直连，省略了压力、流量控制阀，省去了变频系统和比例控制系统，精简了控制系统，减少了传送环节，减少了累积误差，可实现高精度的流量控制，能够使学生真实的体验到高精度流量控制系统下四大参数的控制过程、原理及效果，促进理论与实际生产的良好结合；

2、本实用新型在第二水管路上设置第二截止电磁阀，可通过第二截止电磁阀实现模拟干扰通道的作用，在高精度的流量控制系统中能够凸显出第二截止电磁阀在控制系统中对参数变化的影响，便于学生理解干扰通道对实际生产过程中参数变化的影响；

3、电控柜上设有液晶屏、指示灯、第一液位PID调节器、温度PID调节器、第二液位PID调节器、流量PID调节器和压力PID调节器，提供了学生进行实际操作控制的平台。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的系统控制框图。

其中：1-支撑台；2-电控柜；3-第一储水罐；4-第二储水罐；5-螺杆泵；6-流量变送器；7-压力变送器；8-第一截止阀；9-第二截止阀；10-伺服电机；11-第一液位变送器；12-第二液位变送器；13-温度变送器；14-电加热器；15-第一水管路；16-第二水管路；17-第一截止电磁阀；18-第二截止电磁阀；19-液晶屏；20-指示灯；21-第一液位PID调节器；22-温度PID调节器；23-第二液位PID调节器；24-流量PID调节器；25-压力PID调节器；26-玻璃管液位计。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型优选实施例进行说明：

如图1和2所示，一种教学用一体式高精度自动化控制系统，包括支撑台1、电控柜2、第一储水罐3、第二储水罐4、螺杆泵5、流量变送器6、压力变送器7、第一截止阀8、第二截止阀9、伺服电机10、第一液位变送器11、第二液位变送器12、温度变送器13、电加热器14；所述电控柜2设在支撑台1一侧，所述第一储水罐3和第二储水罐4上下布置且固定在支撑台1上，所述第二储水罐4的出水口与第一储水罐3的进水口通过第一水管路15连接，所述螺杆泵5、第一截止阀8、流量变送器6和压力变送器7顺次设在第一水管路15上，所述第一储水罐3的出水口与第二储水罐4的进水口通过第二水管路16连接，所述第二截止阀9设在第二水管路16上，所述伺服电机10与螺杆泵5连接，所述第一液位变送器11、温度变送器13和电加热器14设在第一储水罐3上，所述第二液位变送器12设在第二储水罐4上，所述流量变送器6、压力变送器7、伺服电机10、第一液位变送器11、第二液位变送器12、温度变送器13和电加热器14分别与电控柜2电连接；所述第一水管路15上、第二储水罐4的出水口和螺杆泵5之间设有第一截止电磁阀17，所述第一截止电磁阀17与电控柜2电连接；所述第二水管路16上、第二截止阀9和第二储水罐4的进水口之间设有第二截止电磁阀18，所述第二截止电磁阀18与电控柜2电连接；所述电控柜2的板面上设有液晶屏19、指示灯20、第一液位PID调节器21、温度PID调节器22、第二液位PID调节器23、流量PID调节器24和压力PID调节器25；所述第一储水罐3和第二储水罐4上均设有玻璃管液位计26。

本实用新型中：支撑台1用于对第一储水罐3、第二储水罐4、第一水管路15和第二水管路16的支撑及固定，同时促使各部件外露；电控柜2内部设有可编程控制器PLC、变频器，其中变频器与可编程控制器PLC连接，伺服电机10与变频器连接，液晶屏19、指示灯20、电加热器14、第一截止电磁阀17和第二截止电磁阀18分别与可编程控制器PLC连接，液晶屏19为触控液晶屏，用于综合控制与可编程控制器PLC相连的部件，指示灯20用于提示第一液位PID调节器21、温度PID调节器22、第二液位PID调节器23、流量PID调节器24和压力PID调节器25是否处于工作状态，处于工作状态则点亮提示，第一截止电磁阀17和第二截止电磁阀18的开启、关闭及开启幅度受到可编程控制器PLC控制，电控柜2上的第一液位PID调节器21、温度PID调节器22、第二液位PID调节器23、流量PID调节器24和压力PID调节器25分别与可编程控制器PLC连接，第一液位变送器11与第一液位PID调节器21连接，温度变送器13与温度PID调节器22连接，第二液位变送器12与第二液位PID调节器23连接，流量变送器6与流量PID调节器24连接，压力变送器7与压力PID调节器25连接，第一截止阀8可调节第一水管路15的出水流量，第二截止阀9可调节第二水管路16的回水流量，第一截止阀8和第二截止阀9是系统演示时由人工调节。

本实用新型中液位调节包括第一储水罐3和第二储水罐4的调节控制；

其中第一储水罐3的液位调节可以演示二位调节方式和单回路调节方式，在第一储水罐3的二位调节方式中：可以通过液晶屏19或第一液位PID调节器21给定一个上下液位值，上液位值时停泵、下液位值时开泵；打开第二截止阀9和第二截止电磁阀18调节适当流量，当第一储水罐3内的水位触发下液位值时，第一液位变送器11将检测的液位信号传递给第一液位PID调节器21，第一液位PID调节器21将信号传递给可编程控制器PLC，可编程控制器PLC控制第二截止电磁阀18关闭第二水管路16，实现第二水管路16的截流，此时可通过第一储水罐3上的玻璃管液位计26观察第一储水罐3内水位的变化，也可体通过第一液位PID调节器21上的显示屏观看，由于液位可以直观的观察，因此通过玻璃管液位计26观察会增加体验液位变化的效果，可编程控制器PLC同时通过变频器控制伺服电机10转动，伺服电机10带动螺杆泵5动作，将第二储水罐4内的水抽吸至第一储水罐3内；在持续加水过程中，如水位触发上液位值时，第一液位变送器11将检测的液位信号传递给第一液位PID调节器21，第一液位PID调节器21将信号传递给可编程控制器PLC，可编程控制器PLC通过变频器控制伺服电机10停止转动，进而实现螺杆泵5停泵；在第一储水罐3的单回路调节方式中：可以通过液晶屏19或第一液位PID调节器21给定一个液位值，打开第二截止阀9和第二截止电磁阀18并调节一个适合的开度，第一液位变送器11检测的液位值信号传递给第一液位PID调节器21，第一液位PID调节器21将信号传递给可编程控制器PLC，可编程控制器PLC将该液位信号与设定值比较，如液位高于设置值，则通过变频器降低伺服电机10的转速，减少螺杆泵5的供水量，如液位低于设置值，则通过变频器提高伺服电机10的转速，增加螺杆泵5的供水量，如液位近似于设置值，则通过变频器控制伺服电机10保持转速，使螺杆泵5的供水量稳定，最终使实际液位一直保持近似的设定值，此时第一储水罐3和第二储水罐4内的液体始终保持着循环；该过程学生可通过第一储水罐3上的玻璃管液位计26或第一液位PID调节器观察并确定；在此过程中，如调节第二截止电磁阀18的开度，可实现模拟干扰通道的作用，利于明确干扰通道对液位控制的影响；

在对第二储水罐4的二位调节方式和单回路调节方式进行演示教学时：二位调节方式时，使伺服电机10以一定的转速转动，将第二截止阀9和第二截止电磁阀18打开，设定上液位值和下液位值，当水位达到上液位值时，第二液位变送器12将检测的液位信号传递给第二液位PID调节器23，第二液位PID调节器23将信号传递给可编程控制器PLC，可编程控制器PLC控制第二截止电磁阀18关闭第二水管路16，实现第二水管路16的截流，同时控制伺服电机10停止转动并使第一截止电磁阀17关闭，此时第二储水罐4内的液位固定；伺服电机10以一定的转速转动，将第二截止阀9打开，第二截止电磁阀18关闭，当水位达到下液位值时，控制伺服电机10停止转动并使第二截止电磁阀18开启、第一截止电磁阀17关闭，促使第一储水罐3内的水流入第二储水罐4，该过程是利用自然压差来实现第一储水罐3内的水流入第二储水罐4；第二储水罐4的单回路调节方式与第一储水罐3的单回路调节方式基本一致，但此调节对象为双容（多阶特性）系统，即由第一储水罐3过度到第二储水罐4中，从而来调节第二储水罐4中的液位。

压力调节及流量调节在本实用新型中与液位调节中第一储水罐3的调节方式基本不变，只是被测对象变为压力及流量，此处不再敷述。

本实用新型中温度调节可以演示二位调节方式，即设定温度上限和下限，上限时温度变送器13将温度信号传给给温度PID调节器，温度PID调节器将信号传递给可编程控制器PLC，通过可编程控制器PLC控制电加热器14停止加热，下限时温度变送器13将温度信号传给给温度PID调节器，温度PID调节器将信号传递给可编程控制器PLC，通过可编程控制器PLC控制电加热器14开始加热；温度变化的过程可通过温度PID调节器上的显示器观看。

本实用新型可以对自动化控制过程中的四大参数进行调节控制和演示，便于老师讲解及学生理解和体会，同时为学生提供了一个可自行操作并设定相关参数值而进行试验的平台，该系统为高精度的自动化控制系统，利于学生了解和理解高精度自动化控制系统中参数变化的特点，各部件可直观裸露的展现在学生及老师面前，便于学生体会、老师讲解。

Claims (5)

1.一种教学用一体式高精度自动化控制系统，其特征在于，包括支撑台(1)、电控柜(2)、第一储水罐(3)、第二储水罐(4)、螺杆泵(5)、流量变送器(6)、压力变送器(7)、第一截止阀(8)、第二截止阀(9)、伺服电机(10)、第一液位变送器(11)、第二液位变送器(12)、温度变送器(13)、电加热器(14)；所述电控柜(2)设在支撑台(1)一侧，所述第一储水罐(3)和第二储水罐(4)上下布置且固定在支撑台(1)上，所述第二储水罐(4)的出水口与第一储水罐(3)的进水口通过第一水管路(15)连接，所述螺杆泵(5)、第一截止阀(8)、流量变送器(6)和压力变送器(7)顺次设在第一水管路(15)上，所述第一储水罐(3)的出水口与第二储水罐(4)的进水口通过第二水管路(16)连接，所述第二截止阀(9)设在第二水管路(16)上，所述伺服电机(10)与螺杆泵(5)连接，所述第一液位变送器(11)、温度变送器(13)和电加热器(14)设在第一储水罐(3)上，所述第二液位变送器(12)设在第二储水罐(4)上，所述流量变送器(6)、压力变送器(7)、伺服电机(10)、第一液位变送器(11)、第二液位变送器(12)、温度变送器(13)和电加热器(14)分别与电控柜(2)电连接。

2.如权利要求1所述的一种教学用一体式高精度自动化控制系统，其特征在于，所述第一水管路(15)上、第二储水罐(4)的出水口和螺杆泵(5)之间设有第一截止电磁阀(17)，所述第一截止电磁阀(17)与电控柜(2)电连接。

3.如权利要求1所述的一种教学用一体式高精度自动化控制系统，其特征在于，所述第二水管路(16)上、第二截止阀(9)和第二储水罐(4)的进水口之间设有第二截止电磁阀(18)，所述第二截止电磁阀(18)与电控柜(2)电连接。

4.如权利要求1所述的一种教学用一体式高精度自动化控制系统，其特征在于，所述电控柜(2)的板面上设有液晶屏(19)、指示灯(20)、第一液位PID调节器(21)、温度PID调节器(22)、第二液位PID调节器(23)、流量PID调节器(24)和压力PID调节器(25)。

5.如权利要求1所述的一种教学用一体式高精度自动化控制系统，其特征在于，所述第一储水罐(3)和第二储水罐(4)上均设有玻璃管液位计(26)。