專(zhuān)利名稱：過(guò)程控制綜合實(shí)訓(xùn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制專(zhuān)業(yè)教學(xué)的實(shí)訓(xùn)裝置，具體地講就是對(duì)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)專(zhuān)業(yè)、儀表專(zhuān)業(yè)的學(xué)員及從事相關(guān)行業(yè)的企業(yè)職工進(jìn)行技能培訓(xùn)和考核的裝置。
背景技術(shù)：
過(guò)程控制技術(shù)是我國(guó)高等院校及各類(lèi)職業(yè)院校自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的重要專(zhuān)業(yè)必修課程， 是學(xué)生必須要掌握的專(zhuān)業(yè)技能。如何提高教學(xué)效果，提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的動(dòng)手能力，全面掌握相關(guān)課程的實(shí)踐本領(lǐng)，是目前急需解決的問(wèn)題。隨著儀表技術(shù)和控制技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)各院校配置的實(shí)訓(xùn)設(shè)備普遍較為落后，大部分只是針對(duì)部分內(nèi)容設(shè)計(jì)， 因此實(shí)訓(xùn)內(nèi)容單一，不能同時(shí)進(jìn)行多種控制技術(shù)和設(shè)備的技能實(shí)訓(xùn)，學(xué)校要配備多種實(shí)訓(xùn)裝置，不但需要大量的實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所，設(shè)備資金的投入也大大地增加，學(xué)生還很難建立綜合控制的概念，難以達(dá)到教學(xué)要求。發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種可以自由組合且能夠全面、 系統(tǒng)地對(duì)學(xué)生進(jìn)行過(guò)程控制綜合的實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)和技能培訓(xùn)的過(guò)程控制綜合實(shí)訓(xùn)裝置。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程控制綜合實(shí)訓(xùn)裝置，其特征在于，包括上位機(jī)、儀表盤(pán)、常規(guī)儀表控制系統(tǒng)、可編程控制系統(tǒng)和模擬對(duì)象系統(tǒng)，所述的上位機(jī)與可編程控制系統(tǒng)連通，而所述的可編程控制系統(tǒng)和常規(guī)儀表控制系統(tǒng)均設(shè)置在儀表盤(pán)上，而所述的模擬對(duì)象系統(tǒng)通過(guò)一切換開(kāi)關(guān)與所述的可編程控制系統(tǒng)和常規(guī)儀表控制系統(tǒng)切換連通。
所述的模擬對(duì)象系統(tǒng)包括第一框架，第二框架，設(shè)置在第一框架上的空壓機(jī)和壓力儲(chǔ)罐，設(shè)置在第二框架上部的上水箱、下水箱和熱水鍋爐，以及設(shè)置在第二框架下部的儲(chǔ)水箱，其中，所述的上水箱、下水箱和熱水鍋爐均通過(guò)兩條相同的管路與儲(chǔ)水箱連通，所述的兩條管路上分別設(shè)置有第一磁力循環(huán)泵和第二磁力循環(huán)泵，而所述的壓力儲(chǔ)罐和空壓機(jī)連通。
進(jìn)一步，所述的設(shè)置有第一磁力循環(huán)泵的管路上還設(shè)置有電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而所述的設(shè)置有第二磁力循環(huán)泵的管路上則設(shè)置有變頻器，且所述的兩條管路上均設(shè)置有流量計(jì)。
另外，所述的上水箱和下水箱上分別設(shè)置有第一智能差壓式液位變送器和第二智能差壓式液位變送器。
而所述的熱水鍋爐上設(shè)置有E型熱電偶和鉬熱電阻。
所述的壓力儲(chǔ)罐和空壓機(jī)之間的管路上設(shè)置有氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。且所述的壓力儲(chǔ)罐為三級(jí)儲(chǔ)氣罐，同時(shí)所述的壓力儲(chǔ)罐上設(shè)置有壓力表和智能壓力變送器。
此外，所述的常規(guī)儀表控制系統(tǒng)包括直流電源、指示儀表、控制儀表、記錄儀表、操作器、變送器和執(zhí)行器，所述的直流電源設(shè)置在儀表盤(pán)內(nèi)，而所述的指示儀表、控制儀表、記錄儀表、操作器、變送器和執(zhí)行器設(shè)置在儀表盤(pán)上。
進(jìn)一步，所述的可編程控制系統(tǒng)包括PLC和變頻器，所述的PLC設(shè)置在儀表盤(pán)內(nèi)的支架上，而所述的變頻器設(shè)置在儀表盤(pán)上，且所述的可編程控制系統(tǒng)同時(shí)與所述的變送器和執(zhí)行器連通。
在所述的儀表盤(pán)上，還設(shè)置有電源控制及保護(hù)單元，所述的電源控制及保護(hù)單元包括空氣開(kāi)關(guān)、電壓表和漏電保護(hù)器。當(dāng)然，在儀表盤(pán)后還可以設(shè)置故障設(shè)置模塊，通過(guò)所述的故障設(shè)置模塊設(shè)置系統(tǒng)和儀表的故障，訓(xùn)練學(xué)生維護(hù)、調(diào)試和操作系統(tǒng)的能力。
其中，模擬對(duì)象現(xiàn)場(chǎng)的儀表信號(hào)均通過(guò)儀表盤(pán)下方的插接扣與儀表盤(pán)連通，避免金屬線裸露，避免線路短路對(duì)儀表和人身造成傷害。
所述的上位機(jī)包括多臺(tái)電腦、一與多臺(tái)電腦連通的服務(wù)器、以及設(shè)置在服務(wù)器上的三維力控工控軟件。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明可進(jìn)行常規(guī)儀表控制技術(shù)、PLC控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的實(shí)訓(xùn)；且可通過(guò)切換可以靈活方便使系統(tǒng)在常規(guī)儀表控制、PLC控制和計(jì)算機(jī)控制之間轉(zhuǎn)換；另外，本發(fā)明控制參數(shù)齊全，包括壓力、流量、溫度和液位等參數(shù)的控制；控制類(lèi)型齊全，包括單回路控制、串級(jí)控制、比值控制、前饋控制、均勻控制等；且控制系統(tǒng)接線方便，均通過(guò)儀表盤(pán)插接線的方式連接；各種控制間數(shù)據(jù)共享，即實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可以同時(shí)在儀表和上位機(jī)觀察；而由于采用了網(wǎng)絡(luò)版的工控組態(tài)軟件，可以同時(shí)有多臺(tái)上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控； 此外，本發(fā)明不僅可進(jìn)行控制系統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)，還可進(jìn)行儀表安裝、調(diào)試、維修技能培訓(xùn)；而通過(guò)盤(pán)后的故障設(shè)置模塊可以設(shè)置系統(tǒng)和儀表故障，訓(xùn)練學(xué)生維護(hù)、調(diào)試和操作系統(tǒng)的能力。
本發(fā)明所述的儀器和儀表采用的是插接連線，避免金屬線裸露，避免線路短路對(duì)儀表和人身造成傷害。而由于所有儀表都集成在儀表盤(pán)的操作臺(tái)上，其標(biāo)準(zhǔn)儀表每一個(gè)項(xiàng)目均可以共享使用，提高了儀表利用率，降低了裝置成本。
此外，本發(fā)明通過(guò)模擬工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，使學(xué)生充分感受工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)氣氛，可以組合出幾十種不同的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，可以進(jìn)行常規(guī)儀表控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)、PLC控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)、單個(gè)儀表校驗(yàn)實(shí)訓(xùn)、自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)、簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)、復(fù)雜控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)， 并可以將實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示和記錄，非常有利于學(xué)生系統(tǒng)地理解和學(xué)習(xí)自動(dòng)化儀表和系統(tǒng)的理論知識(shí)，為培養(yǎng)自動(dòng)化人才提供了一個(gè)高效平臺(tái)，是集實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)、科研和綜合開(kāi)發(fā)的培訓(xùn)裝置。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明所述的模擬對(duì)象系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖中主要標(biāo)記含義如下1、壓力儲(chǔ)罐 2、上水箱3、下水箱4、熱水鍋爐5、儲(chǔ)水箱 6、第一磁力循環(huán)泵7、第二磁力循環(huán)本8、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)9、流量計(jì) 10、空壓機(jī)11、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)12、智能壓力變送器 13、第一智能差壓式液位變送器14、第二智能差壓式液位變送器 15、E型熱電偶 16、鉬熱電阻17、第一框架18、第二框架。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作具體的介紹。
圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖1所示過(guò)程控制綜合實(shí)訓(xùn)裝置，包括上位機(jī)、儀表盤(pán)、常規(guī)儀表控制系統(tǒng)、可編程控制系統(tǒng)和模擬對(duì)象系統(tǒng)，所述的上位機(jī)與可編程控制系統(tǒng)連通，而所述的可編程控制系統(tǒng)和常規(guī)儀表控制系統(tǒng)均設(shè)置在儀表盤(pán)上，而所述的模擬對(duì)象系統(tǒng)通過(guò)一切換開(kāi)關(guān)k 與所述的可編程控制系統(tǒng)和常規(guī)儀表控制系統(tǒng)切換連通。
圖2為本發(fā)明所述的模擬對(duì)象系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖2所示所述的模擬對(duì)象系統(tǒng)包括第一框架17，第二框架18，設(shè)置在第一框架17上的空壓機(jī)10和壓力儲(chǔ)罐1，設(shè)置在第二框架18上部的上水箱2、下水箱3和熱水鍋爐4，以及設(shè)置在第二框架18下部的儲(chǔ)水箱5，其中，所述的上水箱2、下水箱3和熱水鍋爐 4均通過(guò)兩條相同的管路與儲(chǔ)水箱5連通，所述的兩條管路上分別設(shè)置有第一磁力循環(huán)泵6 和第二磁力循環(huán)泵7，而所述的壓力儲(chǔ)罐1和空壓機(jī)10連通。
在本實(shí)施方式中，所述的設(shè)置有第一磁力循環(huán)泵6的管路上還設(shè)置有電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)8，而所述的設(shè)置有第二磁力循環(huán)泵7的管路上則設(shè)置有變頻器，且所述的兩條管路上均設(shè)置有流量計(jì)9。另外，所述的上水箱2和下水箱3上分別設(shè)置有第一智能差壓式液位變送器13和第二智能差壓式液位變送器14。而所述的熱水鍋爐4上則設(shè)置有E型熱電偶15 和鉬熱電阻16。
此外，所述的壓力儲(chǔ)罐1和空壓機(jī)10之間的管路上設(shè)置有氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)11。且所述的壓力儲(chǔ)罐1為三級(jí)儲(chǔ)氣罐，同時(shí)所述的壓力儲(chǔ)罐1上設(shè)置有壓力表和智能壓力變送器 12。
此外，所述的常規(guī)儀表控制系統(tǒng)包括直流電源、指示儀表、控制儀表、記錄儀表、操作器、變送器和執(zhí)行器，所述的直流電源設(shè)置在儀表盤(pán)內(nèi)，而所述的指示儀表、控制儀表、記錄儀表、操作器、變送器和執(zhí)行器設(shè)置在儀表盤(pán)上。
而所述的可編程控制系統(tǒng)則包括PLC和變頻器，所述的PLC設(shè)置在儀表盤(pán)內(nèi)的支架上，而所述的變頻器設(shè)置在儀表盤(pán)上，且所述的可編程控制系統(tǒng)同時(shí)與所述的變送器和執(zhí)行器連通，即所述的可編程控制系統(tǒng)與所述的常規(guī)儀表控制系統(tǒng)共用變送器和執(zhí)行器。
此外，在所述的儀表盤(pán)上，還可以設(shè)置有電源控制及保護(hù)單元，所述的電源控制及保護(hù)單元包括空氣開(kāi)關(guān)、電壓表和漏電保護(hù)器。當(dāng)然，在儀表盤(pán)后還可以設(shè)置故障設(shè)置模塊，通過(guò)所述的故障設(shè)置模塊設(shè)置系統(tǒng)和儀表的故障，訓(xùn)練學(xué)生維護(hù)、調(diào)試和操作系統(tǒng)的能力。
而模擬對(duì)象現(xiàn)場(chǎng)的儀表信號(hào)均通過(guò)儀表盤(pán)下方的插接扣與儀表盤(pán)連通，以避免金屬線裸露，避免線路短路對(duì)儀表和人身造成傷害。
此外，在本實(shí)施方式中，所述的上位機(jī)包括50臺(tái)電腦、一與50臺(tái)電腦連通的服務(wù)器、以及設(shè)置在服務(wù)器上的三維力控工控軟件。
本發(fā)明是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、可編程控制器技術(shù)、儀表技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)等應(yīng)用在過(guò)程控制實(shí)訓(xùn)。主要的技術(shù)點(diǎn)在于1、可以結(jié)合學(xué)校教學(xué)特點(diǎn)設(shè)計(jì)操作界面、控制方案(簡(jiǎn)單、復(fù)雜)選擇，以及可以在上位機(jī)方便組態(tài)和切換；2、與工廠應(yīng)用不同的是其參數(shù)(工藝、控制等)，可以根據(jù)教學(xué)及培訓(xùn)要求進(jìn)行改動(dòng)；3、調(diào)節(jié)參數(shù)變化引起的控制質(zhì)量的變化可以由上位機(jī)在同一坐標(biāo)的曲線進(jìn)行比較，使學(xué)生容易理解和掌握調(diào)節(jié)參數(shù)變化對(duì)控制質(zhì)量的影響；4、可以通過(guò)上位機(jī)方便加入各類(lèi)干擾(階躍、速度、加速度等)，研究系統(tǒng)性能；5、可以方便地在系統(tǒng)的不同位置加入干擾(對(duì)象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等)、并對(duì)各種方案的控制質(zhì)量進(jìn)行自動(dòng)分析比較，同時(shí)給出控制質(zhì)量參數(shù)，如超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間、振蕩周期、 控制余差等；6、可人為地仿真設(shè)置故障，對(duì)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)與故障的分析、判斷、排除等訓(xùn)練。
7、各操作界面結(jié)合教學(xué)過(guò)程對(duì)相關(guān)技術(shù)層面的理論知識(shí)進(jìn)行鏈接，(如系統(tǒng)的工作原理、調(diào)節(jié)過(guò)程、系統(tǒng)框圖、系統(tǒng)接線圖、各儀表的接線圖、儀表說(shuō)明書(shū)等)，使高職學(xué)生在實(shí)訓(xùn)的同時(shí)可以與教學(xué)過(guò)程中的理論知識(shí)聯(lián)系起來(lái)；8、在對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制操作訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，還可進(jìn)行仿真操作。由于操作對(duì)象的局限性， 一些復(fù)雜控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不了(如解耦系統(tǒng))，但可以通過(guò)仿真進(jìn)行模擬操作；9、常規(guī)儀表控制和計(jì)算機(jī)控制可方便切換，且兩種控制系統(tǒng)在一方進(jìn)行控制時(shí)，另一方可同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使實(shí)訓(xùn)裝置的有關(guān)數(shù)據(jù)均可在上位機(jī)上進(jìn)行分析、處理和打印等。
10、可以根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況、以及培訓(xùn)目的不同，進(jìn)行不同層次的訓(xùn)練，并可用于技能培訓(xùn)、對(duì)外培訓(xùn)和技能大賽。
本發(fā)明可組合幾十種實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。其每個(gè)項(xiàng)目都是生產(chǎn)一線的具體應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目， 因此，實(shí)訓(xùn)可以采用項(xiàng)目化教學(xué)和任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式，使學(xué)生完成一個(gè)完整全面的控制項(xiàng)目，達(dá)到全面系統(tǒng)地掌握過(guò)程控制技術(shù)。不僅適合各類(lèi)高等院校對(duì)學(xué)生技能的訓(xùn)練，也適合企業(yè)職工的技能訓(xùn)練。
上述實(shí)施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.過(guò)程控制綜合實(shí)訓(xùn)裝置，其特征在于，包括上位機(jī)、儀表盤(pán)、常規(guī)儀表控制系統(tǒng)、可編程控制系統(tǒng)和模擬對(duì)象系統(tǒng)，所述的上位機(jī)與可編程控制系統(tǒng)連通，而所述的可編程控制系統(tǒng)和常規(guī)儀表控制系統(tǒng)均設(shè)置在儀表盤(pán)上，而所述的模擬對(duì)象系統(tǒng)通過(guò)一切換開(kāi)關(guān)與所述的可編程控制系統(tǒng)和常規(guī)儀表控制系統(tǒng)切換連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過(guò)程控制綜合實(shí)訓(xùn)裝置，其特征在于，所述的模擬對(duì)象系統(tǒng)包括第一框架，第二框架，設(shè)置在第一框架上的空壓機(jī)和壓力儲(chǔ)罐，設(shè)置在第二框架上部的上水箱、下水箱和熱水鍋爐，以及設(shè)置在第二框架下部的儲(chǔ)水箱，其中，所述的上水箱、下水箱和熱水鍋爐均通過(guò)兩條相同的管路與儲(chǔ)水箱連通，所述的兩條管路上分別設(shè)置有第一磁力循環(huán)泵和第二磁力循環(huán)泵，而所述的壓力儲(chǔ)罐和空壓機(jī)連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過(guò)程控制綜合實(shí)訓(xùn)裝置，其特征在于，所述的設(shè)置有第一磁力循環(huán)泵的管路上還設(shè)置有電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而所述的設(shè)置有第二磁力循環(huán)泵的管路上則設(shè)置有變頻器，且所述的兩條管路上均設(shè)置有流量計(jì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過(guò)程控制綜合實(shí)訓(xùn)裝置，其特征在于，所述的上水箱和下水箱上分別設(shè)置有第一智能差壓式液位變送器和第二智能差壓式液位變送器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過(guò)程控制綜合實(shí)訓(xùn)裝置，其特征在于，所述的熱水鍋爐上設(shè)置有E型熱電偶和鉬熱電阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過(guò)程控制綜合實(shí)訓(xùn)裝置，其特征在于，所述的壓力儲(chǔ)罐和空壓機(jī)之間的管路上設(shè)置有氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過(guò)程控制綜合實(shí)訓(xùn)裝置，其特征在于，所述的壓力儲(chǔ)罐為三級(jí)儲(chǔ)氣罐，且所述的壓力儲(chǔ)罐上設(shè)置有壓力表和智能壓力變送器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過(guò)程控制綜合實(shí)訓(xùn)裝置，其特征在于，所述的常規(guī)儀表控制系統(tǒng)包括直流電源、指示儀表、控制儀表、記錄儀表、操作器、變送器和執(zhí)行器，所述的直流電源設(shè)置在儀表盤(pán)內(nèi)，而所述的指示儀表、控制儀表、記錄儀表、操作器、變送器和執(zhí)行器設(shè)置在儀表盤(pán)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的過(guò)程控制綜合實(shí)訓(xùn)裝置，其特征在于，所述的可編程控制系統(tǒng)包括PLC和變頻器，所述的PLC設(shè)置在儀表盤(pán)內(nèi)的支架上，而所述的變頻器設(shè)置在儀表盤(pán)上，且所述的可編程控制系統(tǒng)同時(shí)與所述的變送器和執(zhí)行器連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過(guò)程控制綜合實(shí)訓(xùn)裝置，其特征在于，所述的上位機(jī)包括多臺(tái)電腦、一與多臺(tái)電腦連通的服務(wù)器、以及設(shè)置在服務(wù)器上的三維力控工控軟件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種過(guò)程控制綜合實(shí)訓(xùn)裝置，其特征在于，包括上位機(jī)、儀表盤(pán)、常規(guī)儀表控制系統(tǒng)、可編程控制系統(tǒng)和模擬對(duì)象系統(tǒng)，所述的上位機(jī)與可編程控制系統(tǒng)連通，而所述的可編程控制系統(tǒng)和常規(guī)儀表控制系統(tǒng)均設(shè)置在儀表盤(pán)上，而所述的模擬對(duì)象系統(tǒng)通過(guò)一切換開(kāi)關(guān)與所述的可編程控制系統(tǒng)和常規(guī)儀表控制系統(tǒng)切換連通。本發(fā)明既可以用于學(xué)生的實(shí)訓(xùn)教學(xué)，還可以對(duì)企業(yè)職工進(jìn)行技能培訓(xùn)，還可以用于科學(xué)研究。為培養(yǎng)自動(dòng)化控制專(zhuān)業(yè)人才提供了一個(gè)先進(jìn)平臺(tái)，是一個(gè)融實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)和科研開(kāi)發(fā)一培訓(xùn)裝置。
文檔編號(hào)G09B25/02GK102568297SQ201210035859
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月17日
發(fā)明者李劍, 王永紅, 郭凱志 申請(qǐng)人:南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院