专利名称：一种集成式流程工业动态过程控制实验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种实验装置，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，既可多输入一多输出(MIMO)，又可单输入一单输出(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
本发明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一单输出，也可构成多输入一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，可构成多种过程控制系统，实现实验研究的目的。
本发明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，所述实验装置由两个以上阻容水槽构成，采用无管路、无阀门集成式构成模拟对象动态特性的实验装置，配置多种控制系统方式进行测试，实验装置的被控对象采用无管路、无阀门集成基本单元即阻容环节构成，采用螺纹座盖方式调换节流孔液阻，液阻从O — C 的变化，以致模拟多种线性或非线性动态特性。所述的一种集成式流程工业动态过程控制实验装置，所述实验装置的水槽中放置模拟产生非线性和纯滞后特性的附件。所述的一种集成式流程工业动态过程控制实验装置，所述实验装置中有模拟过程控制测量变送器特性的部分。所述的一种集成式流程工业动态过程控制实验装置，其所述实验装置同时测试控制阀的理想和实际工作流量特性。
本发明的优点与效果是:
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一单输出，也可构成多输入一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一Q (液位一孔径一流量)曲线图中方便查得，流阻R范围为 O—00。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I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。
图1为 本发明控制系统原理 图2为本发明装置组成示意图。
具体实施例方式下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。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I级。用多个水槽进行串联和并联，构成不同类型、不同数目的多输入一多输出的被控对象，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。
本发明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=O—⑴。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=⑴，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。`
权利要求
1.一种集成式流程工业动态过程控制实验装置，其特征在于，所述实验装置由两个以上阻容水槽构成，采用无管路、无阀门集成式构成模拟对象动态特性的实验装置，配置多种控制系统方式进行测试，实验装置的被控对象采用无管路、无阀门集成基本单元即阻容环节构成，采用螺纹座盖方式调换节流孔液阻，液阻从O — C 的变化，以致模拟多种线性或非线性动态特性。
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，所述实验装置的水槽中放置模拟产生非线性和纯滞后特性的附件。
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，所述实验装置中有模拟过程控制测量变送器特性的部分。
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，所述实验装置同时测试控制阀的 理想和实际工作流量特性。
全文摘要
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。由两个以上阻容水槽构成，采用无管路、无阀门集成式构成模拟对象动态特性的实验装置，配置多种控制系统方式进行测试，实验装置的被控对象采用无管路、无阀门集成基本单元即阻容环节构成，采用螺纹座盖方式调换节流孔液阻，液阻从0—∞的变化，以致模拟多种线性或非线性动态特性。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。本发明可对大化工、流体等生产装置、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。
文档编号G09B19/00GK103236202SQ20131014532
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月25日 优先权日2013年4月25日
发明者王贵成, 关长亮, 王俊刚, 孙旖琦, 纪兴权 申请人:沈阳化工大学