过程检测与控制综合实践系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种过程检测与控制综合实践系统。该系统包括：储罐，用于储存工作液体；管路，用于引导工作液体从储罐的出口流出，并返回储罐的入口；第一泵，设置在管路上，与储罐连通，以便将储罐中的工作液体从储罐的出口泵送到管路中；多个阀，设置在管路上；多个测量仪表，用于测量与工作液体相关的参数。该系统用简单的部件模拟了复杂的现场作业环境，便于在教学培训中为学员提供执行接近实际现场作业的实践机会。
【专利说明】过程检测与控制综合实践系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及自动控制领域的综合实践系统，特别涉及过程检测与控制综合实践系统。
【背景技术】
[0002]检测仪表安装与检修、过程控制仪表及装置安装与检修、过程控制系统调试与维护是从事自动化技术类岗位应具备的专业核心能力。目前很多院校都开设了相关专业和相关课程，但大多数院校课程教学还停留在传统理论加实验的模式，实训室的装置只能用于演示和实现一些简单操作任务，与生产现场完全脱节。其主要原因在于没有一套接近现场实际便于学生实践操作的综合实践系统。
[0003]在自动化作业的实际现场，往往有多个设备对工作液体，例如水，进行处理。液体在管路中流动，进入一个现场设备，经过处理，从其中流出，并进入下一个现场设备。在一些系统中，液体是循环作业的，而在另一些系统中，液体经管道从液体来源处引入系统，经过一个个现场设备处理后，在经管道流动离开系统。
[0004]在这样的自动化作业过程中，需要对液体的流动进行控制，也需要对液体的温度、压力、流量以及现场设备中液体的液位等参数进行测量。而对于这样的控制和测量作业，有着许多要求，特别是安全生产要求。
[0005]于是，一方面在作业实践中对相关操作人员的实际操作经验有很高的要求，另一方面在教学培训中又对用实际现场系统来进行实践教学提出了严格的限制。
[0006]因此，需要一种综合实践系统，其能够在教学培训中为学员提供执行接近实际现场作业的实践机会。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的一个技术问题是提供一种过程检测与控制综合实践系统，其能够模拟现场作业环境，以便在教学培训中为学员提供执行接近实际现场作业的实践机会。
[0008]根据本发明的一个方面，提供了一种过程检测与控制综合实践系统，包括:储罐，用于储存工作液体；管路，用于引导工作液体从储罐的出口流出，并返回储罐的入口 ；第一泵，设置在管路上，与储罐连通，以便将储罐中的工作液体从储罐的出口泵送到管路中；多个阀，设置在管路上；多个测量仪表，用于测量与工作液体相关的参数。
[0009]优选地，该系统还可以包括:第一工作罐，其入口连通到管路的干路，其出口连通到储罐的入口，其出口位置高于储罐的入口位置。
[0010]优选地，该系统还可以包括:第二工作罐和第二泵，第二工作罐的入口位置低于第一工作罐的出口位置，并且第二工作罐的出口位置低于储罐的入口位置，第二工作罐的出口经第二泵连通到工作罐的入口，第二工作罐的入口连通到第一工作罐的出口和管路的干路。
[0011]优选地，测量仪表包括多个液位计，分别设置在储罐、第一工作罐或第二工作罐上，分别用于测量储罐、第一工作罐或第二工作罐中的工作液体体积。
[0012]优选地，多个液位计包括:差压式液位检测仪、磁翻板式液位计、浮球式液位计、超声波液位计中的至少一种。
[0013]优选地，测量仪表包括第一泵压力检测仪和第二泵压力检测仪，分别设置在管路上第一泵和第二泵的出口处。
[0014]优选地，管路包括干路以及两个或更多个并联的支路；测量仪表包括多个流量计，分别设置在干路和支路上。
[0015]优选地，流量计包括一个差压式流量计、一个电磁流量计和一个涡街流量计。
[0016]优选地，测量仪表包括设置在管路上的热电阻和/或热电偶。
[0017]优选地，管路包括干路以及两个或更多个并联的支路；多个阀包括一个电动调节阀和一个气动调节阀，分别设置在两个支路上。
[0018]根据本发明的过程检测与控制综合实践系统用简单的部件模拟了复杂的现场作业环境，便于在教学培训中为学员提供执行接近实际现场作业的实践机会。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是根据本发明的一个具体示例的过程检测与控制综合实践系统的示意图。
[0020]附图标记说明
[0021]TKOl 储水罐
[0022]TKO 2第一工作罐
[0023]TK03第二工作罐
[0024]LICOl第一工作罐差压式液位检测仪表
[0025]LIC02第二工作罐差压式液位检测仪表
[0026]L1l储水罐磁翻板式液位计
[0027]L102第二工作罐磁翻板式液位计
[0028]L103储水罐浮球式液位计
[0029]L104第一工作罐超声波液位计
[0030]F1l电磁流量计
[0031]F102涡街流量计
[0032]F103差压式流量计
[0033]T1l 热电阻
[0034]T102 热电偶
[0035]POl 第一泵
[0036]P02 第二泵
[0037]P1l第一泵出口压力检测仪表
[0038]P102第二泵出口压力检测仪表
[0039]CVOl 电动调节阀
[0040]CV02气动调节阀
[0041]VOl?V12手动阀
【具体实施方式】
[0042]下面参考附图详细描述根据本发明的过程检测与控制综合实践系统。
[0043]图1是根据本发明的一个具体示例的过程检测与控制综合实践系统的示意图。
[0044]在根据本发明的过程检测与控制综合实践系统中，提供了储罐TK01，其中储存有工作液体，例如可以用水作为工作液体。储罐TKOl可以用来模拟各种现场设备。
[0045]管路引导工作液体从储罐TKOl的出口流出，并返回储罐TKOl的入口，以返回储罐TKOl。为了便于罐中液体的流入与流出，在储罐TKOl (以及下文中将描述的第一工作罐TK02、第二工作罐TK03)中，可以将入口设置在罐上部，而将出口设置在罐底部。
[0046]在管路上设置第一泵POl，与储罐TKOl连通，以便将储罐TKOl中的工作液体从储罐TKOl的出口泵送到管路中。
[0047]由此，模拟了工作液体运行环境。既不涉及各种现场设备复杂的内部结构，又能够体现工作液体在现场设备和管路之间的流通，从而能够在确保安全的前提下提供更加接近现场的实践训练环境。
[0048]在管路上设置有多个阀(手动阀VOl?V12、电动调节阀CV01、气动调节阀CV02)。通过控制这些阀，可以控制管路中工作液体的通断和流量，实现对过程控制的模拟。
[0049]另外，还设置了多个测量仪表，用于测量与工作液体相关的参数。每个测量仪表可以根据其要测量哪个参数以及其测量原理来设置在系统中相应位置处。
[0050]另外，为了模拟各种设备之间的液体流动及配合，还可以提供第一工作罐TK02，其入口连通到管路的干路，其出口连通到储罐TKOl的入口。
[0051]第一工作罐TK02的出口位置高于储罐TKOl的入口位置。这样，当第一工作罐TK02的出口与储罐TKOl之间的阀V08打开时，第一工作罐TK02中的液体可以自动流入储罐TKOl中而不需要泵送。
[0052]另一方面，为了模拟各设备之间需要通过泵送来实现液体流动的情况，系统中还可以提供第二工作罐TK03和第二泵P02。第二工作罐TK03的入口位置低于第一工作罐TK02的出口位置，并且第二工作罐TK03的出口位置低于储罐TKOl的入口位置。
[0053]第二工作罐TK03的出口经第二泵P02连通到工作罐的入口。
[0054]第二工作罐TK03的入口连通到第一工作罐TK02的出口和管路的干路。
[0055]这样，当第一工作罐TK02的出口和第二工作罐TK03的入口之间的阀V09打开时，第一工作罐TK02中的液体可以自动流入第二工作罐TK03中而不需要泵送。而当第二工作罐TK03的出口和储罐TKOl的入口之间的阀V10、V11打开时，第二工作罐TK03中的液体则需要进一步通过第二泵P02泵送到储罐TKOl中。
[0056]可以在储罐TK01、第一工作罐TK02、第二工作罐TK03(可以统称为“罐”)的入口和出口处(以及两个罐之间)分别设置手动阀(V06?V12)，以便控制液体在各个罐之间的流动。
[0057]管路可以包括干路和若干个支路。若干个支路汇聚到干路。可以在干路和支路上分别设置手动阀(V01?V05)，从而控制液体在管路中的通断以及流量。
[0058]除了手动阀VOl?V05，还可以在不同的支路上设置不同类型的其它阀。例如可以在一个支路上设置电动调节阀CV01，而在另一个支路上设置气动调节阀CV02。由此，可以在系统中提供对各种阀的实践，并通过使用这些阀对流量的控制，配合相应流量计(参见下文)，可以进行流量测量实践。
[0059]上面描述了系统基本构成。下面描述在系统中可以设置的各种测量仪表。
[0060]1.液位
[0061 ] 在储罐TKOl、第一工作罐TK02和第二工作罐TK03上可以分别设置液位计，分别用于测量储罐TK01、第一工作罐TK02或第二工作罐TK03中的工作液体体积。
[0062]例如，可以为储罐TKOl设置磁翻板式液位计L1l和浮球式液位计L103。可以为第一工作罐TK02设置差压式液位检测仪表LICOl和超声波液位计L104。可以为第二工作罐TK03设置磁翻板式液位计L102和差压式液位检测仪表LIC02。
[0063]磁翻板液位计、超声波液位计、差压式液位计的工作原理如下。
[0064]磁翻板液位计:容纳浮球的腔体通过法兰与罐组成一个连通器；腔体内的浮球会随着容器内液面的升降而升降。在腔体的外面装了一个翻柱显示器，制造浮球时在浮球沉入液体与浮出部分的交界处安装了磁钢，它与浮球随液面升降时，它的磁性透过外壳传递给翻柱显示器，推动磁翻柱翻转180° ;由于磁翻柱是有红、白两个半圆柱合成的圆柱体，所以翻转180°后朝向翻柱显示器外的会改变颜色，两色交界处即是液面的高度。
[0065]超声波液位计:超声波液位计的探头安装在受测液体的上方，探头受电激励后，通过空气向其下的液体发射超声波，超声波将被液体反射，回波被探头接收和监测，并被转换为电信号。超声波在发射和接收之间所需的时间是与探头和液体表面之间的距离成比例的。
[0066]差压式液位计:差压式液位变送器安装在液体容器的底部，通过表压信号反映液位高度。
[0067]2.压力
[0068]可以在管路上第一泵PO I和第二泵P02的出口处分别设置第一泵压力检测仪P1I和第二泵压力检测仪P102，分别用于测量第一泵POl和第二泵P02的出口压力。
[0069]压力表可以选用弹簧管式压力表，压力引起弹簧管变形，带动指针显示实际压力，例如可以要求精度等级为1.0。
[0070]3.流量
[0071]可以在管路的干路和支路上分别设置多个流量计。
[0072]例如，可以在干路上设置差压式流量计F103。可以在一个支路上，例如在设置了电动调节阀的支路上，设置电磁流量计F101。可以在另一个支路上，例如在设置了气动调节阀的支路上设置涡街流量计F102。
[0073]润街流量计、电磁流量计、差压流量计的工作原理如下。
[0074]涡街流量计:在智能涡街流量计流体中设置三角柱形旋涡发生体，在流体流过旋涡发生体两侧时交替产生有规律的旋涡，在规定的雷诺数范围内，旋涡的发生频率与流速成正比，置于三角柱后侧的探头可检测出旋涡的发生频率因而可计算出流体的流量。
[0075]电磁流量计:导电性液体在磁场中运动，产生感应电势，其值和流量成正比。
[0076]差压流量计:当有充满管道的流体流经管道内节流件时，差压流量计的流束将在节流件处形成局部收缩。流速增加，静压力降低，在差压流量计的节流件前后便产生了压差，流体流量愈大，产生的压差愈大，因而可依据压差来测量流量的大小。
[0077]另外，可以额外提供数字控制器，采用WP数字控制器和计算机进行控制，来选择PID控制规律。
[0078]另外，本系统还可以进一步使用变频器，以控制泵转速，改变管道流量。
[0079]4.温度
[0080]可以在管路(图中为干路)上设置热电阻T1l和/或热电偶T102，用来测量管路中的液体的温度。
[0081]由此，可以在该综合实践系统中进行液位、压力、流量、温度等四方面的控制和测量。
[0082]下面，简单描述一下根据该示例的过程检测与控制综合实践系统的应用方式。
[0083]①单回路控制策略
[0084]两个水泵出口处的压力、第一工作罐TK02和第二工作罐TK03的入口流量都属于单回路控制，也可把第一工作罐TK02、第二工作罐TK03的液位单独作为被控变量，设计成两个单回路液位控制系统。
[0085]现场可以另外设置两个控制器可作为单回路控制器，工控机也可以作为单回路控制器进行远程监控。
[0086]②串级控制
[0087]可考虑将第一工作罐TK02、第二工作罐TK03的液位分别设置为主参数和副参数，现场两个控制器可以分别作为主控和副控；也可将现场控制器作为副控，工控机作为主控；或者完全由工控机实现串级控制，将入口阀开度作为扰动信号。
[0088]③前馈-反馈控制
[0089]可考虑只将第一工作罐TK02、第二工作罐TK03其中一个液位被控变量作为单回路控制，把其入口流量作为前馈信号。
[0090]④比值控制
[0091]可通过F101、F102分别测量各自管道中的液体流量，通过比值控制器控制执行机构 CV01、CV02 实现。
[0092]⑤变速控制
[0093]可通过对变频器的参数设置和编程，实现第一泵POl和第二泵P02的变速调节。
[0094]综上所述，根据本发明的过程检测与控制综合实践系统用简单的部件模拟了复杂的现场作业环境，便于在教学培训中为学员提供执行接近实际现场作业的实践机会。
[0095]至此，已详细描述了根据本发明的过程检测与控制综合实践系统的具体实施例。然而本领域技术人员应该明白，本发明不限于这里描述的各种细节，而是可以做出适当的修改。本发明的保护范围由所附权利要求书限定。
【权利要求】
1.一种过程检测与控制综合实践系统，其特征在于，包括: 储罐，用于储存工作液体； 管路，用于引导所述工作液体从所述储罐的出口流出，并返回所述储罐的入口 ； 第一泵，设置在所述管路上，与所述储罐连通，以便将所述储罐中的工作液体从所述储罐的出口泵送到所述管路中； 多个阀，设置在所述管路上； 多个测量仪表，用于测量与所述工作液体相关的参数。
2.根据权利要求1所述的过程检测与控制综合实践系统，其特征在于，还包括: 第一工作罐，其入口连通到所述管路的干路，其出口连通到所述储罐的入口，其出口位置高于所述储罐的入口位置。
3.根据权利要求2所述的过程检测与控制综合实践系统，其特征在于，还包括: 第二工作罐和第二泵，所述第二工作罐的入口位置低于所述第一工作罐的出口位置，并且所述第二工作罐的出口位置低于所述储罐的入口位置， 所述第二工作罐的出口经所述第二泵连通到所述工作罐的入口， 所述第二工作罐的入口连通到所述第一工作罐的出口和所述管路的干路。
4.根据权利要求3所述的过程检测与控制综合实践系统，其特征在于， 所述测量仪表包括多个液位计，分别设置在所述储罐、所述第一工作罐或所述第二工作罐上，分别用于测量所述储罐、所述第一工作罐或所述第二工作罐中的工作液体体积。
5.根据权利要求4所述的过程检测与控制综合实践系统，其特征在于，所述多个液位计包括:差压式液位检测仪、磁翻板式液位计、浮球式液位计、超声波液位计中的至少一种。
6.根据权利要求3所述的过程检测与控制综合实践系统，其特征在于， 所述测量仪表包括第一泵压力检测仪和第二泵压力检测仪，分别设置在所述管路上所述第一泵和所述第二泵的出口处。
7.根据权利要求1所述的过程检测与控制综合实践系统，其特征在于， 所述管路包括干路以及两个或更多个并联的支路； 所述测量仪表包括多个流量计，分别设置在所述干路和所述支路上。
8.根据权利要求7所述的过程检测与控制综合实践系统，其特征在于， 所述多个流量计包括一个差压式流量计、一个电磁流量计和一个涡街流量计。
9.根据权利要求1所述的过程检测与控制综合实践系统，其特征在于， 所述测量仪表包括设置在所述管路上的热电阻和/或热电偶。
10.根据权利要求1至9中任何一项所述的过程检测与控制综合实践系统，其特征在于， 所述管路包括干路以及两个或更多个并联的支路； 所述多个阀包括一个电动调节阀和一个气动调节阀，分别设置在两个所述支路上。
【文档编号】G09B9/00GK204087549SQ201420468611
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】邵联合, 黄桂梅, 孟胜利 申请人:国家电网公司, 国网冀北电力有限公司技能培训中心