专利名称：过程控制综合实训装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生产过程自动化控制专业教学的实训装置，具体地讲就是对自动化专业、计算机控制技术专业、仪表专业的学员及从事相关行业的企业职工进行技能培训和考核的装置。
背景技术：
过程控制技术是我国高等院校及各类职业院校自动化专业的重要专业必修课程， 是学生必须要掌握的专业技能。如何提高教学效果，提高学生解决实际问题的动手能力，全面掌握相关课程的实践本领，是目前急需解决的问题。随着仪表技术和控制技术的不断进步和发展，目前国内各院校配置的实训设备普遍较为落后，大部分只是针对部分内容设计， 因此实训内容单一，不能同时进行多种控制技术和设备的技能实训，学校要配备多种实训装置，不但需要大量的实训场所，设备资金的投入也大大地增加，学生还很难建立综合控制的概念，难以达到教学要求。发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可以自由组合且能够全面、 系统地对学生进行过程控制综合的实验、实训和技能培训的过程控制综合实训装置。
为达到上述目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的过程控制综合实训装置，其特征在于，包括上位机、仪表盘、常规仪表控制系统、可编程控制系统和模拟对象系统，所述的上位机与可编程控制系统连通，而所述的可编程控制系统和常规仪表控制系统均设置在仪表盘上，而所述的模拟对象系统通过一切换开关与所述的可编程控制系统和常规仪表控制系统切换连通。
所述的模拟对象系统包括第一框架，第二框架，设置在第一框架上的空压机和压力储罐，设置在第二框架上部的上水箱、下水箱和热水锅炉，以及设置在第二框架下部的储水箱，其中，所述的上水箱、下水箱和热水锅炉均通过两条相同的管路与储水箱连通，所述的两条管路上分别设置有第一磁力循环泵和第二磁力循环泵，而所述的压力储罐和空压机连通。
进一步，所述的设置有第一磁力循环泵的管路上还设置有电动执行机构，而所述的设置有第二磁力循环泵的管路上则设置有变频器，且所述的两条管路上均设置有流量计。
另外，所述的上水箱和下水箱上分别设置有第一智能差压式液位变送器和第二智能差压式液位变送器。
而所述的热水锅炉上设置有E型热电偶和钼热电阻。
所述的压力储罐和空压机之间的管路上设置有气动执行机构。且所述的压力储罐为三级储气罐，同时所述的压力储罐上设置有压力表和智能压力变送器。
此外，所述的常规仪表控制系统包括直流电源、指示仪表、控制仪表、记录仪表、操作器、变送器和执行器，所述的直流电源设置在仪表盘内，而所述的指示仪表、控制仪表、记录仪表、操作器、变送器和执行器设置在仪表盘上。
进一步，所述的可编程控制系统包括PLC和变频器，所述的PLC设置在仪表盘内的支架上，而所述的变频器设置在仪表盘上，且所述的可编程控制系统同时与所述的变送器和执行器连通。
在所述的仪表盘上，还设置有电源控制及保护单元，所述的电源控制及保护单元包括空气开关、电压表和漏电保护器。当然，在仪表盘后还可以设置故障设置模块，通过所述的故障设置模块设置系统和仪表的故障，训练学生维护、调试和操作系统的能力。
其中，模拟对象现场的仪表信号均通过仪表盘下方的插接扣与仪表盘连通，避免金属线裸露，避免线路短路对仪表和人身造成伤害。
所述的上位机包括多台电脑、一与多台电脑连通的服务器、以及设置在服务器上的三维力控工控软件。
本发明的有益效果是本发明可进行常规仪表控制技术、PLC控制技术和计算机控制技术的实训；且可通过切换可以灵活方便使系统在常规仪表控制、PLC控制和计算机控制之间转换；另外，本发明控制参数齐全，包括压力、流量、温度和液位等参数的控制；控制类型齐全，包括单回路控制、串级控制、比值控制、前馈控制、均勻控制等；且控制系统接线方便，均通过仪表盘插接线的方式连接；各种控制间数据共享，即实时数据可以同时在仪表和上位机观察；而由于采用了网络版的工控组态软件，可以同时有多台上位机进行监控； 此外，本发明不仅可进行控制系统的实训，还可进行仪表安装、调试、维修技能培训；而通过盘后的故障设置模块可以设置系统和仪表故障，训练学生维护、调试和操作系统的能力。
本发明所述的仪器和仪表采用的是插接连线，避免金属线裸露，避免线路短路对仪表和人身造成伤害。而由于所有仪表都集成在仪表盘的操作台上，其标准仪表每一个项目均可以共享使用，提高了仪表利用率，降低了装置成本。
此外，本发明通过模拟工业生产设备，使学生充分感受工业现场气氛，可以组合出几十种不同的实训项目，可以进行常规仪表控制技术实训、PLC控制技术实训和计算机控制技术实训、单个仪表校验实训、自动检测系统实训、简单控制系统实训、复杂控制系统实训， 并可以将实训数据通过计算机显示和记录，非常有利于学生系统地理解和学习自动化仪表和系统的理论知识，为培养自动化人才提供了一个高效平台，是集实验、实训、科研和综合开发的培训装置。
图1为本发明一实施例的系统结构示意图； 图2为本发明所述的模拟对象系统的结构示意图。
附图中主要标记含义如下1、压力储罐 2、上水箱3、下水箱4、热水锅炉5、储水箱 6、第一磁力循环泵7、第二磁力循环本8、电动执行机构9、流量计 10、空压机11、气动执行机构12、智能压力变送器 13、第一智能差压式液位变送器14、第二智能差压式液位变送器 15、E型热电偶 16、钼热电阻17、第一框架18、第二框架。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
图1为本发明一实施例的系统结构示意图。
如图1所示过程控制综合实训装置，包括上位机、仪表盘、常规仪表控制系统、可编程控制系统和模拟对象系统，所述的上位机与可编程控制系统连通，而所述的可编程控制系统和常规仪表控制系统均设置在仪表盘上，而所述的模拟对象系统通过一切换开关k 与所述的可编程控制系统和常规仪表控制系统切换连通。
图2为本发明所述的模拟对象系统的结构示意图。
如图2所示所述的模拟对象系统包括第一框架17，第二框架18，设置在第一框架17上的空压机10和压力储罐1，设置在第二框架18上部的上水箱2、下水箱3和热水锅炉4，以及设置在第二框架18下部的储水箱5，其中，所述的上水箱2、下水箱3和热水锅炉 4均通过两条相同的管路与储水箱5连通，所述的两条管路上分别设置有第一磁力循环泵6 和第二磁力循环泵7，而所述的压力储罐1和空压机10连通。
在本实施方式中，所述的设置有第一磁力循环泵6的管路上还设置有电动执行机构8，而所述的设置有第二磁力循环泵7的管路上则设置有变频器，且所述的两条管路上均设置有流量计9。另外，所述的上水箱2和下水箱3上分别设置有第一智能差压式液位变送器13和第二智能差压式液位变送器14。而所述的热水锅炉4上则设置有E型热电偶15 和钼热电阻16。
此外，所述的压力储罐1和空压机10之间的管路上设置有气动执行机构11。且所述的压力储罐1为三级储气罐，同时所述的压力储罐1上设置有压力表和智能压力变送器 12。
此外，所述的常规仪表控制系统包括直流电源、指示仪表、控制仪表、记录仪表、操作器、变送器和执行器，所述的直流电源设置在仪表盘内，而所述的指示仪表、控制仪表、记录仪表、操作器、变送器和执行器设置在仪表盘上。
而所述的可编程控制系统则包括PLC和变频器，所述的PLC设置在仪表盘内的支架上，而所述的变频器设置在仪表盘上，且所述的可编程控制系统同时与所述的变送器和执行器连通，即所述的可编程控制系统与所述的常规仪表控制系统共用变送器和执行器。
此外，在所述的仪表盘上，还可以设置有电源控制及保护单元，所述的电源控制及保护单元包括空气开关、电压表和漏电保护器。当然，在仪表盘后还可以设置故障设置模块，通过所述的故障设置模块设置系统和仪表的故障，训练学生维护、调试和操作系统的能力。
而模拟对象现场的仪表信号均通过仪表盘下方的插接扣与仪表盘连通，以避免金属线裸露，避免线路短路对仪表和人身造成伤害。
此外，在本实施方式中，所述的上位机包括50台电脑、一与50台电脑连通的服务器、以及设置在服务器上的三维力控工控软件。
本发明是将计算机技术、网络技术、可编程控制器技术、仪表技术、先进控制技术等应用在过程控制实训。主要的技术点在于1、可以结合学校教学特点设计操作界面、控制方案(简单、复杂)选择，以及可以在上位机方便组态和切换；2、与工厂应用不同的是其参数(工艺、控制等)，可以根据教学及培训要求进行改动；3、调节参数变化引起的控制质量的变化可以由上位机在同一坐标的曲线进行比较，使学生容易理解和掌握调节参数变化对控制质量的影响；4、可以通过上位机方便加入各类干扰(阶跃、速度、加速度等)，研究系统性能；5、可以方便地在系统的不同位置加入干扰(对象、执行机构、调节机构等)、并对各种方案的控制质量进行自动分析比较，同时给出控制质量参数，如超调量、调节时间、振荡周期、 控制余差等；6、可人为地仿真设置故障，对学生进行系统维护与故障的分析、判断、排除等训练。
7、各操作界面结合教学过程对相关技术层面的理论知识进行链接，(如系统的工作原理、调节过程、系统框图、系统接线图、各仪表的接线图、仪表说明书等)，使高职学生在实训的同时可以与教学过程中的理论知识联系起来；8、在对系统实时控制操作训练的基础上，还可进行仿真操作。由于操作对象的局限性， 一些复杂控制系统实现不了(如解耦系统)，但可以通过仿真进行模拟操作；9、常规仪表控制和计算机控制可方便切换，且两种控制系统在一方进行控制时，另一方可同时进行监测，使实训装置的有关数据均可在上位机上进行分析、处理和打印等。
10、可以根据学生实际情况、以及培训目的不同，进行不同层次的训练，并可用于技能培训、对外培训和技能大赛。
本发明可组合几十种实训项目。其每个项目都是生产一线的具体应用技术项目， 因此，实训可以采用项目化教学和任务驱动的教学模式，使学生完成一个完整全面的控制项目，达到全面系统地掌握过程控制技术。不仅适合各类高等院校对学生技能的训练，也适合企业职工的技能训练。
上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
权利要求
1.过程控制综合实训装置，其特征在于，包括上位机、仪表盘、常规仪表控制系统、可编程控制系统和模拟对象系统，所述的上位机与可编程控制系统连通，而所述的可编程控制系统和常规仪表控制系统均设置在仪表盘上，而所述的模拟对象系统通过一切换开关与所述的可编程控制系统和常规仪表控制系统切换连通。
2.根据权利要求1所述的过程控制综合实训装置，其特征在于，所述的模拟对象系统包括第一框架，第二框架，设置在第一框架上的空压机和压力储罐，设置在第二框架上部的上水箱、下水箱和热水锅炉，以及设置在第二框架下部的储水箱，其中，所述的上水箱、下水箱和热水锅炉均通过两条相同的管路与储水箱连通，所述的两条管路上分别设置有第一磁力循环泵和第二磁力循环泵，而所述的压力储罐和空压机连通。
3.根据权利要求2所述的过程控制综合实训装置，其特征在于，所述的设置有第一磁力循环泵的管路上还设置有电动执行机构，而所述的设置有第二磁力循环泵的管路上则设置有变频器，且所述的两条管路上均设置有流量计。
4.根据权利要求2所述的过程控制综合实训装置，其特征在于，所述的上水箱和下水箱上分别设置有第一智能差压式液位变送器和第二智能差压式液位变送器。
5.根据权利要求2所述的过程控制综合实训装置，其特征在于，所述的热水锅炉上设置有E型热电偶和钼热电阻。
6.根据权利要求2所述的过程控制综合实训装置，其特征在于，所述的压力储罐和空压机之间的管路上设置有气动执行机构。
7.根据权利要求2所述的过程控制综合实训装置，其特征在于，所述的压力储罐为三级储气罐，且所述的压力储罐上设置有压力表和智能压力变送器。
8.根据权利要求1所述的过程控制综合实训装置，其特征在于，所述的常规仪表控制系统包括直流电源、指示仪表、控制仪表、记录仪表、操作器、变送器和执行器，所述的直流电源设置在仪表盘内，而所述的指示仪表、控制仪表、记录仪表、操作器、变送器和执行器设置在仪表盘上。
9.根据权利要求8所述的过程控制综合实训装置，其特征在于，所述的可编程控制系统包括PLC和变频器，所述的PLC设置在仪表盘内的支架上，而所述的变频器设置在仪表盘上，且所述的可编程控制系统同时与所述的变送器和执行器连通。
10.根据权利要求1所述的过程控制综合实训装置，其特征在于，所述的上位机包括多台电脑、一与多台电脑连通的服务器、以及设置在服务器上的三维力控工控软件。
全文摘要
本发明涉及一种过程控制综合实训装置，其特征在于，包括上位机、仪表盘、常规仪表控制系统、可编程控制系统和模拟对象系统，所述的上位机与可编程控制系统连通，而所述的可编程控制系统和常规仪表控制系统均设置在仪表盘上，而所述的模拟对象系统通过一切换开关与所述的可编程控制系统和常规仪表控制系统切换连通。本发明既可以用于学生的实训教学，还可以对企业职工进行技能培训，还可以用于科学研究。为培养自动化控制专业人才提供了一个先进平台，是一个融实验、实训和科研开发一培训装置。
文档编号G09B25/02GK102568297SQ201210035859
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月17日 优先权日2012年2月17日
发明者李剑, 王永红, 郭凯志 申请人:南京化工职业技术学院