專利名稱：過程控制綜合實訓裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種生產過程自動化控制專業(yè)教學的實訓裝置，具體地講就是對自動化專業(yè)、計算機控制技術專業(yè)、儀表專業(yè)的學員及從事相關行業(yè)的企業(yè)職工進行技能培訓和考核的裝置。
背景技術：
過程控制技術是我國高等院校及各類職業(yè)院校自動化專業(yè)的重要專業(yè)必修課程， 是學生必須要掌握的專業(yè)技能。如何提高教學效果，提高學生解決實際問題的動手能力，全面掌握相關課程的實踐本領，是目前急需解決的問題。隨著儀表技術和控制技術的不斷進步和發(fā)展，目前國內各院校配置的實訓設備普遍較為落后，大部分只是針對部分內容設計， 因此實訓內容單一，不能同時進行多種控制技術和設備的技能實訓，學校要配備多種實訓裝置，不但需要大量的實訓場所，設備資金的投入也大大地增加，學生還很難建立綜合控制的概念，難以達到教學要求。發(fā)明內容
為解決現(xiàn)有技術的不足，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)地對學生進行過程控制綜合的實驗、實訓和技能培訓的過程控制綜合實訓裝置。
為達到上述目的，本發(fā)明是通過以下的技術方案來實現(xiàn)的過程控制綜合實訓裝置，其特征在于，包括上位機、儀表盤、常規(guī)儀表控制系統(tǒng)、可編程控制系統(tǒng)和模擬對象系統(tǒng)，所述的上位機與可編程控制系統(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)均設置在儀表盤上，而所述的模擬對象系統(tǒng)通過一切換開關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。
所述的模擬對象系統(tǒng)包括第一框架，第二框架，設置在第一框架上的空壓機和壓力儲罐，設置在第二框架上部的上水箱、下水箱和熱水鍋爐，以及設置在第二框架下部的儲水箱，其中，所述的上水箱、下水箱和熱水鍋爐均通過兩條相同的管路與儲水箱連通，所述的兩條管路上分別設置有第一磁力循環(huán)泵和第二磁力循環(huán)泵，而所述的壓力儲罐和空壓機連通。
進一步，所述的設置有第一磁力循環(huán)泵的管路上還設置有電動執(zhí)行機構，而所述的設置有第二磁力循環(huán)泵的管路上則設置有變頻器，且所述的兩條管路上均設置有流量計。
另外，所述的上水箱和下水箱上分別設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置有E型熱電偶和鉬熱電阻。
所述的壓力儲罐和空壓機之間的管路上設置有氣動執(zhí)行機構。且所述的壓力儲罐為三級儲氣罐，同時所述的壓力儲罐上設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，所述的直流電源設置在儀表盤內，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)行器設置在儀表盤上。
進一步，所述的可編程控制系統(tǒng)包括PLC和變頻器，所述的PLC設置在儀表盤內的支架上，而所述的變頻器設置在儀表盤上，且所述的可編程控制系統(tǒng)同時與所述的變送器和執(zhí)行器連通。
在所述的儀表盤上，還設置有電源控制及保護單元，所述的電源控制及保護單元包括空氣開關、電壓表和漏電保護器。當然，在儀表盤后還可以設置故障設置模塊，通過所述的故障設置模塊設置系統(tǒng)和儀表的故障，訓練學生維護、調試和操作系統(tǒng)的能力。
其中，模擬對象現(xiàn)場的儀表信號均通過儀表盤下方的插接扣與儀表盤連通，避免金屬線裸露，避免線路短路對儀表和人身造成傷害。
所述的上位機包括多臺電腦、一與多臺電腦連通的服務器、以及設置在服務器上的三維力控工控軟件。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明可進行常規(guī)儀表控制技術、PLC控制技術和計算機控制技術的實訓；且可通過切換可以靈活方便使系統(tǒng)在常規(guī)儀表控制、PLC控制和計算機控制之間轉換；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；控制類型齊全，包括單回路控制、串級控制、比值控制、前饋控制、均勻控制等；且控制系統(tǒng)接線方便，均通過儀表盤插接線的方式連接；各種控制間數(shù)據(jù)共享，即實時數(shù)據(jù)可以同時在儀表和上位機觀察；而由于采用了網(wǎng)絡版的工控組態(tài)軟件，可以同時有多臺上位機進行監(jiān)控； 此外，本發(fā)明不僅可進行控制系統(tǒng)的實訓，還可進行儀表安裝、調試、維修技能培訓；而通過盤后的故障設置模塊可以設置系統(tǒng)和儀表故障，訓練學生維護、調試和操作系統(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，避免線路短路對儀表和人身造成傷害。而由于所有儀表都集成在儀表盤的操作臺上，其標準儀表每一個項目均可以共享使用，提高了儀表利用率，降低了裝置成本。
此外，本發(fā)明通過模擬工業(yè)生產設備，使學生充分感受工業(yè)現(xiàn)場氣氛，可以組合出幾十種不同的實訓項目，可以進行常規(guī)儀表控制技術實訓、PLC控制技術實訓和計算機控制技術實訓、單個儀表校驗實訓、自動檢測系統(tǒng)實訓、簡單控制系統(tǒng)實訓、復雜控制系統(tǒng)實訓， 并可以將實訓數(shù)據(jù)通過計算機顯示和記錄，非常有利于學生系統(tǒng)地理解和學習自動化儀表和系統(tǒng)的理論知識，為培養(yǎng)自動化人才提供了一個高效平臺，是集實驗、實訓、科研和綜合開發(fā)的培訓裝置。


圖1為本發(fā)明一實施例的系統(tǒng)結構示意圖； 圖2為本發(fā)明所述的模擬對象系統(tǒng)的結構示意圖。
附圖中主要標記含義如下1、壓力儲罐 2、上水箱3、下水箱4、熱水鍋爐5、儲水箱 6、第一磁力循環(huán)泵7、第二磁力循環(huán)本8、電動執(zhí)行機構9、流量計 10、空壓機11、氣動執(zhí)行機構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。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作具體的介紹。
圖1為本發(fā)明一實施例的系統(tǒng)結構示意圖。
如圖1所示過程控制綜合實訓裝置，包括上位機、儀表盤、常規(guī)儀表控制系統(tǒng)、可編程控制系統(tǒng)和模擬對象系統(tǒng)，所述的上位機與可編程控制系統(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)均設置在儀表盤上，而所述的模擬對象系統(tǒng)通過一切換開關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)明所述的模擬對象系統(tǒng)的結構示意圖。
如圖2所示所述的模擬對象系統(tǒng)包括第一框架17，第二框架18，設置在第一框架17上的空壓機10和壓力儲罐1，設置在第二框架18上部的上水箱2、下水箱3和熱水鍋爐4，以及設置在第二框架18下部的儲水箱5，其中，所述的上水箱2、下水箱3和熱水鍋爐 4均通過兩條相同的管路與儲水箱5連通，所述的兩條管路上分別設置有第一磁力循環(huán)泵6 和第二磁力循環(huán)泵7，而所述的壓力儲罐1和空壓機10連通。
在本實施方式中，所述的設置有第一磁力循環(huán)泵6的管路上還設置有電動執(zhí)行機構8，而所述的設置有第二磁力循環(huán)泵7的管路上則設置有變頻器，且所述的兩條管路上均設置有流量計9。另外，所述的上水箱2和下水箱3上分別設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上則設置有E型熱電偶15 和鉬熱電阻16。
此外，所述的壓力儲罐1和空壓機10之間的管路上設置有氣動執(zhí)行機構11。且所述的壓力儲罐1為三級儲氣罐，同時所述的壓力儲罐1上設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，所述的直流電源設置在儀表盤內，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)行器設置在儀表盤上。
而所述的可編程控制系統(tǒng)則包括PLC和變頻器，所述的PLC設置在儀表盤內的支架上，而所述的變頻器設置在儀表盤上，且所述的可編程控制系統(tǒng)同時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，在所述的儀表盤上，還可以設置有電源控制及保護單元，所述的電源控制及保護單元包括空氣開關、電壓表和漏電保護器。當然，在儀表盤后還可以設置故障設置模塊，通過所述的故障設置模塊設置系統(tǒng)和儀表的故障，訓練學生維護、調試和操作系統(tǒng)的能力。
而模擬對象現(xiàn)場的儀表信號均通過儀表盤下方的插接扣與儀表盤連通，以避免金屬線裸露，避免線路短路對儀表和人身造成傷害。
此外，在本實施方式中，所述的上位機包括50臺電腦、一與50臺電腦連通的服務器、以及設置在服務器上的三維力控工控軟件。
本發(fā)明是將計算機技術、網(wǎng)絡技術、可編程控制器技術、儀表技術、先進控制技術等應用在過程控制實訓。主要的技術點在于1、可以結合學校教學特點設計操作界面、控制方案(簡單、復雜)選擇，以及可以在上位機方便組態(tài)和切換；2、與工廠應用不同的是其參數(shù)(工藝、控制等)，可以根據(jù)教學及培訓要求進行改動；3、調節(jié)參數(shù)變化引起的控制質量的變化可以由上位機在同一坐標的曲線進行比較，使學生容易理解和掌握調節(jié)參數(shù)變化對控制質量的影響；4、可以通過上位機方便加入各類干擾(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(對象、執(zhí)行機構、調節(jié)機構等)、并對各種方案的控制質量進行自動分析比較，同時給出控制質量參數(shù)，如超調量、調節(jié)時間、振蕩周期、 控制余差等；6、可人為地仿真設置故障，對學生進行系統(tǒng)維護與故障的分析、判斷、排除等訓練。
7、各操作界面結合教學過程對相關技術層面的理論知識進行鏈接，(如系統(tǒng)的工作原理、調節(jié)過程、系統(tǒng)框圖、系統(tǒng)接線圖、各儀表的接線圖、儀表說明書等)，使高職學生在實訓的同時可以與教學過程中的理論知識聯(lián)系起來；8、在對系統(tǒng)實時控制操作訓練的基礎上，還可進行仿真操作。由于操作對象的局限性， 一些復雜控制系統(tǒng)實現(xiàn)不了(如解耦系統(tǒng))，但可以通過仿真進行模擬操作；9、常規(guī)儀表控制和計算機控制可方便切換，且兩種控制系統(tǒng)在一方進行控制時，另一方可同時進行監(jiān)測，使實訓裝置的有關數(shù)據(jù)均可在上位機上進行分析、處理和打印等。
10、可以根據(jù)學生實際情況、以及培訓目的不同，進行不同層次的訓練，并可用于技能培訓、對外培訓和技能大賽。
本發(fā)明可組合幾十種實訓項目。其每個項目都是生產一線的具體應用技術項目， 因此，實訓可以采用項目化教學和任務驅動的教學模式，使學生完成一個完整全面的控制項目，達到全面系統(tǒng)地掌握過程控制技術。不僅適合各類高等院校對學生技能的訓練，也適合企業(yè)職工的技能訓練。
上述實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方案，均落在本發(fā)明的保護范圍內。
權利要求
1.過程控制綜合實訓裝置，其特征在于，包括上位機、儀表盤、常規(guī)儀表控制系統(tǒng)、可編程控制系統(tǒng)和模擬對象系統(tǒng)，所述的上位機與可編程控制系統(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)均設置在儀表盤上，而所述的模擬對象系統(tǒng)通過一切換開關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)權利要求1所述的過程控制綜合實訓裝置，其特征在于，所述的模擬對象系統(tǒng)包括第一框架，第二框架，設置在第一框架上的空壓機和壓力儲罐，設置在第二框架上部的上水箱、下水箱和熱水鍋爐，以及設置在第二框架下部的儲水箱，其中，所述的上水箱、下水箱和熱水鍋爐均通過兩條相同的管路與儲水箱連通，所述的兩條管路上分別設置有第一磁力循環(huán)泵和第二磁力循環(huán)泵，而所述的壓力儲罐和空壓機連通。
3.根據(jù)權利要求2所述的過程控制綜合實訓裝置，其特征在于，所述的設置有第一磁力循環(huán)泵的管路上還設置有電動執(zhí)行機構，而所述的設置有第二磁力循環(huán)泵的管路上則設置有變頻器，且所述的兩條管路上均設置有流量計。
4.根據(jù)權利要求2所述的過程控制綜合實訓裝置，其特征在于，所述的上水箱和下水箱上分別設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)權利要求2所述的過程控制綜合實訓裝置，其特征在于，所述的熱水鍋爐上設置有E型熱電偶和鉬熱電阻。
6.根據(jù)權利要求2所述的過程控制綜合實訓裝置，其特征在于，所述的壓力儲罐和空壓機之間的管路上設置有氣動執(zhí)行機構。
7.根據(jù)權利要求2所述的過程控制綜合實訓裝置，其特征在于，所述的壓力儲罐為三級儲氣罐，且所述的壓力儲罐上設置有壓力表和智能壓力變送器。
8.根據(jù)權利要求1所述的過程控制綜合實訓裝置，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，所述的直流電源設置在儀表盤內，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)行器設置在儀表盤上。
9.根據(jù)權利要求8所述的過程控制綜合實訓裝置，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設置在儀表盤內的支架上，而所述的變頻器設置在儀表盤上，且所述的可編程控制系統(tǒng)同時與所述的變送器和執(zhí)行器連通。
10.根據(jù)權利要求1所述的過程控制綜合實訓裝置，其特征在于，所述的上位機包括多臺電腦、一與多臺電腦連通的服務器、以及設置在服務器上的三維力控工控軟件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種過程控制綜合實訓裝置，其特征在于，包括上位機、儀表盤、常規(guī)儀表控制系統(tǒng)、可編程控制系統(tǒng)和模擬對象系統(tǒng)，所述的上位機與可編程控制系統(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)均設置在儀表盤上，而所述的模擬對象系統(tǒng)通過一切換開關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)明既可以用于學生的實訓教學，還可以對企業(yè)職工進行技能培訓，還可以用于科學研究。為培養(yǎng)自動化控制專業(yè)人才提供了一個先進平臺，是一個融實驗、實訓和科研開發(fā)一培訓裝置。
文檔編號G09B25/02GK102568297SQ201210035859
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月17日 優(yōu)先權日2012年2月17日
發(fā)明者李劍, 王永紅, 郭凱志 申請人:南京化工職業(yè)技術學院