專利名稱：過程設(shè)備與控制基本實(shí)驗(yàn)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，具體為一種過程設(shè)備與控制基本實(shí)驗(yàn) 綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)。
背景技術(shù)：
化工設(shè)備與機(jī)械專業(yè)是工科高校的一個(gè)傳統(tǒng)專業(yè)，從1999年起，全國"化 工設(shè)備與機(jī)械"專業(yè)改為"過程裝備與控制工程"專業(yè)，專業(yè)實(shí)驗(yàn)是本專業(yè) 一項(xiàng)十分重要的教學(xué)內(nèi)容。原"化工設(shè)備與機(jī)械"專業(yè)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)主要是設(shè) 備和機(jī)器的性能測試實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容過于單一，已不能滿足"過程裝備 與控制工程"專業(yè)的實(shí)驗(yàn)要求。目前，本專業(yè)在進(jìn)行不同實(shí)驗(yàn)時(shí)要在不同的 實(shí)驗(yàn)裝置上完成，這種分散的實(shí)驗(yàn)裝置不僅功能單一，而且所占用的實(shí)驗(yàn)室 面積大、設(shè)備投資高、每種設(shè)備的利用率低。
實(shí)用新型內(nèi)容
為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種過程設(shè)備與控制基本實(shí)驗(yàn)綜合實(shí) 驗(yàn)臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)將設(shè)備實(shí)驗(yàn)、過程實(shí)驗(yàn)和控制實(shí)驗(yàn)有機(jī)地結(jié)合為一體。本實(shí) 驗(yàn)設(shè)備可以完成離心泵性能測定實(shí)驗(yàn)、內(nèi)壓和外壓薄璧容器穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)等六種 實(shí)驗(yàn)，具有實(shí)驗(yàn)功能多、綜合性能強(qiáng)、利用率高的特點(diǎn)。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用了如下技術(shù)方案。主要包括有通過 管道相互連通的主水泵12、副水泵l、加壓容器4、高位槽2、承壓容器9和 控制臺(tái)13。其中，主水泵12的出水口依次通過電動(dòng)調(diào)節(jié)閥10、第七閥門F7 與高位槽2相連，高位槽2的出水口依次通過第一閥門Fl、第二閥門F2與加 壓容器4的進(jìn)水口相連，加壓容器4的出水口依次通過第三閥門F3、第四閥 門F4與主水泵12的入水口相連，加壓容器4的出水口還依次通過第三閥門 F3、第五閥門F5、第九閥門F9與承壓容器9的入水口相連，承壓容器9的出 水口通過第六閥門F6與主水泵12的入水口相連；主水泵12的出水口還依次 通過電動(dòng)調(diào)節(jié)閥IO、第八閥門F8、第五閥門F5、第三閥門F3與加壓容器4 的出水口相連，主水泵12的出水口還通過電動(dòng)調(diào)節(jié)閥10、第八閥門F8、第 九閥門F9與承壓容器9的入水口相連；高位槽2的出水口還通過第十一閥門 Fll與副水泵1的入水口相連，副水泵1的出水口與第一閥門Fl和第二閥門 F2之間的管道相連。
所述的主水泵12是具有變頻調(diào)速器功能的水泵。
在主水泵12的入水口、出水口都設(shè)置有壓力傳感器ll，在主水泵的出水 口還設(shè)置有流量傳感器,在加壓容器4上設(shè)置有壓力傳感器5和液位傳感器6， 在高位槽2上設(shè)置有液位傳感器3，各傳感器通過數(shù)據(jù)線與控制臺(tái)13相連。
加壓容器4還通過第十閥門F10與承壓容器9的入水口相連。
在本實(shí)驗(yàn)臺(tái)上可以實(shí)施的實(shí)驗(yàn)包括①離心泵恒轉(zhuǎn)速性能測定實(shí)驗(yàn)；② 離心泵恒流量控制實(shí)驗(yàn)；③離心泵恒壓力控制實(shí)驗(yàn)；④內(nèi)壓薄壁容器應(yīng)力測 定實(shí)驗(yàn)；⑤外壓薄壁容器穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)；⑥液位對象特征測定實(shí)驗(yàn)。在進(jìn)行不 同實(shí)驗(yàn)時(shí)，要對本系統(tǒng)的閥門進(jìn)行切換操作，進(jìn)體操作如下
1) 進(jìn)行離心泵恒轉(zhuǎn)速性能測定實(shí)驗(yàn)時(shí)，打開閥門F1、 F2、 F3、 F4、 F6、 F7，關(guān)閉閥門F5、 F8、 F9、 FIO、 Fll。
2) 進(jìn)行離心泵恒流量控制實(shí)驗(yàn)時(shí)，打開閥門F1、 F2、 F3、 F4、 F6、 F7、 F9、 FIO，關(guān)閉閥門F5、 F8、 Fll。在進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了使主水泵12的出口 流量恒定，主水泵12的出口處的流量傳感器將水泵出口流量傳送至流量調(diào)節(jié) 器，流量調(diào)節(jié)器將該流量信號與流量給定值比較后，按PI調(diào)節(jié)規(guī)律輸出控制 信號，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥10改變其開度，達(dá)到恒定出口流量的目的。
3) 進(jìn)行離心泵恒壓力控制實(shí)驗(yàn)時(shí)，打開閥門F1、 F2、 F3、 F4、 F6、 F7、 F9、 FIO，關(guān)閉閥門F5、 F8、 Fll。
4) 進(jìn)行內(nèi)壓薄壁容器應(yīng)力測定實(shí)驗(yàn)時(shí)，打開閥門F1、 F2、 F3、 F4、 F7、 F8、 F9，關(guān)閉閥門F5、 F6、 FIO、 Fll。
5) 進(jìn)行外壓薄壁容器穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)時(shí)，打開F1、 F3、 F5、 F6、 F8、 FIO，
關(guān)閉F2、 F4、 F7、 F9、 Fll。將待測試件放入加壓容器中。
6)液位對象特征測定實(shí)驗(yàn)，包括有自恒特性的單容液位對象實(shí)驗(yàn)、無自 恒特性的單容液對象實(shí)驗(yàn)和雙容液位對象實(shí)驗(yàn)，閥門操作分別如下
i) 在進(jìn)行有自恒特性的單容液位對象實(shí)驗(yàn)時(shí)，打開閥門F1、 F2、 F3、 F5、 F6、 F7、 F9 、 FIO，關(guān)閉閥門F4、 F8、 Fll。其中打開閥門F10的作用是當(dāng) 加壓容器內(nèi)的水流過高時(shí)，可以外溢到承壓容器。
ii) 在進(jìn)行無自恒特性的單容液對象實(shí)驗(yàn)時(shí)，打開閥門F2、 F3、 F5、 F6、 F7、 F9 、 FIO、 Fll，關(guān)閉閥門F1、 F4、 F8。
iii) 進(jìn)行雙容液位對象實(shí)驗(yàn)時(shí)，打開閥門F1、 F2、 F3、 F5、 F6、 F7、 F9 、 FIO，關(guān)閉閥門F4、 F8、 Fll。
本實(shí)用新型不僅可滿足本科生作多種實(shí)驗(yàn)，而且操作維修比較方便。

圖1實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2控制臺(tái)功能圖
圖中1、副水泵，2、高位槽，3、液位傳感器，4、加壓容器，5、壓力 傳感器，6、液位傳感器，7、壓力傳感器，8、流量傳感器，9、承壓容器， 10、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，11、壓力傳感器，12、主水泵，13、控制臺(tái)。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖1 2對本實(shí)施例作詳細(xì)的描述。
本實(shí)施例主要包括有主水泵12、副水泵l、加壓容器4、高位槽2、承壓 容器9;其中，主水泵12的出水口通過電動(dòng)調(diào)節(jié)閥10、流量傳感器8、第七 閥門F7與高位槽2相連，高位槽2的出水口通過第一闊門F1、第二閥門F2 與加壓容器4的進(jìn)水口相連，加壓容器4的出水口通過第三閥門F3、第四閥 門F4與主水泵12的入水口相連，加壓容器4的出水口還通過第三閥門F3、 第五閥門F5、第九閥門F9與承壓容器9的入水口相連，承壓容器9的出水口 通過第六閥門F6與主水泵12的入水口相連；主水泵12的出水口還通過電動(dòng)調(diào)節(jié)閥IO、流量傳感器8、第八閥門F8、第五閥門F5、第三閥門F3與加壓 容器4的出水口相連，主水泵12的出水口還通過電動(dòng)調(diào)節(jié)閥10、流量傳感器 8、第八閥門F8、第九閥門F9與承壓容器9的入水口相連；高位槽2的出水 口還通過第十一閥門Fll與副水泵1的入水口相連，副水泵1的出水口與第 一閥門F1和第二閥門F2之間的管道相連通。其中，壓力傳感器ll、 7、 5， 流量傳感器8，液位傳感器3、 6通過數(shù)據(jù)線與控制臺(tái)13相連。主水泵12是 安裝了變頻調(diào)速器的水泵。在主水泵12的入水口、出水口都設(shè)置有壓力傳感 器，在主水泵的出水口還設(shè)置有流量傳感器，在加壓容器4上設(shè)置有壓力傳 感器和液位傳感器，在高位槽2上設(shè)置有液位傳感器。加壓容器4還通過第十閥門F10與承壓容器9的入水口相連，當(dāng)加壓容 器4的水位過高時(shí)，可以通過該管道外溢至承壓容器9?？刂婆_(tái)是一個(gè)雙聯(lián)機(jī)柜，里邊配備有工控機(jī)、顯示器、穩(wěn)壓電源、電氣 控制系統(tǒng)、交流變頻調(diào)速器、信號調(diào)理模塊、A/D和D/A轉(zhuǎn)換卡、智能工業(yè) 調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)速數(shù)字顯示表。壓力傳感器、流量傳感器、液位傳感器通過數(shù)據(jù) 線與控制臺(tái)相連，傳感器把得到的信號傳給工控機(jī)，不僅可以通過儀表實(shí)施 顯示，而且可以根據(jù)給定的控制方式達(dá)到控制某個(gè)參數(shù)的目的?？刂婆_(tái)13的 功能面板如圖2所示。ll-l——主水泵轉(zhuǎn)速顯示；11-2——主水泵流量顯示；11-3——主水泵出水口流量自動(dòng)/手動(dòng)控制按鈕，彈起時(shí)為手動(dòng)，按下后 為自動(dòng)；(在手動(dòng)模式下，是通過調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)旋鈕11-8來改變主水泵出水 口流量；自動(dòng)模式下，是通過改變流量顯示儀表參數(shù)，反饋給上位機(jī)，就是 本實(shí)驗(yàn)裝置里的工控機(jī)，上位機(jī)來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥10改變主水泵出水口流量)11-4——主水泵出口壓力顯示；11-5——壓力自動(dòng)/手動(dòng)控制按鈕，彈起時(shí)為手動(dòng)，按下后為自動(dòng)；(在手 動(dòng)模式下，是通過調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)旋鈕11-7,改變主水泵的交流供電頻率，來
改變主水泵出水口壓力；自動(dòng)模式下，是通過改變壓力顯示儀表參數(shù)，反饋 給上位機(jī)，就是本實(shí)驗(yàn)裝置里的工控機(jī)，上位機(jī)來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)變頻器改變主水 泵出水口壓力)；11-6——控制方式選擇按鈕DCS/DDC (DCS全稱是分布式控制系統(tǒng)，DDC全 稱是計(jì)算機(jī)數(shù)字直接控制系統(tǒng)。DCS可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制，可以直接在儀表上設(shè) 定控制參數(shù)來調(diào)節(jié)控制方式和控制質(zhì)量，主要是PID控制；DDC是通過計(jì)算機(jī) 實(shí)現(xiàn)控制方式的，用于以后對DCS進(jìn)行擴(kuò)展，從而實(shí)現(xiàn)模糊控制等控制方式)；11-7——壓力調(diào)節(jié)旋鈕(調(diào)節(jié)主水泵的轉(zhuǎn)速)；11-8——流量調(diào)節(jié)旋鈕(調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度)；11-9——主水泵運(yùn)行選擇開關(guān)，向左為變頻調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)方式，向右為直接運(yùn)轉(zhuǎn)方式，中間為空檔； 11-10——主水泵關(guān)按鈕； 11-11——主水泵開按鈕； 11-12——副水泵關(guān)按鈕； 11-13——副水泵開按鈕；11-14——總控制開關(guān)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為開，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為關(guān)。 為了更清楚地說明本實(shí)施例的技術(shù)特點(diǎn)和實(shí)施過程，下面通過外壓薄壁 容器穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)并結(jié)合附圖，對本實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步闡述。 本實(shí)驗(yàn)操作步驟如下1) 向右扳動(dòng)控制臺(tái)面板上的總控開關(guān)"n—i4"，啟動(dòng)控制臺(tái)；2) 流量自動(dòng)/手動(dòng)控制按鈕"11一3"置于手動(dòng)位置，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)"11一8"旋鈕，打開電動(dòng)調(diào)節(jié)閥10;3) 向右扳動(dòng)選擇開關(guān)"11一13"，將水泵運(yùn)行設(shè)置成變頻啟動(dòng)方式(調(diào)速運(yùn)行 方式)，按下主水泵啟動(dòng)按鈕"11一10"啟動(dòng)變頻器；4) 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)壓力調(diào)節(jié)旋鈕"11一7"使主水泵開始運(yùn)轉(zhuǎn)，將加壓罐內(nèi)充水， 按下主水泵關(guān)閉按鈕"11一9"關(guān)閉主水泵，同時(shí)關(guān)閉閥門F3，保持加壓罐內(nèi) 水位不變。5) 試件裝入加壓罐內(nèi)；6) 打開闊門F3，按下主水泵啟動(dòng)按鈕"11一10"啟動(dòng)主水泵。7) 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)壓力調(diào)節(jié)旋鈕"11一7"，使主水泵給加壓罐緩慢加壓，直至聽 到"砰"的響聲，則表明試件失穩(wěn)。8) 試件時(shí)穩(wěn)后，迅速按下主水泵關(guān)閉按鈕"11一9"關(guān)閉主水泵。將壓力調(diào) 節(jié)旋鈕"11—7"回零，以免水從加壓罐溢出；9) 取出試件，觀察和記錄失穩(wěn)后的波形及特點(diǎn)。
權(quán)利要求1、 過程設(shè)備與控制基本實(shí)驗(yàn)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于主要包括有通過管道 相互連通的主水泵(12)、副水泵(1)、加壓容器(4)、高位槽(2)、承壓容 器(9)和控制臺(tái)(13);其中，主水泵(12)的出水口依次通過電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(10)、第七閥門(F7)與高位槽(2)相連，高位槽(2)的出水口依次通過 第一閥門(Fl)、第二閥門(F2)與加壓容器(4)的進(jìn)水口相連，加壓容器(4)的出水口依次通過第三閥門(F3)、第四閥門(F4)與主水泵(12)的 入水口相連，加壓容器(4)的出水口還依次通過第三閥門(F3)、第五閥門(F5)、第九閥門(F9)與承壓容器(9)的入水口相連，承壓容器(9)的出 水口通過第六閥門(F6)與主水泵(12)的入水口相連；主水泵(12)的出 水口還依次通過電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(10)、第八閥門(F8)、第五閥門(F5)、第三閥 門(F3)與加壓容器(4)的出水口相連，主水泵(12)的出水口還依次通過 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(10)、第八閥門(F8)、第九閥門(F9)與承壓容器(9)的入水 口相連；高位槽(2)的出水口還通過第十一閥門(F11)與副水泵(1)的入 水口相連，副水泵(1)的出水口與第一閥門(Fl)和第二闊門(F2)之間的 管道相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程設(shè)備與控制基本實(shí)驗(yàn)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于 所述的主水泵(12)是具有變頻調(diào)速器功能的水泵。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程設(shè)備與控制基本實(shí)驗(yàn)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于 在主水泵(12)的入水口、出水口都設(shè)置有壓力傳感器(11)，在主水泵(12) 的出水口還設(shè)置有流量傳感器(8)，在加壓容器(4)上設(shè)置有壓力傳感器(5) 和液位傳感器(6)，在高位槽(2)上設(shè)置有液位傳感器(3)，各傳感器通過 數(shù)據(jù)線與控制臺(tái)(13)相連。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程設(shè)備與控制基本實(shí)驗(yàn)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于 加壓容器(4)還通過第十閥門(F10)與承壓容器(9)的入水口相連。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的過程設(shè)備與控制基本實(shí)驗(yàn)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于: 所述的控制臺(tái)是一個(gè)里邊配備有工控機(jī)和顯示器、各傳感器把得到的信號傳 給工控機(jī)并通過儀表實(shí)施顯示、還可以根據(jù)給定的控制方式來控制某個(gè)參數(shù) 的雙聯(lián)機(jī)柜。
專利摘要本實(shí)用新型是一種教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，具體為一種過程設(shè)備與控制基本實(shí)驗(yàn)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的主水泵(12)出水口與高位槽(2)的入水口相連，高位槽(2)的出水口與加壓容器(4)的進(jìn)水口相連，加壓容器(4)的出水口與主水泵(12)的入水口相連，承壓容器(9)的出水口與主水泵(12)的入水口相連，主水泵(12)的出水口還與加壓容器(4)的出水口相連。在主水泵的入水口、出水口都設(shè)置有壓力傳感器，在主水泵的出水口還設(shè)置有流量傳感器，各傳感器通過數(shù)據(jù)線與控制臺(tái)相連。控制臺(tái)里邊配備有工控機(jī)，工控機(jī)可根據(jù)給定的控制方式來控制某個(gè)參數(shù)。本實(shí)用新型不僅可滿足本科生作多種實(shí)驗(yàn)，而且操作維修比較方便。
文檔編號G09B25/02GK201037966SQ20072014894
公開日2008年3月19日 申請日期2007年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月27日
發(fā)明者戴凌漢, 金廣林, 錢才富 申請人:北京化工大學(xué)