本實用新型屬自動化控制技術領域，具體的涉及一種穩(wěn)衡爐溫控制仿真教學系統。

背景技術：

加熱爐是工業(yè)生產中比較典型的過程設備，尤其是在石油加工行業(yè)，其特點是處理量大、投資大、能耗高。出于對處理量、管壓和節(jié)能的考慮，工業(yè)上通常將產品分成幾個支路在加熱爐中加熱，要求各支路出口溫度保持平衡。常規(guī)控制很難實現，往往會造成出口溫差在5-10度之間。因此需要采用一些復雜控制策略，以使出口溫差控制在正負1度之間。

目前市面上的教學系統，工業(yè)背景不強。多是用一個單入單出的爐子進行實驗，只能進行簡單的建模、常規(guī)PID控制實驗，需要串級控制時往往要和其他系統如水箱等聯合起來實驗，實際意義不強。

本實用新型將緊緊圍繞一類工業(yè)加熱爐的溫度平衡控制，通過硬件仿真，不僅可以讓學生完成數學建模、PID控制實驗、串級控制等復雜控制實驗、監(jiān)控和組態(tài)、程序設計等等。還可以讓學生了解工業(yè)控制系統的分層架構，常用的工業(yè)控制器如PLC的用法，WinCC組態(tài)軟件的使用，觸摸屏的操作和編程，設備的組網等，可以從工藝、控制和優(yōu)化的角度掌握過程控制的相關知識。具有功能強大、涉及的理論知識多、操作性強、理論聯系實際等特點。

技術實現要素：

一種穩(wěn)衡爐溫控制仿真教學系統，如圖1所示，待加熱液體入口管道1的各個爐溫加熱支路分別與恒溫加熱爐2連接，經過恒溫加熱爐2后的各個爐溫加熱支路上依次分別設有電動調節(jié)閥3、溫度和流量變送器4，電動調節(jié)閥3、溫度和流量變送器4均與微處理器連接，整體恒溫加熱參數操控面板7為微處理器的顯示調控單元；微處理器通過網絡連接線6與控制器連接；上位機數據采集以及監(jiān)控系統5為控制器的顯示調控單元，上位機數據采集以及監(jiān)控系統5由PLC以及觸摸屏兩部分組成，PLC與觸摸屏連接。整體恒溫加熱參數操控面板7上設有現場參數調節(jié)顯示屏8、干擾系數調節(jié)旋鈕9、比例系數調節(jié)旋鈕10、積分系數調節(jié)旋鈕11、微分系數調節(jié)旋鈕12、支路管道溫度設定旋鈕13、支路選擇旋鈕14，干擾系數調節(jié)旋鈕9、比例系數調節(jié)旋鈕10、積分系數調節(jié)旋鈕11、微分系數調節(jié)旋鈕12、支路管道溫度設定旋鈕13并列平行布置，現場參數調節(jié)顯示屏8、支路選擇旋鈕14分別設置在整體恒溫加熱參數操控面板7中。

在上述方案中優(yōu)選的是，所述穩(wěn)衡爐溫控制仿真教學系統中，微處理器與控制器之間均連接的模擬調節(jié)閥、模擬溫度傳感器、模擬流量傳感器構成分流常規(guī)控制后并結合熱量守恒進行差動平衡控制。

在上述方案中優(yōu)選的是，所述穩(wěn)衡爐溫控制仿真教學系統中，爐溫加熱支路通過微處理器對爐溫進行數字式仿真控制，微處理器的輸出信號經過轉換輸入至控制器。

在上述方案中優(yōu)選的是，所述穩(wěn)衡爐溫控制仿真教學系統中，微處理器將其爐溫加熱成數學模型并轉化為差分方程的形式進而進行仿真。

在上述方案中優(yōu)選的是，所述穩(wěn)衡爐溫控制仿真教學系統中，其模擬傳感器的作用是：采用數模轉換和電壓放大方式將微處理器計算出的數值轉化為實時現場爐溫的溫度信號和流量信號。

在上述方案中優(yōu)選的是，所述穩(wěn)衡爐溫控制仿真教學系統中，模擬調節(jié)閥的作用是采用電壓線性分壓方案將控制器輸出信號轉換為可供微處理器處理的電信號輸入到微處理器的單元中。

在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述穩(wěn)衡爐溫控制仿真教學系統中，所述控制器連接觸摸屏構成上位機實時監(jiān)控，并且對常規(guī)控制和差動平衡控制兩種方案進行選擇。

在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述穩(wěn)衡爐溫控制仿真教學系統中，所述控制器設有網絡輸出接口，并通過網線與上位機連接構成實時監(jiān)控。

在上述方案中優(yōu)選的是，所述穩(wěn)衡爐溫控制仿真教學系統中，所述觸摸屏中，用戶可以得到大量關于生產過程中的信息，具有完整簡便的選擇菜單，用戶可以通過簡單的操作便可完成目的。

在上述方案中優(yōu)選的是，所述穩(wěn)衡爐溫控制仿真教學系統中，所述觸摸屏的人機交互界面直觀操作，實時檢測生產狀況，包括溫度、流量數據，并可通過實時曲線觀察各支路流量、溫度數據，直觀形象。

在上述方案中優(yōu)選的是，所述穩(wěn)衡爐溫控制仿真教學系統控制系統穩(wěn)定性好，易于操作，可以提供友好的人機界面，自動化程度高，符合現代工業(yè)生產中提出的對加熱爐各支路出口溫度均衡控制的要求，有很好的應用前景。

在上述方案中優(yōu)選的是，所述穩(wěn)衡爐溫控制仿真教學系統控制只需接220V家用AC便可以工作，其電氣設備與外界隔離，具有良好的安全性。

附圖說明

圖1是按照本實用新型的穩(wěn)衡爐溫控制仿真教學系統的一優(yōu)選實施例的原理圖。

圖2是按照本實用新型的穩(wěn)衡爐溫控制仿真教學系統的圖1所示實施例的平面圖。

圖1，1為待加熱液體總入口管道，2為恒溫加熱爐，3為電動調節(jié)閥，4為溫度和流量變送器，5為上位機監(jiān)控及數據采集系統，6為網絡連接線，7為整體恒溫加熱參數操控面板，8為現場參數調節(jié)顯示屏，9為干擾系數調節(jié)旋鈕，10為比例系數調節(jié)旋鈕，11為積分系數調節(jié)旋鈕，12為微分系數調節(jié)旋鈕，13為支路管道溫度設定旋鈕，14為支路選擇旋鈕。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型的技術方案進行詳細描述。

圖1為按照本實用新型的穩(wěn)衡爐溫控制仿真教學系統的一實施例的原理圖，該穩(wěn)衡爐溫控制仿真教學系統包括溫度檢測裝置，該溫度檢測裝置單向聯接著控制器，而該控制器單向聯接著電動調節(jié)閥，通過溫度檢測裝置實時檢測出口管道液體的溫度，將結果傳送到控制器，再由控制器控制對出口管道溫度進行調節(jié)。

在本實施例中，溫度檢測裝置用來實時檢測出口管道液體的溫度，四條支路管道中每條管道均有一個溫度檢測裝置，因此共有四個溫度信息傳送到控制器，信息經由控制器計算后決定驅動調節(jié)閥調節(jié)量的大小。

在本實施例中，溫度檢測裝置用來實時檢測出口管道液體的溫度，四條支路管道中每條管道均有一個溫度檢測裝置，因此共有四個溫度信息傳送到控制器，信息經由控制器計算后決定驅動調節(jié)閥調節(jié)量的大小。

在本實施例中，通過微處理器對恒溫加熱爐進行了仿真，在其內部建立四路液體恒溫加熱的傳遞函數，其傳遞函數可模擬不同情況下每條支路的實際情況，并將其模型進行離散化后便于進行計算機處理。最后經過計算后得到液體恒溫加熱仿真的數值，經過各個信號轉換調理電路輸出到控制器，再由控制器進行差動平衡控制的計算并輸出作用于電動調節(jié)閥。

如圖2所示，在本實施例中，微處理器仿真了四路液體加熱情況，并在其內部進行了數值計算輸出信號作用于流量檢測裝置及溫度檢測轉置，經過信號轉換后，輸入到上位機數據采集以及監(jiān)控系統中，由上位機數據采集以及監(jiān)控系統對采集到的流量數據和溫度數據進行計算，其計算過程為：根據熱量守恒定律對每條支路流量數據和溫度數據進行相乘計算，而后四條支路數據進行求和后除以四條支路的流量總和，得到一個四條支路管道溫度的平均溫度，將此平均溫度與各支路溫度進行比較做差并與一個調節(jié)系數相乘后輸出其調節(jié)量。

上述控制器中，上位機數據采集以及監(jiān)控系統通過網絡連接線與控制器進行通信連接，構成上位機監(jiān)控系統，并使用組態(tài)軟件對其監(jiān)控系統進行組態(tài)，最終可實時監(jiān)控溫度和流量變送器的數據，并且在所述觸摸屏中設置了曲線趨勢顯示功能和數值顯示功能，可從數值、圖形兩方面觀測整個系統。

在本實施例中，微處理器與控制板相連接，在控制板中可以通過干擾系統調節(jié)旋鈕對系統進行干擾調節(jié)以驗證系統的抗干擾性能，通過比例系數調節(jié)旋鈕、積分系數調節(jié)旋鈕、微分系數調節(jié)旋鈕分別進行常規(guī)控制參數的設定與調節(jié)，通過溫度設定旋鈕進行液體出口管道溫度數值的設定，通過支路選擇旋鈕進行四條支路管道的選擇?；谝陨戏桨?，設定了現場仿真參數顯示面板顯示了支路管道序號、溫度設定值、干擾系數、比例系數、積分系數以及微分系數便于對現場仿真情況進行觀察。

工作階段：上電后，由微處理器對四條支路進行實時的單支路調節(jié)，通過單支路調節(jié)算法以及溫度加熱仿真計算后作用于該支路，進行該支路數據的輸出，輸出到支路管道后將溫度和流量變送器的信號傳遞至上位機數據采集以及監(jiān)控系統；上位機數據采集以及監(jiān)控系統將采的信號進行差動平衡計算，作用于模擬電動調節(jié)閥，完成所述穩(wěn)衡爐溫控制仿真教學系統的平衡控制。通過干擾系數調節(jié)旋鈕模擬現場發(fā)送變動時的情況，如發(fā)生意外事故時，可通過控制器使流量溫度仍然保持恒定。在所述穩(wěn)衡爐溫控制仿真教學系統中，上位機數據采集以及監(jiān)控系統實時采集現場情況，并可從中對現場情況進行監(jiān)控。

需要說明的是，按照本實用新型的一種穩(wěn)衡爐溫控制仿真教學系統包括上述實施例中的任何一項及其任意組合，但上面所述的實施例僅僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本實用新型范圍進行限定，在不脫離本實用新型設計精神前提下，本領域普通工程技術人員對本實用新型的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本實用新型的權利要求書確定的保護范圍內。