專利名稱：無介質(zhì)半實(shí)物壓力容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于壓力容器的教學(xué)培訓(xùn)與管理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及適合石油 化工與鍋爐裝置等操作人員和技術(shù)人員的仿真培訓(xùn)及考核評(píng)價(jià)的一種無介 質(zhì)半實(shí)物壓力容器。
背景技術(shù)：
在實(shí)際的半實(shí)物仿真系統(tǒng)中，半實(shí)物仿真通常有兩種情況其一是用 計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)其控制器，而將受控對(duì)象作為實(shí)物直接放置在仿真回路中構(gòu)造
半實(shí)物仿真系統(tǒng)；另一種控制器用實(shí)物，而受控對(duì)象使用數(shù)學(xué)模型。目前
在石油化工與鍋爐裝置等操作人員和技術(shù)人員的培訓(xùn)中，多數(shù)采用第一種。 這種仿真試驗(yàn)將對(duì)象實(shí)體的動(dòng)態(tài)特性通過建立數(shù)學(xué)模型、編程在計(jì)算機(jī)上 運(yùn)行。此外要求有相應(yīng)的模擬生成傳感器測(cè)量環(huán)境的各種物理效應(yīng)設(shè)備， 而傳感器要測(cè)量的各種參數(shù)要依賴各種模擬物流，因此增加了仿真系統(tǒng)構(gòu) 建、維護(hù)、保養(yǎng)的費(fèi)用。另一方面，流程介質(zhì)的介入還存在物流造成的環(huán) 境污染和投料成本的增加，不符合當(dāng)前大力倡導(dǎo)的節(jié)能降耗和科學(xué)發(fā)展的 大環(huán)境要求。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是解決現(xiàn)有技術(shù)在過程控制系統(tǒng)的仿真中仍然使用流體介 質(zhì)而造成環(huán)境污染和投料成本增加的問題，提供一種無介質(zhì)半實(shí)物壓力容 器。
本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種無介質(zhì)半實(shí)物壓力容器，包括壓力容器、仿真液位計(jì)、管道、仿 真壓力表、仿真閥門，其中
仿真液位計(jì)為由計(jì)算機(jī)控制單片機(jī)將信號(hào)經(jīng)過三極管及限流電阻控制 一組雙色二極管；
仿真閥門由旋轉(zhuǎn)手柄、閥體、多圈螺旋電位器構(gòu)成，閥門旋轉(zhuǎn)手柄的 旋桿與電位器的軸相連；
仿真壓力表的指針由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
而且，所述仿真液位計(jì)及仿真壓力表均由單片機(jī)控制。 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為
1、本無介質(zhì)半實(shí)物壓力容器是以燃煤的熱水鍋爐實(shí)體或者燃?xì)獾恼羝仩t實(shí)體為對(duì)象的鍋爐仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，并結(jié)合計(jì)算機(jī)和先進(jìn)電氣控制技術(shù)， 滿足操作員培訓(xùn)、考核需要的實(shí)物仿真系統(tǒng)。
2、 本無介質(zhì)半實(shí)物壓力容器的液位計(jì)利用雙色LED數(shù)碼管顯示技術(shù)， 模擬雙色水位計(jì)的顯示，達(dá)到了水位故障的報(bào)警與現(xiàn)場(chǎng)的一致。
3、 本無介質(zhì)半實(shí)物壓力容器對(duì)鍋爐本體所涉及到的4類、13只閥門 進(jìn)行模擬，利用DCS信號(hào)采集控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了開關(guān)量狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集。
4、 本無介質(zhì)半實(shí)物壓力容器所使用的壓力表采用單片機(jī)與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的 遠(yuǎn)程控制技術(shù)，可準(zhǔn)確顯示操作人員隨機(jī)設(shè)置的壓力值。
5、 本實(shí)用新型通過建立適當(dāng)?shù)牟僮鹘缑?實(shí)物設(shè)備如閥門、按鈕等， 或計(jì)算機(jī)鍵盤、鼠標(biāo))接受操作人員的操作動(dòng)作，計(jì)算機(jī)接收操作信號(hào)并 求解描述壓力容器及其附屬系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)象的數(shù)學(xué)模型，然后將運(yùn)行結(jié)果發(fā) 送到適當(dāng)?shù)娘@示界面供操作人員監(jiān)視，對(duì)比實(shí)物設(shè)備如儀表、閥門(采 用聲、光模擬)，從而形成一種壓力容器操作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，在操作過程中，通 過比較操作及過程變量與既定指標(biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)操作人員操作水平的考核，具有 廣泛的應(yīng)用和教學(xué)價(jià)值。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)主視圖； 圖2是圖1的液位計(jì)電路方框圖； 圖3是圖1的閥門結(jié)構(gòu)放大剖視圖； 圖4是圖1的壓力表電路方框圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述，以下實(shí) 施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
一種無介質(zhì)半實(shí)物壓力容器，參見圖1，由壓力容器2、仿真液位計(jì)3、 管道5、仿真壓力表4、仿真閥門6以及控制箱1構(gòu)成，壓力容器為臥式， 固裝在基座7上。在鍋爐的爐膛內(nèi)設(shè)有浙江大學(xué)張向民開發(fā)的模擬火焰發(fā) 生裝置，詳細(xì)內(nèi)容可參照《鍋爐仿真系統(tǒng)的開發(fā)》，本實(shí)施例在此不再贅 述。下面詳細(xì)敘述本實(shí)用新型的創(chuàng)新部分
1、仿真液位計(jì)參見圖2。
由計(jì)算機(jī)控制單片機(jī)將信號(hào)經(jīng)過三極管D及限流電阻R控制一組雙色 二極管。由于模擬鍋爐內(nèi)沒有水，為顯示出"汽紅水綠"的效果，將兩排 紅綠雙色發(fā)光二極管安裝在實(shí)際水位計(jì)的殼體內(nèi)，計(jì)算機(jī)根據(jù)采集到的鍋 爐運(yùn)行參數(shù)來控制相應(yīng)的二極管發(fā)光，模擬水位顯示。這是液位計(jì)實(shí)現(xiàn)方 法的一種，也可根據(jù)精度的不同， 一個(gè)三極管連接不同個(gè)數(shù)的雙色LED燈，
4計(jì)算機(jī)把模型計(jì)算的百分比水位數(shù)據(jù)通過單片機(jī)的10 口控制三極管的開
斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)燈的紅綠交替點(diǎn)亮。
2、 仿真閥門參見圖3。
圖3顯示的是一種仿真截止閥的結(jié)構(gòu)，由旋轉(zhuǎn)手柄8、閥體IO、多圈 螺旋電位器9構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)手柄轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，固裝在閥體內(nèi)的電位器也旋轉(zhuǎn)，電 位器的阻值發(fā)生變化，相應(yīng)的中心抽頭的電壓也發(fā)生變化，該電壓表示截 止閥的開啟度，由此輸出不同的電壓值。本實(shí)施例是針對(duì)旋轉(zhuǎn)手柄方式的 閥門。
對(duì)于其他閥門(沒有圖示)如安全閥則在其頂端加裝接近開關(guān)，內(nèi)部
閥芯接觸或松開接觸開關(guān)以此模擬安全閥的開或關(guān)；如球閥則放入光電傳
感器，當(dāng)手輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，閥門芯擋住或松開光源，以此來模擬球閥的開或關(guān)。
旋轉(zhuǎn)手柄閥門的原理是閥位移的范圍對(duì)應(yīng)電位器1-5V的量程，閥門
旋轉(zhuǎn)手柄的旋桿與電位器的軸相連，當(dāng)閥門旋轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生垂直方向上的 位移，帶動(dòng)電位器的軸上下移動(dòng)，從而改變了中心抽頭對(duì)地的電壓。
其他閥門如球閥的原理是
傳感器為光電傳感器，球閥顧名思義閥體中心是一個(gè)球，不過中間有 個(gè)洞，旋動(dòng)球體就可以起到關(guān)斷和打開閥門的作用。當(dāng)洞的方向和管道一 致時(shí)，表示閥門打開，這時(shí)就有光照射到光電傳感器上，進(jìn)而使光電傳感 器接通，關(guān)斷時(shí)則相反。傳感器為接近開關(guān)，當(dāng)扳動(dòng)手柄時(shí)閥芯就會(huì)上移，
當(dāng)閥芯與傳感器之間的距離小于0.2mm時(shí)，接近開關(guān)就會(huì)工作，用此方法 模擬安全閥打開。
3、 仿真壓力表，參見圖4。
為了使壓力表的外形、擺動(dòng)與真實(shí)表一致，利用原爐體上壓力表、溫 度表的表殼、指針、表盤，采用單片機(jī)通過驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)ll，步進(jìn) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)指針的方式模擬壓力表和溫度表，原理如圖4所示。在選取步進(jìn)電 機(jī)時(shí)，選取了步進(jìn)角與表的每一小刻度相同的電機(jī)，這樣給設(shè)計(jì)帶來了方 便。本實(shí)用新型的仿真壓力表也可依此制作仿真溫度表以及仿真流量表等 各類儀表。
工作原理是計(jì)算機(jī)模型計(jì)算出所要指示的數(shù)據(jù)，通過RS485總線協(xié) 議發(fā)送到單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)此時(shí)的數(shù)據(jù)大小和上一個(gè)數(shù)據(jù)的大小來判斷 旋轉(zhuǎn)的方向，并且把數(shù)據(jù)換算成步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)，從而轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的位置。
本實(shí)用新型將壓力容器(如鍋爐)實(shí)體系統(tǒng)同計(jì)算機(jī)多媒體虛擬技術(shù) 相結(jié)合，所有壓力容器的監(jiān)控設(shè)備的操作功能，包括顯示儀表、開關(guān)和指 示燈、操作閥門、壓力表、液位計(jì)、安全閥等與真實(shí)鍋爐相同，具有逼真的外形、實(shí)際操作的手感。本系統(tǒng)提供的軟件、硬件系統(tǒng)具有仿真操作培 訓(xùn)，仿真操作考試、仿真事故模擬等功能，為壓力容器教學(xué)、管理、操作 人員提供全新的、猶如身臨現(xiàn)場(chǎng)的仿真操作培訓(xùn)與評(píng)價(jià)系統(tǒng)。通過仿真考 核， 一方面提高學(xué)員的技術(shù)素質(zhì)和處理事故的應(yīng)變能力，同時(shí)也保證了學(xué)
員的培訓(xùn)質(zhì)量和技能鑒定水平；另一方面免去物流的污染和投料成本，實(shí) 現(xiàn)安全低耗、節(jié)能環(huán)保；是一套具有無任何危險(xiǎn)并能隨機(jī)設(shè)置故障和處理 事故功能的仿真操作培訓(xùn)與考核評(píng)價(jià)系統(tǒng)。
權(quán)利要求1、一種無介質(zhì)半實(shí)物壓力容器，包括壓力容器、仿真液位計(jì)、管道、仿真壓力表、仿真閥門，其特征在于仿真液位計(jì)為由計(jì)算機(jī)控制單片機(jī)將信號(hào)經(jīng)過三極管及限流電阻控制一組雙色二極管；仿真閥門由旋轉(zhuǎn)手柄、閥體、多圈螺旋電位器構(gòu)成，閥門旋轉(zhuǎn)手柄的旋桿與電位器的軸相連；仿真壓力表的指針由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的無介質(zhì)半實(shí)物壓力容器，其特征在于-所述仿真液位計(jì)及仿真壓力表均由單片機(jī)控制。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種無介質(zhì)半實(shí)物壓力容器，包括壓力容器、仿真液位計(jì)、管道、仿真壓力表、仿真閥門，其中仿真液位計(jì)為由計(jì)算機(jī)控制單片機(jī)將信號(hào)經(jīng)過三極管及限流電阻控制一組雙色二極管；仿真閥門由旋轉(zhuǎn)手柄、閥體、多圈螺旋電位器構(gòu)成，閥門旋轉(zhuǎn)手柄的旋桿與電位器的軸相連；仿真壓力表的指針由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。本實(shí)用新型通過建立適當(dāng)?shù)牟僮鹘缑?實(shí)物設(shè)備如閥門、按鈕等，或計(jì)算機(jī)鍵盤、鼠標(biāo))接受操作人員的操作動(dòng)作，計(jì)算機(jī)接收操作信號(hào)并求解描述壓力容器及其附屬系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)象的數(shù)學(xué)模型，然后將運(yùn)行結(jié)果發(fā)送到適當(dāng)?shù)娘@示界面供操作人員監(jiān)視，從而形成一種壓力容器操作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，通過比較操作及過程變量與既定指標(biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)操作人員操作水平的考核，具有廣泛的應(yīng)用和教學(xué)價(jià)值。
文檔編號(hào)F16J12/00GK201382148SQ200920096230
公開日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2009年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月9日
發(fā)明者超 董, 強(qiáng) 高 申請(qǐng)人:強(qiáng) 高