自动化控制模拟装置论文和设计-唐卫红

全文摘要

本公开是关于一种自动化控制模拟装置，属于电气自动化控制技术领域。所述自动化控制模拟装置包括水箱1、进水电动阀2、管道泵3、出水电动阀4、第一触摸屏5和第一可编程序控制器6，其中：水箱1的出水端与进水电动阀2的进水端连接，进水电动阀2的出水端与管道泵3的进水端连接，管道泵3的出水端与出水电动阀4的进水端连接，出水电动阀4的出水端与水箱1的进水端相通；第一可编程序控制器6分别与进水电动阀2、管道泵3、出水电动阀4和第一触摸屏5电性连接。采用本公开，可以有效解决工作人员操作电动阀门时比较生疏的技术问题。

主设计要求

1.一种自动化控制模拟装置，其特征在于，所述自动化控制模拟装置包括水箱(1)、进水电动阀(2)、管道泵(3)、出水电动阀(4)、第一触摸屏(5)和第一可编程序控制器(6)，其中：水箱(1)的出水端与进水电动阀(2)的进水端连接，进水电动阀(2)的出水端与管道泵(3)的进水端连接，管道泵(3)的出水端与出水电动阀(4)的进水端连接，出水电动阀(4)的出水端与水箱(1)的进水端相通；第一可编程序控制器(6)分别与进水电动阀(2)、管道泵(3)、出水电动阀(4)和第一触摸屏(5)电性连接。

设计方案

1.一种自动化控制模拟装置，其特征在于，所述自动化控制模拟装置包括水箱(1)、进水电动阀(2)、管道泵(3)、出水电动阀(4)、第一触摸屏(5)和第一可编程序控制器(6)，其中：

水箱(1)的出水端与进水电动阀(2)的进水端连接，进水电动阀(2)的出水端与管道泵(3)的进水端连接，管道泵(3)的出水端与出水电动阀(4)的进水端连接，出水电动阀(4)的出水端与水箱(1)的进水端相通；

第一可编程序控制器(6)分别与进水电动阀(2)、管道泵(3)、出水电动阀(4)和第一触摸屏(5)电性连接。

2.根据权利要求1所述的自动化控制模拟装置，其特征在于，所述自动化控制模拟装置还包括第一手动阀(7)，第一手动阀(7)的进水端与水箱(1)的出水端连接，第一手动阀(7)的出水端与进水电动阀(2)的进水端连接。

3.根据权利要求1所述的自动化控制模拟装置，其特征在于，所述自动化控制模拟装置还包括第一水泵(8)、第二水泵(9)、压力变送器(10)、第一小流量调节阀(11)、第二小流量调节阀(12)、大流量调节阀(13)、第二触摸屏(14)和第二可编程序控制器(15)，其中：

水箱(1)的出水端与第一水泵(8)的进水端连接，第一水泵(8)的出水端与回流管路的进水端连接；

水箱(1)的出水端与第二水泵(9)的进水端连接，第二水泵(9)的出水端与所述回流管路的进水端连接；

压力变送器(10)设置在所述回流管路上；

所述回流管路的出水端包括第一支路、第二支路和第三支路，第一小流量调节阀(11)设置在所述第一支路上，第二小流量调节阀(12)设置在所述第二支路上，大流量调节阀(13)设置在所述第三支路上；

第二可编程序控制器(15)分别与第一水泵(8)、第二水泵(9)、压力变送器(10)和第二触摸屏(14)电性连接。

4.根据权利要求3所述的自动化控制模拟装置，其特征在于，所述自动化控制模拟装置还包括第二手动阀(16)，第二手动阀(16)的进水端与水箱(1)的出水端连接，第二手动阀的出水端与第一水泵(8)和第二水泵(9)的进水端连接。

5.根据权利要求3所述的自动化控制模拟装置，其特征在于，所述自动化控制模拟装置还包括第一单向阀(17)，第一单向阀(17)的进水端与第一水泵(8)的出水端连接，第一单向阀(17)的出水端与所述回流管路的进水端连接。

6.根据权利要求3所述的自动化控制模拟装置，其特征在于，所述自动化控制模拟装置还包括第二单向阀(18)，第二单向阀(18)的进水端与第一水泵(8)的出水端连接，第二单向阀(18)的出水端与所述回流管路的进水端连接。

7.根据权利要求3所述的自动化控制模拟装置，其特征在于，所述自动化控制模拟装置还包括水位变送器(19)，水位变送器(19)设置在水箱(1)内部；

水位变送器(19)分别与第一可编程序控制器(6)和第二可编程序控制器(15)电性连接。

8.根据权利要求1所述的自动化控制模拟装置，其特征在于，所述自动化控制模拟装置还包括信号发生器(20)，信号发生器(20)与第一可编程序控制器(6)电性连接。

9.根据权利要求1所述的自动化控制模拟装置，其特征在于，所述自动化控制模拟装置还包括软启动器(21)和旁路接触器(22)；

软启动器(21)和旁路接触器(22)分别与管道泵(3)电性连接。

10.根据权利要求9所述的自动化控制模拟装置，其特征在于，所述自动化控制模拟装置还包括电机管理器(23)，电机管理器(23)与旁路接触器(22)串联连接。

设计说明书

技术领域

本公开涉及电气自动化控制技术领域，具体涉及一种自动化控制模拟装置。

背景技术

在采油装置、管道装置和炼化装置中存在着管道泵与阀门配合的工作流程，需要操作员工熟记各种操作规程，如管道泵在启动时先要将进水手动阀门打开，然后启动管道泵，最后打开出水手动阀门，在停止流程时，先要关闭出水手动阀门，然后停止管道泵的运行，最后关闭进水手动阀门。

随着技术的革新，手动阀门逐渐更换为电动阀门，各电动阀门和管道泵之间可以实现联动，从而使得手动控制逐渐变为自动化控制，工作人员的劳动量减少，劳动效率提高。

在实现本公开的过程中，发明人发现相关技术至少存在以下问题：

有些工作人员操作电动阀门时比较生疏，并且对如何编写控制电动阀门的程序也不清楚，因此，急需一种用于对工作人员进行培训的自动化控制模拟装置。

实用新型内容

为了解决相关技术中存在的技术问题，本公开实施例提供了一种自动化控制模拟装置。所述自动化控制模拟装置的技术方案如下：

本公开实施例提供了一种自动化控制模拟装置，所述自动化控制模拟装置包括水箱1、进水电动阀2、管道泵3、出水电动阀4、第一触摸屏5和第一可编程序控制器6，其中：

水箱1的出水端与进水电动阀2的进水端连接，进水电动阀2的出水端与管道泵3的进水端连接，管道泵3的出水端与出水电动阀4的进水端连接，出水电动阀4的出水端与水箱1的进水端相通；

第一可编程序控制器6分别与进水电动阀2、管道泵3、出水电动阀4和第一触摸屏5电性连接。

可选的，所述自动化控制模拟装置还包括第一手动阀7，第一手动阀7的进水端与水箱1的出水端连接，第一手动阀7的出水端与进水电动阀2的进水端连接。

可选的，所述自动化控制模拟装置还包括第一水泵8、第二水泵9、压力变送器10、第一小流量调节阀11、第二小流量调节阀12、大流量调节阀13、第二触摸屏14和第二可编程序控制器15，其中：

水箱1的出水端与第一水泵8的进水端连接，第一水泵8的出水端与回流管路的进水端连接；

水箱1的出水端与第二水泵9的进水端连接，第二水泵9的出水端与所述回流管路的进水端连接；

压力变送器10设置在所述回流管路上；

所述回流管路的出水端包括第一支路、第二支路和第三支路，第一小流量调节阀11设置在所述第一支路上，第二小流量调节阀12设置在所述第二支路上，大流量调节阀13设置在所述第三支路上；

第二可编程序控制器15分别与第一水泵8、第二水泵9、压力变送器10和第二触摸屏14电性连接。

可选的，所述自动化控制模拟装置还包括第二手动阀16，第二手动阀16的进水端与水箱1的出水端连接，第二手动阀的出水端与第一水泵8和第二水泵9 的进水端连接。

可选的，所述自动化控制模拟装置还包括第一单向阀17，第一单向阀17的进水端与第一水泵8的出水端连接，第一单向阀17的出水端与所述回流管路的进水端连接。

可选的，所述自动化控制模拟装置还包括第二单向阀18，第二单向阀18的进水端与第一水泵8的出水端连接，第二单向阀18的出水端与所述回流管路的进水端连接。

可选的，所述自动化控制模拟装置还包括水位变送器19，水位变送器19设置在水箱1内部；

水位变送器19分别与第一可编程序控制器6和第二可编程序控制器15电性连接。

可选的，所述自动化控制模拟装置还包括信号发生器20，信号发生器20与第一可编程序控制器5电性连接。

可选的，所述自动化控制模拟装置还包括软启动器21和旁路接触器22；

软启动器21和旁路接触器22分别与管道泵3电性连接。

可选的，所述自动化控制模拟装置还包括电机管理器23，电机管理器23与旁路接触器22串联连接。

本公开的实施例提供的技术方案至少包括以下有益效果：

本公开实施例提供的自动化控制模拟装置可以用来对工作人员进行培训，培训工作人员通过使用第一可编程序控制器6来联动控制进水电动阀2、管道泵 3和出水电动阀4，使得工作人员熟悉对电动阀门的操作，并掌握如何编写控制电动阀门的程序，从而，提供了一种用于对工作人员进行培训的自动化控制模拟装置。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。在附图中：

图1是根据本公开实施例示出的一种自动化控制模拟装置的示意图；

图2是根据本公开实施例示出的一种管道泵的电路原理图；

图3是根据本公开实施例示出的一种恒压供水的电路原理图。

图例说明

1、水箱，2、进水电动阀，3、管道泵，4、出水电动阀，5、第一触摸屏， 6、第一可编程序控制器，7、第一手动阀，8、第一水泵，9、第二水泵，10、压力变送器，11、第一小流量调节阀，12、第二小流量调节阀，13、大流量调节阀，14、第二触摸屏，15、第二可编程序控制器，16、第二手动阀，17、第一单向阀，18、第二单向阀，19、水位变送器，20、信号发生器，21、软启动器，22、旁路接触器，23、电机管理器，24、变频器。

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对公开实施方式作进一步地详细描述。

本公开实施例提供了一种自动化控制模拟装置，如图1所示，自动化控制模拟装置包括水箱1、进水电动阀2、管道泵3、出水电动阀4、第一触摸屏5 和第一可编程序控制器6，其中，水箱1的出水端与进水电动阀2的进水端连接，进水电动阀2的出水端与管道泵3的进水端连接，管道泵3的出水端与出水电动阀4的进水端连接，出水电动阀4的出水端与水箱1的进水端相通。第一可编程序控制器6分别与进水电动阀2、管道泵3、出水电动阀4和第一触摸屏5 电性连接。

其中，第一可编程序控制器6可以是西门子可编程序控制器。

在实施中，本公开实施例提供的自动化控制模拟装置，可以应用在电工技能培训课上。指导老师可以首先指导参加培训的工作人员认识第一触摸屏5和第一可编程序控制器6，然后，指导工作人员进行编程和组态第一触摸屏5画面的练习。练习完成之后，指导工作人员设计管道泵的控制电路，编写相应的管道泵自控程序，并在第一触摸屏5上组态出相应的显示画面，然后，将编写好的管道泵自控程序下载到第一可编程序控制器6中。第一触摸屏5中可以显示有管道泵控制系统的模拟画面和开关按钮。

在第一触摸屏5上点击开启按钮，第一触摸屏5向第一可编程控制器6发送开启信号，然后，第一可编程序控制器6依次开启进水电动阀2、管道泵3和出水电动阀4，水箱1中的水依次经进水电动阀2、管道泵3和出水电动阀4，回流至水箱1中。在第一触摸屏5上点击关闭按钮，第一触摸屏5向第一可编程序控制器6发送关闭信号，然后，第一可编程序控制器依次关闭出水电动阀4、管道泵3和进水电动阀2。从而实现了管道泵流程的一键开启操作模式。从而，使得工作人员掌握管道泵自控程序的编写和组态触摸屏画面的能力，并且熟悉电动阀。

而且，在培训过程中，还可以人为设置一些电气线路故障，培训工作人员电气线路故障的排查及解决能力。还可以模拟出电动阀不能自动开启和关闭的情况，锻炼工作人员手动完成管道泵3的开启和关闭流程的能力。相应的，在第一触摸屏5上组态出对应的检修画面。当电动阀不能正常自动开启时，依靠手动方式开启电动阀，并且在第一触摸屏5的检修画面上，实现管道泵3的单体操作，即只控制管道泵3的开关。而且，检修画面中显示有紧急关闭按钮，如果在管道泵3开启时，水管线有漏水情况，可以采取检修画面中的紧急关闭处理，来实现快速关闭进水电动阀2和管道泵3的功能。

自动化控制模拟装置还包括信号发生器20，信号发生器20与第一可编程序控制器5电性连接。

信号发生器20用于模拟管道内的水压信号，并将该信号发送至第一可编程序控制器6中。在实际应用中，当管道内的压力过低时，管道内的水量过小，此时为了避免对自身的损伤，管道泵3应当停止运行。这就要求工作人员编写程序时考虑到上述情况，使得当信号发生器发送过低水压的信号至第一可编程序控制器6时，第一可编程序控制器6应当控制管道泵3及时关闭。从而，基于信号发生器20，本公开实施例提供的自动化控制模拟装置更加符合实际情况。

可选的，为了使得自动化控制模拟装置更加符合实际情况，自动化控制模拟装置还包括第一手动阀7，第一手动阀7的进水端与水箱1的出水端连接，第一手动阀7的出水端与进水电动阀2的进水端连接。

在实施中，在进水电动阀2之前还设置有第一手动阀7，从而当第一手动阀 7关闭时，水箱1中的水不能进入进水电动阀2。第一手动阀7可以模拟实际管道泵所处管路中的总阀门，从而，使得本公开实施例提供的自动化控制模拟装置更加符合实际情况。当本公开实施例提供的自动化控制模拟装置长时间不使用时，可以将第一手动阀7关闭，从而减小对电动阀和管道泵3的损伤。

可选的，为了使得自动化控制模拟装置还可以模拟恒压供水自控系统，自动化控制模拟装置还包括第一水泵8、第二水泵9、压力变送器10、第一小流量调节阀11、第二小流量调节阀12、大流量调节阀13、第二触摸屏14和第二可编程序控制器15，其中，水箱1的出水端与第一水泵8的进水端连接，第一水泵8的出水端与回流管路的进水端连接。水箱1的出水端与第二水泵9的进水端连接，第二水泵9的出水端与回流管路的进水端连接。压力变送器10设置在回流管路上。回流管路的出水端包括第一支路、第二支路和第三支路，第一小流量调节阀11设置在第一支路上，第二小流量调节阀12设置在第二支路上，大流量调节阀13设置在第三支路上。第二可编程序控制器15分别与第一水泵8、第二水泵9、压力变送器10和第二触摸屏14电性连接。

其中，第二可编程控制器15可以是西门子可编程序控制器。

在实施中，指导教师可以首先指导参加培训的工作人员认识第二触摸屏14 和第二可编程序控制器15，然后，指导工作人员进行编程和组态第二触摸屏14 画面的练习。练习完成后，指导工作人员设计恒压供水自控系统的控制电路，编写相应的恒压供水自控程序，并在第二触摸屏14上组态出相应的显示画面，然后，将编写好的恒压供水自控程序下载到第二可编程序控制器15中。第二触摸屏14上可以显示有恒压供水系统的模拟画面和开关按钮。图3为恒压供水的电路原理图。

在第二触摸屏14上点击开启按钮，第二触摸屏14发送开启信号至第二可编程序控制器15，第二可编程序控制器15基于压力变送器10发送的压力信息，控制第一水泵8和第二水泵9的转速，来实现压力变送器10检测位置压力的恒定。假设初始状态下第一小流量调节阀11开启，第二小流量调节阀12和大流量调节阀13关闭(模拟用户用水量较少的状态)。这种状态下，第一水泵8变频运行，第二水泵9不运行(即KM2闭合，KM1、KM2和KM3断开)，并使得压力变送器10检测到的压力与预设的恒定压力相等，水箱1的水经第一水泵 8和第一小流量调节阀11，回流至水箱1中。调节第一小流量调节阀11的开度，则第一水泵8相应的进行转速调整，使得压力变送器10检测到的压力维持在预设的恒定压力。开启第二小流量调节阀12(模拟用户用水量较大的状态)，此时只依靠第一水泵8变频运行，无法使压力变送器10检测到的压力维持在预设的恒定压力，因此第一水泵8调整为工频运行，第二水泵9变频运行(即KM1 和KM4闭合，KM2和KM3断开)，使得压力变送器10检测到的压力维持在预设的恒定压力。而且，由于水泵不宜在变频运行过长时间，当有一水泵变频运行时间过长时，应与另一水泵互换运行状态。即第一水泵8和第二水泵9至少还有两种运转状态，第一种是第一水泵8不运行，第二水泵9变频运行(即 KM4闭合，KM1、KM2和KM3断开)。第二种是第一水泵8变频运行，第二水泵9工频运行(即KM1和KM4闭合，KM2和KM3断开)

当大流量调节阀13打开时(模拟用户主管道破漏的状态)，压力变送器10 检测到的压力过低，第一水泵8和第二水泵9均自动关闭(KM1、KM2、KM3 和KM4均断开)。

管道泵3所在的循环回路与恒压供水的循环回路共用一个水箱，节省了实验室空间。

可选的，为了使得自动化控制模拟装置更加符合实际情况，自动化控制模拟装置还包括第二手动阀16，第二手动阀16的进水端与水箱1的出水端连接，第二手动阀的出水端与第一水泵8和第二水泵9的进水端连接。

在实施中，在第一水泵8和第二水泵9之前还设置有第二手动阀16，从而当第二手动阀16关闭时，水箱1中的水不能进入第一水泵8和第二水泵9。第二手动阀16可以模拟实际恒压供水管路中的总阀门，从而，使得本公开实施例提供的自动化控制模拟装置更加符合实际情况。当本公开实施例提供的自动化控制模拟装置长时间不使用时，可以将第二手动阀16关闭，从而减小对第一水泵8和第二水泵9的损伤。

可选的，为了防止第一水泵8和第二水泵9倒转，自动化控制模拟装置还包括第一单向阀17，第一单向阀17的进水端与第一水泵8的出水端连接，第一单向阀17的出水端与所述回流管路的进水端连接。

在实施中，自动化控制模拟装置还包括第二单向阀18，第二单向阀18的进水端与第一水泵8的出水端连接，第二单向阀18的出水端与回流管路的进水端连接。基于第一单向阀17和第二单向阀18，当第一水泵8和第二水泵9关闭时，管路中的水不会倒流，从而避免第一水泵8和第二水泵9倒转，减小对第一水泵8和第二水泵9的损伤。

可选的，为了使得自动化控制模拟装置更加符合实际情况，自动化控制模拟装置还包括水位变送器19，水位变送器19设置在水箱1内部。水位变送器 19分别与第一可编程序控制器6和第二可编程序控制器15电性连接。

在实施中，水位变送器19用于检测水箱1中水位的高低，并将包含检测结果的信息发送至第一可编程序控制器6和第二可编程序控制器15。当水箱1中的水位过低时，为了避免对自身的损伤，管道泵3、第一水泵8和第二水泵9均应当停止运行。这就要求工作人员编写程序时考虑到上述情况，使得当水位变送器19发送包含水位过低的检测结果的信号，至第一可编程序控制器6和第二可编程序控制器15时，第一可编程序控制器6应当控制管道泵3及时关闭，第二可编程序控制器15应当控制第一水泵8和第二水泵9及时关闭。从而，基于水位变送器19，本公开实施例提供的自动化控制模拟装置更加符合实际情况。

可选的，为了使得管道泵3启动平稳，自动化控制模拟装置还包括软启动器21和旁路接触器22。软启动器21和旁路接触器22分别与管道泵3电性连接。

在实施中，软启动器21在启动管道泵3时，使管道泵3启动电流从零逐渐上升至设定值，减小了启动电流对管道泵3的冲击，使管道泵3平稳启动，延长了管道泵3的使用寿命。当管道泵3启动完成后，旁路接触器22闭合，使软启动器21退出运行，这样可以延长软启动器21的寿命，减少软启动器21不必要的损耗。

自动化控制模拟装置还包括电机管理器23，电机管理器23与旁路接触器 22串联连接。电机管理器23通过检测回路中的电流，来判断管道泵3运转是否正常，当检测到回路中电流异常时，断开管道泵3所在电路，关闭管道泵3，从而起到对管道泵3保护的目的。

在实际应用中，自动化控制模拟装置的工作过程如下所述：

本公开实施例提供的自动化控制模拟装置，可以使用在电工技能培训课上。进行培训时，可以首先进行管道泵自控系统的培训。首先，指导老师指导参加培训的工作人员认识触摸屏和可编程序控制器，然后，指导工作人员进行编程和组态触摸屏画面的练习。练习完成之后，指导工作人员设计管道泵的控制电路，编写相应的管道泵自控程序，并在第一触摸屏5上组态出相应的显示画面，然后，将编写好的管道泵自控程序下载到第一可编程序控制器6中。

在第一触摸屏5上操作开启和关闭管道泵3，检验进水电动阀2、管道泵3 和出水电动阀4是否按照预期动作，从而，使得工作人员掌握管道泵自控程序的编写和组态触摸屏画面的能力，并且熟悉电动阀。

而且，在培训过程中，还可以人为设置一些电气线路故障，培训工作人员电气线路故障的排查及解决能力。还可以模拟出电动阀不能自动开启和关闭的情况，锻炼工作人员手动完成管道泵3的开启和关闭流程的能力。

本公开实施例提供的自动化控制模拟装置可以用来对工作人员进行培训，培训工作人员通过使用第一可编程序控制器6来联动控制进水电动阀2、管道泵3和出水电动阀4，使得工作人员熟悉对电动阀门的操作，并掌握如何编写控制电动阀门的程序，从而提高技术革新的效果。

然后，可以进行恒压供水自控系统的培训，指导老师可以指导工作人员设计恒压供水自控系统的控制电路，编写相应的恒压供水自控程序，并在第二触摸屏14上组态出相应的显示画面，然后，将编写好的恒压供水自控程序下载到第二可编程序控制器15中。

在第二触摸屏14上操作开启恒压供水自控功能，并调节第一小流量调节阀 11、第二小流量调节阀12和大流量调节阀13，观测第一水泵8和第二水泵9的运行状态是否可以实现恒压供水。

本公开实施例提供的自动化模拟装置，使得参加培训的工作人员更加了解管道泵自控系统和恒压供水自控系统。使教师在讲课时能进行演示项目，讲清楚工作的整个过程，学员能够更加直观的学习和观察，并分析电路实现的环节。由于本装置采用了压力变送器器和水位传感器，使得自动化控制模拟装置更加符合实际情况，实现了与生产现场对接的作用。本公开实施例提供的自动化模拟装置可以给工作人员做直观演示和分解操控，引导工作人员练习触摸屏组态画面，实现其功能。对于恒压供水触摸屏控制中，引导工作人员熟悉PID控制，理解压力传感器、水位传感器、可编程序控制器与变频器的联动控制，改变了以前培训只讲原理，或通过模拟软件模仿的方式，具备了实物参照作用。

以上所述仅为本公开的较佳实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

设计图

自动化控制模拟装置论文和设计

自动化控制模拟装置论文和设计-唐卫红

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

相关信息详情

猜你喜欢