一种流程工业多变量过程动态特性水力模拟实验装置及其方法制造方法及图纸

一种流程工业多变量过程动态特性水力模拟实验装置及其方法，涉及一种流体实验装置及其方法，所述装置包括集成水槽、循化水槽、电控阀、水泵、测量变送器；集成水槽三层结构组合，将三层叠放在框架上；槽底部侧下部装有液阻节流件；转子流量计、压力表安装在管路上；所述方法由给出的过程动态特性，即有具体数值的线性常变量传递函数、多变量耦合传递函数矩阵等数学模型，通过流量、节流孔径、液位曲线族图方法求出模拟用的数据，并通过观测各水槽液位变化看到实际工程工艺过程在设备、机器中看不到的状态变化过程和计算结果；为各种种类繁多的机器、设备、装置及其生产过程的提供温度、压力、液位、物性等对象有具体数值的数学模型进行水力模拟实验。

A Hydraulic Simulation Experimental Device and Method for Dynamic Characteristics of Multivariable Process in Process Industry

A hydraulic simulation experimental device and method for multivariable process dynamic characteristics in process industry involves a fluid experimental device and method, which includes an integrated flume, a circulating flume, an electronic control valve, a water pump and a measuring transmitter; an integrated three-layer structure combination of flumes, in which three layers are overlapped on a frame; a hydraulic resistance throttle is installed at the bottom side of the flume; and a rotor flowmeter and a pressure gauge are installed at the bottom side of the flume. The method is installed in the pipeline, and the simulation data are obtained by the given dynamic characteristics of the process, i.e. the linear constant variable transfer function with specific numerical values and the multi-variable coupled transfer function matrix, and the simulation data are obtained by the flow rate, throttle aperture and liquid level curve family diagram method, and the actual engineering process can not be seen in the equipment and machine by observing the change of liquid level in each tank. The process of state change and the results of calculation; the hydraulic simulation experiments are carried out for various kinds of machines, equipments, devices and their production processes to provide mathematical models with specific numerical values for temperature, pressure, liquid level, physical properties and other objects.

【技术实现步骤摘要】
一种流程工业多变量过程动态特性水力模拟实验装置及其方法
本专利技术涉及一种流体实验装置及其方法，特别是涉及一种流程工业多变量过程动态特性水力模拟实验装置及其方法。
技术介绍
水力模拟实验装置是一种以水为介质，通过多个槽间无管路无阀门阻容水槽、水泵、循环水槽、测量变送器、控制阀等组成的模拟对象可以模拟有具体参数值的温度、压力、液位、物性等过程，为研究各种控制原理、技术的控制系统提供一个广义对象物理模拟实验平台，它比用数字计算机模拟更近于实际应用，用于过程实验教学更直观，对理解很多专业概念、术语更形象、易懂、深刻。由于实验平台不但有被控对象，还有自动化工具及接线端子排连接方式。开放性好，可用于过程控制、系统辨识、专业课程设计、毕业环节，专科生、本科生、硕士、博士研究生实验研究，有利于专业实践能力培养和动手能力的训练。这种数学模型是对大化工（化工、石油、冶金、建材、制药、食品、酿造生物化工、新农业等领域），以流体(各种气、汽、液、粉体、电能)及其机器设备装置生产过程的抽象化得到动态数学模型。目前模拟方法分三大类：1.数字模拟即计算机和软件模拟如Matlab、Simulink,具有通用性强，速度快使用灵活方便，是一个发展方向。但目前仍有不足之处如：(1)抽象，它实质是解数学题，对实际过程不易理解，不如物理模拟方法①抽象，数学模型是真实运动过程的抽象表达方式，对实际过程不易理解，不如有真实感、有实时性的物理模拟。②被控对象流动过程的隐性状态——零点反映不出。如有前后相互影响的对象，二、三阶传递函数中，对有实际存在的一个或两个零点表达不出。若加上去，就不是那个对象输出状态的传递函数了。③数学模型中常对真实过程运动随机产生的不少不确定性仿真不出。如P型规范型耦合对象，原来是稳定的，但在耦合运动中可能产生的不稳定零、极点仿真不出。④传递函数是增量型（初始条件为“0”）的数学模型，仿真时一般不考虑连续过程的各状态（常是这样）问题，仅考查被控对象输出状态的变量。而真实过程是分布参数过程，稳态、动态时各空间状态值不同，状态变化过程各处的工艺参数数值不同，虽然被控变量质量符合要求，实际质量不符合要求，如温度对象，若控制过程温度过高会使其他状态的产物、产品变色、结焦等，不可逆反应过程收率降低。（2）没用到专业自动化工具：仪表、控制阀。①没有使用实际的自动控制系统，不考虑组成本专业用的控制系统各环节的正、负性问题。不少学生毕节环节中见到传感器、温度变送器、控制阀等不知为何物。仅用计算机仿真实验，不用或很少用近于实际应用的物理模型实验，不利于应用型专业学生的培养。自动控制界长期以来困惑于理论研究与工程实际需求的严重脱节。每年都有发表大量的论文，计算机仿真效果很满意，但很难得到工程实践的验证，有的甚至是理论上的空谈。②测量变数器的安装，控制阀的控制能力，机泵的供压大小等随机变化，对控制质量常会有很大影响，计算机仿真实验反映不出来。2.计算机仿真+教具模型：教具模型是只能看其外型而其内没有任何东西流动，仅好看而已，实际仍是数字仿真。此法是对资源和人力及投资的浪费。3.物理模拟法有二种（1）外形相似，结构简化，尺寸缩小，有一定功能的模拟方法。如各种精馏塔，反应器，换热器，锅炉等，被控变量有温度、压力、液位、物性等，以这些参数命名作为被控对象，似乎很真实，但有专一性，很难比较全面的模拟出过程控制中各种塔、釜、炉、窑、器、室、池、机器等动态特性。有的实验装置上的锅炉，是一个有双层夹套里外通水的电加热器，几乎没有工业炉特征，其中一个实验题目是锅炉内胆水温与夹套水温解耦控制系统实验。这是不合理的，实际中没有，会误导学生。最大缺点之一，这种物理模拟方法要得到数学模型只能通过测试曲线并处理才能得到。（2）目前厂商有提供水槽和锅炉的实验装置中有双容水槽液位，三个水箱液位控制系统两个题目，在实际应用中没有，误导学生。用二三个阻容水槽作模拟对象实际上是对温度、压力物性、液位等二阶三阶对象的一种物理模拟法。同样给不出建模需要的技术数据。因为液阻大小是用手动阀门调开度大小实现的，虽然是很方便，但不知道具体数值且重复性差,若维护不好，时间一长，甚至手动阀常拧不动，准确调开度大小都困难。几乎没有多变量过程，如若用于多变量过程更麻烦，更特别费时。实验装置上还有其他用途的手动阀，少则十几个，多则几十个使用不太方便，常是老师提前调试好开度或通断，若学生一动就麻烦了。这些实验装置价格高、投资大、耗能多，一套装置只能提供一个实验组用，套数少的院校，常是少数人做实验多数人看实验，教学效果差。水槽较少，控制阀门少，不易或不能做多变量对象模拟。另外，常用的专业术语概念，如传递函数的零极点，时间常数，增益，可控性，可观性，状态等，在实际现场金属性的装置上直接看不到内部情况，不易知道这些该概念会产生在哪。而实验目的之一是加深对它们的理解。对此，本专利技术人以前曾申请过中国专利技术专利，本申请于前存有诸多不同，比如：1.以前模拟的是标量单输入单输出数学模型，现在是多输入多输出的向量数学模型，由量变到质变，相当于电子的分立元件组成升级到小规模集成电路组成，因此它不但模拟复杂的数学公式，还给出计算结果故名。2.以前的模拟水流为模拟工艺过程流动，现在又增加模拟检测信号的微小流，共两种流动。3.以前的线模拟的稳态增益范围在0.2-2，现在利用新技术范围为0.2-10左右，在国内，世界同类实验装置都达不到。4.以前主要考虑本科生用，一个装置可同时供4个实验组用，主要模拟单输入-单输出被控对象（标量），现在主要为硕、博研究生用，增加成为多输入-多输出对象（向量），为有同一标准的水平，对测量变送器、控制阀等自动化工具，模拟用的水压、管路设计、水槽设计都有新的技术和规定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种流程工业多变量过程动态特性水力模拟实验装置及其方法，本专利技术是对给出的温度T、压力P、液位L、物性A等被控对象传递函数，传递函数矩阵数学模型的水力模拟和计算。能直接看到实际工程中用肉眼直接看不到的实际流体（气、汽、液、电能等）运动过程及运算结果。进行动态特性模拟实验和各种控制系统的实验。适用于专科职校、高校、科研院所、相关专业培训机构、工厂等自动化教学研究及教学仪器设备生产厂家。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种对流程工业多变量过程动态特性水力模拟实验装置，所述装置包括集成水槽、循化水槽、电控阀、水泵、测量变送器；集成水槽三层结构组合，每层多个水槽集成为一体，将三层叠放在框架上，其下放循环水箱并与电控阀、水泵相连；四个控制阀门安装在框架上；测量变送器安装在几个钢管立柱上，根据需要不同实验时，变送器可调整需要高度，横向集成的每个水槽外下侧设有接出短管，与测量变送器连接；测量变速器量程、控制阀口径、水泵压力必须按多变量过程模拟；集成水槽用透明亚克力材料制成，也可单独一体制成多个小槽集成隔断，每个小槽下部制有垂直相对四孔；槽底部侧下部有的孔装有液阻节流件；转子流量计、压力表安装在管路上；电信号通过接线端子排连接。所述的一种对流程工业多变量过程动态特性水力模拟实验装置，所述框架下方设为循环水箱和水泵。所述的一种对流程工业多变量过程动态特性水力模拟实验装置，所述管路用透明塑料软管。一种对流程工业多变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对流程工业多变量过程动态特性水力模拟实验装置，其特征在于，所述装置包括集成水槽、循化水槽、电控阀、水泵、测量变送器；集成水槽三层结构组合，每层多个水槽集成为一体，将三层叠放在框架上，其下放循环水箱并与电控阀、水泵相连；四个控制阀门安装在框架上；测量变送器安装在几个钢管立柱上，根据需要不同实验时，变送器可调整需要高度，横向集成的每个水槽外下侧设有接出短管，与测量变送器连接；测量变速器量程、控制阀口径、水泵压力必须按多变量过程模拟；集成水槽用透明亚克力材料制成，也可单独一体制成多个小槽集成隔断，每个小槽下部制有垂直相对四孔；槽底部侧下部有的孔装有液阻节流件；转子流量计、压力表安装在管路上；电信号通过接线端子排连接。

【技术特征摘要】
1.一种对流程工业多变量过程动态特性水力模拟实验装置，其特征在于，所述装置包括集成水槽、循化水槽、电控阀、水泵、测量变送器；集成水槽三层结构组合，每层多个水槽集成为一体，将三层叠放在框架上，其下放循环水箱并与电控阀、水泵相连；四个控制阀门安装在框架上；测量变送器安装在几个钢管立柱上，根据需要不同实验时，变送器可调整需要高度，横向集成的每个水槽外下侧设有接出短管，与测量变送器连接；测量变速器量程、控制阀口径、水泵压力必须按多变量过程模拟；集成水槽用透明亚克力材料制成，也可单独一体制成多个小槽集成隔断，每个小槽下部制有垂直相对四孔；槽底部侧下部有的孔装有液阻节流件；转子流量计、压力表安装在管路上；电信号通过接线端子排连接。2.根据权利要求1所述的一种对流程工业多变量过程动态特性水力模拟实验装置，其特征在于，所述框架下方设为循环水箱和水泵。3.根据权利要求1所述的一种对流程工业多变量过程动态特性水力模拟实验装置，其特征在于，所述管路用透明...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪兴权，宗学军，
申请(专利权)人：沈阳化工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21