过程装备控制实验装置的开发与应用

魏先鸣（哈尔滨石油学院，黑龙江 哈尔滨 150000）

过程装备控制实验装置的开发与应用

魏先鸣（哈尔滨石油学院，黑龙江 哈尔滨 150000）

Development and application of process and equipment control experimental device

随着社会的发展，经济全球化的趋势增强，自动化技术不断发展，为社会研发出了大量技术，这些技术广泛运用于人类的生活当中，为人们带来极大的便利。本文将探讨过程装备控制实验装置的开发和应用。

过程装备控制；实验装置；开发应用

过程装备与控制工程专业的前身叫做化工机械专业，是一门集化学工程、机械工程和控制工程等多学科为一体的交叉性科学。过程装备与控制工程涉及的领域非常之多，包括石油、石化、化工、医药、环保、机械、能源、轻工、食品和控制等方面，几乎涵盖了我国国民经济中的重要领域。随着社会的发展，经济全球化的趋势增强，自动化技术不断发展，为社会研发出了大量技术，这些技术广泛运用于人类的生活当中，为人们带来极大地便利。自动化技术极大地便利了当今人们的生产生活，其发展水平已经成为衡量一个国家工业水平的重要标准。自动化技术也成为广大工业技术人员的一项必备能力，需要各个学校不断加强相关教育，为我国社会培养出更多更好的自动化技术人才，从而不断促进我国的工业发展水平。近年来，各个学校的过程装备与控制实验装置面临着非常大的挑战与压力，尤其开设的实验项目种类繁杂，包括压力容器应力测定实验、离心泵性能实验、外压容器稳定性实验和压缩机性能实验等装置。为了弥补以往过程装备与控制工程实验装置出现的问题和存在的不足，本文将采用自动化装置来模拟生产化过程中的压力、温度和流量等各种参数，以科学合理的控制，达到满足社会发展的需求，以研究设计一套新型的过程装备与控制综合实验装置，对其设计思路、装置的构建和应用进行分析介绍。

1 实验装置的总体设计方案

过程装备控制实验装置为液位自控实验装置，实验装置的设备包含换热器、锅炉、反应器或者泵等具有代表性的设备或流体机械；控制系统的组成包括：调节器、被控对象、执行器、测量元件和变送器和控制系统各参量，可以进行压力、流量、温度和液位（或物位）等多种控制系统内容的实验。整个实验装置设置必备的信号联动保护装置，将工艺装置部分的测量信号与计算机的信号调理板对接，仪表的电源和计算机电源，以及D/A、水泵的按钮开关、信号指示灯等各种设备以构建成一个电控箱，并把电控箱安装在工艺装置部分中部。让实验装置系统具有一个独立的数据采集和记录系统，更加利于实验数据的收集与分析处理。同时与工业实际生产的过程和控制方式相同，以更好的满足工业生产的需要。

2 整个实验装置的构造流程图

基于以上设计方案，实验装置的基本构造由水泵、水管、水龙头和电动执构成；根据水泵的流量特性选择水槽的材料特写和尺寸大小，并依据水槽的尺寸大小选择传感器的类型和尺寸与液位计，估算控制柜的尺寸，再整体分析各个元件大体定整体框架尺寸。磨的部分构造，物料从料仓经喂料机送给CKP磨，并通CKP 磨磨出来的粗粉，然后再次被送入磨内以研磨，然后细粉被送出，并送到皮带称上称重，称重后就可以得到细粉的重量。实验装置工艺流程就会得出图1。

图1 液位实验装置工艺流程图

从图1中，我们可以发现有三个水槽，而槽1和槽2为被控对象，槽3为储槽。槽1和槽2的液位高度L1和L2分别经过两台差压变送器测出。槽3是为了构成水的循环而设置的。槽3中的水通过水泵1或2抽出，然后通过孔板和控制阀后送入槽1或2，两路水管中的水流量大小则经过各自的变压器（与孔板配合）回到储槽3中，这样最终实现了对水来说始终处于循环过程。其中Fl所在的管道为主物料管道，F2管 线是专供作为加干扰用。可以说这套实验装置是由供水系统、控制对象和操作控制台组成。

一是供水系统。供水系统的目的是让整个系统装置提供模拟水，主要包括提供高位水箱水、自来水和水泵水。而且对供水量和供水压力等参数的控制可以通过控制面板上的控制器实现对系统里的变频器给予控制。

二是控制对象。控制对象是实现对工业生产的实际操作状况进行模拟，该部分最大的特点就是利用快速连接器以进行多样化的实验过程组装，以符合不同实验和模拟不同工业生产条件的要求。控制对象有锅炉、容器、管道和泵等各种装置，还有相关的手动控制法门、管路快速连接器与检测用的各种元件等设备。这些对象组成的系统就可以对对液位、流量、压力和温度等关键参数给予自动化控制。

三是操作控制台。该部分是把各个关键控制的按钮集中在一起，并且有许多的原件控制按钮及模块，以方便操作者进行使用操作。操作控制台上的仪表盘还有一个优点就是为操作者提供自己动手的条件，并且根据实际操作需要和操作者的习惯进行操作。

3 过程装备控制实验装置的应用

过程装备控制实验装置利用软管制成的迅速连接器把各种控制对象连接起来形成一个有机的整体，并且利用对控制对象的连接及流程的变化实现不同的操作流程，以达到实现对各种工业环境的真实模拟。具体模拟操作功能包括：可以对锅炉内和夹套内的水温给予简单的自动控制，还可以对锅炉进出水量进行简单的自动控制。对各种容器、锅炉和高位水箱等液位采取简单的自动化控制。水泵等设备的进出水压简单的自动控制。锅炉的进出水压和进出水量相互关系的简单测试。单容、双容和多容被控对象数学模型的测试，以及其他方面的控制。

在应用上，我们需要对其方法进行说明。案例对锅炉内的水位进行自动控制，使用水源是用高位水箱内的水，进水阀当作基本的执行器。方法步骤：首先是观察高位水箱内的液位水量是否在70%以上，要求水量在70%以上是保证高位水箱的液位高于水泵，即使高位水箱内的水流入锅炉里面后仍然有30%的水，可以保证水泵不会在无水的环境下空转，以防烧坏水泵。其次利用软管快速连接器把各个接口连接形成一个装置系统，如：把进水阀出口和锅炉内进水口连接。把锅炉内出水和水池入水连接。把低压进水也就是高位水箱出水和进水阀入口连接。把操作控制台上的接线端子按照相应的顺序进行连接。并注意查看有没有接错或未接牢现象发生，确保无误后再通电。最后对控制操作台上的每个智能自动调节器的一定参数给予设定，对人工智能调节器的比例大小、积分时间常数和微分时间常数给个工程整定，并取最佳的控制器参数。

过程装备控制实验装置的开发真实模拟了工业自动控制生产过程中装备的温度、液位、流量、压力等各项参数为自动化、热力动力工程、化学工程等专业的科研实践、产品研发提供了有力条件，具有极高的应用价值。

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TP273

1009-797X(2016)06-0046-02

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10.13520/j.cnki.rpte.2016.06.015

魏先鸣（1996-），男，哈尔滨石油学院在读，过程装备与控制工程专业。

2016-02-15