无介质半实物压力容器
阅读：604发布：2021-01-20
专利汇可以提供无介质半实物压力容器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及一种无介质半实物 压 力 容器 ，包括压力容器、仿真液位计、管道、仿真压力表、仿真 阀 门 ，其中：仿真液位计为由计算机控制 单片机 将 信号 经过 三极管 及限流 电阻 控制一组双色 二极管 ；仿真阀门由旋转 手柄 、 阀体 、多圈螺旋电位器构成，阀门旋转手柄的旋杆与电位器的轴相连；仿真压力表的 指针 由步进 电机 驱动。本实用新型通过建立适当的操作界面(实物设备如阀门、按钮等，或计算机 键盘 、 鼠标 )接受操作人员的操作动作，计算机接收操作信号并求解描述压力容器及其附属系统运行现象的数学模型，然后将运行结果发送到适当的显示界面供操作人员监视，从而形成一种压力容器操作现场环境，通过比较操作及过程变量与既定指标实现对操作人员操作 水 平的考核，具有广泛的应用和教学价值。，下面是无介质半实物压力容器专利的具体信息内容。
无介质半实物压力容器
技术领域
背景技术
在实际的半实物仿真系统中，半实物仿真通常有两种情况：其一是用 计算机实现其控制器，而将受控对象作为实物直接放置在仿真回路中构造
半实物仿真系统；另一种控制器用实物，而受控对象使用数学模型。目前
在石油化工与锅炉装置等操作人员和技术人员的培训中，多数采用第一种。 这种仿真试验将对象实体的动态特性通过建立数学模型、编程在计算机上 运行。此外要求有相应的模拟生成传感器测量环境的各种物理效应设备， 而传感器要测量的各种参数要依赖各种模拟物流，因此增加了仿真系统构 建、维护、保养的费用。另一方面，流程介质的介入还存在物流造成的环 境污染和投料成本的增加，不符合当前大力倡导的节能降耗和科学发展的 大环境要求。 发明内容
本发明目的是解决现有技术在过程控制系统的仿真中仍然使用流体介 质而造成环境污染和投料成本增加的问题，提供一种无介质半实物压力容 器。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种无介质半实物压力容器，包括压力容器、仿真液位计、管道、仿 真压力表、仿真阀门，其中：
仿真液位计为由计算机控制单片机将信号经过三极管及限流电阻控制 一组双色二极管；
仿真阀门由旋转手柄、阀体、多圈螺旋电位器构成，阀门旋转手柄的 旋杆与电位器的轴相连；
仿真压力表的指针由步进电机驱动。
而且，所述仿真液位计及仿真压力表均由单片机控制。 本实用新型的优点和有益效果为：
1、本无介质半实物压力容器是以燃煤的热水锅炉实体或者燃气的蒸汽锅炉实体为对象的锅炉仿真培训系统，并结合计算机和先进电气控制技术， 满足操作员培训、考核需要的实物仿真系统。
2、 本无介质半实物压力容器的液位计利用双色LED数码管显示技术， 模拟双色水位计的显示，达到了水位故障的报警与现场的一致。
3、 本无介质半实物压力容器对锅炉本体所涉及到的4类、13只阀门 进行模拟，利用DCS信号采集控制系统，实现了开关量状态的数据采集。
4、 本无介质半实物压力容器所使用的压力表采用单片机与工业现场的 远程控制技术，可准确显示操作人员随机设置的压力值。
5、 本实用新型通过建立适当的操作界面（实物设备如阀门、按钮等， 或计算机键盘、鼠标）接受操作人员的操作动作，计算机接收操作信号并 求解描述压力容器及其附属系统运行现象的数学模型，然后将运行结果发 送到适当的显示界面供操作人员监视，对比实物设备如：仪表、阀门（采 用声、光模拟），从而形成一种压力容器操作现场环境，在操作过程中，通 过比较操作及过程变量与既定指标实现对操作人员操作水平的考核，具有 广泛的应用和教学价值。
附图说明
图1是本实用新型的结构主视图； 图2是图1的液位计电路方框图； 图3是图1的阀门结构放大剖视图； 图4是图1的压力表电路方框图。 具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实 施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。
一种无介质半实物压力容器，参见图1，由压力容器2、仿真液位计3、 管道5、仿真压力表4、仿真阀门6以及控制箱1构成，压力容器为卧式， 固装在基座7上。在锅炉的炉膛内设有浙江大学张向民开发的模拟火焰发 生装置，详细内容可参照《锅炉仿真系统的开发》，本实施例在此不再赘 述。下面详细叙述本实用新型的创新部分：
1、仿真液位计：参见图2。
由计算机控制单片机将信号经过三极管D及限流电阻R控制一组双色 二极管。由于模拟锅炉内没有水，为显示出"汽红水绿"的效果，将两排 红绿双色发光二极管安装在实际水位计的壳体内，计算机根据采集到的锅 炉运行参数来控制相应的二极管发光，模拟水位显示。这是液位计实现方 法的一种，也可根据精度的不同， 一个三极管连接不同个数的双色LED灯，
4计算机把模型计算的百分比水位数据通过单片机的10 口控制三极管的开
断，进而实现灯的红绿交替点亮。
2、 仿真阀门：参见图3。
图3显示的是一种仿真截止阀的结构，由旋转手柄8、阀体IO、多圈 螺旋电位器9构成，旋转手柄转动时，固装在阀体内的电位器也旋转，电 位器的阻值发生变化，相应的中心抽头的电压也发生变化，该电压表示截 止阀的开启度，由此输出不同的电压值。本实施例是针对旋转手柄方式的 阀门。
对于其他阀门（没有图示）如安全阀则在其顶端加装接近开关，内部
阀芯接触或松开接触开关以此模拟安全阀的开或关；如球阀则放入光电传
感器，当手轮转动时，阀门芯挡住或松开光源，以此来模拟球阀的开或关。
旋转手柄阀门的原理是：阀位移的范围对应电位器1-5V的量程，阀门
旋转手柄的旋杆与电位器的轴相连，当阀门旋转时就会产生垂直方向上的 位移，带动电位器的轴上下移动，从而改变了中心抽头对地的电压。
其他阀门如球阀的原理是：
传感器为光电传感器，球阀顾名思义阀体中心是一个球，不过中间有 个洞，旋动球体就可以起到关断和打开阀门的作用。当洞的方向和管道一 致时，表示阀门打开，这时就有光照射到光电传感器上，进而使光电传感 器接通，关断时则相反。传感器为接近开关，当扳动手柄时阀芯就会上移，
当阀芯与传感器之间的距离小于0.2mm时，接近开关就会工作，用此方法 模拟安全阀打开。
3、 仿真压力表，参见图4。
为了使压力表的外形、摆动与真实表一致，利用原炉体上压力表、温 度表的表壳、指针、表盘，采用单片机通过驱动器驱动步进电机ll，步进 电机驱动指针的方式模拟压力表和温度表，原理如图4所示。在选取步进电 机时，选取了步进角与表的每一小刻度相同的电机，这样给设计带来了方 便。本实用新型的仿真压力表也可依此制作仿真温度表以及仿真流量表等 各类仪表。
工作原理是：计算机模型计算出所要指示的数据，通过RS485总线协 议发送到单片机，单片机根据此时的数据大小和上一个数据的大小来判断 旋转的方向，并且把数据换算成步进电机的步数，从而转到对应的位置。
本实用新型将压力容器（如锅炉）实体系统同计算机多媒体虚拟技术 相结合，所有压力容器的监控设备的操作功能，包括显示仪表、开关和指 示灯、操作阀门、压力表、液位计、安全阀等与真实锅炉相同，具有逼真的外形、实际操作的手感。本系统提供的软件、硬件系统具有仿真操作培 训，仿真操作考试、仿真事故模拟等功能，为压力容器教学、管理、操作 人员提供全新的、犹如身临现场的仿真操作培训与评价系统。通过仿真考 核， 一方面提高学员的技术素质和处理事故的应变能力，同时也保证了学
员的培训质量和技能鉴定水平；另一方面免去物流的污染和投料成本，实 现安全低耗、节能环保；是一套具有无任何危险并能随机设置故障和处理 事故功能的仿真操作培训与考核评价系统。
半实物仿真系统；另一种控制器用实物，而受控对象使用数学模型。目前
在石油化工与锅炉装置等操作人员和技术人员的培训中，多数采用第一种。 这种仿真试验将对象实体的动态特性通过建立数学模型、编程在计算机上 运行。此外要求有相应的模拟生成传感器测量环境的各种物理效应设备， 而传感器要测量的各种参数要依赖各种模拟物流，因此增加了仿真系统构 建、维护、保养的费用。另一方面，流程介质的介入还存在物流造成的环 境污染和投料成本的增加，不符合当前大力倡导的节能降耗和科学发展的 大环境要求。 发明内容
本发明目的是解决现有技术在过程控制系统的仿真中仍然使用流体介 质而造成环境污染和投料成本增加的问题，提供一种无介质半实物压力容 器。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种无介质半实物压力容器，包括压力容器、仿真液位计、管道、仿 真压力表、仿真阀门，其中：
仿真液位计为由计算机控制单片机将信号经过三极管及限流电阻控制 一组双色二极管；
仿真阀门由旋转手柄、阀体、多圈螺旋电位器构成，阀门旋转手柄的 旋杆与电位器的轴相连；
仿真压力表的指针由步进电机驱动。
而且，所述仿真液位计及仿真压力表均由单片机控制。 本实用新型的优点和有益效果为：
1、本无介质半实物压力容器是以燃煤的热水锅炉实体或者燃气的蒸汽锅炉实体为对象的锅炉仿真培训系统，并结合计算机和先进电气控制技术， 满足操作员培训、考核需要的实物仿真系统。
2、 本无介质半实物压力容器的液位计利用双色LED数码管显示技术， 模拟双色水位计的显示，达到了水位故障的报警与现场的一致。
3、 本无介质半实物压力容器对锅炉本体所涉及到的4类、13只阀门 进行模拟，利用DCS信号采集控制系统，实现了开关量状态的数据采集。
4、 本无介质半实物压力容器所使用的压力表采用单片机与工业现场的 远程控制技术，可准确显示操作人员随机设置的压力值。
5、 本实用新型通过建立适当的操作界面（实物设备如阀门、按钮等， 或计算机键盘、鼠标）接受操作人员的操作动作，计算机接收操作信号并 求解描述压力容器及其附属系统运行现象的数学模型，然后将运行结果发 送到适当的显示界面供操作人员监视，对比实物设备如：仪表、阀门（采 用声、光模拟），从而形成一种压力容器操作现场环境，在操作过程中，通 过比较操作及过程变量与既定指标实现对操作人员操作水平的考核，具有 广泛的应用和教学价值。
附图说明
图1是本实用新型的结构主视图； 图2是图1的液位计电路方框图； 图3是图1的阀门结构放大剖视图； 图4是图1的压力表电路方框图。 具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实 施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。
一种无介质半实物压力容器，参见图1，由压力容器2、仿真液位计3、 管道5、仿真压力表4、仿真阀门6以及控制箱1构成，压力容器为卧式， 固装在基座7上。在锅炉的炉膛内设有浙江大学张向民开发的模拟火焰发 生装置，详细内容可参照《锅炉仿真系统的开发》，本实施例在此不再赘 述。下面详细叙述本实用新型的创新部分：
1、仿真液位计：参见图2。
由计算机控制单片机将信号经过三极管D及限流电阻R控制一组双色 二极管。由于模拟锅炉内没有水，为显示出"汽红水绿"的效果，将两排 红绿双色发光二极管安装在实际水位计的壳体内，计算机根据采集到的锅 炉运行参数来控制相应的二极管发光，模拟水位显示。这是液位计实现方 法的一种，也可根据精度的不同， 一个三极管连接不同个数的双色LED灯，
4计算机把模型计算的百分比水位数据通过单片机的10 口控制三极管的开
断，进而实现灯的红绿交替点亮。
2、 仿真阀门：参见图3。
图3显示的是一种仿真截止阀的结构，由旋转手柄8、阀体IO、多圈 螺旋电位器9构成，旋转手柄转动时，固装在阀体内的电位器也旋转，电 位器的阻值发生变化，相应的中心抽头的电压也发生变化，该电压表示截 止阀的开启度，由此输出不同的电压值。本实施例是针对旋转手柄方式的 阀门。
对于其他阀门（没有图示）如安全阀则在其顶端加装接近开关，内部
阀芯接触或松开接触开关以此模拟安全阀的开或关；如球阀则放入光电传
感器，当手轮转动时，阀门芯挡住或松开光源，以此来模拟球阀的开或关。
旋转手柄阀门的原理是：阀位移的范围对应电位器1-5V的量程，阀门
旋转手柄的旋杆与电位器的轴相连，当阀门旋转时就会产生垂直方向上的 位移，带动电位器的轴上下移动，从而改变了中心抽头对地的电压。
其他阀门如球阀的原理是：
传感器为光电传感器，球阀顾名思义阀体中心是一个球，不过中间有 个洞，旋动球体就可以起到关断和打开阀门的作用。当洞的方向和管道一 致时，表示阀门打开，这时就有光照射到光电传感器上，进而使光电传感 器接通，关断时则相反。传感器为接近开关，当扳动手柄时阀芯就会上移，
当阀芯与传感器之间的距离小于0.2mm时，接近开关就会工作，用此方法 模拟安全阀打开。
3、 仿真压力表，参见图4。
为了使压力表的外形、摆动与真实表一致，利用原炉体上压力表、温 度表的表壳、指针、表盘，采用单片机通过驱动器驱动步进电机ll，步进 电机驱动指针的方式模拟压力表和温度表，原理如图4所示。在选取步进电 机时，选取了步进角与表的每一小刻度相同的电机，这样给设计带来了方 便。本实用新型的仿真压力表也可依此制作仿真温度表以及仿真流量表等 各类仪表。
工作原理是：计算机模型计算出所要指示的数据，通过RS485总线协 议发送到单片机，单片机根据此时的数据大小和上一个数据的大小来判断 旋转的方向，并且把数据换算成步进电机的步数，从而转到对应的位置。
本实用新型将压力容器（如锅炉）实体系统同计算机多媒体虚拟技术 相结合，所有压力容器的监控设备的操作功能，包括显示仪表、开关和指 示灯、操作阀门、压力表、液位计、安全阀等与真实锅炉相同，具有逼真的外形、实际操作的手感。本系统提供的软件、硬件系统具有仿真操作培 训，仿真操作考试、仿真事故模拟等功能，为压力容器教学、管理、操作 人员提供全新的、犹如身临现场的仿真操作培训与评价系统。通过仿真考 核， 一方面提高学员的技术素质和处理事故的应变能力，同时也保证了学
员的培训质量和技能鉴定水平；另一方面免去物流的污染和投料成本，实 现安全低耗、节能环保；是一套具有无任何危险并能随机设置故障和处理 事故功能的仿真操作培训与考核评价系统。
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