过程控制供水教学模型

1.本发明涉及教育演示用具领域，特别涉及一种过程控制供水教学模型。


背景技术：

2.过程控制是指以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。随着经济社会的发展，人们对生活品质的需求越来越高，越来越多的用户选择安装过程控制恒压供水系统，对供水系统的技术人员的需求越来越大。在对技术人员的培训过程中，由于供水系统较为庞大，一般使用计算机软件仿真模拟的方式进行教学，学员难以获得直观体验，教学效果较差。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种过程控制供水教学模型。
4.根据本发明实施例的过程控制供水教学模型，包括第一水箱，所述第一水箱设有第一进水口、第一出水口和第一通气口，所述第一进水口设于所述第一出水口的上方；所述第一水箱的外侧设有循环管路，所述循环管路的两端分别与所述第一进水口、所述第一出水口连接，所述循环管路设有水泵、水压传感器和第一阀门，所述水泵、所述水压传感器和所述第一阀门顺次设置于所述第一出水口和所述第一进水口之间；还包括控制模块、输入模块和显示模块，所述水压传感器、所述水泵、所述输入模块和所述显示模块均与所述控制模块电性连接。
5.根据本发明实施例的过程控制供水教学模型，至少具有如下技术效果：使用时，在第一水箱中加入水，然后启动水泵，使水循环流动，输入模块用于输入目标压力，显示模块显示水压传感器检测到的压力值以及水泵的功率等参数；第一阀门的开度模拟用户的用水量，调节第一阀门的开度，循环管路中的压力随之变化，控制模块根据水压传感器的信号控制水泵的功率，随着水泵功率的变化循环管路中的压力趋近目标压力，学员能获得过程控制的直观体验；第一水箱中的水循坏流动，无需额外供水排水也可持续运行，便于进行教学演示；第一通气口用于平衡第一水箱内外的气压。
6.根据本发明的一些实施例，所述循环管路旁侧设有排水管，所述排水管的一端与所述循环管路连通、连通处称为排水连通口，所述排水连通口设于所述第一出水口与所述水泵之间，所述排水管设有排水阀门。通过设置排水管和排水阀门，教学完毕时打开排水阀门即可排出教学模型中的水，便于排水。
7.根据本发明的一些实施例，所述循环管路设有流量传感器，所述流量传感器串连设置于所述水压传感器的旁侧，所述流量传感器与所述控制模块电性连接。这样本发明还能用于演示恒流供水系统。
8.根据本发明的一些实施例，所述第一水箱的上方设有第二水箱，所述第二水箱设有第二进水口、第二出水口和第二通气口，所述第二进水口设于所述第二出水口的上方，所
述第二水箱设有液位感应组件，所述液位感应组件与所述控制模块电性连接；所述循环管路设有第一连通口和第二连通口，所述第一连通口设于所述水压传感器与所述第一阀门之间，所述第二连通口设于所述第一阀门与所述第一进水口之间，所述第一连通口与所述第二进水口之间连接有第一连通管，所述第一连通管设有第二阀门；所述第二连通口与所述第二出水口之间连接有第二连通管，所述循环管路具有第一管段，所述第一管段设于所述第二连通口与所述第一进水口之间，所述第一管段或所述第二连通管设有第三阀门。对于一些高层建筑，为了使水压恒定，经常在建筑物的顶部设置储水箱，第二水箱能用于模拟设置于建筑物顶部的储水箱，本发明能作为设有储水箱的供水系统的教学模型。
9.根据本发明的一些实施例，所述第一连通管设有电磁阀，所述电磁阀与所述控制模块电性连接。演示时，可打开第二阀门和第三阀门，第一阀门的开度模拟用户的用水量，水泵保持启动，控制模块根据液位感应组件的信号控制电磁阀的开闭，这样能对压力恒定和自动补水的供水系统进行模拟。
10.根据本发明的一些实施例，所述液位感应组件包括两个液位开关，两个所述液位开关的高度位置均设于所述第二进水口和所述第二出水口之间，两个所述液位开关上下间隔设置。第二水箱中的液位高于位于上侧的液位开关时，控制模块控制水泵停止，停止对第二水箱供水，第二水箱中的液位低于位于下侧的液位开关时，控制模块控制水泵启动，进行对第二水箱供水，实现自动补水系统的模拟。
11.根据本发明的一些实施例，所述液位感应模块包括超声波液位计。显示模块还能显示第二水箱的液位高度，学员能知晓第二水箱中液位的变化情况，教学效果更好。
12.根据本发明的一些实施例，所述第一水箱和所述第二水箱均为透明材料构件。这样学员能直接观察到第一水箱和第二水箱内液位的变化，教学效果更好。
13.根据本发明的一些实施例，所述第一水箱的底部和所述第二水箱的底部均呈漏斗状，所述第一出水口设于所述第一水箱的底端，所述第二出水口设于所述第二水箱的底端。这样便于从排水管完全排出第一水箱和第二水箱内的水，防止造成积水。
14.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
15.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
16.图1是本发明实施例的过程控制供水教学模型的结构示意图。
17.附图中：
18.110-第一水箱；111-第一通气口；120-第二水箱；121-第二通气口；300-循环管路；301-第一连通管；302-第二连通管；310-排水阀门；320-水泵；330-水压传感器；340-流量传感器；350-电磁阀；360-第二阀门；370-第一阀门；380-第三阀门；410-第一液位开关；420-第二液位开关；430-超声波液位计。
具体实施方式
19.下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同
或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
20.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
21.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
22.下面参考图1描述根据本发明实施例的过程控制供水教学模型。
23.根据本发明实施例的过程控制供水教学模型，包括第一水箱110，第一水箱110设有第一进水口、第一出水口和第一通气口111，第一进水口设于第一出水口的上方；第一水箱110的外侧设有循环管路300，循环管路300的两端分别与第一进水口、第一出水口连接，循环管路300设有水泵320、水压传感器330和第一阀门370，水泵320、水压传感器330和第一阀门370顺次设置于第一出水口和第一进水口之间；还包括控制模块、输入模块和显示模块，水压传感器330、水泵320、输入模块和显示模块均与控制模块电性连接。
24.例如，如图1所示，第一出水口位于第一水箱110的底部，第一进水口位于第一水箱110的顶部，循环管路300从第一出水口引出后向左侧延伸至水泵320、然后从水泵320的上侧引出并连接至第一阀门370、然后从第一阀门370的引出并连结至第一进水口，水压传感器330通过三通接头旁接在水泵320的出口处。控制模块、输入模块和显示模块合称为控制装置，控制装置为工控机，控制模块为主机，输入模块为键盘鼠标，显示模块为显示器；水泵320为伺服泵，控制模块被配置为根据水压传感器330的信号控制水泵320的功率；第一阀门370为手动调节阀。
25.使用时，在第一水箱110中加入水，然后启动水泵320，使水循环流动，输入模块用于输入目标压力，显示模块显示水压传感器330检测到的压力值以及水泵320的功率等参数；第一阀门370的开度模拟用户的用水量，调节第一阀门370的开度，循环管路300中的压力随之变化，控制模块根据水压传感器330的信号控制水泵320的功率，随着水泵320功率的变化循环管路300中的压力趋近目标压力，学员能获得过程控制的直观体验；第一水箱110中的水循坏流动，无需额外供水排水也可持续运行，便于进行教学演示；第一通气口111用于平衡第一水箱110内外的气压。
26.在本发明的一些实施例中，循环管路300旁侧设有排水管，排水管的一端与循环管路300连通、连通处称为排水连通口，排水连通口设于第一出水口与水泵320之间，排水管设有排水阀门310。通过设置排水管和排水阀门310，教学完毕时打开排水阀门310即可排出教学模型中的水，便于排水。
27.在本发明的一些实施例中，循环管路300设有流量传感器340，流量传感器340串连设置于水压传感器330的旁侧，流量传感器340与控制模块电性连接。流量传感器340串连设
置于循环管路300上，显示模块显示流量传感器340检测到的流量大小，控制模块根据流量传感器340的信号控制水泵320的功率，这样本发明还能用于演示恒流供水系统。
28.在本发明的一些实施例中，第一水箱110的上方设有第二水箱120，第二水箱120设有第二进水口、第二出水口和第二通气口121，第二进水口设于第二出水口的上方，第二水箱120设有液位感应组件，液位感应组件与控制模块电性连接；循环管路300设有第一连通口和第二连通口，第一连通口设于水压传感器330与第一阀门370之间，第二连通口设于第一阀门370与第一进水口之间，第一连通口与第二进水口之间连接有第一连通管301，第一连通管301设有第二阀门360；第二连通口与第二出水口之间连接有第二连通管302，循环管路300具有第一管段，第一管段设于第二连通口与第一进水口之间，第一管段或第二连通管302设有第三阀门380。第二阀门360和第三阀门380均为手动调节阀；第一连通口设于流量传感器340与第一阀门370之间，第二进水口设于第二水箱120的顶部，第一连通管301从第一连通口向上延伸至第二阀门360、然后从第二阀门360引出并连接至第二进水口；对于一些高层建筑，为了使水压恒定，经常在建筑物的顶部设置储水箱，第二水箱120能用于模拟设置于建筑物顶部的储水箱，本发明能作为设有储水箱的供水系统的教学模型。以第三阀门380设于第一管段为例，不需使用第二水箱120时，第二阀门360闭合、第三阀门380打开，水只在第一水箱110和循环水路内循环，第一阀门370的开度模拟用户的用水量，需要使用第二水箱120时，第二阀门360打开、第一阀门370闭合，水在第一水箱110和第二水箱120内循环，第三阀门380的开度模拟用户的用水量，控制模块根据液位感应组件的信号控制水泵320的启停，使第二水箱120内的水能及时得到补充，对自动补水的供水系统进行模拟。在另一些实施例中，第三阀门380设于第二连通管302，不需使用第二水箱120时，第二阀门360闭合、第三阀门380闭合，第一阀门370的开度模拟用户的用水量；需要使用第二水箱120时，第二阀门360打开，第一阀门370闭合，第三阀门380的开度模拟用户的用水量；而且，能随时切换，即使第二水箱120中有水也能切换成不需要第二水箱120的状态，第二水箱120中的水不会对后续的演示造成影响。
29.在本发明的一些实施例中，第一连通管301设有电磁阀350，电磁阀350与控制模块电性连接。电磁阀350与第二阀门360串连设置；演示时，可打开第二阀门360和第三阀门380，第一阀门370的开度模拟用户的用水量，水泵320保持启动，控制模块根据液位感应组件的信号控制电磁阀350的开闭，这样能对压力恒定和自动补水的供水系统进行模拟。
30.在本发明的一些实施例中，液位感应组件包括两个液位开关，两个液位开关的高度位置均设于第二进水口和第二出水口之间，两个液位开关上下间隔设置。第二水箱120有透明材料制成，液位开关为光电液位开关，液位开关设于第二水箱120的外侧，第一水箱110、第二水箱120和两个液位开关可通过外设的支撑架安装在一起，两个液位开关分别称为第一液位开关410和第二液位开关420，第一液位开关410设于第二液位开关420的上方；第二水箱120中的液位高于位于上侧的液位开关、即第一液位开关410时，控制模块控制水泵320停止或电磁阀350闭合，停止对第二水箱120供水，第二水箱120中的液位低于位于下侧的液位开关、即第二液位开关420时，控制模块控制水泵320启动且电磁阀350打开，进行对第二水箱120供水，实现自动补水系统的模拟。
31.在本发明的一些实施例中，液位感应模块包括超声波液位计430。超声波液位计430从第二水箱120的顶部插入第二水箱120；超声波液位计430能检测第二水箱120中液位
的实时高度，这样本发明能模拟pid控制的恒水位系统；显示模块还能显示第二水箱120的液位高度，学员能知晓第二水箱120中液位的变化情况，教学效果更好。
32.在本发明的一些实施例中，第一水箱110和第二水箱120均为透明材料构件。这样学员能直接观察到第一水箱110和第二水箱120内液位的变化，教学效果更好。
33.在本发明的一些实施例中，第一水箱110的底部和第二水箱120的底部均呈漏斗状，第一出水口设于第一水箱110的底端，第二出水口设于第二水箱120的底端。这样便于从排水管完全排出第一水箱110和第二水箱120内的水，防止造成积水。
34.以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。