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仪器仪表仿真系统在过程自动化工程师培养中的应用研究

作　者: 孙江丽
导　师: 马昕
学　校: 北京化工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 仪表选型机理建模仿真设计故障仿真数据库设计
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

自动化仪器仪表在现代化工业生产中占有非常重要的地位,仪器仪表选择的好坏是衡量自动化水平的重要指标之一。对于一个合格的自动化过程工程师而言,不仅需要具备有研究各类仪器仪表的输入输出特性和故障分析的能力,还需要掌握常用的仪器仪表选型技术。然而目前而言,国内自动化过程工程师的教学有些理论偏离实际,很多过程工程师不具备有将仪器仪表的理论研究和实际工作相结合的能力。为了较好的解决上述问题,本课题对常用的自动化仪器仪表进行了机理分析和动态仿真建模,同时收集了国内主要厂家自动化仪表的产品参数,建立了比较全面的自动化仪表产品数据库,编写了仪表自动选型软件。课题研究的自动化仪表包括调节阀、压力传感器、温度传感器、流量传感器和物位传感器。本课题具体研究内容及研究成果如下：1)常用自动化仪器仪表的机理分析和动态仿真建模工作,包括建模目的提出、建模及仿真思路的分析、建模机理的研究以及针对机理进行建模等四个方面内容；2)仪表仿真采用C++编程语言实现,程序响应速度快,可移植性好。本课题所采取的设计模式为建造者模式,依据所建立的数学模型进行UML设计,模型包括用例分析、时序图以及设计图三方面内容；3)搜集了国内主要厂家部分自动化仪表的产品数据,建立了产品数据库,并提供产品检索、添加和删除信息功能；4)借助虚拟仪器的思想对仪器仪表进行界面及曲线实现,包括正常参数传递、曲线输出、仪器自定义和调节阀故障分析等环节；5)编写了仪表自动选型软件,将仪表仿真模型和产品数据库进行链接。通过选择可配置参数,用户可以在相同工况下进行了对不同厂商同类型仪器的仿真曲线进行对比,极大的方便了仪器仪表选型工作,提高了自动化过程工程师的工作效率。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章绪论  14-22
  1.1 课题研究的背景和意义  14-16
  1.2 仪器仪表选型、仿真及其教学的现状  16-18
  1.3 相关技术  18-20
    1.3.1 虚拟仪器  18-19
    1.3.2 数据库的设计方案  19
    1.3.3 创建者模式简介  19-20
  1.4 本文的主要研究内容  20-22
第二章调节阀选型方法分析及实现  22-28
  2.1 调节阀选型方法分析  22-23
  2.2 调节阀选型数据库的设计  23-24
  2.3 调节阀选型具体界面的设计  24-26
  2.4 小结  26-28
第三章调节阀建模与仿真设计  28-50
  3.1 调节阀整体联立算法的设计思想  28-29
  3.2 气动执行机构建模与仿真  29-37
    3.2.1 气动阀门定位器与执行机构相联立建模与仿真  30-33
    3.2.2 电-气阀门定位器与执行机构建模与仿真  33-37
  3.3 电动执行机构建模与仿真  37-41
    3.3.1 建模目的及建模及仿真思路  37
    3.3.2 建模机理  37-38
    3.3.3 建模过程  38-40
    3.3.4 仿真设计  40-41
  3.4 阀体的数学模型与仿真  41-43
    3.4.1 建模目的及仿真思路  41
    3.4.2 模型机理及建模过程  41-42
    3.4.3 仿真设计  42-43
  3.5 调节阀故障建模与仿真  43-45
    3.5.1 建模目的及仿真思路  43
    3.5.2 建模机理及建模过程  43-44
    3.5.3 仿真设计  44-45
  3.6 整体的仿真设计  45-48
    3.6.1 用例分析  45-46
    3.6.2 具体仿真设计  46-48
  3.7 小结  48-50
第四章传感器选型及仿真  50-78
  4.1 整体模型设计  50-51
  4.2 流量传感器选型分析、数据库设计与界面设计  51-53
  4.3 流量传感器数学建模与仿真设计  53-61
    4.3.1 电容式涡街流量计数学建模  53-57
    4.3.2 转子流量计数学建模方法  57
    4.3.3 其他流量计建模方法  57-60
    4.3.4 流量传感器总体仿真设计  60-61
  4.4 压力传感器选型分析、数据库设计与界面设计  61-62
  4.5 压力传感器数学建模及仿真设计  62-66
    4.5.1 力平衡式压力变送器建模方法  62-63
    4.5.2 电容式压差变送器建模方法  63-65
    4.5.4 压力传感器总体仿真设计  65-66
  4.6 温度传感器选型分析、数据库设计与界面设计  66-68
  4.7 温度传感器数学建模与仿真设计  68-71
    4.7.1 热电阻温度传感器数学建模方法  68-70
    4.7.2 温度传感器总体仿真设计  70-71
  4.8 物位传感器选型分析、数据库设计与界面设计  71-73
  4.9 物位传感器的数学建模及仿真分析设计  73-75
    4.9.1 浮力式物位传感器建模方法  73
    4.9.2 电容式物位传感器建模方法  73-74
    4.9.3 物位传感器模型总体仿真设计  74-75
  4.10 小结  75-78
第五章仿真曲线的实现  78-92
  5.1 调节阀仿真界面的实现及分析  78-85
    5.1.1 电动调节阀  78-80
    5.1.2 气动调节阀  80-83
    5.1.3 结果比对与筛选  83-85
  5.2 传感器具体仿真界面的实现及分析  85-89
  5.3 自定义界面的实现  89-90
  5.4 小结  90-92
第六章结论与展望  92-94
  6.1 结论  92-93
  6.2 展望  93-94
参考文献  94-98
附录一热电阻分度表  98-100
附录二热电偶分度表  100-102
附录三公称通径的选择咨询表  102-104
致谢  104-106
研究成果及发表的学术论文  106-108
作者及导师简介  108-110
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  110-111

仪器仪表仿真系统在过程自动化工程师培养中的应用研究

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