CN102116698A - 一种卫星贮箱(气瓶)检漏自动放气过程的温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种卫星贮箱(气瓶)检漏自动放气过程的温度控制系统，包括温度采集单元、温度控制单元、执行单元和用户界面，其中，温度采集单元包括各种温度传感器及温度模块；温度控制单元包括PLC模块及软件；执行单元包括电比例调压阀、气控阀及相关伺服机构；用户界面包括上位机、触摸屏及软件。本发明也提供了一种卫星贮箱(气瓶)检漏自动放气过程的温度控制方法。该系统和方法适用于卫星贮箱(气瓶)检漏自动放气过程的温度控制，同时对于其它类似工件进行自动放气时的温度控制也同样适用。该系统和方法解决了卫星贮箱(气瓶)放气过程中人工手动控制温度时完全依靠经验进行控制的不确定性和安全隐患，同时，也有效的避免了放气过程中“温度惯性”所带来的极大的不确定性。

Description

一种卫星贮箱(气瓶)检漏自动放气过程的温度控制方法

技术领域

本发明涉及一种温度控制方法，特别是涉及一种卫星贮箱(气瓶)检漏自动放气过程的温度控制方法。

背景技术

目前卫星检漏过程中，贮箱(气瓶)的放气完全靠手动控制，因此贮箱(气瓶)的温度控制方法也一直是“现场人工手动控制方法”。

卫星贮箱(气瓶)在检漏放气过程中，温度具有难以确定的“惯性”，即：当放气停止时，温度仍然继续变化(升高)一段时间后才会停止，而且，这个“一段时间”是很难确定的。现场人工手动控制方法完全依靠操作者的经验或主观意愿来进行控制，一般根据经验提前停止放气，以防止因为“温度惯性”而造成的温度超限；这种方法虽然简单，但却有着很大的不确定性和安全隐患，稍有不慎，就会造成温度超限，分析其原因，主要是由于手动控制依靠的完全是经验，而且与操作者、操作方法、放气设备、产品特点等诸多因素有关，具有很大的不确定性和安全隐患。

随着航天产业化进程的加快，卫星批生产的要求日益严峻，目前的现场人工手动控制方法在一定程度上虽然可以实现卫星贮箱(气瓶)的检漏放气，但由于其固有的人为不确定性和安全隐患，而且需要现场时刻有人值守，在人力资源、时间效率等方面的矛盾也日渐突出。

为了能够更加有效的解决卫星贮箱(气瓶)检漏放气过程中的温度控制问题，本发明人通过对卫星贮箱(气瓶)检漏放气过程的深入细致的研究和实验，最终发现：对于卫星贮箱(气瓶)检漏放气过程的温度控制，主要就是控制放气速度，而对于“温度惯性”，也就是“温度迟滞系统”的控制问题这样的国际性难题，通过适当控制放气速度，并结合实验数据完全可以实现温度控制的目的，并有效的解决了“温度惯性”问题；以这个思路为基础，本发明人提出了一种卫星贮箱(气瓶)检漏自动放气过程温度控制方法。

这种卫星贮箱(气瓶)检漏自动放气过程温度控制方法是根据单位时间内工件温度的变化情况来调节工件的放气速度，并且通过控制放气速度的上限和温度上限，从而实现对工件温度的控制，确保工件温度在设定范围内。

这种控制方法可以完全自动进行卫星贮箱(气瓶)检漏自动放气过程的温度控制，无需有人值守，而且具有很高的可靠性、安全性和工作效率，在多颗卫星的贮箱(气瓶)检漏放气过程中，安全、可靠、高效的完成了温度控制。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种卫星贮箱(气瓶)检漏自动放气过程的温度控制系统。

本发明的另一目的是提供一种利用上述控制系统进行卫星贮箱(气瓶)检漏自动放气过程的温度控制方法。

本发明所提供的卫星贮箱(气瓶)检漏自动放气过程的温度控制系统，包括温度采集单元、温度控制单元、执行单元和用户界面，其中，温度采集单元包括各种温度传感器及温度模块；温度控制单元包括PLC模块及软件；执行单元包括电比例调压阀、气控阀及相关伺服机构；用户界面包括上位机、触摸屏及软件，其中温度采集单元至少由3个温度传感器组成，用于采集气源温度、比例阀出口温度和工件温度，温度传感器量程应不小于工件温度的1.5倍；温度传感器采集的模拟量信号输入至温度控制单元的AD模块，经过处理转换成相应的数字信号，通过PLC进行计算、分析和处理；经过处理的温度信号通过PLC控制执行单元的比例阀和气控阀，进行温度调节和阀门开关动作，完成温度的控制；用户界面为人机交互式界面，用于进行参数设定、控制界面的显示和控制、弹出窗口的显示和操作，以及数据处理工作。

优选地，所述温度采集单元的工件温度传感器为MF501型互换式热敏电阻。

进一步地，所述的热敏电阻，无需电源，可直接粘贴在卫星贮箱(气瓶)表面，不会对卫星造成任何电磁方面的干扰；同型号不同的电阻具有良好的互换性；安装、使用方便。

本发明所提供的卫星贮箱(气瓶)检漏自动放气过程的温度控制方法，包括温度控制参数设定、温度采集和温度控制的方法。其特征在于，根据单位时间内工件温度的变化情况来调节工件的放气速度，并且通过控制放气速度的上限和温度上限，从而实现对工件温度的控制，确保工件温度在设定范围内。

上述的卫星贮箱(气瓶)检漏自动放气过程的温度控制方法，具体包括以下步骤：

1)温度控制参数设定：根据工件温度要求，通过用户界面设置工件温度参数；

2)温度采集：通过温度采集单元采集温度传感器的模拟量；

3)温度控制：温度模拟量通过温度采集单元的温度模块转换为数字量，并输出至温度控制单元的PLC模块，通过PLC软件对温度信号进行处理，计算单位时间内工件温度的变化量；并根据变化情况控制执行单元进行放气速度的调节，从而达到控制工件温度的目的，确保工件最终温度不超过设定值T_s。

其中，在步骤3)中，当单位时间内工件温度的变化量小于ΔT₁时，增加电比例调压阀开度ΔV₁，开度逐渐增加，单位时间内工件温度的变化量也逐渐增大；当单位时间内工件温度的变化量大于ΔT₁时，电比例调压阀开度不再增加，但放气过程还在继续，单位时间内工件温度的变化量还在继续增大；当单位时间内工件温度的变化量大于ΔT₂(ΔT₂＞ΔT₁)时，减小电比例调压阀开度ΔV₂(ΔV₂＜ΔV₁)，开度开始逐渐减小，单位时间内工件温度的变化量也开始逐渐减小，依次类推进行温度控制。

其中，在步骤3)中，比例阀开度有上限限制，根据不同的工件要求设定不同的上限值，例如：工件设定压力为2.0MPa(表压)，上限值一般为2.5MPa(表压)。

其中，在步骤3)中，根据单位时间内工件温度的变化量，确定工件温度的上限T₀(因为温度的惯性作用，T₀＜T_s)，例如：当单位时间内工件温度的变化量小于ΔT₁时，T₀＝95％T_s；当单位时间内工件温度的变化量大于ΔT₁时，T₀＝92％T_s；当单位时间内工件温度的变化量大于ΔT₂时，T₀＝90％T_s。

其中，在步骤3)中，当工件温度达到上限值T₀后，工件放气过程自动停止，工件温度会逐渐下降，当温度下降ΔT_h后，放气过程重新开始。ΔT_h由用户根据工件实际情况进行设置。

本发明所提供的控制系统和控制方法适用于卫星贮箱(气瓶)检漏自动放气过程的温度控制，同时对于其它类似工件进行自动放气时的温度控制也同样适用。本发明所提供控制系统和控制方法解决了卫星贮箱(气瓶)放气过程中人工手动控制温度时完全依靠经验进行控制的不确定性和安全隐患，同时，也有效的避免了放气过程中“温度惯性”所带来的极大的不确定性。本发明技术方案的特点包括：

1.本发明首次实现了卫星贮箱(气瓶)检漏自动放气过程的温度控制。

2.本发明采用MF501型互换式热敏电阻进行温度采集。

3.本发明根据单位时间内工件温度的变化情况来自动调节工件的放气速度，并且通过控制放气速度的上限和温度上限，从而实现温度控制，确保工件温度在设定范围内。

附图说明

图1为本发明的卫星贮箱(气瓶)检漏自动放气过程的温度控制系统示意图。

具体实施方式

以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。

本发明的原理如下：温度采集单元通过工件上的MF501型互换式热敏电阻采集工件温度(模拟量)，经温度模块转换成数字信号并输入PLC，通过PLC程序算法对温度信号进行计算和处理，同时，通过用户界面输入相关设定参数(如工件设定温度T_s，温度阈值ΔT_h等)给PLC，PLC根据以上信息控制执行单元进行压力控制，实现工件自动放气过程的温度控制。

对于控制过程具体来说，工件自动放气开始后，工件温度开始上升，温度采集单元对工件的温度时时进行采集和处理，并将温度信号输入PLC，通过程序算法进行计算和处理，当单位时间内工件温度的变化量小于ΔT₁时，PLC将控制执行单元的电比例调压阀增加开度(增加放气速度)，工件温度上升的速度也相应增加；当单位时间内工件温度的变化量大于ΔT₁时，PLC将控制执行单元的电比例调压阀保持当前开度，此时工件的温度仍然会继续上升，但上升的速度会逐渐减小，当单位时间内工件温度的变化量大于ΔT₂(ΔT₂＞ΔT₁)时，PLC将控制执行单元的电比例调压阀减小开度，此时，工件温度上升的速度将进一步的减小，当工件温度减小到单位时间内工件温度的变化量小于ΔT₂并大于ΔT₁时，比例阀开度不再减小，而保持当前开度，工件温度上升的速度将继续减小，当减小至单位时间内工件温度的变化量小于ΔT₁时，比例阀的开度又开始增加，依次类推，实现工件的温度控制。

另外，为了确保工件的安全，在温度控制过程中，根据不同工件的压力要求，比例阀的开度设置了上限值，因此在一定程度上也起到了控制温度上升速度的作用。

同时，PLC程序还可以根据单位时间内工件温度的变化量，确定工件温度的上限T₀(因为温度的惯性作用，T₀＜T_s)，例如：当单位时间内工件温度的变化量小于ΔT₁时，T₀＝95％T_s；当单位时间内工件温度的变化量大于ΔT₁时，T₀＝92％T_s；当单位时间内工件温度的变化量大于ΔT₂时，T₀＝90％T_s。

最后，当工件温度达到上限值T₀后，工件放气过程自动停止，工件温度会逐渐下降，当温度下降ΔT_h(温度阈值)后，放气过程重新开始。ΔT_h由用户根据工件实际情况进行设置。

由以上说明可知，本发明所提供的温度控制系统和控制方法可以完全自动进行卫星贮箱(气瓶)检漏自动放气过程的温度控制，操作流程简单、操作界面友好，整个控制过程无需有人值守，温度控制具有很高的可靠性、安全性和工作效率，可以适用于所有卫星贮箱(气瓶)放气过程的温度控制，以及其它相关行业有温度要求的压力容器放气过程的温度控制。

尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细的描述和说明，但应该指明的是，我们可以对上述实施方式进行各种改变和修改，但这些都不脱离本发明的精神和所附的权利要求所记载的范围。

Claims (9)

1.一种卫星贮箱或气瓶的检漏自动放气过程的温度控制系统，包括温度采集单元、温度控制单元、执行单元和用户界面，其中，温度采集单元包括各种温度传感器及温度模块；温度控制单元包括PLC模块及软件；执行单元包括电比例调压阀、气控阀及相关伺服机构；用户界面包括上位机、触摸屏及软件，其中，温度采集单元至少由3个温度传感器组成，用于采集气源温度、比例阀出口温度和工件温度，温度传感器量程应不小于工件温度的1.5倍；温度传感器采集的模拟量信号输入至温度控制单元的AD模块，经过处理转换成相应的数字信号，通过PLC进行计算、分析和处理；经过处理的温度信号通过PLC控制执行单元的比例阀和气控阀，进行温度调节和阀门开关动作，完成温度的控制；用户界面为人机交互式界面，用于进行参数设定、控制界面的显示和控制、弹出窗口的显示和操作，以及数据处理工作。

2.如权利要求1所述的温度控制系统，其特征在于，所述温度采集单元的工件温度传感器为MF501型互换式热敏电阻。

3.如权利要求2所述的温度控制系统，其特征在于，热敏电阻无需电源，可直接粘贴在卫星贮箱或气瓶表面，不会对卫星造成任何电磁方面的干扰。

4.一种卫星贮箱或气瓶的检漏自动放气过程的温度控制方法，包括温度控制参数设定、温度采集和温度控制的方法。其特征在于，根据单位时间内工件温度的变化情况来调节工件的放气速度，并且通过控制放气速度的上限和温度上限，从而实现对工件温度的控制，确保工件温度在设定范围内。

5.如权利要求4所述的温度控制方法，具体包括以下步骤：

1)温度控制参数设定：根据工件温度要求，通过用户界面设置工件温度参数；

2)温度采集：通过温度采集单元采集温度传感器的模拟量，并通过温度模块转换为数字量；

3)温度控制：温度信号输出至温度控制单元的PLC模块，通过PLC软件对温度信号进行处理，计算单位时间内工件温度的变化量；并根据变化情况控制执行单元进行放气速度的调节，从而达到控制工件温度的目的，确保工件最终温度不超过设定值Ts。

6.如权利要求5所述的温度控制方法，在步骤3)中，当单位时间内工件温度的变化量小于ΔT₁时，增加电比例调压阀开度ΔV₁，开度逐渐增加，单位时间内工件温度的变化量也逐渐增大；当单位时间内工件温度的变化量大于ΔT₁时，电比例调压阀开度不再增加，但放气过程还在继续，单位时间内工件温度的变化量还在继续增大；当单位时间内工件温度的变化量大于ΔT₂时，减小电比例调压阀开度ΔV₂，开度开始逐渐减小，单位时间内工件温度的变化量也开始逐渐减小，依次类推进行温度控制。

7.如权利要求5所述的温度控制方法，在步骤3)中，比例阀开度有上限限制，根据不同的工件要求设定不同的上限值，例如：工件设定压力为2.0MPa，上限值一般为2.5MPa。

8.如权利要求5所述的温度控制方法，在步骤3)中，根据单位时间内工件温度的变化量，确定工件温度的上限T₀，T₀＜T_s，当单位时间内工件温度的变化量小于ΔT₁时，T₀＝95％T_s；当单位时间内工件温度的变化量大于ΔT₁时，T₀＝92％T_s；当单位时间内工件温度的变化量大于ΔT₂时，T₀＝90％T_s。

9.如权利要求5所述的温度控制方法，在步骤3)中，当工件温度达到上限值T₀后，工件放气过程自动停止，工件温度会逐渐下降，当温度下降ΔT_h后，放气过程重新开始。ΔT_h由用户根据工件实际情况进行设置。

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