CN102117083B

CN102117083B - 一种卫星贮箱(气瓶)检漏自动充放气过程的压力控制方法

Info

Publication number: CN102117083B
Application number: CN 200910217150
Authority: CN
Inventors: 洪晓鹏; 师立侠; 钟亮; 王静涛
Original assignee: Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Current assignee: Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Priority date: 2009-12-31
Filing date: 2009-12-31
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2029-12-31
Also published as: CN102117083A

Abstract

本发明提供了一种卫星贮箱(气瓶)检漏自动充放气过程的压力控制系统，包括压力采集单元、压力控制单元、执行单元和用户界面，其中，压力采集单元包括各种压力传感器；压力控制单元包括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利用该控制系统进行压力控制的方法。该系统和方法适用于卫星贮箱(气瓶)检漏自动充放气过程的压力控制，同时对于其它类似工件进行自动充放气时的压力控制也同样适用。该系统和方法解决了卫星贮箱(气瓶)充放气过程中人工手动控制压力时，“压力虚值”所带来的极大的不确定性和对阀门寿命的影响。

Description

一种卫星贮箱(气瓶)检漏自动充放气过程的压力控制方法

技术领域

本发明涉及一种压力控制方法，特别是涉及一种卫星贮箱(气瓶)检漏自动充放气过程的压力控制系统及其控制方法。

背景技术

卫星贮箱(气瓶)的容积一般在几百升至几千升不等，由于工件自身限制及检漏工艺的要求，检漏充放气时必须外接压力测量仪表及充放气管道，而由于耐压条件的限制，管道内径很小，一般为4mm，而且管道很长，一般为几十米，因此造成管道流阻很大，外接压力测量仪表显示的压力值并不是产品真实的压力，也就是说压力为“虚值”，而且，产品容积越大，“虚值”现象越严重；目前，压力控制完全采用“现场人工手动控制方法”，即，充放气过程中，间隔一段时间关闭控制阀门，观察产品的真实值，尤其接近压力设定值时，必须频繁开关控制阀门，确保压力不会超限，控制完全要凭经验、感觉以及阀门的频繁开关来实现，虽然在一定条件下可以解决“压力虚值”的问题，但却无法摆脱其自身固有的人为不确定性和安全隐患，而且阀门频繁开关对阀门的寿命也有很大的影响。

因此，为了能够更加有效地解决卫星贮箱(气瓶)检漏充放气过程的压力控制问题，减小这种人为不确定性和对阀门寿命的影响，本发明人通过对人工手动控制充放气过程的仔细分析，借鉴其关闭阀门确定真实压力的方法，提出了一种卫星贮箱(气瓶)检漏自动充、放气过程压力控制的方法，即：通过关闭阀门确定工件真实压力，并根据工件真实压力与设定压力的差值，以及关闭阀门前的单位时间内工件压力变化情况，确定充放气的延时时间，并设置了充放气的延时时间的下限值，既确保了工件压力不会超限，也更有效地避免了工件充放气末期可能产生的阀门频繁开关现象。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种卫星贮箱(气瓶)检漏自动充放气过程的压力控制系统。该系统无需有人值守，而且具有很高的可靠性、安全性和工作效率。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)检漏自动充放气过程的压力控制方法。这种控制方法可以完全自动实现卫星贮箱(气瓶)检漏自动充放气过程的压力控制，在多颗卫星的贮箱(气瓶)检漏充放气过程中，安全、可靠、高效的完成了压力控制，非常有效的解决了“压力虚值”的问题。

本发明所提供的卫星贮箱(气瓶)检漏自动充放气过程的压力控制系统，包括压力采集单元、压力控制单元、执行单元和用户界面，其中，压力采集单元包括各种压力传感器；压力控制单元包括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。

压力采集单元至少由3个压力传感器组成，用于采集气源压力、比例阀出口压力和工件压力，压力传感器量程应不小于工件工作压力的1.5倍，压力传感器准确度等级不低于0.25级。

压力传感器采集的模拟量信号输入至压力控制单元的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。

经过处理的压力信号通过PLC控制执行单元的比例阀和气控阀，进行压力调节和阀门开关动作，完成压力的控制。

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，以及数据处理等工作。

本发明的利用上述系统进行卫星贮箱(气瓶)检漏自动充放气过程的压力控制方法，具体包括以下步骤：

1)压力控制参数设定：根据工件的压力要求，通过用户界面设置工件压力上限(设定值)P_s；

2)压力采集：通过压力采集单元采集压力传感器的模拟量，并通过PLC的压力模块转换为数字量；

3)压力控制：压力信号输出至压力控制单元的PLC模块，通过PLC软件对压力信号进行处理，计算单位时间内工件压力的变化量和充放气延时时间，并结合关闭阀门确定真实压力的方法，进行工件压力的控制，确保工件压力满足设定值P_s。

其中，在步骤3)中，通过PLC调整比例阀的开度进行工件的充放气控制，工件压力逐渐上升，当第一次采集到工件压力值(虚值)达到设定值时，控制阀门关闭，充放气暂停，PLC确定此时工件的真实压力值P₁，确定暂停充放气前单位时间内(例如：1分钟内)的压力变化量ΔP_v1，以及确定此时真实压力值与设定值的差ΔP₁＝P_s-P₁，作为确定后续充放气延时时间的依据。其中，在步骤3)中，当工件真实压力值P₁达到工件压力设定值P_s时，充放气过程结束；当工件真实压力值P₁未达到工件压力设定值P_s，即P₁＜P_s时，控制阀门打开，比例阀保持充放气过程暂停前的开度，继续延时进行充放气，充放气过程中，不再判断工件压力值(虚值)是否达到设定值。第一次延时充放气时间t₁＝1.1×ΔP₁/ΔP_v1。

其中，在步骤3)中，当第一次延时充放气时间t₁结束后，控制阀门关闭，充放气第二次暂停，PLC确定此时工件的真实压力值P₂，并判断是否达到工件压力设定值P_s，同时，确定第一个延时时间t₁内单位时间的压力变化量ΔP_v2，以及确定此时真实压力值与设定值的差ΔP₂＝P_s-P₂，确定第二次充放气延时时间t₂＝1.1×ΔP₂/ΔP_v2。此时，如果工件真实压力值P₂仍未达到工件压力设定值P_s，即P₂＜P_s时，控制阀门再次打开，比例阀保持充放气过程暂停前的开度，开始第二次延时充放气，充放气过程中，仍然不判断工件压力值(虚值)是否达到设定值，依次类推，对工件进行若干次延时充放气，最终使工件压力达到设定值P_s。

其中，在步骤3)中，为了进一步避免充放气末期可能产生的阀门频繁开关现象，在进行若干次的延时充放气过程中，当PLC确定的第n次延时充放气时间t_n＜t_min时，其中t_min是根据不同工件容积大小来确定的最短延时时间，则取t_n＝t_min进行延时充放气。

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)检漏自动充放气过程的压力控制，同时对于其它类似工件进行自动充放气时的压力控制也同样适用。本发明所提供控制系统和控制方法解决了卫星贮箱(气瓶)充放气过程中人工手动控制压力时，“压力虚值”所带来的极大的不确定性和对阀门寿命的影响。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)检漏自动充放气过程的压力控制。

2.本发明采用根据工件真实压力与设定压力的差值，以及关闭阀门前的单位时间内工件压力变化情况的方法，确定充放气的延时时间。

3.本发明根据不同容积的工件，设置了充放气延时时间的下限值。

附图说明

图1为本发明的卫星贮箱(气瓶)检漏自动充放气过程的压力控制系统的示意图。

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。

如图1所示，给出了本发明的卫星贮箱(气瓶)检漏自动充放气过程的压力控制系统的示意图。该系统包括压力采集单元、压力控制单元、执行单元和用户界面，其中，压力采集单元包括各种压力传感器；压力控制单元包括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。

压力采集单元通过工件与充放气设备之间的压力传感器采集工件压力(模拟量)，经AD模块转换成数字信号并输入PLC，通过PLC软件对压力信号进行处理，计算单位时间内工件压力的变化量和充放气延时时间，并结合关闭阀门确定真实压力，进行工件压力的控制，在避免频繁开启阀门的前提下，确保工件压力满足设定值P_s。

本发明的利用上述系统进行卫星贮箱(气瓶)检漏自动充放气过程的压力控制方法，具体包括以下控制过程，通过PLC调整比例阀的开度进行工件的充放气控制，工件压力逐渐上升，当第一次采集到工件压力值(虚值)达到设定值时，控制阀门关闭，充放气暂停，PLC确定此时工件的真实压力值P₁，确定暂停充放气前单位时间内(例如：1分钟内)的压力变化量ΔP_v1，以及确定此时真实压力值与设定值的差ΔP₁＝P_s-P₁。当工件真实压力值P1达到工件压力设定值P_s时，充放气过程结束；当工件真实压力值P₁未达到工件压力设定值P_s，即P₁＜P_s时，控制阀门打开，比例阀保持充放气过程暂停前的开度，继续延时进行充放气，充放气过程中，不再判断工件压力值(虚值)是否达到设定值。第一次延时充放气时间t₁＝1.1×ΔP₁/ΔP_v1。当第一次延时充放气时间t₁结束后，控制阀门关闭，充放气第二次暂停，PLC确定此时工件的真实压力值P₂，并判断是否达到工件压力设定值P_s，同时，确定第一个延时时间t₁内单位时间的压力变化量ΔP_v2，以及确定此时真实压力值与设定值的差ΔP₂＝P_s-P₂，确定第二次充放气延时时间t₂＝1.1×ΔP₂/ΔP_v2。此时，如果工件真实压力值P₂仍未达到工件压力设定值P_s，即P₂＜P_s时，控制阀门再次打开，比例阀保持充放气过程暂停前的开度，开始第二次延时充放气，充放气过程中，仍然不判断工件压力值(虚值)是否达到设定值，依次类推，对工件进行若干次延时充放气，最终使工件压力达到设定值P_s。

另外，为了进一步避免充放气末期可能产生的阀门频繁开关现象，在进行若干次的延时充放气过程中，当PLC确定的第n次延时充放气时间t_n＜t_min时，其中t_min是根据不同工件容积大小来确定的最短延时时间，则取t_n＝t_min进行延时充放气。

由以上说明可知，本发明所提供的压力控制系统和控制方法可以完全自动进行卫星贮箱(气瓶)检漏自动充放气过程的压力控制，操作流程简单、操作界面友好，整个控制过程无需有人值守，压力控制具有很高的可靠性、安全性和工作效率，可以适用于卫星贮箱(气瓶)检漏自动充放气过程的压力控制，同时对于其它类似工件进行自动充放气时的压力控制也同样适用。

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

1.一种利用卫星贮箱检漏自动充放气过程的压力控制系统进行压力控制的方法，所述系统包括压力采集单元、压力控制单元、执行单元和用户界面，其中，压力采集单元包括压力传感器；压力控制单元包括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，具体包括以下步骤：

1）压力控制参数设定：根据工件压力要求，通过用户界面设置工件压力上限P_s；

2）压力采集：通过压力采集单元采集压力传感器的模拟量，并通过AD模块转换为数字量；

3）压力控制：压力信号输出至压力控制单元的PLC，通过PLC对压力信号进行处理，计算单位时间内工件压力的变化量和充放气延时时间，并结合关闭阀门确定真实压力的方法，进行工件压力的控制，在避免频繁开启阀门的前提下，确保工件压力满足设定值P_s；

在步骤3）中，当工件真实压力值P₁达到工件压力设定值P_s时，充放气过程结束；当工件真实压力值P₁未达到工件压力设定值P_s，即P₁＜P_s时，控制阀门打开，比例阀保持充放气过程暂停前的开度，继续延时进行充放气，充放气过程中，不再判断工件压力值是否达到设定值，第一次延时充放气时间t₁=1.1×△P₁/△P_v1；

在步骤3）中，当第一次延时充放气时间t₁结束后，控制阀门关闭，充放气第二次暂停，PLC确定此时工件的真实压力值P₂，并判断是否达到工件压力设定值P_s，同时，确定第一个延时时间t₁内单位时间的压力变化量△P_v2，以及确定此时真实压力值与设定值的差△P₂=P_s-P₂，确定第二次充放气延时时间t₂=1.1×△P₂/△P_v2；此时，如果工件真实压力值P₂仍未达到工件压力设定值P_s，即P₂＜P_s时，控制阀门再次打开，比例阀保持充放气过程暂停前的开度，开始第二次延时充放气，充放气过程中，仍然不判断工件压力值是否达到设定值，依次类推，对工件进行若干次延时充放气，最终使工件压力达到设定值P_s；

在步骤3）中，为了进一步避免充放气末期可能产生的阀门频繁开关现象，在进行若干次的延时充放气过程中，当PLC确定的第n次延时充放气时间t_n＜t_min时，其中t_min是根据不同工件容积大小来确定的最短延时时间，则取t_n=t_min进行延时充放气；

在步骤3）中，通过PLC调整比例阀的开度进行工件的充放气控制，工件压力逐渐上升，当第一次采集到工件压力值达到设定值时，控制阀门关闭，充放气暂停，PLC确定此时工件的真实压力值P₁，确定暂停充放气前单位时间内的压力变化量△P_v1，以及确定此时真实压力值与设定值的差△P₁=P_s-P₁，作为确定后续充放气延时时间的依据。

2.如权利要求1所述的压力控制方法，其中，压力传感器至少为3个，用于采集气源压力、比例阀出口压力和工件压力；PLC模块至少包括PLC、AD模块和电源模块；压力传感器准确度等级不低于0.25级；压力传感器、电比例调压阀、气控阀及连接管路的工作压力应大于等于1.5倍的工件工作压力。