CN103926946B - 一种自动气体增压设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动气体增压设备，包括机柜，机柜内设有控制单元、管路单元和电源，控制单元包括上位机和PLC控制器，上位机通过通信电缆与PLC连接；管路单元包括驱动气输入管路、气体输入管路、增压泵和高压气体输出管路；驱动气输入源的输出端与过滤减压阀之间连接有支路二，PLC数字端口分别与电磁阀一、二、三、四连接，PLC控制器模拟量输出端口分别与电气比例阀一、二连接。本发明的有益效果为：采用气驱增压泵，保证增压速度，保证泵工作时间长寿命；机电一体化设计，体积小重量轻，便于移动；配置驱动气电‑气比例阀和气控减压阀，可控制驱动气输出压力和升压速度，从而控制气动增压泵缓慢稳定的增压至测试压力。

Description

一种自动气体增压设备

技术领域

本发明涉及一种自动气体增压设备。

背景技术

反应釜属压力容器范畴是需要接受政府部门安全监察的特种设备。它是在多项新材料、新技术、新工艺综合开发的工业产品，同时又是很多新工业的催化剂,应用广泛。高压反应釜,其各方面性能要求，都远超过常规工业应用反应釜。

现有加反应釜加压多采用电动驱动膜压机加注，电动驱动膜压机加注存在问题和缺点：功能单一，操作复杂，体积重量大，自动化程度低，只能进行手动加注；直接由电动机驱动，循环速度不可调，流量不可变，不能用于多种压力加注；进口压力范围窄，当进口压力较高一般需要减压装置减压工作，浪费能量，属于盲加，安全系数不高；需要额外配备电力和冷却设备辅助，成本高，容易造成污染。存在原因：电动膜压机技术的局限性；国内在此领域的投入和研究相对过少，对多功能、自动化系统、环保型产品的重视程度不够高。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动气体增压设备，以克服目前现有技术存在的上述不足。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种自动气体增压设备，包括机柜，所述机柜内设有控制单元、管路单元和电源，所述控制单元和管路单元内的供电器件均与所述电源连接，所述控制单元包括上位机和PLC控制器，所述上位机通过通信电缆与所述PLC控制器连接；所述管路单元包括驱动气输入管路、气体输入管路、气驱增压泵和高压气体输出管路；所述驱动气输入管路依次串接有驱动气输入源、过滤减压阀、调速阀，所述调速阀输出端与所述气驱增压泵的驱动气输入接口连接；所述气体输入管路依次串接有气体输入源、过滤器一、气动阀一，所述气动阀一的输出端与所述气驱增压泵的气体输入接口连接；所述高压气体输出管路依次串接有单向阀、过滤器二、气控减压阀一、气动阀二和高压气体输出口，所述单向阀输入端与所述气驱增压泵的出气接口连接，所述单向阀输出端与所述过滤器二的输入端之间依次安装有安全阀一、缓冲罐，所述气动阀二输出端与所述高压气体输出口之间安装有100 MPa压力表一，所述100 MPa压力表一的支路连接有100MPa传感器一；所述过滤器二输出端与所述100 MPa压力表一之间并联有支路一，所述支路一依次串接有气控减压阀二和气动阀三，所述气控减压阀二和所述气动阀三之间安装有安全阀二，所述安全阀二上安装有20MPa传感器一；所述驱动气输入源的输出端与所述过滤减压阀之间连接有支路二，所述支路二依次串接有减压阀、电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四、电气比例阀一和电气比例阀二，所述电磁阀一输出端与所述气动阀一连接，所述电磁阀二输出端与所述气驱增压泵连接，所述电磁阀三输出端与所述气动阀二连接，所述电磁阀四输出端与所述气动阀三连接，所述电气比例阀一输出端与所述气控减压阀一连接，所述电气比例阀二输出端与所述气控减压阀二连接；所述PLC控制器数字量输出端口分别与所述电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四连接，所述PLC控制器模拟量输出端口分别与所述电气比例阀一和电气比例阀二连接。

进一步的，所述100 MPa压力表一与所述高压气体输出口之间连接有泄压输出管路。

进一步的，所述泄压输出管路依次串接有气动阀四、泄压阀和泄压输出口。

进一步的，所述电磁阀四与所述电气比例阀一之间安装有电磁阀五。

进一步的，所述电磁阀五输入端与所述PLC控制器数字量输出端口连接，所述电磁阀五的输出端与所述气动阀四连接。

进一步的，所述气动阀一与所述气驱增压泵的气体输入接口之间安装有20MPa压力表，所述20MPa压力表的支路连接有20MPa传感器二。

进一步的，所述缓冲罐上安装有100 MPa压力表二，所述 100 MPa压力表二的支路连接有100MPa传感器二。

进一步的，所述高压气体输出口连接有反应釜。

进一步的，所述机柜内设有隔离板，所述隔离板位于所述控制单元、电源与所述管路单元之间。

进一步的，所述上位机包括工控机和液晶显示器。

本发明的有益效果为：采用气驱增压泵，既保证增压速度，又保证泵工作时间长寿命；系统采用机电一体化设计，体积小重量轻，便于移动；系统配置驱动气电-气比例阀和气控减压阀，可控制驱动气的输出压力和升压速度，从而控制气动增压泵缓慢稳定的增压至测试压力；系统所有高压部件均采用国外进口品牌，安装无需焊接，质量安全可靠，便于维修；系统上位机、压力表和所有操作阀门均设计在机柜正面的操作面板上，便于观察和操作；系统自身内置安全装置，万一输出超压，自动开启卸压；系统可通过快速关闭驱动气调速阀，控制增压泵立即停机；系统配置手动泄压阀，当泄压气动阀出现故障时，可使用该阀门；采用西门子PLC，全自动远程控制，在试压过程中无需人为干预；实时数据存储，即使断电也可将断电前数据保留；系统可实现分段保压，便于检漏等操作。

附图说明

下面根据附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例所述的自动气体增压设备的机柜的结构示意图；

图2是本发明实施例所述的自动气体增压设备的管路单元的连接示意图；

图3是本发明实施例所述的自动气体增压设备的控制单元和电源的接线示意图一；

图4是本发明实施例所述的自动气体增压设备的控制单元和电源的接线示意图二；

图5是本发明实施例所述的自动气体增压设备的控制单元和电源的接线示意图三。

图中：

1、机柜；2、气驱增压泵；3、驱动气输入源；4、过滤减压阀；5、调速阀；6、气体输入源；7、过滤器一；8、气动阀一；9、单向阀；10、过滤器二；11、气控减压阀一；12、气动阀二；13、高压气体输出口；14、安全阀一；15、缓冲罐；16、100 MPa压力表一；17、100MPa传感器一；18、气控减压阀二；19、气动阀三；20、安全阀二；21、20MPa传感器一；22、减压阀；23、电磁阀一；24、电磁阀二；25、电磁阀三；26、电磁阀四；27、电气比例阀一；28、电气比例阀二；29、气动阀四；30、泄压阀；31、泄压输出口；32、电磁阀五；33、20MPa压力表；34、20MPa传感器二；35、100MPa压力表二；36、100MPa传感器二；37、反应釜；38、液晶显示器。

具体实施方式

如图1-5所示，本发明实施例所述的一种自动气体增压设备，包括机柜1，所述机柜1内设有控制单元、管路单元和电源，所述控制单元和管路单元内的供电器件均与所述电源连接，所述控制单元包括上位机和PLC控制器，所述上位机通过通信电缆与所述PLC控制器连接；所述管路单元包括驱动气输入管路、气体输入管路、气驱增压泵2和高压气体输出管路；所述驱动气输入管路依次串接有驱动气输入源3、过滤减压阀4、调速阀5，所述调速阀5输出端与所述气驱增压泵2的驱动气输入接口连接；所述气体输入管路依次串接有气体输入源6、过滤器一7、气动阀一8，所述气动阀一8的输出端与所述气驱增压泵2的气体输入接口连接；

所述高压气体输出管路依次串接有单向阀9、过滤器二10、气控减压阀一11、气动阀二12和高压气体输出口13，所述单向阀9输入端与所述气驱增压泵2的出气接口连接，所述单向阀9输出端与所述过滤器二10的输入端之间依次安装有安全阀一14、缓冲罐15，所述气动阀二12输出端与所述高压气体输出口13之间安装有100 MPa压力表一16，所述100 MPa压力表一16的支路连接有100MPa传感器一17；所述过滤器二10输出端与所述100 MPa压力表一16之间并联有支路一，所述支路一依次串接有气控减压阀二18和气动阀三19，所述气控减压阀二18和所述气动阀三19之间安装有安全阀二20，所述安全阀二20上安装有20MPa传感器一21；

所述驱动气输入源3的输出端与所述过滤减压阀4之间连接有支路二，所述支路二依次串接有减压阀22、电磁阀一23、电磁阀二24、电磁阀三25、电磁阀四26、电气比例阀一27和电气比例阀二28，所述电磁阀一23输出端与所述气动阀一8连接，所述电磁阀二24输出端与所述气驱增压泵2连接，所述电磁阀三25输出端与所述气动阀二12连接，所述电磁阀四26输出端与所述气动阀三19连接，所述电气比例阀一27输出端与所述气控减压阀一11连接，所述电气比例阀二28输出端与所述气控减压阀二18连接；所述PLC控制器数字量输出端口分别与所述电磁阀一23、电磁阀二24、电磁阀三25、电磁阀四26连接，所述PLC控制器模拟量输出端口分别与所述电气比例阀一27和电气比例阀二28连接；

所述100 MPa压力表一16与所述高压气体输出口13之间连接有泄压输出管路；所述泄压输出管路依次串接有气动阀四29、泄压阀30和泄压输出口31；所述电磁阀四26与所述电气比例阀一27之间安装有电磁阀五32；所述电磁阀五32输入端与所述PLC控制器数字量输出端口连接，所述电磁阀五32的输出端与所述气动阀四29连接；所述气动阀一8与所述气驱增压泵2的气体输入接口之间安装有20MPa压力表33，所述20MPa压力表33的支路连接有20MPa传感器二34；所述缓冲罐15上安装有100 MPa压力表二35，所述 100 MPa压力表二35的支路连接有100MPa传感器二36；所述高压气体输出口13连接有反应釜37；所述机柜1内设有隔离板，所述隔离板位于所述控制单元、电源与所述管路单元之间；所述上位机包括工控机和液晶显示器38。

系统采用模块化设计，主要包括以下部分：

70MPa气体增压系统：即为管路单元，设计原理：统核心部件采用1台美国进口高压气驱气体增压泵，在0.8MPa的低压驱动空气作用下，可将标准瓶装气体（3~15MPa）增压至Max.70MPa。系统驱动气配置精密电-气比例阀和气控减压阀，通过PLC可以控制电-气比例阀的输出压力以及升压速度，然后再通过电-气比例阀控制气控减压阀的输出压力，从而控制气动增压泵缓慢稳定的增压至用户所需的最终测试压力。系统输出配置高低压传感器，当测试压力在20~70MPa时，系统自动选择0~100MPa的高压传感器进行采集；当测试压力在0~20MPa时，系统自动选择0~20MPa的低压压传感器进行采集。

在试验过程中系统可以分步升压、保压，以便检测被测部件是否存在漏点，如有漏点可及时泄压，处理完后可继续试验。

控制单元：数据采集监控单元。该数据采集控制系统，可实现对气体增压系统实现远程控制和数据记录等功能。用户使用前可先根据测试要求设置系统的最高输出压力，然后再选择升压，系统会通过压力变送器实时反馈的信号对电-气比例阀做出控制指令，对气控减压阀的控制气压力进行实时调节，从而控制系统升压速度。数据采集控制系统采用PLC+平板电脑结构，可实现对气体增压系统实现远程控制及数据处理、记录和导出，压力曲线和测试报告生成等功能。

上位机采用组态软件（也可由用户指定组态软件），用户使用前可先根据测试要求设置系统的最高输出压力，然后再选择升压速度，系统会通过压力变送器实时反馈的信号对高精电子压力控制器做出控制指令，对气控减压阀的控制气压力进行实时调节，从而控制系统升压速度。测试过程数据可实时保存，实时绘制压力时间曲线、升压速度时间曲线。可自动生成“.doc”格式测试报告。

设计方案及原理：由电源供给系统、现场I/O系统、上位机监控系统、下位机控制系统4个子系统组成，四个系统各自实现各自的功能，且彼此之间相互协调，共同完成各项指标。现场I/O系统：主要完成系统压力信号的采集及处理，各个阀体的控制动作；电源供给系统：负责给系统中各仪表、传感器、开关电源、线性电源、电磁阀供电、PLC控制器和工控机220VAC供电。上位机监控系统：信息监控主要完成测试工件性能测试的数据处理、信息查询、故障报警、生成测试报告等功能；下位PLC控制系统按照内部程序逻辑实现自动测控任务。

其中上位机选用工控机、19”液晶显示器及组态软件等（也可由用户指定为其它组态软件），根据系统应用，开发系统检测操作画面，确定检测的条件，完成权限登陆、参数设定、检测状态监控、参数实时显示、系统报警、数据记录、报表打印、数据查询及回放等功能。

实际测试中，用户先通过组态界面设定好升压（降压）速度，试验开始后PLC将自动据此升压（降压）速度生成实时目标压力值，并通过模拟量输出通道传递给智能压力控制器，智能压力控制器通过内部算法快速调节其输出压力到目标值，完成升压控制。

硬件系统设计：对系统的I/O点进行了统计分析，然后针对这一统计数字对电动阀、PLC的CPU的型号、PLC的扩展模块的型号以及压力传感器型号进行了选择。对于其它诸如电源、导线、中间继电器设备进行说明。硬件主要器件的选择是整个系统成功稳定运行的重要一步，这部分主要介绍了PLC主控制器、平板电脑、电源模块、指示灯、按扭、电缆的选择。

主控制器：下位控制系统PLC选用德国西门子公司的PLC，配备相应扩展模块。设计系统备用容量不低于50%。开发专用控制程序，完成提出的自动测试任务。平板电脑：系统配置工控机、液晶显示器等电器部件，外部提供串口、网口， USB接口，并口，VGA接口，能满足大部分工业现场的需求，可以广泛应用于制造业，电力，监控，工控自动化，军工等领域。

设备使用：使用前检查：在设备使用前检查设备电源是否连接、设备是否已连接气源、工件连接正常和设备按钮指示灯是否正常。确认无误后拨动设备的电源开关，看设备的电源指示灯是否亮起，设备电源指示灯亮表示设备已带电，若不亮找相关人员进行设备检查。设备开机：当设备上电后设备的电脑将自动开机，输入开机的登陆密码将会进入系统。需要开始做实验时点击试验机的安装文件。系统将进入设备的试验界面。设备的界面介绍上文的“系统介绍”所示。注意事项：设备上电开机以后，需要观察设备工作情况，在设备的顶部有设备的三色报警灯。当三色报警灯为黄色时表示设备处于正常状态可以进行正常操作；当三色报警灯为绿色时表示设备正在进行测试工作；当系统有报警或者按下急停按钮时，三色报警灯将会变成红色。当三色报警灯为红色时系统将无法进行任何的动作。系统也会自动泄压。在使用过程中如遇紧急情况，按下急停按钮系统将会停止所有的操作。手动和自动状态切换：本系统有手动和自动两种操作状态，手动状态下系统用户可以进行相应阀门的开关动作，但是无法进行正常的测试实验。在自动状态下，系统只能进行测试操作，此时所有阀门的动作将是全自动状态。

实验操作：当要进行实验时，确认工件所接的位置是气路的出口。确认无误后在系统的软件上设置好试验的参数，如升压速率、保压时间和保压压力。确认将系统的状态调整到自动状态。确认泵的手动调速阀已经打开，系统减压阀压力已经调到所需压力，系统缓冲罐压力已到设定值。完成以上两步之后点击启动按钮，系统就会开始测试。测试过程的曲线将会在系统的最上方显示。系统分为高压路和低压路，当选择的保压压力高压15MPa时系统将会自动选择高压路；当选择的保压压力低于15MPa时系统将会自动选择低压路。在试验过程中如果想要停止试验点击“终止试验”按钮系统将停止当前的操作。当系统保压完成后系统会自动泄压。当系统泄压完成后，选择好系统报告的存储路径，点击“导出报告”按钮，系统将会导出固定模板的报告。

试验结束操作：试验完成后关闭首先卸去系统内的压力，然后才进行工件的拆卸工作。切不系统带着压力进行工件的拆装工作。试验结束之后如果不马上进行下个试验可以将液路蓄能器中的压力卸去，以免发生危险。卸去蓄能器中压力的方法是将系统状态切换至手动状态。单击“系统泄压”按钮系统将会泄压，若泄压过程中系统想停止泄压单击“停止泄压”。在系统泄压过程中系统将会显示正在泄压，泄压完成后系统将不会显示正在泄压，证明泄压完成。泄压完成后观察机械表是否还有压力，确认机械表显示压力也为零后才能开始拆卸工件。试验完成后关闭首先卸去系统内的压力，然后关闭上位机。带上位机彻底关闭后，通过机柜侧面的电源开关切断控制台电源。最后拔下电源插座彻底切断试验台电源。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动气体增压设备，包括机柜（1），所述机柜（1）内设有控制单元、管路单元和电源，所述控制单元和管路单元内的供电器件均与所述电源连接，其特征在于：所述控制单元包括上位机和PLC控制器，所述上位机通过通信电缆与所述PLC控制器连接；

所述管路单元包括驱动气输入管路、气体输入管路、气驱增压泵（2）和高压气体输出管路；所述驱动气输入管路依次串接有驱动气输入源（3）、过滤减压阀（4）、调速阀（5），所述调速阀（5）输出端与所述气驱增压泵（2）的驱动气输入接口连接；所述气体输入管路依次串接有气体输入源（6）、过滤器一（7）、气动阀一（8），所述气动阀一（8）的输出端与所述气驱增压泵（2）的气体输入接口连接；所述高压气体输出管路依次串接有单向阀（9）、过滤器二（10）、气控减压阀一（11）、气动阀二（12）和高压气体输出口（13），所述单向阀（9）输入端与所述气驱增压泵（2）的出气接口连接，所述单向阀（9）输出端与所述过滤器二（10）的输入端之间依次安装有安全阀一（14）、缓冲罐（15），所述气动阀二（12）输出端与所述高压气体输出口（13）之间安装有100 MPa压力表一（16），所述100 MPa压力表一（16）的支路连接有100MPa传感器一（17），所述过滤器二（10）输出端与所述100 MPa压力表一（16）之间并联有支路一，所述支路一依次串接有气控减压阀二（18）和气动阀三（19），所述气控减压阀二（18）和所述气动阀三（19）之间安装有安全阀二（20），所述安全阀二（20）上安装有20MPa传感器一（21）；

所述驱动气输入源（3）的输出端与所述过滤减压阀（4）之间连接有支路二，所述支路二依次串接有减压阀（22）、电磁阀一（23）、电磁阀二（24）、电磁阀三（25）、电磁阀四（26）、电气比例阀一（27）和电气比例阀二（28）；

所述电磁阀一（23）输出端与所述气动阀一（8）连接，所述电磁阀二（24）输出端与所述气驱增压泵（2）连接，所述电磁阀三（25）输出端与所述气动阀二（12）连接，所述电磁阀四（26）输出端与所述气动阀三（19）连接，所述电气比例阀一（27）输出端与所述气控减压阀一（11）连接，所述电气比例阀二（28）输出端与所述气控减压阀二（18）连接；

所述PLC控制器数字量输出端口分别与所述电磁阀一（23）、电磁阀二（24）、电磁阀三（25）、电磁阀四（26）连接，所述PLC控制器模拟量输出端口分别与所述电气比例阀一（27）和电气比例阀二（28）连接。

2.根据权利要求1所述的自动气体增压设备，其特征在于：所述100 MPa压力表一（16）与所述高压气体输出口（13）之间连接有泄压输出管路。

3.根据权利要求2所述的自动气体增压设备，其特征在于：所述泄压输出管路依次串接有气动阀四（29）、泄压阀（30）和泄压输出口（31）。

4.根据权利要求3所述的自动气体增压设备，其特征在于：所述电磁阀四（26）与所述电气比例阀一（27）之间安装有电磁阀五（32）。

5.根据权利要求4所述的自动气体增压设备，其特征在于：所述电磁阀五（32）输入端与所述PLC控制器数字量输出端口连接，所述电磁阀五（32）的输出端与所述气动阀四（29）连接。

6.根据权利要求5所述的自动气体增压设备，其特征在于：所述气动阀一（8）与所述气驱增压泵（2）的气体输入接口之间安装有20MPa压力表（33），所述20MPa压力表（33）的支路连接有20MPa传感器二（34）。

7.根据权利要求6所述的自动气体增压设备，其特征在于：所述缓冲罐（15）上安装有100 MPa压力表二（35），所述 100 MPa压力表二（35）的支路连接有100MPa传感器二（36）。

8.根据权利要求7所述的自动气体增压设备，其特征在于：所述高压气体输出口（13）连接有反应釜（37）。

9.根据权利要求8所述的自动气体增压设备，其特征在于：所述机柜（1）内设有隔离板，所述隔离板位于所述控制单元、电源与所述管路单元之间。

10.根据权利要求9所述的自动气体增压设备，其特征在于：所述上位机包括工控机和液晶显示器（38）。