CN106170346A - 封闭的系统中的流体压力控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制封闭的系统内的系统压力的方法包括：对应于压力设定点，将信号发送到压力控制阀，和致动压力控制阀以改变容纳在流体地连接至压力调节器的压力控制管线内的控制流体的先导压力。压力调节器的隔膜被布置在压力控制管线与系统管线之间并作用在系统管线内的流体上以改变系统压力。

Description

封闭的系统中的流体压力控制方法
技术领域
本发明总体涉及控制一个或多个系统参数，更具体地涉及封闭的系统内的流体压力控制。
背景技术
控制各种系统参数(例如压力，流率，温度等)的工业系统经常会遇到各种系统干扰。为了使系统维持在既定参数范围内，该系统的控制方案被设计成对环境变化和容纳在系统内的液体或物料的变量属性作出响应。这种控制系统经常通过监测对系统性能很关键的参数来检测并抵消系统的逐步变化。
一些工业系统利用喷雾器分配在特定的压力和流率下的物料(例如涂料，粘合剂，环氧树脂等)。在单一压力和流率下连续运行或运行相对长的时间段的某些系统中，压力和流率达到稳定状态。因此，物料和/或系统性能的小的变化可以被仔细地监测和通过常规控制方案抵消。
然而，当这样的系统在多个压力和流率的组合状态下——其中一些状态运行相对较短的持续时间——运行时，压力和流率不达到稳定状态。因为喷雾器出口处与系统内的测量位置的状态不同，系统内的这些过渡期期间的压力和流率的变化和/或波动对控制系统来说是有问题的。不考虑这些过渡状态可导致物料的过度分配或分配不足。
在一些传统的控制方案中，通过隔离系统的运行状态和在执行每次运行之前进行校准程序控制过渡期。然而，校准程序增加制造成本，扰乱了制造工作流程，这是因为在校准程序期间生产停顿。在其它传统的控制方案中，通过分配过剩物料直到系统达到稳定状态来控制过渡期。一旦系统处于稳定状态，传统的控制方案能够导致轻微的扰动。然而，分配过剩的物料增加了物料成本。
因此，需要控制工业系统的压力和流率，可以经济有效地适应多种工作条件、环境变化和过渡状态。
发明内容
一种用于控制封闭的系统内的系统压力的方法，包括：响应于压力设定点将信号发送到压力控制阀，和致动压力控制阀以改变容纳在流体地连接至压力调节器的压力控制管线内的控制流体的先导压力。压力调节器的隔膜被布置在压力控制管线与系统管线之间并作用在系统管线内的流体上以改变系统压力。
一种改变喷雾器系统的系统压力的方法，包括：致动喷射枪以停止通过喷雾器系统的流动；使用控制器来建立压力设定点；对应压力设定点，将来自控制器的信号发送到压力控制阀；以及致动压力控制阀以改变流体地连接到压力调节器的控制管线内的控制流体的先导压力。将控制流体与系统管线内容纳的流体流体地分离的压力调节器的隔膜作用在流体上以改变系统压力。
附图说明
图1是示出工业喷雾器系统的示意图。
图2是示出用于控制图1中的工业喷雾器系统的压力的方法的流程图。
具体实施方式
图1是用于从喷雾器14分配混合物料12的工业系统10、例如无源配比系统的示意图。除以下描述的其它部件外，工业系统10包括物料供给系统16和18，其分别容纳物料成分20和22。物料供给系统16通过供给管线26流体地连接到计量器24，以及物料供给系统18通过供给管线30流体地连接到计量器28。物料供给系统16作用在物料成分20上以使其压力从初始压力P0增大到供给压力P1。类似地，物料供给系统18作用在物料成分22上以使其压力从初始压力P0增大到供给压力P2。物料供给系统16和18可以是分别容纳物料成分20和22的加压储箱。替代地，物料供给系统16和18可包括分别作用于物料成分20和22的进料泵或其它循环部件。这样，初始压力P0可处于如下范围：从大气压力(0kPa表压)到适合于供给物料成分20和22的压力，通常不大于2068kPa表压(300psig)。此外，用于物料供给系统16的初始压力P0不一定等于用于物料供给系统18的初始压力P0。例如，初始压力P0可以根据物料成分20和22的物料属性来设置。计量器24和28分别沿供给管线26和30设置。供给管线26和30分别使物料供给系统16和18在供给管线26和30连结处的结点38流体地连接到混合物料管线32。混合物料管线32使供给管线26和30在结点38处流体地连接到喷枪14。计量器24和28平行布置并配合以将物料成分20和22供给到混合物料管线32，成分20和22在该处组合以形成具有混合压力Pmix的混合物料12。计量器24和28将混合物料12以流率R供给到喷雾器14，在该处被选择性地分配。
压力调节器40沿混合物料管线32设置以便在从喷枪14分配混合物料12之前使混合压力Pmix减小到系统压力Ps。系统压力Ps的调整通过使用控制阀42来改变先导压力Pp来完成。控制阀42沿控制压力管线44设置，该压力管线容纳控制流体46并从控制流体源47延伸到压力调节器40。当系统10处于封闭状态时，控制流体46作用在压力调节器40的隔膜48上来改变系统压力Ps。先导压力Pp的增大因隔膜48向混合物料12施加力而增大了系统压力Ps。先导压力Pp的减小因隔膜48向混合物料12施加的力降低而减小了系统压力Ps。当隔膜48降低施加到混合物料12的力时，它作用在控制流体46上。通过允许控制流体46的一部分返回到控制流体源47而维持控制流体46的先导压力Pp。在一些实施例中，压力调节器40是气动低流量压力调节器。
系统压力Ps和流率R由控制器50管理。设置在压力调节器40下游的压力传感器52产生信号S1，该信号是压力传感器52的电压或电流。信号线54使压力传感器52电连接到控制阀42，信号线56使控制阀42电连接到控制器50，各信号线传送信号S1到控制器50。信号线57和58分别使流率传感器60和62电连接到控制器50。流率传感器60检测流过计量器24的流率R1，流率传感器62检测流过计量器28的流率R2。流率R1和R2分别以信号S2和S3的形式被传送到控制器50，所述信号与信号S1类似，分别是来自传感器60和62的电压或电流。基于信号S1、S2和S3的值，控制器50执行一个控制方案来改变分别流过计量器24和28的流率R1和R2，并通过命令控制阀42改变先导压力Pp来改变系统压力Ps。以流率R1流动的物料成分20在混合物料管线32内与以流率R2流动的物料成分22组合从而产生以流率R流动的混合物料12。控制器50通过经控制线64向控制阀42发送控制信号C1来改变先导压力Pp，并通过分别经控制线66和68向计量器24和28发送控制信号C2和C3来改变流率R2和R3。
当致动喷枪14以封闭系统10——这通常由气动电磁阀(图1未示出)或喷枪14的开关(图1未示出)来实现——时，系统10中存在过渡状态。因为流率在计量器24和28处测量而不是在喷枪14处测量，因此系统压力Ps和流率R的变化比先导压力Pp和流率R1和R2的变化滞后。如果系统10被封闭时控制器50引起压力调节器40维持恒定的系统压力Ps，那么喷枪14的压力由于系统10内缺乏基于流量的压降而增大。因此，当系统10被打开(即打开喷枪14内的电磁阀或开关)时，由先前的压力增大驱动的突发流导致混合物料12的不均匀的施用。如果在系统10封闭时控制器50引起压力调节器40增大系统压力Ps，那么来自突发流的作用被放大。当控制器50引起系统压力Ps减小而系统10封闭时，滞后作用增大目标压力和系统压力Ps之间的误差。得到的系统压力Ps将不会以所需流率R从喷枪14分配混合物料12。
此外，在操作期间，物料属性和/或环境变化对系统压力Ps和流率R有影响。例如，物料成分20和22分别被周期性地补充。因为新添加的物料成分20和22可具有彼此不同并与先前分配的物料也不同的温度，属性例如粘度会影响供给到喷雾器14时的流率R。另外，混合物料12可以在混合物料管线32内部分固化，并且随着时间的推移，淤塞混合物料管线32。因此，混合物料管线32用溶剂定期清洗。环境改变诸如气温和湿度的变化也对物料成分20和22的属性有影响。然而，系统10被设计成在一定范围的系统压力Ps和一定范围的流率R上操作，每一个运行状态都具有持续时间。
一些喷涂应用涉及多个离散的操作状态。例如，可以以相继的顺序使用三个操作状态：1)在68.9kPA(约10psi)下以100cc/min分配10秒，2)在137.9kPa(约20psi)下以200cc/min分配15秒，以及3)在34.5(约5psi)下以50cc/min分配2秒。如果没有下面描述的方法70的帮助，通过进行重复的校准程序和/或通过排出操作点之间的混合物料12直到系统10内存在稳定状态来抵消系统10的过渡状态。这两种方法都导致额外的制造成本和/或浪费混合物料12。然而，如下所述的方法70在系统10封闭时将系统压力Ps调节到目标压力，同时主动补偿系统10和压力调节器40内的滞后。另外，方法70可以可选地调节系统压力Ps至目标压力，该目标压力偏移以抵消喷枪14打开时系统10内的初始压降。
图2是示出了控制封闭的系统(即，处于操作状态之间的系统10)内的系统压力Ps的方法70的流程图。方法70包括步骤72和下述后续步骤。
步骤72包括选择和向控制器50发送压力设定点和流率设定点。基于混合物料12的要求来确定具体的压力和流率设定点，例如，如前面示例中所述。
在步骤74中，控制器50确定系统10的状态(例如，封闭或打开)。控制器可通过接收与喷枪14的开关或电磁阀的位置通信的信号来实现该确定。如果系统10封闭，执行步骤76a。步骤76a在喷枪14处建立等于压力设定点加上压力偏移的目标压力。压力偏移选择成使相对于先前选择的设定点升高或降低压力设定点的作用发生偏移，如上所述。任选地，在喷枪14被打开时，压力偏移还可以抵消系统10内的初始压降。如果系统10是打开的，则执行步骤76b。因为喷枪14在系统10打开时分配混合物料12，因此不需要偏移目标压力。因此，步骤76b建立的目标压力等于压力设定点。
建立目标压力之后，步骤78涉及计算压力信号误差。压力信号误差通过在控制器50处接收来自压力传感器52的信号S1并将信号S1与目标压力进行比较来确定。信号S1与目标压力之间的差值是压力信号误差，其随时间推移储存在控制器50中。
在步骤80中，使用压力信号误差来更新PID环。比例积分微分环或PID环在本领域是公知的。更新PID环涉及将当前信号误差添加到先前采集的压力信号误差值的数据集中。然后，使用累积的压力信号误差值以及在最初调谐控制器时输入到控制器的参数来创建新的压力输出信号C1。输出信号C1在步骤82传送到控制阀42。
在步骤82中，输出信号C1使得控制阀42增大或减小先导压力Pp从而利用压力调节器40改变系统压力Ps。例如，如果压力信号误差指示压力目标小于当前的系统压力Ps，那么控制器50将发送信号C1命令控制阀42来增大先导压力Pp。反之，如果误差指示目标压力比当前的系统压力Ps大，则控制器50将发送信号C2命令控制阀42来减小先导压力Pp。
步骤82之后是步骤84，其中控制器50第二次确定系统10的状态。其中控制器50确定系统10的状态的方式基本上类似于步骤74。如果系统10被封闭，则重复步骤76a、78、80和82。如果系统10打开，则控制器50执行步骤86、88和90。
步骤86涉及计算系统10中的流率误差。控制器50接收分别来自位于计量器24和28上的传感器60和62的信号S2和S3。系统10内的当前流率R分别等于流经计量器24和28的流率R1和R2。在系统10的另一实施例中，可以使用单个计量器(例如，计量器24)或使用额外的计量器(未示出)，这取决于用于形成混合物料12的成分的数量。通常，从喷枪14分配的流率R等于流经系统10中所包含的一个或多个计量器的每个成分的总和。为了确定流率信号误差，控制器50将流率设定点与系统10的总流率R进行比较。流率信号误差是流率设定点与流率R之间的差值。使用流量信号误差，控制器50在步骤88中更新压力-流量表并在步骤90中确定新的压力设定点。压力-流量表储存在控制器50中并为特定的混合物料12将系统压力Ps与流率R关联。步骤90之后，重复步骤74、76a或76b、78、80和82，直到在步骤84中系统10的状态为打开。
虽然本发明已经参照优选实施例进行描述，本领域技术人员将认识到可以在形式和细节上作出修改而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (12)

1.一种用于控制封闭的系统内的系统压力的方法，包括：
对应于压力设定点，将信号发送到压力控制阀；和
致动压力控制阀以改变容纳在流体地连接到压力调节器的压力控制管线内的控制流体的先导压力，其中设置在压力控制管线和系统管线之间的所述压力调节器的隔膜作用于系统管线内的流体以改变系统压力。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
使用控制器来建立所述压力设定点；
测量沿着邻近压力调节器的一部分系统管线的系统压力；和
基于所测量的系统压力将反馈信号发送到所述控制器，其中所述控制器改变所述压力设定点。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述压力调节器是气动的，所述控制流体是空气。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：
通过控制流体供给管线将控制流体供给到压力控制阀。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述隔膜被配置成将系统压力从最小系统压力改变成最大系统压力，而不从系统管线添加或去除流体。
6.根据权利要求1所述的方法，其中先导压力的增大导致系统压力的增大，先导压力的减小导致系统压力的减小。
7.一种改变喷雾器系统的系统压力的方法，包括：
致动喷射枪以停止通过喷雾器系统的流动；
使用控制器来建立压力设定点；
对应压力设定点，将来自控制器的信号发送到压力控制阀；
致动压力控制阀以改变流体地连接到压力调节器的控制管线内的控制流体的先导压力，其中将控制流体与系统管线内容纳的流体流体地分离的压力调节器的隔膜作用在流体上以改变系统压力。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：
测量沿着系统管线处于压力调节器下游的一部分系统管线的系统压力；和
基于所测量的系统压力，将反馈信号发送到控制器，其中所述控制器改变压力设定点。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括：
通过控制流体供给管线将控制流体供给到压力控制阀。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述隔膜被配置成将系统压力从最小系统压力改变到最大系统压力，而不对系统管线添加或去除流体。
11.根据权利要求7所述的方法，其中所述压力调节器设置在沿着系统管线的第一计量器和第二计量器的下游，并且其中所述第一计量器提供第一成分和第二计量器提供第二成分，所述第一成分和第二成分在系统管线内混合以形成所述流体。
12.根据权利要求7所述的方法，还包括：
致动触发器以打开通过喷射枪的流，其中，所述压力设定点比目标系统压力大，从而抵消由致动所述喷射枪导致的预期系统压力损失。
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