CN108845609A - 一种气体加注系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气体加注系统及方法，第一气动阀连接有第一电磁阀，气控减压阀连接有第一电子压力控制器，气控背压阀连接有第二电子压力控制器，第二气动阀连接有第二电磁阀，第一气动阀与气控减压阀之间、气控减压阀与质量流量计之间、质量流量计与气控背压阀之间、气控背压阀与第二气动阀之间均并联有压力采集装置，第一电磁阀、所有压力传感器、第一电子压力控制器、质量流量计、第二电子压力控制器和第二电磁阀均与PLC控制系统连接。利用电子压力控制器，配套气控减压阀，实现压力自动调节，调节压力精准；通过配置有质量流量计、压力采集装置双重采集气体加注气量，生成与时间的对应曲线，实现加注速率可调、可控，加注气体气量可调可控。
Description
技术领域
本发明涉及高压气体流量及压力控制领域，具体来说，涉及一种气体加注系统及方法。
背景技术
随着工业现代化不断进步和发展，在高压气体流量及压力控制领域中，人们更倾向于使用全智能自动化，精度高，性能稳定的综合系统。
目前国内市场及单位生产及使用的气体加注系统，多为手动压力调节，之后通过手动阀门开度调节，两重控制，实现压力机流量的稳定，应用效果及效率较为一般，主要存在以下问题：
（1）调压多为手动调压，试验效率低下，浪费时间及人力；
（2）国内的同类设备，速率调节为手动控制阀门开度，只能实现单一速率进行气体加注，无法满足有加注速率可调的试验需求；
（3）通过简单的压力及流量开度调节，调节压力精度很难保证，对于精密仪器的测试场合，该方法不可取；
（4）无法实现调节的周期性，无法实现系统加注、保压、泄压等逻辑在特定时间内自动控制执行。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种气体加注系统及方法，能够解决上述技术问题。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种气体加注系统，包括进气口和出气口，所述进气口和出气口之间连接有主管道，所述主管道上依次设有第一气动阀、气控减压阀、质量流量计、气控背压阀和第二气动阀，所述第一气动阀连接有第一电磁阀，所述气控减压阀连接有第一电子压力控制器，所述气控背压阀连接有第二电子压力控制器，所述第二气动阀连接有第二电磁阀，所述第一气动阀与气控减压阀之间、气控减压阀与质量流量计之间、质量流量计与气控背压阀之间、气控背压阀与第二气动阀之间均并联有压力采集装置，所述压力采集装置包括并联的压力传感器和压力表，所述第一电磁阀、所有压力传感器、第一电子压力控制器、质量流量计、第二电子压力控制器和第二电磁阀均与PLC控制系统连接。
进一步地，所述进气口与所述第一气动阀之间设有第一截止阀。
进一步地，所述出气口与所述第二气动阀之间设有第二截止阀。
一种气体加注方法，包括以下步骤：
S1.通过测试界面输入加注压力、加注时间（加注速率），PLC控制系统对相应部件发出指示命令；
S2.第一电子压力控制器接受PLC控制系统信号，并按照一定比例输出控制气，作用在气控减压阀上，通过气控减压阀以一定压力输出至质量流量计；
S3.第二电子压力控制器接受PLC控制系统信号，并输出一定压力的控制气压力，作用在气控背压阀上，使气控背压阀入口压力低于气控减压阀出口压力；
S4.当从气控背压阀输出的气体压力高于气控背压阀入口压力后，输出进入加注容器中；当气控背压阀与第二气动阀之间的第四压力传感器采集加注压力到达设定压力时，PLC控制系统发出指令控制第二电磁阀断电，使第二气动阀关闭，同时第一电子压力控制器和第二电子压力控制器停止调节。
进一步地，气体通过气控减压阀之前，通过所述第一气动阀与气控减压阀之间的第一压力表和第一压力传感器采集并显示进气口压力。
进一步地，气体通过质量流量计之前，气控减压阀与质量流量计之间的第二压力表和第二压力传感器采集并显示减压后气体压力。
进一步地，气体通过气控背压阀之前，质量流量计与气控背压阀之间的第三压力表和第三压力传感器采集并显示质量流量计输出压力。
进一步地，气体通过第二气动阀之前，气控背压阀与第二气动阀之间的第四压力表和第四压力传感器采集并显示气控背压阀输出压力。
本发明的有益效果：通过利用电子压力控制器，配套气控减压阀，实现压力自动调节，调节压力精准，一步到位；通过配置有质量流量计、压力采集装置双重采集气体加注气量，生成与时间的对应曲线，实现加注速率可调、可控，加注气体气量可调可控；实现自动化，效率高，压力范围可调，覆盖压力范围广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述的一种气体加注系统的结构示意图；
图2是根据图1的俯视图；
图3是根据本发明实施例所述的一种气体加注系统的工作原理框图。
图中：1. 第一截止阀；2. 第二截止阀；3. 第一气动阀；4. 气控减压阀；5. 质量流量计；6. 气控背压阀；7. 第二气动阀；8. 第一电磁阀；9. 第一电子压力控制器；10. 第二电子压力控制器；11. 第二电磁阀；12. 第一压力表；13. 第一压力传感器；14. 第二压力表；15. 第二压力传感器；16. 第三压力表；17. 第三压力传感器；18. 第四压力表；19.第四压力传感器；20. 测试界面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图3所示，根据本发明实施例所述的一种气体加注系统，包括进气口和出气口，所述进气口和出气口之间连接有主管道，所述主管道上依次设有第一气动阀3、气控减压阀4、质量流量计5、气控背压阀6和第二气动阀7，所述第一气动阀3连接有第一电磁阀8，所述气控减压阀4连接有第一电子压力控制器9，所述气控背压阀6连接有第二电子压力控制器10，所述第二气动阀7连接有第二电磁阀11，所述第一气动阀3与气控减压阀4之间、气控减压阀4与质量流量计5之间、质量流量计5与气控背压阀6之间、气控背压阀6与第二气动阀7之间均并联有压力采集装置，所述压力采集装置包括并联的压力传感器和压力表，所述第一电磁阀8、所有压力传感器、第一电子压力控制器9、质量流量计5、第二电子压力控制器10和第二电磁阀11均与PLC控制系统连接。
所述进气口与所述第一气动阀3之间设有第一截止阀1。
所述出气口与所述第二气动阀7之间设有第二截止阀2。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。
在具体使用时，根据本发明所述的气体加注系统包括进气口，进气口与第一截止阀1和第一气动阀3串联，之后分两条管路，一条进入气控减压阀4，另一路分支连接第一压力表12和第一压力传感器13，采集并显示进气口压力。主路经过气控减压阀4再分支两路，一路进入气体质量流量计5，另一路分支连接第二压力表14和第二压力传感器15，采集并显示减压后压力，主路从质量流量计5输出，之后分两条管路，主路进入气控背压阀6，另一路分支连接第三压力表16和第三压力传感器17，采集并显示质量流量计5出口压力，主路从气控背压阀6输出后分支两路，主路进入第二气动阀7，另一路分支连接第四压力表18和第四压力传感器19，采集并显示气控背压阀6输出压力，主路经第二气动阀7、第二截止阀2后输出。
在具体的应用中，将该系统集成到一个密封式结构箱体内，如图1-2所示，在箱体的正面设有测试界面20，进气口和出气口均设置在箱体背面，第一压力表12、第二压力表14、第三压力表16和第四压力表18均安装在箱体的正面的显示器20旁边，便于观察，系统中第一电磁阀8、所有压力传感器、第一电子压力控制器9、质量流量计5、第二电子压力控制器10和第二电磁阀11均采用通讯电缆与PLC控制系统进行数据传输，以实现调节及采集的功能。其中，PLC控制系统：下位机采用西门子PLC，采集压力、流量等信号，传输到上位机平板电脑中，内部集成测控软件，实现PID自动控制；气动阀：与电磁阀搭配使用，由PLC控制系统控制，控制进气、输出气供给、截止功能的实现；截止阀：功能与气动阀一致，手动控制，备用；电子压力控制器：根据测试数据要求，接受PLC控制系统传输的指令信号，控制气控减压阀4、气控背压阀6的开启开度，实现压力自动调节；气控减压阀4/气控背压阀6：结构均为高压膜片式控制，受电子压力控制器控制，实现压力自动调节，提供测试压力/维持前后压差稳定；质量流量计5：科氏力质量流量计，采集精度高，反应迅速，适用于各种气体计量，用于监测加注气体流量；压力传感器：监测系统中各管段压力，实时采集压力值，通过电流信号传送至PLC控制系统，辅助实现逻辑控制；压力表：监测各个管段压力；箱体：便携式样式集成，内部结构紧凑、布局合理，整体重量小，便于移动。
一种气体加注方法，包括以下步骤：
S1.通过测试界面输入加注压力、加注时间加注速率，PLC控制系统对相应部件发出指示命令；
S2.第一电子压力控制器9接受PLC控制系统信号，并按照一定比例输出控制气，作用在气控减压阀4上，通过气控减压阀4以一定压力输出至质量流量计5；
S3.第二电子压力控制器10接受PLC控制系统信号，并输出一定压力的控制气压力，作用在气控背压阀6上，使气控背压阀6入口压力低于气控减压阀4出口压力；
S4.当从气控背压阀6输出的气体压力高于气控背压阀6入口压力后，输出进入加注容器中；当气控背压阀6与第二气动阀7之间的第四压力传感器19采集加注压力到达设定压力时，PLC控制系统发出指令控制第二电磁阀11断电，使第二气动阀7关闭，同时第一电子压力控制器9和第二电子压力控制器10停止调节。
气体通过气控减压阀4之前，通过所述第一气动阀3与气控减压阀4之间的第一压力表12和第一压力传感器13采集并显示进气口压力。
气体通过质量流量计5之前，气控减压阀4与质量流量计5之间的第二压力表14和第二压力传感器15采集并显示减压后气体压力。
气体通过气控背压阀6之前，质量流量计5与气控背压阀6之间的第三压力表16和第三压力传感器17采集并显示质量流量计5输出压力。
气体通过第二气动阀7之前，气控背压阀6与第二气动阀7之间的第四压力表18和第四压力传感器19采集并显示气控背压阀6输出压力。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。
在具体使用时，根据本发明所述的气体加注方法：整体上电，进入测控界面，准备试验，打开第一截止阀1、第二截止阀2，通过第一电磁阀8开启第一气动阀3，通过第二电磁阀11开启第二气动阀7。第一压力表12、第一压力传感器13显示气源压力，第一压力表12、第一压力传感器13没有数值。
通过测试界面输入加注压力、加注时间加注速率，点击运行按钮，PLC控制系统开始对相应部件发出指示命令，第一电子压力控制器9接收PLC控制系统信号，并按照一定比例输出控制气，作用在气控减压阀4上，介质通过气控减压阀4以一定压力输出，并通入质量流量计5，第二压力表14、第二压力传感器15，第三压力表16、第三压力传感器17显示一定数据。同时根据程序控制，第二电子压力控制器10同步接收PLC控制系统信号，并输出一定压力的控制气压力，作用在气控背压阀6上，气控背压阀6前建立一定压力，气控背压阀6入口压力低于气控减压阀4出口压力，此目的是保证质量流量计5进出口压力尽量维持一恒定压力差值，通过第二压力传感器15、第三压力传感器17实时监测。
当从气控背压阀6输出的气体压力高于气控背压阀6入口压力后，输出经过第二气动阀7、第二截止阀2进入加注容器中，容器加注压力第四压力表18、第四压力传感器19。当第四压力传感器19采集加注压力到达设定压力时，PLC控制系统发出指令控制第二电磁阀11断电，使第二气动阀7关闭，同时第一电子压力控制器9、第二电子压力控制器10两个电子压力控制器停止调节，试验完成。
由于PLC控制系统发送至第一电子压力控制器9、第二电子压力控制器10的信号变化速率可以调节、控制，所以第一电子压力控制器9、第二电子压力控制器10输出压力变化频率可根据需求进行适当的调节，以此实现压力速率可控。
试验过程中，压力、流量等试验数据在试验过程中实时采集，并显示到测试界面中，可以生成相关的曲线、报告等测试文件，可以存储、调出、打印等。
系统还可应用于加注流量的试验场合，通过设定加注流量，自动运行，可稳定实现加注流量可设定、可调功能。其他原理同上述，当达到加注流量后自动关闭截止阀，试验结束。
系统中设计两个电子压力控制器包括第一电子压力控制器9、第二电子压力控制器10，其工作原理为：通过在一定范围内改变输入电信号，得到与输入电信号成一定比例的气体输出压力，进而实现气体输出压力与输入电信号成比例的变化。其特点为：1)可实现压力、速度的无极调节，避免了常通的开关式气阀换向时的冲击现象；2)能实现远程控制和程序控制；3)与断续控制相比，系统简化，元件大大减少；4)使用功率小、发热少、噪声低；5)不会发生火灾，不污染环境。受温度变化的影响小。
气控减压阀4的原理为：通过调整气室压力来控制调压阀出口下游压力，要实现远程自动控制，只需要远程调整气室压力即可。其特点为：1）气控调压阀4是依靠电-气比例阀进行调节控制，电-气比例阀选取适当的流通系数，可使得气控调压阀4进行快速反应；2）控制气压力范围0-100psi，但控制目标压力最高可达10000psi；3）控制气与目标介质完全隔离，不污染介质纯度；4）压力控制精确。PLC控制系统使得气控调压阀4下游压力始终维持在设定的目标压力，尤其针对远程控制升（降）压应用而言，将升压（降压）过程分解为数量众多的定压目标，而使得试验过程中每一个时刻的测试压力都与此时的目标设定压力相匹配。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过利用电子压力控制器，配套气控减压阀，实现压力自动调节，调节压力精准，一步到位；通过配置有质量流量计、压力采集装置双重采集气体加注气量，生成与时间的对应曲线，实现加注速率可调、可控，加注气体气量可调可控；实现自动化，效率高，压力范围可调，覆盖压力范围广。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种气体加注系统，其特征在于，包括进气口和出气口，所述进气口和出气口之间连接有主管道，所述主管道上依次设有第一气动阀（3）、气控减压阀（4）、质量流量计（5）、气控背压阀（6）和第二气动阀（7），所述第一气动阀（3）连接有第一电磁阀（8），所述气控减压阀（4）连接有第一电子压力控制器（9），所述气控背压阀（6）连接有第二电子压力控制器（10），所述第二气动阀（7）连接有第二电磁阀（11），所述第一气动阀（3）与气控减压阀（4）之间、气控减压阀（4）与质量流量计（5）之间、质量流量计（5）与气控背压阀（6）之间、气控背压阀（6）与第二气动阀（7）之间均并联有压力采集装置，所述压力采集装置包括并联的压力传感器和压力表，所述第一电磁阀（8）、所有压力传感器（12）、第一电子压力控制器（9）、质量流量计（5）、第二电子压力控制器（10）和第二电磁阀（11）均与PLC控制系统连接。
2.根据权利要求1所述一种气体加注系统，其特征在于，所述进气口与所述第一气动阀（3）之间设有第一截止阀（1）。
3.根据权利要求1所述一种气体加注系统，其特征在于，所述出气口与所述第二气动阀（7）之间设有第二截止阀（2）。
4.一种气体加注方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.通过测试界面输入加注压力、加注时间（加注速率），PLC控制系统对相应部件发出指示命令；
S2.第一电子压力控制器（9）接受PLC控制系统信号，并按照一定比例输出控制气，作用在气控减压阀（4）上，通过气控减压阀（4）以一定压力输出至质量流量计（5）；
S3.第二电子压力控制器（10）接受PLC控制系统信号，并输出一定压力的控制气压力，作用在气控背压阀（6）上，使气控背压阀（6）入口压力低于气控减压阀（4）出口压力；
S4.当从气控背压阀（6）输出的气体压力高于气控背压阀（6）入口压力后，输出进入加注容器中；当气控背压阀（6）与第二气动阀（7）之间的第四压力传感器（19）采集加注压力到达设定压力时，PLC控制系统发出指令控制第二电磁阀（11）断电，使第二气动阀（7）关闭，同时第一电子压力控制器（9）和第二电子压力控制器（10）停止调节。
5.根据权利要求4所述一种气体加注方法，其特征在于，气体通过气控减压阀（4）之前，通过所述第一气动阀（3）与气控减压阀（4）之间的第一压力表（12）和第一压力传感器（13）采集并显示进气口压力。
6.根据权利要求4所述一种气体加注方法，其特征在于，气体通过质量流量计（5）之前，气控减压阀（4）与质量流量计（5）之间的第二压力表（14）和第二压力传感器（15）采集并显示减压后气体压力。
7.根据权利要求4所述一种气体加注方法，其特征在于，气体通过气控背压阀（6）之前，质量流量计（5）与气控背压阀（6）之间的第三压力表（16）和第三压力传感器（17）采集并显示质量流量计（5）输出压力。
8.根据权利要求4所述一种气体加注方法，其特征在于，气体通过第二气动阀（7）之前，气控背压阀（6）与第二气动阀（7）之间的第四压力表（18）和第四压力传感器（19）采集并显示气控背压阀（6）输出压力。
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