CN115899564A - 一种基于目标值控制的氢气系统安全限制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于目标值控制的氢气系统安全限制方法及系统，配置氢气系统压力变化量的目标值集合并与特定位置采集的实时压力进行比对判断，在出现意外泄漏的情况下高精度的系统压力变化感知，并且可在检测到超出正常工作压力变化量的同时完全关断瓶阀，且不会有任何形式的继续泄漏，把氢气的泄漏量控制在安全范围内。解决了机械式溢流阀的精度差、不能及时开启、受外界环境影响大和不够安全的问题，极大提高了氢系统的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及氢气运输与安全保护技术领域，尤其涉及一种基于目标值控制的氢气系统安全限制方法及系统。
背景技术
氢气储运过程中，氢气充储到高压无缝气瓶的过程中及氢气储存运输的过程中，由于金属疲劳、环境、温度、机械精度、意外事故等种种因素影响，可能会产生氢系统管路泄漏，一旦泄漏，由于氢气的易燃易爆性会极易发生爆燃。所以需要一种可以在氢气意外泄漏时及时且自动关断氢气进出口接口的装置，以保证在发生意外时氢气不会大量泄漏造成巨大公共安全事故。
现有技术中一般采用进出气接口安装机械限流阀保护氢系统管路。机械限流阀的工作原理可理解为一个圆桶型双头接口，一端接在氢气瓶口阀上，另一端接氢系统管路，从气瓶内流出的所有氢气都必须经过机械限流阀才能流进管路内。当管路断裂，机械限流阀会因为从瓶口阀流经其内部过大流量的氢气而自动触发其内部的阀体(阀体由内部弹簧提供动力，无需任何外力)，从而阻断机械限流阀内部通路，达到阻断氢气继续泄漏的目的。
机械限流阀由于是全机械式自动实现关断阀门接口，其不可避免的会受到温度、振动、机械加工精度、安装精度等多种因素影响，进而会很大程度的影响其工作精度。同时机械限流阀的判断关断瓶阀的参数是一个流量范围，在精度受到影响的情况下，此流量判断范围会出现更大的误差，严重影响发生泄漏事故的时候储氢容器阀门接口能及时被关断的可靠性、及时性和稳定性。最后，机械限流阀只能基本阻断氢气泄漏，在关断后还会留有一定流量的氢气外泄，所以会留下较大安全隐患。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提出一种基于目标值控制的氢气系统安全限制方法及系统，在出现意外泄漏的情况下高精度的系统压力变化感知，并且可在检测到超出正常工作压力变化量的同时完全关断瓶阀，且不会有任何形式的继续泄漏，把氢气的泄漏量控制在安全范围内。解决了机械式溢流阀的精度差、不能及时开启、受外界环境影响大和不够安全的问题，极大提高了氢系统的安全性。
为实现以上目的，本发明所采用的技术方案包括：
一种基于目标值控制的氢气系统安全限制方法，其特征在于，包括：
S1、配置氢气系统压力变化量的目标值集合，所述压力变化量包括特定氢气剩余量下氢气系统管路的压力值和不同氢气剩余量下氢气系统管路的压力差值；
S2、设置检测阈值；
S3、实时获取第一压力数值与第二压力数值，所述第一压力数值包括距离氢气系统管路内高压出口最远端的瓶口阀对应压力数值，所述第二压力数值包括减压器进气口对应压力数值；
S4、依据第一压力数值与第二压力数值实时获得氢气系统管路内对应的压力检测值；
S5、从目标值集合中选择匹配的目标值，判断压力检测值与目标值的差值是否超过检测阈值；
S6、当判断压力检测值与目标值的差值超过检测阈值时，生成管路阻断控制信号；
S7、依据管路阻断控制信号，完全关闭氢气系统的所有瓶口阀。
进一步地，所述配置氢气系统压力变化量的目标值集合包括：
设定瓶组内氢气剩余量的计算步进为1MPa；
依据计算步进，分别计算瓶组内每1MPa变化对应的压力变化量的目标值。
进一步地，所述配置氢气系统压力变化量的目标值集合还包括：
依据瓶组内每1MPa变化对应的压力变化量的目标值，使用插值法计算瓶组内每0.1MPa变化对应的压力变化量的目标值；
所述插值法包括多项式插值法、埃尔米特插值法或分段插值法的任意一种。
进一步地，所述方法还包括：
获取氢气浓度数值。
进一步地，所述方法还包括：
依据氢气浓度数值，调整检测阈值。
进一步地，所述方法还包括：
当不能实时获取第一压力数值和/或第二压力数值时，生成管路阻断控制信号。
本发明还涉及一种基于目标值控制的氢气系统安全限制系统，其特征在于，包括：
目标值管理模块，用于配置氢气系统压力变化量的目标值集合；
阈值管理模块，用于设置检测阈值；
压力检测模块，用于实时获取第一压力数值与第二压力数值，并依据第一压力数值与第二压力数值实时获得氢气系统管路内对应的压力检测值；
判断模块，用于判断压力检测值与目标值的差值是否超过检测阈值；
控制信号生成模块，用于当判断压力检测值与目标值的差值超过检测阈值时，生成管路阻断控制信号。
本发明还涉及一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法。
本发明还涉及一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器；
所述存储器，用于存储目标值集合与检测阈值；
所述处理器，用于通过调用目标值集合与检测阈值，执行上述的方法。
本发明还涉及一种计算机程序产品，包括计算机程序和/或指令，其特征在于，该计算机程序和/或指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。
本发明的有益效果为：
采用本发明所述基于目标值控制的氢气系统安全限制方法及系统，最少只需两个压力传感器和对应的控制器即可操作，在出现意外泄漏的情况下高精度的系统压力变化感知，并且可在检测到超出正常工作压力变化量的同时完全关断瓶阀，且不会有任何形式的继续泄漏，把氢气的泄漏量控制在安全范围内。解决了机械式溢流阀的精度差、不能及时开启、受外界环境影响大和不够安全的问题，极大提高了氢系统的安全性。。
附图说明
图1为本发明基于目标值控制的氢气系统安全限制方法流程示意图。
图2为本发明基于目标值控制的氢气系统安全限制系统结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明的内容，将结合附图和实施例详细说明。
本发明第一方面涉及一种步骤流程如图1所示的基于目标值控制的氢气系统安全限制方法，包括：
S1、配置氢气系统压力变化量的目标值集合，所述压力变化量包括特定氢气剩余量下氢气系统管路的压力值和不同氢气剩余量下氢气系统管路的压力差值。
具体的，设定瓶组内氢气剩余量的计算步进为1MPa，依据计算步进，分别计算瓶组内每1MPa变化对应的压力变化量的目标值。
优选的，为了进一步提高判断精度，可以在瓶组内每1MPa变化对应的压力变化量的目标值基础上，使用插值法计算瓶组内每0.1MPa变化对应的压力变化量的目标值。例如可以使用多项式插值法、埃尔米特插值法或分段插值法的任意一种。
S2、设置检测阈值。
优选的，为了进一步提高安全性，还可以匹配获取系统内氢气浓度数值，并依据氢气浓度数值，调整检测阈值。例如当系统内氢气浓度数值上升时，对应调低检测阈值使安全检测更加敏感。
S3、实时获取第一压力数值与第二压力数值，所述第一压力数值包括距离氢气系统管路内高压出口最远端的瓶口阀对应压力数值，所述第二压力数值包括减压器进气口对应压力数值。
在氢气瓶组中距离高压出口最远端的瓶口阀处安装一电子压力传感器，同时在减压器的进气口接口处也安装一个同规格电子压力传感器，两电子压力传感器的数据回传端连接到同一氢系统控制器上，控制器随时处于监测电子压力传感器反馈信息的状态，并实时进行压力信息对比。
S4、依据第一压力数值与第二压力数值实时获得氢气系统管路内对应的压力检测值。
S5、从目标值集合中选择匹配的目标值，判断压力检测值与目标值的差值是否超过检测阈值。
两传感器在氢系统管路发生大流量泄漏时管路内由于密封性遭到破坏，压力会瞬时发生较大数值变化，通过两电子压力传感器的压力数据回传，控制器会在一定时间内检测到不同于正常工作(包括开启瓶阀时的瞬时压差和瓶组剩余氢气量不同时工作产生的不同的压力变化量)时的压力变化量，一旦检测到超过正常工作时的压力变化量(超过检测阈值)，即可对应做出安全保护反馈。
S6、当判断压力检测值与目标值的差值超过检测阈值时，生成管路阻断控制信号。
优选的，当不能实时获取第一压力数值和/或第二压力数值时，生成管路阻断控制信号，例如遇电磁干扰或者氢系统控制系统断电，控制器会主动对整体控制系统断电或者关闭所有瓶口阀。
S7、依据管路阻断控制信号，完全关闭氢气系统的所有瓶口阀。通过向瓶组内所有瓶口阀发出关断信号完全关断瓶阀阻止氢气继续泄漏，整体过程不超过1秒，保证整个系统的安全性。
通过上述方法，在氢系统管路发生大规模泄漏的情况下，能够快速准确的通过控制器关断瓶阀，解决目前使用机械限流阀造成的误差大、布置分散、无法快速有效截断所有瓶阀出口的问题。
本发明另一方面还涉及一种基于目标值控制的氢气系统安全限制系统，其结构如图2所示，包括：
目标值管理模块，用于配置氢气系统压力变化量的目标值集合；
阈值管理模块，用于设置检测阈值；
压力检测模块，用于实时获取第一压力数值与第二压力数值，并依据第一压力数值与第二压力数值实时获得氢气系统管路内对应的压力检测值；
判断模块，用于判断压力检测值与目标值的差值是否超过检测阈值；
控制信号生成模块，用于当判断压力检测值与目标值的差值超过检测阈值时，生成管路阻断控制信号。
通过使用该系统，能够执行上述的运算处理方法并实现对应的技术效果。
本发明的实施例还提供能够实现上述实施例中的方法中全部步骤的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的方法的全部步骤。
本发明的实施例还提供一种用于执行上述方法的电子设备，作为该方法的实现装置，所述电子设备至少具备有处理器和存储器，特别是该存储器上存储有执行方法所需的数据和相关的计算机程序，例如目标值集合与检测阈值等，并通过由处理器调用存储器中的数据、程序执行实现方法的全部步骤，并获得对应的技术效果。
优选的，该电子设备可以包含有总线架构，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将包括由一个或多个处理器和存储器的各种电路链接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和接收器和发送器之间提供接口。接收器和发送器可以是同一个元件，即收发机，提供用于在传输介质上与各种其他系统通信的单元。处理器负责管理总线和通常的处理，而存储器可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的数据。
额外的，所述电子设备还可以进一步包括通信模块、输入单元、音频处理器、显示器、电源等部件。其所采用的处理器(或称为控制器、操作控件)可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置，该处理器接收输入并控制电子设备的各个部件的操作；存储器可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种，可储存上述有关的数据信息，此外还可存储执行有关信息的程序，并且处理器可执行该存储器存储的该程序，以实现信息存储或处理等；输入单元用于向处理器提供输入，例如可以为按键或触摸输入装置；电源用于向电子设备提供电力；显示器用于进行图像和文字等显示对象的显示，例如可为LCD显示器。通信模块即为经由天线发送和接收信号的发送机/接收机。通信模块(发送机/接收机)耦合到处理器，以提供输入信号和接收输出信号，这可以和常规移动通信终端的情况相同。基于不同的通信技术，在同一电子设备中，可以设置有多个通信模块，如蜂窝网络模块、蓝牙模块和/或无线局域网模块等。通信模块(发送机/接收机)还经由音频处理器耦合到扬声器和麦克风，以经由扬声器提供音频输出，并接收来自麦克风的音频输入，从而实现通常的电信功能。音频处理器可以包括任何合适的缓冲器、解码器、放大器等。另外，音频处理器还耦合到中央处理器，从而使得可以通过麦克风能够在本机上录音，且使得可以通过扬声器来播放本机上存储的声音。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的系统。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令系统的制造品，该指令系统实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换等都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于目标值控制的氢气系统安全限制方法，其特征在于，包括：
S1、配置氢气系统压力变化量的目标值集合，所述压力变化量包括特定氢气剩余量下氢气系统管路的压力值和不同氢气剩余量下氢气系统管路的压力差值；
S2、设置检测阈值；
S3、实时获取第一压力数值与第二压力数值，所述第一压力数值包括距离氢气系统管路内高压出口最远端的瓶口阀对应压力数值，所述第二压力数值包括减压器进气口对应压力数值；
S4、依据第一压力数值与第二压力数值实时获得氢气系统管路内对应的压力检测值；
S5、从目标值集合中选择匹配的目标值，判断压力检测值与目标值的差值是否超过检测阈值；
S6、当判断压力检测值与目标值的差值超过检测阈值时，生成管路阻断控制信号；
S7、依据管路阻断控制信号，完全关闭氢气系统的所有瓶口阀。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述配置氢气系统压力变化量的目标值集合包括：
设定瓶组内氢气剩余量的计算步进为1MPa；
依据计算步进，分别计算瓶组内每1MPa变化对应的压力变化量的目标值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述配置氢气系统压力变化量的目标值集合还包括：
依据瓶组内每1MPa变化对应的压力变化量的目标值，使用插值法计算瓶组内每0.1MPa变化对应的压力变化量的目标值；
所述插值法包括多项式插值法、埃尔米特插值法或分段插值法的任意一种。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取氢气浓度数值。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
依据氢气浓度数值，调整检测阈值。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当不能实时获取第一压力数值和/或第二压力数值时，生成管路阻断控制信号。
7.一种基于目标值控制的氢气系统安全限制系统，其特征在于，包括：
目标值管理模块，用于配置氢气系统压力变化量的目标值集合；
阈值管理模块，用于设置检测阈值；
压力检测模块，用于实时获取第一压力数值与第二压力数值，并依据第一压力数值与第二压力数值实时获得氢气系统管路内对应的压力检测值；
判断模块，用于判断压力检测值与目标值的差值是否超过检测阈值；
控制信号生成模块，用于当判断压力检测值与目标值的差值超过检测阈值时，生成管路阻断控制信号。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器；
所述存储器，用于存储目标值集合与检测阈值；
所述处理器，用于通过调用目标值集合与检测阈值，执行权利要求1至6中任一项所述的方法。
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序和/或指令，其特征在于，该计算机程序和/或指令被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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