CN205313621U - 一种立式奥氏体不锈钢压力容器应变强化自动化控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种立式奥氏体不锈钢压力容器应变强化自动化控制系统，涉及压力容器控制系统领域。包括上位机、自动化控制加压系统、压力测量系统、容器环向应变测量系统、应变强化残余容积测量系统以及管路系统。上位机通过组态软件设置应变强化参数并发送至PLC,而后加压泵将水加压后进入立式压力容器，使立式压力容器产生一定塑性变形，应变强化过程中，压力传感器采集到压力数据，拉绳位移传感器采集到位移数据以及称重传感器采集到的重量数据依次经过A/D模块、PLC以及上位机组态软件的计算和处理。上位机将数据发送至PLC的数据寄存器D,经过D/A模块的处理进入变频器，从而最终控制加压泵的工作频率，以达到控制系统加压速率的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及压力容器控制系统领域，特别涉及一种立式奥氏体不锈钢压力容器应变强化自动化控制系统。
背景技术
奥氏体不锈钢由于具有良好的低温力学性能以及抗腐蚀能力，现已广泛地应用于液氮、液氧、液氩、LNG等低温压力容器的生产制造过程。而应变强化技术是利用利用奥氏体不锈钢材料的应变强化特性，通过对压力容器整体产生一定塑性变形，从而提高材料的屈服强度，最终达到减薄压力容器的厚度，减轻压力容器重量的目的。
国外一些发达国家已陆续将奥氏体不锈钢应变强化技术列入相关国家和行业标准。然而现行阶段，我国只有少数压力容器制造企业制定了企业标准，且其生产方法也相对落后，大多数企业还停留在依靠人工打压、人工读取压力表、人工测量应变强化率的阶段，具有劳动强度大，测量精度低、生产效率低等缺点。有些企业虽然已开发出一些自动化控制系统，但是大多数功能不够完善、操作界面简陋。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对上述技术不足，提供一种测量精度高，功能完善的立式奥氏体不锈钢应变强化自动化控制系统。
本实用新型所采用的技术方案是：
本实用新型提供的一种立式奥氏体不锈钢应变强化自动化控制系统，包括上位机(14)、自动化控制加压系统、压力测量系统、容器环向应变测量系统、应变强化残余容积测量系统。
所述自动化控制加压系统包括加压泵(2)、PLC(15)、D/A模块(16)，变频器(17)；上位机(14)依次与PLC(15)、D/A模块(16)，变频器(17)、加压泵(2)连接；
所述压力测量系统，包括压力表(12)、压力传感器(11)，所述压力表(12)和压力传感器(11)均安装在立式压力容器(9)顶部。
所述容器环向应变测量系统包括钢丝绳(8)、重物件(5)和拉绳位移传感器(4)；所述钢丝绳(8)沿径向水平缠绕在立式压力容器(9)外侧，钢丝绳(8)的两端通过重物件(5)提供预紧力，使得钢丝绳(8)沿径向水平缠绕在立式压力容器(9)外侧一周后两端在立式压力容器(9)侧面水平交叉成一直线且与立式压力容器(9)相切，水平交叉成一直线的钢丝绳(8)通过滑轮转为竖直向下，钢丝绳(8)两端的重物件(5)分别与拉绳位移传感器(4)连接，可通过拉绳位移传感器(4)测量环向应变数据；
所述残余容积测量系统包括称四个称重传感器(6)，分别安装在立式压力容器(9)底座的四个角处。
所述管路系统包括：储水槽(1)通过管路经由加压泵(2)与立式压力容器(9)相连，在加压泵(2)与立式压力容器(9)之间的管路设有进水阀(3)，立式压力容器(9)顶部设有排气阀(10)，立式压力容器(9)底部设有泄压阀(7)；
排气阀(10)、泄压阀(7)、进水阀(3)分别与PLC(15)连接；称重传感器(6)、拉绳位移传感器(4)、压力传感器(11)分别与A/D模块(13)连接，A/D模块(13)与PLC(15)连接。
所述上位机(14)通过组态软件设置诸如强化压力、保压时间、设定环向应变值等重要参数传输给下PLC(15)，并通过PLC(15)控制泵、阀等元件执行应变强化过程；另外上位机(14)组态软件还可以通过读取PLC(15)的相关寄存器来获取传感器采集数据。
所述加压泵(2)为柱塞泵。
上位机通过组态软件设置应变强化参数并发送至PLC(15),而后加压泵(2)将洁净水升高压力后通过进水阀(3)进入待强化立式压力容器(9)，使得立式压力容器(9)产生一定塑性变形。应变强化过程中，压力传感器(11)采集到的压力数据，拉绳位移传感器(4)采集到的位移数据以及称重传感器(6)采集到的重量数据依次经过A/D模块(13)、PLC(15)以及上位机(14)组态软件的计算和处理，分别得到系统的实时压力、压力容器的环向应变值以及容积残余变形值等数据。上位机(14)将数据发送至PLC(15)的数据寄存器D,经过D/A模块16的处理进入变频器17，从而最终控制加压泵2的工作频率，以达到控制系统加压速率的目的。此外，还可通过组态界面保存应变强化过程相关曲线和报表。本实用新型结构设计合理，操作界面友好，功能完善，自动化程度高，采用容器环向应变值和强化压力两个参数作为奥氏体不锈钢压力应变强化工艺的控制参数，使得应变强化过程更加精确和安全。
本实用新型与现有技术相比有如下几个优点：
1.利用上位机组态软件建立可视化人机界面、下位机PLC进行现场控制、A/D模块采集数据等技术实现立式奥氏体不锈钢压力容器应变强化过程全程自动化控制，从而取代传统的人工打压、人工读数、人工记录的过程，极大地提高了工作效率和测量精度。
2.针对压力容器立式打压设计的容器环向应变测量系统能准确测量容器环向应变值，保证应变强化加工质量。
3.系统自带容积残余变形值测量系统，能通过测量打压前后容器的重量计算出压力容器残余变形值，为压力容器科学生产提供依据。
4.采用容器环向应变值和强化压力两个参数作为奥氏体不锈钢压力应变强化工艺的控制参数，使得应变强化过程更加精确和安全。
5.用组态软件来设置应变强化参数，监视应变强化过程，能显示历史、实时曲线，并能保存和打印实时历史报表，人机界面简洁友好，功能完善。
附图说明
图1是本实用新型的简易结构示意图。
具体实施方式
如图1所示为本实用新型提供的一种立式奥氏体不锈钢压力容器应变强化自动化控制系统结构示意图，包括上位机14、下位机PLC15、配套A/D模块13、D/A模块16、变频器17、储水槽1、加压泵2、压力传感器11、压力表12、两个拉绳位移传感器4、钢丝绳8、两个提供钢丝绳8预紧力的重物件5、四个称重传感器6、进水阀3、排气阀10、泄压阀7以及待强化立式压力容器9。
所述储水槽1内为洁净水，为自动化控制系统提供水源，加压泵2将洁净水升高压力后通过进水阀3进入待强化立式压力容器9，使得压力容器产生一定塑性变形，压力传感器11采集到的压力数据，拉绳位移传感器4采集到的位移数据以及称重传感器6采集到的重量数据依次经过A/D模块13、PLC15以及上位机14组态软件的计算和处理，分别得到系统的实时压力、压力容器的环向应变值以及容积残余等数据，其中环向应变值＝拉绳位移传感器4的位移数据值/压力容器9的初始周长，而残余容积＝泄压前称重传感器6采集的重量－泄压后称重传感器6采集的重量/水的密度。
所述上位机14将数据发送至PLC15的数据寄存器D,经过D/A模块16的处理进入变频器17，从而最终控制加压泵2的工作频率，以达到控制系统加压速率的目的。
所述钢丝绳8缠绕待强化压力容器9一周，与重物件5以及拉绳位移传感器4相连。其中重物件5为钢丝绳提供预紧力；拉绳位移传感器4测量应变强化过程中的容器环向应变值。
所述上位机14采用组态王(Kingview)软件编写自动化控制系统组态界面。组态界面包括参数设置界面，流程参数监控界面，实时历史曲线界面以及报表保存以及打印界面。
所述PLC15采用三菱公司的FX2N-32MR型PLC,配套A/D模块13和配套D/A模块16则分别采用三菱公司的FX2N-4AD及FX2N-4D/A模块，系统自动化控制程序采用GX-Developer编写。
利用该系统能够实现奥氏体不锈钢压力容器应变强化过程的自动化控制，具体步骤如下：
(1)在上位机14组态软件上对强化参数进行设置。
(2)在进行初始化后启动应变强化自动化控制系统时，首先打开加压泵2、进水阀3和排气阀11，将压力容器9内的空气排空。待空气排净之后关闭排气阀11，对待强化压力容器9进行升压操作。
(3)在升压过程中，设置在待强化压力容器9上的压力传感器11、拉绳位移传感器4以及称重传感器6将检测到的信号经过A/D模块13模拟量/数字量转换后发送至PLC15，最终再传输到上位机14，在组态软件的监控界面上显示。上位机14将数据发送至PLC15的数据寄存器,经过D/A模块16的处理进入变频器17，从而最终控制加压泵2的工作频率，以达到控制系统加压速率的目的。
(3)待系统压力到达强化压力或者容器的环向应变量大于等于系统设置环向应变量之后，PLC15会触发控制信号，关闭加压泵2以及进水阀3，系统进行保压。当压力低于一定值时，PLC会重启加压泵2、打开进水阀3，进行系统补压操作。
(4)保压时间到达之后，系统会开启泄压阀7，进行泄压操作。
(5)上位机14组态软件会根据泄压前以及泄压后容器的重量计算出残余容积，同时，还可通过组态界面保存应变强化过程相关曲线和报表。
以上所述仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制。对本技术方案所述的技术特征可以进行简单的修改和替换，但其本质并不脱离本实用新型的精神和范围。
Claims (2)
1.一种立式奥氏体不锈钢压力容器应变强化自动化控制系统，其特征在于，包括上位机(14)、自动化控制加压系统、压力测量系统、容器环向应变测量系统、应变强化残余容积测量系统；
所述自动化控制加压系统包括加压泵(2)、PLC(15)、D/A模块(16)，变频器(17)；上位机(14)依次与PLC(15)、D/A模块(16)，变频器(17)、加压泵(2)连接；
所述压力测量系统，包括压力表(12)、压力传感器(11)，所述压力表(12)和压力传感器(11)均安装在立式压力容器(9)顶部；
所述容器环向应变测量系统包括钢丝绳(8)、重物件(5)和拉绳位移传感器(4)；所述钢丝绳(8)沿径向水平缠绕在立式压力容器(9)外侧，钢丝绳(8)的两端通过重物件(5)提供预紧力，使得钢丝绳(8)沿径向水平缠绕在立式压力容器(9)外侧一周后两端在立式压力容器(9)侧面水平交叉成一直线且与立式压力容器(9)相切，水平交叉成一直线的钢丝绳(8)通过滑轮转为竖直向下，钢丝绳(8)两端的重物件(5)分别与拉绳位移传感器(4)连接，可通过拉绳位移传感器(4)测量环向应变数据；
所述残余容积测量系统包括称四个重传感器(6)，分别安装在立式压力容器(9)底座的四个角处；
管路系统包括：储水槽(1)通过管路经由加压泵(2)与立式压力容器(9)相连，在加压泵(2)与立式压力容器(9)之间的管路设有进水阀(3)，立式压力容器(9)顶部设有排气阀(10)，立式压力容器(9)底部设有泄压阀(7)；
排气阀(10)、泄压阀(7)、进水阀(3)分别与PLC(15)连接；重传感器(6)、拉绳位移传感器(4)、压力传感器(11)分别与A/D模块(13)连接，A/D模块(13)与PLC(15)连接。
2.根据权利要求1所述的一种立式奥氏体不锈钢压力容器应变强化自动化控制系统，其特征在于，加压泵(2)为柱塞泵。
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| CN110595744A (zh) * | 2019-08-04 | 2019-12-20 | 刘宁岗 | 一种应变强化工艺装备及其运行方法以及测试系统 |
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| CN110595744B (zh) * | 2019-08-04 | 2021-11-02 | 珠海共同低碳科技股份有限公司 | 一种应变强化工艺装备的运行方法 |
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