CN211207190U - 一种气密试验自动化控制系统 - Google Patents

Abstract

一种气密试验自动化控制系统，其特征在于，包括数据采集系统(1)、数据处理系统(2)、气路控制系统(3)和状态指示报警系统(4)；其中数据处理系统(2)分别与数据采集系统(1)、气路控制系统(3)、状态指示报警系统(4)。使用本实用新型进行气密试验工作，能够实现气密试验过程无人值守，自动完成气密试验工作。采用本实用新型获取气密试验需要的数据，实时监控过程中气密试验状态，提高了数据采集的准确性和及时性，避免误读和误判，确保不因工作不及时或者人为失误发生安全事故，同时提高率工作效率和产品质量一致性。

Description

一种气密试验自动化控制系统

技术领域

本实用新型是一种气密试验自动化控制系统,适用于对密闭容器进行气密试验工作。

背景技术

某些高精尖产品要求在特定的环境中储存，尤其是电气绝缘性能要求高、有金属裸露或者存放时间较长的产品。存储环境一般要求为低氧和低湿度的空气或者干燥氮气，以确保产品内电子器件良好的电气性能及裸露金属不发生锈蚀而导致功能失效。传统的气密试验方法为使用充气装置(包括减压阀、精密压力表、空盒压力表、湿度表、温度表、气管和充气工装)手工进行气密试验。气密试验之前，由人工读取空盒气压表、湿度表和温度表的数值，经过人工计算得到充气压力目标值，然后连接充气装置进行气密试验工作(包括：产品充气、产品气体置换或者检查产品压力)。该操作方法由于人工参与的因素较多，工作效率低，高压作业属于特种作业，产品连接处存在薄弱环节，存在一定的安全风险，同时人工操作存在失误可能，增加安全风险。因此该方法不满足大批量产品快速完成气密试验工作的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出了一种气密试验自动化控制系统,以克服工人操作存在失误而造成的安全风险。

一种气密试验自动化控制系统，其特征在于，包括数据采集系统1、数据处理系统2、气路控制系统3和状态指示报警系统4；其中数据处理系统2分别与数据采集系统1、气路控制系统3、状态指示报警系统4；

其中，数据处理系统2包括PLC控制器2-1、数模转换模块2-2、继电器组合2-3，PLC控制器2-1与数模转换模块2-2连接，数模转换模块2-2又与继电器组合2-3连接；

数据采集系统包括压力传感器1-1、温度传感器1-2、湿度传感器1-3和气体暂存区1-4，压力传感器1-1、温度传感器1-2和湿度传感器1-3都在气体暂存区1-4内；压力传感器1-1、温度传感器1-2和湿度传感器1-3都与数据处理系统2的PLC控制器2-1连接；

气路控制系统3包括高压减压阀3-1、流量控制器3-2、比例调节阀3-3、电磁阀组合3-4；高压减压阀3-1、流量控制器3-2、比例调节阀3-3和电磁阀组合3-4都与数据处理系统2的PLC控制器2-1连接；

状态指示报警系统4包括状态指示灯4-1、语言系统4-2；状态指示灯4-1、语言系统4-2分别与数据处理系统2的PLC控制器2-1连接；

数据采集系统1的气体暂存区1-4连接气源，在气体暂存区1-4内压力传感器1-1直接检测、实时监控气体暂存区1-4内的压力，温度传感器1-2直接检测、监控气体暂存区1-4内的温度，湿度传感器1-3直接检测、监控气体暂存区1-4内的湿度；并将测得的数据上传到数据处理系统2的PLC控制器2-1 进行处理，PLC控制器2-1通过计算，获得充气压力温度和湿度目标,再通过数模转换模块2-2转换为控制数据向气路控制系统3发出命令，气路控制系统3 按照命令调整高压减压阀3-1、流量控制器3-2、比例调节阀3-3、电磁阀组合 3-4，使气体的压力、温度和温度符合要求。

还有一权限控制系统5，权限控制系统5包括防爆触摸屏5-1，防爆触摸屏 5-1与PLC控制器2-1连接。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

(1)使用本实用新型进行气密试验工作，能够实现气密试验过程无人值守，自动完成气密试验工作。

(2)采用本实用新型获取气密试验需要的数据，实时监控过程中气密试验状态，提高了数据采集的准确性和及时性，避免误读和误判，确保不因工作不及时或者人为失误发生安全事故，同时提高率工作效率和产品质量一致性。

(3)本实用新型集成高压和低压气源两个气源控制系统，能够完成充气、气体置换和查气工作。

(4)本实用新型能够同时对五个产品进行气密试验工作，提高工作效率 500％。

(5)本实用新型能够将气密试验的结果写入U盘，形成指定格式的EXCEL 记录。

附图说明

图1A、本实用新型组成示意图；

图1B、本实用新型组成及连接示意图；

图2、本实用新型专利的数据采集系统1结构示意图；

图3、本实用新型数据处理系统2结构示意图；

图4、本实用新型气路控制系统3结构示意图；

图5、本实用新型权限控制系统5结构与PLC控制器2-1连接示意图；

图6、本实用新型状态指示报警系统5结构与PLC控制器2-1连接示意图；

图7、本实用新型气路控制连接示意图；

图8A、本实用新型的工作流程原理图；

图8B、本实用新型的工作过程流程图。

具体实施方式

一种气密试验自动化控制系统，其特征在于，包括数据采集系统1、数据处理系统2、气路控制系统3和状态指示报警系统4；其中数据处理系统2分别与数据采集系统1、气路控制系统3、状态指示报警系统4；

其中，数据处理系统2包括PLC控制器2-1、数模转换模块2-2、继电器组合2-3，PLC控制器2-1与数模转换模块2-2连接，数模转换模块2-2又与继电器组合2-3连接；

数据采集系统包括压力传感器1-1、温度传感器1-2、湿度传感器1-3和气体暂存区1-4，压力传感器1-1、温度传感器1-2和湿度传感器1-3都在气体暂存区1-4内；压力传感器1-1、温度传感器1-2和湿度传感器1-3都与PLC控制器2-1连接；

气路控制系统3包括高压减压阀3-1、流量控制器3-2、比例调节阀3-3、电磁阀组合3-4；高压减压阀3-1、流量控制器3-2、比例调节阀3-3和电磁阀组合3-4都与数据处理系统2连接；

状态指示报警系统4包括状态指示灯4-1、语言系统4-2；状态指示灯4-1、语言系统4-2分别与PLC控制器2-1连接；

数据采集系统1的气体暂存区1-4连接气源，在气体暂存区1-4内压力传感器1-1直接检测、实时监控气体暂存区1-4内的压力，温度传感器1-2直接检测、监控气体暂存区1-4内的温度，湿度传感器1-3直接检测、监控气体暂存区1-4内的湿度；并将测得的数据上传到数据处理系统2的PLC控制器2-1 进行处理，PLC控制器2-1通过计算，获得充气压力温度和湿度目标,再通过数模转换模块2-2转换为控制数据向气路控制系统3发出命令，气路控制系统3 按照命令调整高压减压阀3-1、流量控制器3-2、比例调节阀3-3、电磁阀组合 3-4，使气体的压力、温度和温度符合要求。

还有一权限控制系统5，权限控制系统5包括防爆触摸屏5-1，防爆触摸屏 5-1与PLC控制器2-1连接。

本专利的技术解决的问题为：克服现有技术的不足，提出一种自动化气密试验控制系统，实现气密试验工作安全性高，工作效率高、工作质量一致性好，实现气密试验工作自动化和智能化。

本实用新型专利的技术解决方案如下所述：

本气密试验自动化控制装备采用模块化设计，包括数据采集系统1、数据处理系统2、气路控制系统3、状态指示报警系统4和状态指示报警系统5，见图 1。

数据采集系统1包括压力传感器1-1、温度传感器1-2、湿度传感器1-3和气体暂存区1-4，见图2。

数据处理系统2包括PLC控制器2-1、数模转换模块2-2、继电器组合2-3，见图3。

气路控制系统3主要包括高压减压阀3-1、流量控制器3-2、比例调节阀3-3、电磁阀组合3-4，见图4。

状态指示报警系统4主要包括PLC控制器2-1、、状态指示灯4-1、语音系统4-2。

权限控制系统5主要包括PLC控制器2-1、权限控制程序5-2、防爆触摸屏 5-3。

电源模块：与外接电源220VAC连接，为继电器提供24VDC电源；

PLC控制器是本实用新型自动化控制系统的控制中枢，通过串行总线与数模转换模块组合连接，通过RS485通讯卡与防爆触摸屏、高压减压阀、流量检测阀、流量控制阀、比例调节阀、电磁阀组合、压力传感器、温度传感器、湿度传感器通信，通过USB协议与U盘存储器通信。

继电器组合是将弱电流信号转换成强电流信号，控制电磁阀组合。

防爆触摸屏是实现操作者与气密试验自动化控制系统交互的界面，与PLC 控制器连接，是实现气密试验指令下发和工作状态显示功能。

数模转换组合是将PLC控制器输入(输出)信号进行数模转换，实现对各阀体和各传感器的控制。

压力传感器置于缓存区内是直接检测、实时监控缓存区内压力的设备。

温度传感器置于缓存区内是直接检测、监控缓存区内温度的设备。

湿度传感器置于缓存区内是直接检测、监控缓存区内湿度的设备。

缓存区的前后连接气源和设备，缓存区内置压力传感器、温度传感器和湿度传感器负责存储密闭容器内抽取的气体样品。

本实用新型的运行软件才采用可视化编程软件ISPSoft进行积木搭接式编程模式，利用内建的数学子函数、信号处理子函数编写程序控制模块实现对各阀体、各传感器、状态指示系统以及权限系统的控制，实现产品气密试验自动化和智能化的功能。

本实用新型具备气密试验参数自动采集功能，其实现方法为通过压力传感器、温度传感器和湿度传感器检测缓存区内气体样本的数据，将数据上传至PLC 控制器，通过充气目标公式计算，获得充气压力和湿度目标(或气体置换目标)。

本实用新型具备气密试验过程实时监控的功能，通过内置于缓存区内的压力传感器、温度传感器和湿度传感器实时检测缓存区内的湿度，监控缓存区内的压力，当湿度达到要求后，对产品内的压力进行控制。

本实用新型具备压力超标自动放气的功能，当压力传感器检测到缓存区内的压力超过目标值时，控制系统将停止充气，打开放气开关，并通知报警系统报警提示。

本实用新型进行了冗余设计，每条气路均有3个电磁阀同时进行控制，当检测到充气过程失控时，分别由两个电磁阀进行关闭气路，同时打开放气电磁阀，将进气管路内的气体放出。

本实用新型具备两级权限管理功能，一级密码负责解锁项目要求，放置不同项目之间混用。二级密码权限可以更改一级密码，实现对设备的有效控制。

为更进一步阐述本实用新型专利的具体实施方案，下面结合附图对本实用新型专利的技术方案进行详细完整地论述。

如图1所示，本实用新型专利采用模块化设计方案，包括数据采集系统1、数据处理系统2、气路控制系统3、状态指示报警系统4和权限控制系统5，见图1。

数据采集系统1包括压力传感器、温度传感器、湿度传感器和气体暂存区，见图2。

数据处理系统2包括PLC控制器、数模转换模块组合、继电器组合、气源选择程序、气密试验控制程序、状态控制程序、权限控制程序，见图3。

气路控制系统3主要包括高压减压阀、流量控制器、比例调节阀、电磁阀组合，见图4。

状态指示报警系统4包括PLC控制器、状态指示灯、语音系统。

权限控制系统包括PLC控制器、权限控制程序和防爆触摸屏。

电源模块：与外接电源220VAC连接，为耐高压继电器提供24VDC电压；

PLC控制器是本实用新型自动化控制系统的控制中枢，通过串行总线与数模转换模块组合连接，通过RS485通讯卡与防爆触摸屏、高压减压阀、流量检测阀、流量控制阀、比例调节阀、电磁阀组合、压力传感器、温度传感器、湿度传感器通信，通过USB协议与U盘存储器通信。

继电器组合是将弱电流信号转换成强电流信号，控制电磁阀组合。

防爆触摸屏是实现人机交互的界面，分别与PLC控制器和U盘连接，是实现气密试验指令下发和工作状态显示功能。

数模转换组合是将PLC控制器输入(输出)信号进行数模转换，实现对各阀体和各传感器的控制。

压力传感器置于缓存区内是直接检测、实时监控缓存区内压力的设备。

温度传感器置于缓存区内是直接检测、监控缓存区内温度的设备。

湿度传感器置于缓存区内是直接检测、监控缓存区内湿度的设备。

缓存区的前后连接气源和设备，缓存区内置压力传感器、温度传感器和湿度传感器负责存储密闭容器内抽取的气体样品。

防爆柜是将所有的电气控制系统和气路系统放入其中，对外隔离。柜体防爆等级为ExdⅡBT4 GB，防护等级IP55，符合GB3836.1-2010《爆炸性环境第 1部分：设备通用要求》和GB3836.2-2000《爆炸性环境第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备》，要求，可用于1区、2区、21区和22区环境。

如图2所示，给出了无源导通测试的具体实现方法。

与现有技术相比，本实用新型专利基于PLC控制器开发设计，采用 IEC61131-3编程架构，支持五种编程语言，引入模块化设计理念，具有开发周期短、工作稳定性好，可靠性高、可扩展性好优点；软件编程采用可视化ISPSoft 软件进行积木搭接式编程模式，编程开发简单，调试便捷；本气密试验策略实现了自动化控制，实现了气密试验工作本质安全，能够同时对五发产品气密试验，大大缩短了工作时间，提高工作效率，较传统测试方法效率提高500％以上。

本实用新型专利虽为基于PLC控制器的气密试验自动化控制系统，但不仅仅局限于应用PLC控制实自动控制，也可以作为气密试验自动采集数据、自动处理数据、实时检测监控气密试验结果的一种方法。同时，本实用新型中使用缓存区抽取气体样品，使用压力传感器、温度传感器和湿度传感器实时检测产品内气体品质和压力，工作完成对产品补气的方法也可以做出若干变形或者扩展改进，这些都属于本实用新型专利的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

一种气密试验自动化控制系统，其特征在于，包括数据采集系统1、数据处理系统2、气路控制系统3、状态指示报警系统4和权限控制系统5；其中，数据采集系统1与数据处理系2统连接，包括压力传感器、温度传感器、湿度传感器和气体暂存区。数据处理系统2分别与数据采集系统1、气路控制系统3、状态指示报警系统4和权限控制系统5，包括PLC控制器、数模转换模块组合、继电器组合、气源选择程序、气密试验控制程序、状态控制程序和权限控制程序。气路控制系统3与数据处理系统2连接，包括高压减压阀、流量控制器、比例调节阀和电磁阀组合。状态指示报警系统4与数据处理系统2连接，包括 PLC控制器、状态指示灯和语音系统。权限控制系统5与数据处理系统2连接，包括PLC控制器、权限控制程序和防爆触摸屏。数据处理系统2是整个设备的控制中枢，启动设备后选择相应项目和功能，首先数据处理系统2自动采集压力、温度和湿度参数，然后将这些数据上传至数据处理系统2，由数据处理系统 2根据内置程序自动计算、自动判读，然后给出相应的指令，指令经控制电路下行传至气路控制系统3。控制系统根据指令打开电磁阀，对密闭容器进行充气、气体置换或者进行气体压力检查。设备工作过程中，传感器实时检测产品内的压力和相对湿度，当这两项指标均达到要求时，数据处理系统2向气路控制系统3发出指令关闭气路，同时向状态指示报警系统4发出指令，状态指示报警系统4改变状态指示灯颜色，语音系统发出声音，进行语音提示，设备工作停止。另，设备开启后，进行项目选择时，为防止不同项目之间发生误用，特设置了权限控制系统5，需要输入项目专用密码才可以开启该设备，输入二级密码可以完成项目专用密码的修改。

所述的气密试验自动化控制系统包括数据采集系统1、数据处理系统2、气路控制系统3、状态指示报警系统4和权限控制系统5；由数据采集系统1采集数据，数据传输至数据处理系统2进行处理，整个过程由气路控制系统3控制，当数据处理系统2判定气密试验工作状态变化时，由状态指示报警系统4给出警示信号。

所述的气密试验自动化控制系统包含防爆触摸屏控制程序模块、电路控制程序模块、项目要求和标准程序模块、工作状态监控程序模块、工作状态指示程序模块、工作状态提示程序模块和两级权限管理程序模块。

所述的气密试验自动化控制系统进行气体检查时，将密闭容器内的气体导入设备缓存区，对缓存区内的样本进行检测，并将检测结果传输至数据处理系统2，当密闭容器内的气体品质达到要求时，对容器补气至压力满足要求。

所述的气密试验自动化控制系统进行气体检查时，将密闭容器内的压力是否满足要求，当气体压力超过要求时，将打开放气阀，将密闭容器内的气体放出至压力满足要求。

所述的气密试验自动化控制系统进行充气前，根据要求自动选择高压气源或低压气源，然后进行气密试验工作。

所述的气密试验自动化控制系统进行充气前，根据要求自动选择相应项目 (要求和标准不同)的气密试验程序，然后进行气密试验工作。

测试软件采用ISPSoft对控制器进行编程，利用内建的数学和信号处理子函数建立图形化的虚拟仪器面板，实现产品气密试验自动化控制的功能。

Claims (2)

1.一种气密试验自动化控制系统，其特征在于，包括数据采集系统(1)、数据处理系统(2)、气路控制系统(3)和状态指示报警系统(4)；其中数据处理系统(2)分别与数据采集系统(1)、气路控制系统(3)、状态指示报警系统(4)；

其中，数据处理系统(2)包括PLC控制器(2-1)、数模转换模块(2-2)、继电器组合(2-3)，PLC控制器(2-1)与数模转换模块(2-2)连接，数模转换模块(2-2)又与继电器组合(2-3)连接；

数据采集系统(1)包括压力传感器(1-1)、温度传感器(1-2)、湿度传感器(1-3)和气体暂存区(1-4)，压力传感器(1-1)、温度传感器(1-2)和湿度传感器(1-3)都在气体暂存区(1-4)内；压力传感器(1-1)、温度传感器(1-2)和湿度传感器(1-3)都与数据处理系统(2)的PLC控制器(2-1)连接；

气路控制系统(3)包括高压减压阀(3-1)、流量控制器(3-2)、比例调节阀(3-3)、电磁阀组合(3-4)；高压减压阀(3-1)、流量控制器(3-2)、比例调节阀(3-3)和电磁阀组合(3-4)都与数据处理系统(2)的PLC控制器(2-1)连接；

状态指示报警系统(4)包括状态指示灯(4-1)、语言系统(4-2)；状态指示灯(4-1)、语言系统(4-2)分别与数据处理系统(2)的PLC控制器(2-1)连接；

数据采集系统(1)的气体暂存区(1-4)连接气源，在气体暂存区(1-4)内压力传感器(1-1)直接检测、实时监控气体暂存区(1-4)内的压力，温度传感器(1-2)直接检测、监控气体暂存区(1-4)内的温度，湿度传感器(1-3)直接检测、监控气体暂存区(1-4)内的湿度；并将测得的数据上传到数据处理系统(2)的PLC控制器(2-1)进行处理，PLC控制器(2-1)通过计算，获得充气压力温度和湿度目标,再通过数模转换模块(2-2)转换为控制数据向气路控制系统(3)发出命令，气路控制系统(3)按照命令调整高压减压阀(3-1)、流量控制器(3-2)、比例调节阀(3-3)、电磁阀组合(3-4)，使气体的压力、温度和温度符合要求。

2.根据权利要求1所述的一种气密试验自动化控制系统，其特征在于，还有一权限控制系统(5)，权限控制系统(5)包括防爆触摸屏(5-1)，防爆触摸屏(5-1)与PLC控制器(2-1)连接。

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