一种杜瓦瓶加注系统及加注方法

技术领域

本发明属于压力容器技术领域，尤其涉及一种杜瓦瓶加注系统及加注方法。

背景技术

现有工业气体充装站点充装设备基本采用人工手动操作方式进行杜瓦瓶充装，容易误操作、充装效率低、而且安全风险，同时杜瓦瓶充装前、后安全检查和管理都存在效率低，安全风险高等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种杜瓦瓶加注系统及加注方法，解决上述现有技术中人工操作容易误操作以及充装效率低的技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种杜瓦瓶加注系统，包括：加注控制系统CS；所述加注控制系统CS与排空电磁阀D3、加注电磁阀D2和预冷电磁阀D1电连接，所述加注控制系统CS与温度传感器TT1、压力传器PT1和称重传感器WS1电连接，所述加注控制系统CS通过PLC电气控制系统对液体泵电机M1进行控制，所述加注控制系统CS根据设定值对排空电磁阀D3、加注电磁阀D2、预冷电磁阀D1和液体泵电机M1进行智能化控制从而达到安全加注的效果。

本发明的一种杜瓦瓶加注系统，所述加注控制系统CS上电连接有手持终端HT1，所述手持终端HT1用于扫描杜瓦瓶标签信息，验证杜瓦瓶属性是否合规，并将杜瓦瓶属性参数信息发至加注控制系统CS。

本发明的一种杜瓦瓶加注系统，所述手持终端HT1通过4G网络与云端管理系统实现通信，所述云端管理系统与加注控制系统CS电连接。

本发明的一种杜瓦瓶加注系统，所述手持终端HT1通过ZIGBEE无线通讯与ZIGBEE模块ZB1实现通信，所述ZIGBEE模块ZB1与加注控制系统CS电连接。

本发明的一种杜瓦瓶加注系统，所述PLC电气控制系统与加注控制系统CS通过RS485实现数据交互。

一种杜瓦瓶加注方法，包括以下步骤：

S1、杜瓦瓶有效性验证：通过手持终端HT1扫描杜瓦瓶标签信息，验证杜瓦瓶属性是否合规，验证合规后将将杜瓦瓶空重、有效容积和限制压力信息发送至加注机控制系统CS；

S2、杜瓦瓶加注机启动：人工确认杜瓦瓶加注管路连接正常以后，一键启动杜瓦瓶加注，加注控制系统CS首先开启排空电磁阀D3，将杜瓦瓶中残液排放至放散管道，待杜瓦瓶残液排尽后，关闭排空电磁阀D3，开启加注电磁阀D2，同时将启动命令自动同步至PLC电气控制系统，PLC控制系统按照启泵流程实现液体泵电机M1启动，加注控制系统CS根据有效杜瓦瓶信息进行加注容量、温度和压力的限定进行加注；

S3、杜瓦瓶加注过程监控：在加注全过程，加注机控制系统CS将实时采集温度传感器TT1、压力传感器PT1和称重传感器WS1数据；并根据相应传感器数据控制排空电磁阀D3、加注电磁阀D2和预冷电磁阀D1的切换，从而实现加注过程的预冷、加注和回流控制；

S4、杜瓦瓶加注机的停止：加注结束条件达到后，加注机控制系统CS将停机信号同步至PLC电气控制系统，PLC电气控制系统按控制流程停止液体泵电机M1；加注机控制系统CS停止加注电磁阀D2，开启预冷电磁阀D1，将管路中液体回流至储罐，同时关闭杜瓦瓶瓶阀后开启排空电磁阀D3，将加注软管内的残液排掉。

本发明的一种杜瓦瓶加注方法，所述步骤S3中结合压力传感器的压力值实现动态调整，平衡整个充装过程的压力范围，加注机控制系统根据称重传感器WS1的重量数值与预设充装重量之间的动态算法实现定量充装，同时结合温度传感器TT1实现防过冲判断。

本发明的一种杜瓦瓶加注方法，所述步骤S3中加注机控制系统CS每间隔100-300毫秒采集温度传感器TT1的信号所转换出来得温度AD数据，再将温度AD数据转换为相对应的温度值，当温度传感器TT1的温度值高于预设温度值时，加注机控制系统CS开启预冷电磁阀D1，持续对整个管路系统进行预冷；当温度传感器TT1的温度值低于预设值时，加注机控制系统CS则自动开启加注电磁阀D2进行杜瓦瓶加注。

本发明的一种杜瓦瓶加注方法，所述步骤S3中加注机控制系统CS每间隔50-150ms采集压力传感器PT1的信号所转换出来得压力AD数据，再将压力AD数据转换为相对应的压力值，加注机控制系统CS根据预设压力值限定值，采用PID算法动态调节加注电磁阀D2的开度，使加注压力始终维持在预设压力值限定值，保持整个加注过程的压力恒定。

本发明产生的有益效果是：提出一种杜瓦瓶加注系统及加注方法，可以实现自动化充装、充装过程安全管控、充装后杜瓦瓶安全追踪等，大大降低了充装人员操作工作量，有效提升杜瓦瓶充装效率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的控制架构逻辑图；

图2是本发明实施例的加注机工艺流程图；

图3是本发明实施例的杜瓦瓶有效性验证流程图；

图4是本发明实施例的加注机启动流程图；

图5是本发明实施例的加注机加注流程图；

图6是本发明实施例的加注机停机流程图；

图7是本发明实施例的PID参数示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-6所示，一种杜瓦瓶加注系统，包括：加注控制系统CS；所述加注控制系统CS与排空电磁阀D3、加注电磁阀D2和预冷电磁阀D1电连接，所述加注控制系统CS与温度传感器TT1、压力传器PT1和称重传感器WS1电连接，所述加注控制系统CS通过PLC电气控制系统对液体泵电机M1进行控制，所述加注控制系统CS根据设定值对排空电磁阀D3、加注电磁阀D2、预冷电磁阀D1和液体泵电机M1进行智能化控制从而达到安全加注的效果。

本发明的优选实施例中，所述加注控制系统CS上电连接有手持终端HT1，所述手持终端HT1用于扫描杜瓦瓶标签信息，验证杜瓦瓶属性是否合规，是否在有效检验期内，有无异常充装情况等，并将杜瓦瓶属性参数信息发至加注控制系统CS。

本发明的优选实施例中，所述手持终端HT1通过4G网络与云端管理系统实现通信，所述云端管理系统与加注控制系统CS电连接。

本发明的优选实施例中，所述手持终端HT1通过ZIGBEE无线通讯与ZIGBEE模块ZB1实现通信，所述ZIGBEE模块ZB1与加注控制系统CS电连接。

本发明的优选实施例中，所述PLC电气控制系统与加注控制系统CS通过RS485实现数据交互。

一种杜瓦瓶加注方法，包括以下步骤：

S1、杜瓦瓶有效性验证：通过手持终端HT1扫描杜瓦瓶标签信息，验证杜瓦瓶属性是否合规，验证合规后将将杜瓦瓶空重、有效容积和限制压力信息发送至加注机控制系统CS；

S2、杜瓦瓶加注机启动：人工确认杜瓦瓶加注管路连接正常以后，一键启动杜瓦瓶加注，加注控制系统CS首先开启排空电磁阀D3，将杜瓦瓶中残液排放至放散管道，待杜瓦瓶残液排尽后，关闭排空电磁阀D3，开启加注电磁阀D2，同时将启动命令自动同步至PLC电气控制系统，PLC控制系统按照启泵流程实现液体泵电机M1启动，加注控制系统CS根据有效杜瓦瓶信息进行加注容量、温度和压力的限定进行加注；

S3、杜瓦瓶加注过程监控：在加注全过程，加注机控制系统CS将实时采集温度传感器TT1、压力传感器PT1和称重传感器WS1数据；并根据相应传感器数据控制排空电磁阀D3、加注电磁阀D2和预冷电磁阀D1的切换，其中排空电磁阀D3、加注电磁阀D2和预冷电磁阀D1分别与图2中的QD3、QD2、QD1一一对应，从而实现加注过程的预冷、加注和回流控制；

S4、杜瓦瓶加注机的停止：加注结束条件达到后，加注机控制系统CS将停机信号同步至PLC电气控制系统，PLC电气控制系统按控制流程停止液体泵电机M1；加注机控制系统CS停止加注电磁阀D2，开启预冷电磁阀D1，将管路中液体回流至储罐，从而降低加注站点运营损耗,同时关闭杜瓦瓶瓶阀后开启排空电磁阀D3，将加注软管内的残液排掉, 从而防止拆卸加注软管时残液喷出，保障加注工人人身安全。

本发明的优选实施例中，所述步骤S3中结合压力传感器的压力值实现动态调整，平衡整个充装过程的压力范围，加注机控制系统根据称重传感器WS1的重量数值与预设充装重量之间的动态算法实现定量充装，同时结合温度传感器TT1实现防过冲判断，最终实现整个加注过程的安全和效率管控。

本发明的优选实施例中，所述步骤S3中加注机控制系统CS每间隔100-300毫秒，此处选200毫秒，采集温度传感器TT1的信号所转换出来得温度AD数据，再将温度AD数据转换为相对应的温度值，当温度传感器TT1的温度值高于预设温度值-120度时，加注机控制系统CS开启预冷电磁阀D1，持续对整个管路系统进行预冷；当温度传感器TT1的温度值低于预设值-120度时，加注机控制系统CS则自动开启加注电磁阀D2进行杜瓦瓶加注。

本发明的优选实施例中，所述步骤S3中加注机控制系统CS每间隔50-150ms，此处选择100ms，采集压力传感器PT1的信号所转换出来得压力AD数据，再将压力AD数据转换为相对应的压力值，加注机控制系统CS根据预设压力值限定值1MPa，采用PID算法动态调节加注电磁阀D2的开度，使加注压力始终维持在预设压力值限定值1MPa，保持整个加注过程的压力恒定。

PID参数调校说明

如图7所示，采用软件模拟的方式实现PID参数调校，其中通过液体泵流量范围设定一个固定量值3000L/h，为了调校出合适的PID参数，将加注压力PT1设定在0～2MPa的范围内，对应下图纵轴的0～100，而加注压力的设定值为1MPa（对应纵轴50）；横轴为时间轴，50代表5秒钟，每100ms采集一次压力值；调节阀QD1对应的CV值为0.5，当比例阀开度在0～100之间时，相对应的流量值为0～1100L/h。通过多次模拟计算最终得出最优PID参数如下图所示，比例(P)、积分(I)、微分(D)的值分别为0.15，0.45和0.4。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。