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CN114033965A - 一种单组分或多组分气体的充装控制系统 - Google Patents

一种单组分或多组分气体的充装控制系统 Download PDF

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CN114033965A CN202111344370.3A CN202111344370A CN114033965A CN 114033965 A CN114033965 A CN 114033965A CN 202111344370 A CN202111344370 A CN 202111344370A CN 114033965 A CN114033965 A CN 114033965A
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Abstract

本发明公开了一种单组分或多组分气体的充装控制系统，包括PLC控制系统和管路系统，管路系统包括若干条相互并联的进气管路、充装管路、充装汇流排管路、主排空管路和高压气瓶；进气管路上设有第一自动阀和第二自动阀，第一自动阀和第二自动阀之间的管路上连通有与大气相通的排空管，排空管上设有第三自动阀；PLC控制系统与第一自动阀、第二自动阀和第三自动阀电连接。当进气管路处于非充气状态时，控制该条进气管路上的第一自动阀和第二自动阀关闭、第三自动阀开启，若其它进气管路正在充气，而第一自动阀和第二自动阀存在泄漏，气体经过第二自动阀后会通过第三自动阀向外排出，因而不会存在各种组分气体的串气、交叉污染问题。

Description

一种单组分或多组分气体的充装控制系统
技术领域
本发明涉及气体充装设备技术领域，具体涉及一种单组分或多组分气体的充装控制系统。
背景技术
单组分或者多组分高纯气体气瓶充装智能系统专门用于单组分或多组分高压气瓶混合充装系统。高压气瓶充装时，低温液化气体储存在低温储罐中，低温储罐内低温液态的气体，需要经低温增压泵增压后，经空温式汽化器汽化为气体后，经带阀组的汇流排控制后充装进钢瓶。混合气体充装是当一种组分充装到一定压力后，切换至另一种组分的气体充装到一定压力，直至各组分充装完成。随着科学技术的发展，对工厂自动化程度和安全性的要求越来越高，急需一款智能化程度高，安全稳定的智能系统。
目前在高压气体充装的技术领域中的多组分气体气瓶充装智能系统，多组分气体管道间有相互串气、交叉污染的风险，所以无法满足高纯气体的充装需要。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的多组分气体气瓶充装智能系统中各组分气体存在相互串气、交叉污染的缺陷，从而提供一种单组分或多组分气体的充装控制系统。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种单组分或多组分气体的充装控制系统，包括PLC控制系统和管路系统，所述管路系统包括若干条相互并联的进气管路、充装管路、充装汇流排管路、主排空管路和高压气瓶；所述进气管路的一端具有介质入口，所述充装管路的一端与若干条所述进气管路的出气端均连通，所述充装管路的另一端连通至所述充装汇流排管路，所述高压气瓶连接在所述充装汇流排管路上，所述主排空管路与所述充装汇流排管路相通；所述进气管路从进气端到出气端依次设有第一自动阀和第二自动阀，所述第一自动阀和第二自动阀之间的管路上连通有与大气相通的排空管，所述排空管上设有第三自动阀；所述PLC控制系统与所述第一自动阀、第二自动阀和第三自动阀电连接，当所述进气管路处于充气状态时，所述PLC控制系统控制所述第一自动阀和所述第二自动阀开启、所述第三自动阀关闭；当所述进气管路处于非充气状态时，所述PLC控制系统控制所述第一自动阀和所述第二自动阀关闭、所述第三自动阀开启。
进一步地，所述充装汇流排管路上设有第一压力变送器；所述第一压力变送器与所述PLC控制系统电连接，用于检测所述充装汇流排管路内压力信号并将所述压力信号上传至所述PLC控制系统。
进一步地，所述充装管路包括并联设置的充装阀管路和缓冲阀管路，所述充装阀管路上设置有与所述PLC控制系统电连接的充装阀，所述缓冲阀管路上设置有与所述PLC控制系统电连接的缓冲阀；所述PLC控制系统用于控制所述充装阀的开度大小和所述缓冲阀的启闭、并在所述第一压力变送器检测到的压力值达到第一预设值时控制所述充装阀或所述缓冲阀关闭。
进一步地，所述充装管路包括充装阀管路，所述充装阀管路上设置有与所述PLC控制系统电连接的充装阀，所述PLC控制系统用于控制所述充装阀的开度大小、并在所述第一压力变送器检测到的压力值达到第一预设值时控制所述充装阀关闭。
进一步地，所述主排空管路包括与排空管路和抽真空管路，所述排空管路的一端与所述充装汇流排管路连通、另一端与大气相通，所述抽真空管路的一端与所述充装汇流排管路连通、另一端连通有抽真空装置；所述排空管路上设有与所述PLC控制系统电连接的放散自动阀，所述抽真空管路上设有与所述PLC控制系统电连接的第四自动阀和第五自动阀；当所述第一压力变送器检测到的压力值小于第二预设值时，所述PLC控制系统控制所述放散自动阀关闭、所述第四自动阀和所述第五自动阀开启；当所述第一压力变送器检测到的压力值小于真空设定值时，所述PLC控制系统控制所述第四自动阀和所述第五自动阀关闭。
进一步地，所述进气管路上设有第二压力变送器；所述第二压力变送器与所述PLC控制系统电连接，用于检测所述进气管路内压力信号并将所述压力信号上传至所述PLC控制系统；当所述第二压力变送器检测的压力值和所述第一压力变送器检测的压力值之间的压力差值大于第三预设值时，所述PLC控制系统先控制所述第三自动阀关闭、再控制所述第一自动阀和所述第二自动开启；当所述第二压力变送器检测的压力值和所述第一压力变送器检测的压力值之间的压力差值小于第三预设值时，所述PLC控制系统控制所述充装阀的开度增大。
进一步地，还包括与所述PLC控制系统电连接的第一温度变送器，所述第一温度变送器用于检测所述高压气瓶的温度信号并将所述温度信号上传至所述PLC控制系统。
进一步地，所述充装汇流排管路上设有用于第一手动阀，所述高压气瓶上设有直角阀。
进一步地，所述高压气瓶的外周还设有保温管线。
进一步地，所述进气管路上还设有位于所述第二自动阀和所述充装管路之间的单向阀。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的单组分或多组分气体的充装控制系统，当进气管路处于充气状态时，PLC控制系统控制该条进气管路上的第一自动阀和第二自动阀开启、第三自动阀关闭。当进气管路处于非充气状态时，PLC控制系统控制该条进气管路上的第一自动阀和第二自动阀关闭、第三自动阀开启，若其它进气管路正在充气，而第一自动阀和第二自动阀存在泄漏，气体经过第二自动阀后会通过第三自动阀向外排出，而不会通过第一自动阀流向供气源，因而不会存在各种组分气体的串气、交叉污染问题。
2.本发明提供的单组分或多组分气体的充装控制系统，集成有抽真空功能，在进行高压气瓶充装的过程中，可以先对充装汇流排和高压气瓶进行抽真空，有利于提高高压气瓶内充装气体的纯度；而且气瓶的抽真空和充装两个工序可以在同一工位进行，与现有技术中高压气瓶只能在不同工位上分别进行抽真空和充装的方式相比，省去了高压气瓶的搬运和充装汇流排管路的反复连接问题，使得操作更加简便。
3.本发明提供的单组分或多组分气体的充装控制系统，气体充装过程中，第一温度变送器可以检测高压气瓶的温度，根据温度与压强的关系，对第一压力变送器检测到高压气瓶的充装压力进行修正补偿，提高了气瓶充装的准确性，如果进行混合气充装时减小了各组分的比例偏差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例一中单组分或多组分气体的充装控制系统的系统原理图；
图2为本发明实施例二中单组分或多组分气体的充装控制系统的系统原理图。
附图标记说明：1、进气管路；11、第一自动阀；12、第二自动阀；13、第三自动阀；14、排空管；15、单向阀；21、充装阀管路；22、充装阀；23、缓冲阀管路；24、缓冲阀；3、充装汇流排管路；41、排空管路；42、放散自动阀；43、抽真空管路；44、抽真空装置；45、第四自动阀；46、第五自动阀；47、三通自动调节阀；48、安全阀；5、高压气瓶；6、第一压力变送器；7、第二压力变送器；8、第一温度变送器；9、保温管线。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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在没有做出创造性劳动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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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”、“第三”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。
如图1所示的一种单组分或多组分气体的充装控制系统，包括PLC控制系统和管路系统。管路系统包括若干条相互并联的进气管路1、充装管路、充装汇流排管路3、主排空管路和高压气瓶5；进气管路1的一端具有与气源连通的介质入口，充装管路的进气端与若干条进气管路1的出气端均连通，充装管路的出气端连通至充装汇流排管路3，高压气瓶5连接在充装汇流排管路3上，主排空管路与充装汇流排管路3相通。
进气管路1从进气端到出气端依次设有第一自动阀11和第二自动阀12，第一自动阀11和第二自动阀12之间的管路上连通有与大气相通的排空管14，排空管14上设有第三自动阀13；PLC控制系统与第一自动阀11、第二自动阀12和第三自动阀13电连接，当进气管路1处于充气状态时，PLC控制系统控制第一自动阀11和第二自动阀12开启、第三自动阀13关闭；当进气管路1处于非充气状态时，PLC控制系统控制第一自动阀11和第二自动阀12关闭、第三自动阀13开启。进气管路1上还设有位于第二自动阀12和充装管路之间的单向阀15。
充装汇流排管路3上设有第一压力变送器6；第一压力变送器6与PLC控制系统电连接，用于检测充装汇流排管路3内压力信号并将压力信号上传至PLC控制系统。充装汇流排管路3上还设有用于控制充装汇流排管路3通断的第一手动阀。
充装管路包括并联设置的充装阀管路21和缓冲阀管路23，充装阀管路21上设置有与PLC控制系统电连接的充装阀22，缓冲阀管路23上设置有与PLC控制系统电连接的缓冲阀24；PLC控制系统用于控制充装阀22的开度大小和缓冲阀24的启闭、并在第一压力变送器6检测到的压力值达到第一预设值时控制充装阀22或缓冲阀24关闭。
主排空管路包括与排空管14路和抽真空管路43，排空管14路的一端与充装汇流排管路3连通、另一端与大气相通，抽真空管路43的一端与充装汇流排管路3连通、另一端连通有抽真空装置44；排空管14路上设有与PLC控制系统电连接的放散自动阀42，抽真空管路43上设有与PLC控制系统电连接的第四自动阀45和第五自动阀46；当第一压力变送器6检测到的压力值小于第二预设值时，PLC控制系统控制放散自动阀42关闭、第四自动阀45和第五自动阀46开启；当第一压力变送器6检测到的压力值小于真空设定值时，PLC控制系统控制第四自动阀45和第五自动阀46关闭。第四自动阀45和第五自动阀46之间还设有三通自动调节阀47，三通自动调节阀47的另一端与大气连通。抽真空管路43上还设有与大气相通的安全阀48。
进气管路1上设有第二压力变送器7；第二压力变送器7与PLC控制系统电连接，用于检测进气管路1内压力信号并将压力信号上传至PLC控制系统；当第二压力变送器7检测的压力值和第一压力变送器6检测的压力值之间的压力差值大于第三预设值时，PLC控制系统先控制第三自动阀13关闭、再控制第一自动阀11和第二自动开启；当第二压力变送器7检测的压力值和第一压力变送器6检测的压力值之间的压力差值小于第三预设值时，PLC控制系统控制充装阀22的开度增大。
高压气瓶5的外周设有与PLC控制系统电连接的第一温度变送器8，第一温度变送器8用于检测高压气瓶5的温度信号并将温度信号上传至PLC控制系统。高压气瓶5的外周还设有保温管线9，保温管线9对高压气瓶5的温度起到保护作用，防止高压气瓶5温度下降对充气精度的影响。高压气瓶5上还设有控制高压气瓶5通断的直角阀。
这种单组分或多组分气体的充装控制系统的工作原理如下：
管路置换：充装时高压气瓶5连接到充装汇流排管路3，打开充装汇流排管路3上的手动阀，对充装汇流排管路3及连接软管内气体进行置换和抽真空。打开选择充装介质气体的进气管路1上的第一自动阀11和第二自动阀12，关闭所有进气管路1上的第三自动阀13；打开缓冲阀24或充装阀22，当第一压力变送器6检测充装汇流排管路3内的压力达到第一预设值时，关闭缓充阀或关装阀，打开放散自动阀42放散至第一压力变送器6检测到的压力值低于第二预设值，然后关闭放散自动阀42，打开第四自动阀45和第五自动阀46，对充装汇流排管路3抽真空至第一压力变送器6检测到的压力值低于真空设定值，关闭第四自动阀45和第五自动阀46，重复两次完成管路的抽真空。
高压气瓶5置换与抽真空：打开高压气瓶5的直角阀，第一压力变送器6检测到的压力值，如高于第一预设值，打开放散自动阀42放散至第一压力变送器6检测到的压力值低于第一预设值，然后关闭放散自动阀42，打开第四自动阀45和第五自动阀46，对高压气瓶5抽真空至第一压力变送器6检测到的压力值低于真空设置值，关闭第四自动阀45和第五自动阀46。打开缓充阀(或充装阀22)，当第一压力变送器6检测到的压力值达到至第二预设值，关闭缓充阀(或充装阀22)，打开第四自动阀45和第五自动阀46，抽真空至第一压力变送器6检测到的压力值低于真空设置值，关闭第四自动阀45和第五自动阀46，完成高压气瓶5的抽真空。
高压气体的充装，带有温度补偿功能：根据选择的充装的介质种类，比如充装介质一，首先检测进气管路1上的压力值，当第二压力变送器7检测的压力值和第一压力变送器6检测的压力值之间的压力差值小于第三预设值时，则关闭常开的第三自动阀13，然后打开第一自动阀11和第二自动阀12，充装介质一进入充装管路，打开缓充阀(或打开充装阀22至设定的较小开度)，充装介质一经充装汇流排管路3进入高压气瓶5，当第二压力变送器7检测的压力值和第一压力变送器6检测的压力值之间的压力差值小于第三预设值后，打开充装阀22，对高压气瓶5进行充装，充装过程中高压气瓶5的温度变化时时被第一温度变送器8检测到，根据P1V1/T1＝P2V2/T2对高压气瓶5的充装压力进行修正。在第一压力变送器6检测的压力值到达所需充装压力时，关闭充装阀22，此时第一压力变送器6检测的压力值会出现下降，由于缓充阀处于打开状态，充装介质一会继续缓慢的进入，当第一压力变送器6检测的压力值再次达到充装压力时，关闭缓充阀，完成充装。
如果是混合气体的充装，则根据各种组分的设定值，分配各种组分的充装压力，按照从组分比例的低的开始一次进行充装。
防止个组分气体相互串气、交叉污染的设计：每种介质的进气管路1设计有三个自动阀，例如充装介质一的进气管路1，第三自动阀13常开，第一自动阀11和第二自动阀12常闭，如第一自动阀11和第二自动阀12有泄露，则通过打开的第三自动阀13放散，有效的防止了各组分气体的串气、交叉污染。
实施例二
如图2所示的一种单组分或多组分气体的充装控制系统，与实施例一的不同之处在于，充装管路仅包括充装阀管路21和设置在充装阀管路21上的充装阀22，PLC控制系统用于控制充装阀22的开度大小、并在第一压力变送器6检测到的压力值达到第一预设值时控制充装阀22关闭。
综上所述，本发明实施例提供的单组分或多组分气体的充装控制系统，具体如下有益效果：
其一、当进气管路1处于充气状态时，PLC控制系统控制该条进气管路1上的第一自动阀11和第二自动阀12开启、第三自动阀13关闭。当进气管路1处于非充气状态时，PLC控制系统控制该条进气管路1上的第一自动阀11和第二自动阀12关闭、第三自动阀13开启，若其它进气管路1正在充气，而第一自动阀11和第二自动阀12存在泄漏，气体经过第二自动阀12后会通过第三自动阀13向外排出，而不会通过第一自动阀11流向供气源，因而不会存在各种组分气体的串气、交叉污染问题。
其二、集成有抽真空功能，在进行高压气瓶5充装的过程中，可以先对充装汇流排和高压气瓶5进行抽真空，有利于提高高压气瓶5内充装气体的纯度；而且气瓶的抽真空和充装两个工序可以在同一工位进行，与现有技术中高压气瓶5只能在不同工位上分别进行抽真空和充装的方式相比，省去了高压气瓶5的搬运和充装汇流排管路3的反复连接问题，使得操作更加简便。
其三、气体充装过程中，第一温度变送器8可以检测高压气瓶5的温度，根据温度与压强的关系，对第一压力变送器6检测到高压气瓶5的充装压力进行修正补偿，提高了气瓶充装的准确性，如果进行混合气充装时减小了各组分的比例偏差。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种单组分或多组分气体的充装控制系统，其特征在于，包括PLC控制系统和管路系统，所述管路系统包括若干条相互并联的进气管路(1)、充装管路、充装汇流排管路(3)、主排空管路和高压气瓶(5)；所述进气管路(1)的一端具有介质入口，所述充装管路的一端与若干条所述进气管路(1)的出气端均连通，所述充装管路的另一端连通至所述充装汇流排管路(3)，所述高压气瓶(5)连接在所述充装汇流排管路(3)上，所述主排空管路与所述充装汇流排管路(3)相通；所述进气管路(1)从进气端到出气端依次设有第一自动阀(11)和第二自动阀(12)，所述第一自动阀(11)和第二自动阀(12)之间的管路上连通有与大气相通的排空管(14)，所述排空管(14)上设有第三自动阀(13)；所述PLC控制系统与所述第一自动阀(11)、第二自动阀(12)和第三自动阀(13)电连接，当所述进气管路(1)处于充气状态时，所述PLC控制系统控制所述第一自动阀(11)和所述第二自动阀(12)开启、所述第三自动阀(13)关闭；当所述进气管路(1)处于非充气状态时，所述PLC控制系统控制所述第一自动阀(11)和所述第二自动阀(12)关闭、所述第三自动阀(13)开启。
2.根据权利要求1所述的单组分或多组分气体的充装控制系统，其特征在于，所述充装汇流排管路(3)上设有第一压力变送器(6)；所述第一压力变送器(6)与所述PLC控制系统电连接，用于检测所述充装汇流排管路(3)内压力信号并将所述压力信号上传至所述PLC控制系统。
3.根据权利要求2所述的单组分或多组分气体的充装控制系统，其特征在于，所述充装管路包括并联设置的充装阀管路(21)和缓冲阀管路(23)，所述充装阀管路(21)上设置有与所述PLC控制系统电连接的充装阀(22)，所述缓冲阀管路(23)上设置有与所述PLC控制系统电连接的缓冲阀(24)；所述PLC控制系统用于控制所述充装阀(22)的开度大小和所述缓冲阀(24)的启闭、并在所述第一压力变送器(6)检测到的压力值达到第一预设值时控制所述充装阀(22)或所述缓冲阀(24)关闭。
4.根据权利要求2所述的单组分或多组分气体的充装控制系统，其特征在于，所述充装管路包括充装阀管路(21)，所述充装阀管路(21)上设置有与所述PLC控制系统电连接的充装阀(22)，所述PLC控制系统用于控制所述充装阀(22)的开度大小、并在所述第一压力变送器(6)检测到的压力值达到第一预设值时控制所述充装阀(22)关闭。
5.根据权利要求2所述的单组分或多组分气体的充装控制系统，其特征在于，所述主排空管路包括与排空管(14)路和抽真空管路(43)，所述排空管(14)路的一端与所述充装汇流排管路(3)连通、另一端与大气相通，所述抽真空管路(43)的一端与所述充装汇流排管路(3)连通、另一端连通有抽真空装置(44)；所述排空管(14)路上设有与所述PLC控制系统电连接的放散自动阀(42)，所述抽真空管路(43)上设有与所述PLC控制系统电连接的第四自动阀(45)和第五自动阀(46)；当所述第一压力变送器(6)检测到的压力值小于第二预设值时，所述PLC控制系统控制所述放散自动阀(42)关闭、所述第四自动阀(45)和所述第五自动阀(46)开启；当所述第一压力变送器(6)检测到的压力值小于真空设定值时，所述PLC控制系统控制所述第四自动阀(45)和所述第五自动阀(46)关闭。
6.根据权利要求2所述的单组分或多组分气体的充装控制系统，其特征在于，所述进气管路(1)上设有第二压力变送器(7)；所述第二压力变送器(7)与所述PLC控制系统电连接，用于检测所述进气管路(1)内压力信号并将所述压力信号上传至所述PLC控制系统；当所述第二压力变送器(7)检测的压力值和所述第一压力变送器(6)检测的压力值之间的压力差值大于第三预设值时，所述PLC控制系统先控制所述第三自动阀(13)关闭、再控制所述第一自动阀(11)和所述第二自动开启；当所述第二压力变送器(7)检测的压力值和所述第一压力变送器(6)检测的压力值之间的压力差值小于第三预设值时，所述PLC控制系统控制所述充装阀(22)的开度增大。
7.根据权利要求1所述的单组分或多组分气体的充装控制系统，其特征在于，还包括与所述PLC控制系统电连接的第一温度变送器(8)，所述第一温度变送器(8)用于检测所述高压气瓶(5)的温度信号并将所述温度信号上传至所述PLC控制系统。
8.根据权利要求1所述的单组分或多组分气体的充装控制系统，其特征在于，所述充装汇流排管路(3)上设有用于第一手动阀，所述高压气瓶(5)上设有直角阀。
9.根据权利要求1所述的单组分或多组分气体的充装控制系统，其特征在于，所述高压气瓶(5)的外周还设有保温管线(9)。
10.根据权利要求1所述的单组分或多组分气体的充装控制系统，其特征在于，所述进气管路(1)上还设有位于所述第二自动阀(12)和所述充装管路之间的单向阀(15)。
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