專利名稱：一種衛星貯箱(氣瓶)檢漏自動充放氣過程的壓力控制方法
技術領域：
本發明涉及一種壓力控制方法，特別是涉及一種衛星貯箱(氣瓶)檢漏自動充放 氣過程的壓力控制系統及其控制方法。
背景技術：
衛星貯箱(氣瓶)的容積一般在幾百升至幾千升不等，由于工件自身限制及檢漏 工藝的要求，檢漏充放氣時必須外接壓力測量儀表及充放氣管道，而由于耐壓條件的限制， 管道內徑很小，一般為4mm，而且管道很長，一般為幾十米，因此造成管道流阻很大，外接壓 力測量儀表顯示的壓力值并不是產品真實的壓力，也就是說壓力為“虛值”，而且，產品容積 越大，“虛值”現象越嚴重；目前，壓力控制完全采用“現場人工手動控制方法”，即，充放氣過 程中，間隔一段時間關閉控制閥門，觀察產品的真實值，尤其接近壓力設定值時，必須頻繁 開關控制閥門，確保壓力不會超限，控制完全要憑經驗、感覺以及閥門的頻繁開關來實現， 雖然在一定條件下可以解決“壓力虛值”的問題，但卻無法擺脫其自身固有的人為不確定性 和安全隱患，而且閥門頻繁開關對閥門的壽命也有很大的影響。因此，為了能夠更加有效地解決衛星貯箱(氣瓶)檢漏充放氣過程的壓力控制問 題，減小這種人為不確定性和對閥門壽命的影響，本發明人通過對人工手動控制充放氣過 程的仔細分析，借鑒其關閉閥門確定真實壓力的方法，提出了一種衛星貯箱(氣瓶)檢漏自 動充、放氣過程壓力控制的方法，即通過關閉閥門確定工件真實壓力，并根據工件真實壓 力與設定壓力的差值，以及關閉閥門前的單位時間內工件壓力變化情況，確定充放氣的延 時時間，并設置了充放氣的延時時間的下限值，既確保了工件壓力不會超限，也更有效地避 免了工件充放氣末期可能產生的閥門頻繁開關現象。
發明內容
本發明的目的之一是提供一種衛星貯箱(氣瓶)檢漏自動充放氣過程的壓力控制 系統。該系統無需有人值守，而且具有很高的可靠性、安全性和工作效率。本發明的另一目 的是提供一種利用上述控制系統進行衛星貯箱(氣瓶)檢漏自動充放氣過程的壓力控制方 法。這種控制方法可以完全自動實現衛星貯箱(氣瓶)檢漏自動充放氣過程的壓力控制， 在多顆衛星的貯箱(氣瓶)檢漏充放氣過程中，安全、可靠、高效的完成了壓力控制，非常有 效的解決了 “壓力虛值”的問題。本發明所提供的衛星貯箱(氣瓶)檢漏自動充放氣過程的壓力控制系統，包括壓 力采集單元、壓力控制單元、執行單元和用戶界面，其中，壓力采集單元包括各種壓力傳感 器；壓力控制單元包括PLC模塊及軟件；執行單元包括電比例調壓閥、氣控閥及相關伺服機 構；用戶界面包括上位機、觸摸屏及軟件。壓力采集單元至少由3個壓力傳感器組成，用于采集氣源壓力、比例閥出口壓力 和工件壓力，壓力傳感器量程應不小于工件工作壓力的1.5倍，壓力傳感器準確度等級不低于0. 25級。壓力傳感器采集的模擬量信號輸入至壓力控制單元的AD模塊，經過處理轉換成 相應的數字信號，通過PLC進行計算、分析和處理。經過處理的壓力信號通過PLC控制執行單元的比例閥和氣控閥，進行壓力調節和 閥門開關動作，完成壓力的控制。用戶界面為人機交互式界面，用于進行參數設定、控制界面的顯示和控制、彈出窗 口的顯示和操作，以及數據處理等工作。本發明的利用上述系統進行衛星貯箱(氣瓶)檢漏自動充放氣過程的壓力控制方 法，具體包括以下步驟1)壓力控制參數設定根據工件的壓力要求，通過用戶界面設置工件壓力上限 (設定值)Ps;2)壓力采集通過壓力采集單元采集壓力傳感器的模擬量，并通過PLC的壓力模 塊轉換為數字量；3)壓力控制壓力信號輸出至壓力控制單元的PLC模塊，通過PLC軟件對壓力信 號進行處理，計算單位時間內工件壓力的變化量和充放氣延時時間，并結合關閉閥門確定 真實壓力的方法，進行工件壓力的控制，確保工件壓力滿足設定值ps。其中，在步驟幻中，通過PLC調整比例閥的開度進行工件的充放氣控制，工件壓力 逐漸上升，當第一次采集到工件壓力值(虛值)達到設定值時，控制閥門關閉，充放氣暫停， PLC確定此時工件的真實壓力值P1，確定暫停充放氣前單位時間內(例如1分鐘內)的壓 力變化量ΔΡν1，以及確定此時真實壓力值與設定值的差AP1 = Ps-P1,作為確定后續充放氣 延時時間的依據。其中，在步驟幻中，當工件真實壓力值？工達到工件壓力設定值Ps時，充 放氣過程結束；當工件真實壓力值P1未達到工件壓力設定值Ps，即P1 < Ps時，控制閥門打 開，比例閥保持充放氣過程暫停前的開度，繼續延時進行充放氣，充放氣過程中，不再判斷 工件壓力值(虛值)是否達到設定值。第一次延時充放氣時間ti = 1. IX AP1ZAPvlo其中，在步驟3)中，當第一次延時充放氣時間、結束后，控制閥門關閉，充放氣第 二次暫停，PLC確定此時工件的真實壓力值P2,并判斷是否達到工件壓力設定值Ps，同時，確 定第一個延時時間、內單位時間的壓力變化量ΔΡν2，以及確定此時真實壓力值與設定值 的差AP2 = Ps-P2,確定第二次充放氣延時時間t2 = 1. IX ΔΡ2/ΔΡν2。此時，如果工件真實 壓力值P2仍未達到工件壓力設定值Ps，即P2 < Ps時，控制閥門再次打開，比例閥保持充放 氣過程暫停前的開度，開始第二次延時充放氣，充放氣過程中，仍然不判斷工件壓力值(虛 值)是否達到設定值，依次類推，對工件進行若干次延時充放氣，最終使工件壓力達到設定 值Ps。其中，在步驟幻中，為了進一步避免充放氣末期可能產生的閥門頻繁開關現象， 在進行若干次的延時充放氣過程中，當PLC確定的第η次延時充放氣時間tn < tmin時，其中 tmin是根據不同工件容積大小來確定的最短延時時間，則取tn = tmin進行延時充放氣。本發明所提供的控制系統和控制方法適用于衛星貯箱(氣瓶)檢漏自動充放氣過 程的壓力控制，同時對于其它類似工件進行自動充放氣時的壓力控制也同樣適用。本發明 所提供控制系統和控制方法解決了衛星貯箱(氣瓶)充放氣過程中人工手動控制壓力時， “壓力虛值”所帶來的極大的不確定性和對閥門壽命的影響。本發明技術方案的特點包括
1.本發明首次實現了衛星貯箱(氣瓶)檢漏自動充放氣過程的壓力控制。2.本發明采用根據工件真實壓力與設定壓力的差值，以及關閉閥門前的單位時間 內工件壓力變化情況的方法，確定充放氣的延時時間。3.本發明根據不同容積的工件，設置了充放氣延時時間的下限值。
圖1為本發明的衛星貯箱(氣瓶)檢漏自動充放氣過程的壓力控制系統的示意 圖。
具體實施例方式以下介紹的是作為本發明所述內容的具體實施方式
，下面通過具體實施方式
對本 發明的所述內容作進一步的闡明。當然，描述下列具體實施方式
只為示例本發明的不同方 面的內容，而不應理解為限制本發明范圍。如圖1所示，給出了本發明的衛星貯箱(氣瓶)檢漏自動充放氣過程的壓力控制 系統的示意圖。該系統包括壓力采集單元、壓力控制單元、執行單元和用戶界面，其中，壓力 采集單元包括各種壓力傳感器；壓力控制單元包括PLC模塊及軟件；執行單元包括電比例 調壓閥、氣控閥及相關伺服機構；用戶界面包括上位機、觸摸屏及軟件。壓力采集單元至少由3個壓力傳感器組成，用于采集氣源壓力、比例閥出口壓力 和工件壓力，壓力傳感器量程應不小于工件工作壓力的1.5倍，壓力傳感器準確度等級不 低于0. 25級。壓力傳感器采集的模擬量信號輸入至壓力控制單元的AD模塊，經過處理轉換成 相應的數字信號，通過PLC進行計算、分析和處理。經過處理的壓力信號通過PLC控制執行單元的比例閥和氣控閥，進行壓力調節和 閥門開關動作，完成壓力的控制。用戶界面為人機交互式界面，用于進行參數設定、控制界面的顯示和控制、彈出窗 口的顯示和操作，以及數據處理等工作。壓力采集單元通過工件與充放氣設備之間的壓力傳感器采集工件壓力(模擬 量)，經AD模塊轉換成數字信號并輸入PLC，通過PLC軟件對壓力信號進行處理，計算單位 時間內工件壓力的變化量和充放氣延時時間，并結合關閉閥門確定真實壓力，進行工件壓 力的控制，在避免頻繁開啟閥門的前提下，確保工件壓力滿足設定值Ps。本發明的利用上述系統進行衛星貯箱(氣瓶)檢漏自動充放氣過程的壓力控制方 法，具體包括以下控制過程，通過PLC調整比例閥的開度進行工件的充放氣控制，工件壓力 逐漸上升，當第一次采集到工件壓力值(虛值)達到設定值時，控制閥門關閉，充放氣暫停， PLC確定此時工件的真實壓力值P1，確定暫停充放氣前單位時間內(例如1分鐘內)的壓 力變化量ΔΡν1，以及確定此時真實壓力值與設定值的差AP1 = Ps-P10當工件真實壓力值 Pl達到工件壓力設定值Ps時，充放氣過程結束；當工件真實壓力值P1未達到工件壓力設定 值Ps，即P1 < Ps時，控制閥門打開，比例閥保持充放氣過程暫停前的開度，繼續延時進行充 放氣，充放氣過程中，不再判斷工件壓力值(虛值)是否達到設定值。第一次延時充放氣時 間tl = 1. IX ΔΡ'ΔΡ^當第一次延時充放氣時間、結束后，控制閥門關閉，充放氣第二次暫停，PLC確定此時工件的真實壓力值P2,并判斷是否達到工件壓力設定值Ps，同時，確定 第一個延時時間、內單位時間的壓力變化量ΔΡν2，以及確定此時真實壓力值與設定值的 差AP2 = Ps-P2,確定第二次充放氣延時時間t2 = 1. IX ΔΡ2/ΔΡν2。此時，如果工件真實 壓力值P2仍未達到工件壓力設定值ps，即P2 < Ps時，控制閥門再次打開，比例閥保持充放 氣過程暫停前的開度，開始第二次延時充放氣，充放氣過程中，仍然不判斷工件壓力值(虛 值)是否達到設定值，依次類推，對工件進行若干次延時充放氣，最終使工件壓力達到設定 值Ps。另外，為了進一步避免充放氣末期可能產生的閥門頻繁開關現象，在進行若干次 的延時充放氣過程中，當PLC確定的第η次延時充放氣時間tn< tmin時，其中tmin是根據不 同工件容積大小來確定的最短延時時間，則取tn = tmin進行延時充放氣。由以上說明可知，本發明所提供的壓力控制系統和控制方法可以完全自動進行衛 星貯箱(氣瓶)檢漏自動充放氣過程的壓力控制，操作流程簡單、操作界面友好，整個控制 過程無需有人值守，壓力控制具有很高的可靠性、安全性和工作效率，可以適用于衛星貯箱 (氣瓶)檢漏自動充放氣過程的壓力控制，同時對于其它類似工件進行自動充放氣時的壓 力控制也同樣適用。盡管上文對本發明的具體實施方式
進行了詳細的描述和說明，但應該指明的是， 我們可以對上述實施方式進行各種改變和修改，但這些都不脫離本發明的精神和所附的權 利要求所記載的范圍。
權利要求
1.一種衛星貯箱(氣瓶)檢漏自動充放氣過程的壓力控制系統，包括壓力采集單元、壓 力控制單元、執行單元和用戶界面，其中，壓力采集單元包括壓力傳感器；壓力控制單元包 括PLC模塊及軟件；執行單元包括電比例調壓閥、氣控閥及相關伺服機構；用戶界面包括上 位機、觸摸屏及軟件。
2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，壓力傳感器至少為3個，用于采集氣源壓力、 比例閥出口壓力和工件壓力；PLC模塊至少包括PLC、AD模塊和電源模塊；壓力傳感器準確 度等級不低于0. 25級；壓力傳感器、電比例調壓閥、氣控閥及連接管路的工作壓力應大于 等于1.5倍的工件工作壓力。
3.一種利用權利要求1或2所述的系統進行壓力控制的方法，具體包括以下步驟1)壓力控制參數設定根據工件壓力要求，通過用戶界面設置工件壓力上限Ps；2)壓力采集通過壓力采集單元采集壓力傳感器的模擬量，并通過AD模塊轉換為數字量；3)壓力控制壓力信號輸出至壓力控制單元的PLC，通過PLC對壓力信號進行處理， 計算單位時間內工件壓力的變化量和充放氣延時時間，并結合關閉閥門確定真實壓力的方 法，進行工件壓力的控制，在避免頻繁開啟閥門的前提下，確保工件壓力滿足設定值Ps。
4.如權利要求3所述的壓力控制方法，在步驟3)中，通過PLC調整比例閥的開度進行 工件的充放氣控制，工件壓力逐漸上升，當第一次采集到工件壓力值(虛值)達到設定值 時，控制閥門關閉，充放氣暫停，PLC確定此時工件的真實壓力值P1，確定暫停充放氣前單位 時間內(例如1分鐘內)的壓力變化量ΔPvl，以及確定此時真實壓力值與設定值的差AP1 =Ps-P1，作為確定后續充放氣延時時間的依據。
5.如權利要求3或4所述的壓力控制方法，在步驟3)中，當工件真實壓力值P1達到工 件壓力設定值Ps時，充放氣過程結束；當工件真實壓力值P1未達到工件壓力設定值Ps，即 P1 < Ps時，控制閥門打開，比例閥保持充放氣過程暫停前的開度，繼續延時進行充放氣，充 放氣過程中，不再判斷工件壓力值(虛值)是否達到設定值。第一次延時充放氣時間、= 1. IX AP1MPvlo
6.如權利要求3或4所述的壓力控制方法，在步驟；3)中，當第一次延時充放氣時間、 結束后，控制閥門關閉，充放氣第二次暫停，PLC確定此時工件的真實壓力值P2，并判斷是 否達到工件壓力設定值Ps，同時，確定第一個延時時間、內單位時間的壓力變化量ΔΡν2， 以及確定此時真實壓力值與設定值的差ΔΡ2 = Ps-P2,確定第二次充放氣延時時間t2 = 1. IX Δ P2/Δ Pv20此時，如果工件真實壓力值P2仍未達到工件壓力設定值Ps，即P2 < Ps時， 控制閥門再次打開，比例閥保持充放氣過程暫停前的開度，開始第二次延時充放氣，充放氣 過程中，仍然不判斷工件壓力值(虛值)是否達到設定值，依次類推，對工件進行若干次延 時充放氣，最終使工件壓力達到設定值Ps。
7.如權利要求3或4所述的壓力控制方法，在步驟幻中，為了進一步避免充放氣末期 可能產生的閥門頻繁開關現象，在進行若干次的延時充放氣過程中，當PLC確定的第η次延 時充放氣時間tn< tmin時，其中tmin是根據不同工件容積大小來確定的最短延時時間，則取 tn = tmin進行延時充放氣。
全文摘要
本發明提供了一種衛星貯箱(氣瓶)檢漏自動充放氣過程的壓力控制系統，包括壓力采集單元、壓力控制單元、執行單元和用戶界面，其中，壓力采集單元包括各種壓力傳感器；壓力控制單元包括PLC模塊及軟件；執行單元包括電比例調壓閥、氣控閥及相關伺服機構；用戶界面包括上位機、觸摸屏及軟件。本發明也提供了一種利用該控制系統進行壓力控制的方法。該系統和方法適用于衛星貯箱(氣瓶)檢漏自動充放氣過程的壓力控制，同時對于其它類似工件進行自動充放氣時的壓力控制也同樣適用。該系統和方法解決了衛星貯箱(氣瓶)充放氣過程中人工手動控制壓力時，“壓力虛值”所帶來的極大的不確定性和對閥門壽命的影響。
文檔編號G05D16/20GK102117083SQ200910217150
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月31日 優先權日2009年12月31日
發明者師立俠, 洪曉鵬, 王靜濤, 鐘亮 申請人:北京衛星環境工程研究所