一种氮气置换设备的控制装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种氮气置换设备的控制装置，其中氮气置换设备包括加热器(300)，氮气置换设备的控制装置包括：温度采集模块，用于采集加热器(300)的出口氮气温度；压力采集模块，用于采集被填充设备(500)的第一压力值；第一控制模块，用于根据出口氮气温度与预设温度值的偏差的绝对值进行PI控制或PID控制；以及第二控制模块，用于根据被填充设备(500)的第一压力值与被填充设备(500)的第一预设压力值的偏差进行PI控制或PID控制。氮气置换设备的控制装置能保证氮气供给的恒温恒压，兼顾高控制精度和测量精度，同时能够节约时间和人力成本。

A control device and method of nitrogen replacement equipment

【技术实现步骤摘要】
一种氮气置换设备的控制装置和方法
本专利技术涉及容器在使用前应使用惰性气体进行置换的领域，具体涉及氮气置换设备的控制装置和方法。
技术介绍
一些特定领域(例如航空航天及汽车等)可能涉及到管道或容器内的氮气置换操作，例如，氮气置换的应用场合可以是如下两个方面：情况一：可燃性气体通过的管道或容器在使用前进行氮气置换。目的是置换出管道内的空气，避免可燃气体与空气中的氧气形成可燃性混合物，防止造成内燃或爆炸。情况二：一些洁净的管道或容器内介质需要与氧气隔绝，比如为降低一些介质染菌率，则应提前用氮气置换其中的空气。以航天领域为例，在常规设备的氮气置换过程中，氮气通常用量较小，氮气瓶组和小型氮气置换设备配合手动操作即可满足需求。对于火箭液体储箱等氮气需要量较大的设备，需要以液化氮气满足氮气供应，现有氮气置换设备及手动操作模式无法满足要求。鉴于此，亟需设计一种具有结构清晰，运行稳定，可靠性高，程序的可读性、可维护性、集成化程度高，安全性和标准化程度高，兼顾高控制精度和测量精度的功能，同时节约时间和人力成本的氮气置换设备的控制装置和方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高集成度且高精度的氮气置换设备的控制装置和方法。本专利技术提供一种氮气置换设备的控制装置，其中氮气置换设备包括加热器，氮气置换设备的控制装置包括：温度采集模块，用于采集所述加热器的出口氮气温度；压力采集模块，至少用于采集被填充设备的第一压力值；第一控制模块，用于根据所述出口氮气温度与预设温度值的偏差的绝对值进行PI控制或PID控制；以及第二控制模块，用于根据被填充设备的第一压力值与所述被填充设备的第一预设压力值的偏差进行PI控制或PID控制。根据本专利技术的一个方面，所述第二控制模块还用于根据所述第一预设压力值与所述第一压力值的偏差程度选择压力调节模式，其中当偏差的绝对值超过第一压力阈值时，进行开关量控制，当偏差的绝对值小于第一压力阈值且大于第二压力阈值时，进行模拟量控制，其中所述模拟量控制包括上述PI控制或PID控制。根据本专利技术的一个方面，其中氮气置换设备包括氮气缓冲器，所述压力采集模块还包括：第二压力采集模块，用于采集所述氮气缓冲器的第二压力值，所述第二控制模块还用于通过比较所述第二压力值和所述氮气缓冲器的第二预设压力值和第三预设压力值的关系，控制所述氮气缓冲器的阀门开关和柱塞泵单元启停，其中所述第二预设压力值大于所述第三预设压力值。根据本专利技术的一个方面，氮气置换设备包括液氮存储器，氮气置换设备的控制装置还包括：液位采集模块，用于采集所述液氮存储器的液氮液位值；第三控制模块，根据所述液氮液位值进行添加液氮或者停机等操作控制。根据本专利技术的一个方面，氮气置换设备的控制装置还包括：露点采集模块，用于采集所述氮气缓冲器出口的氮气品质；第四控制模块，根据所述氮气品质进行氮气是否输送控制。根据本专利技术的另一方面，提供一种氮气置换设备的控制方法，采用所述氮气置换设备的控制装置，所述氮气置换设备的控制方法至少包括对加热器的温度控制和对填充设备的压力控制：其中，所述对加热器的温度控制包括：采集加热器出口氮气的温度值；以所述温度值与预设温度值的差值作为输入，经PI或PID运算后，调节加热器的输出功率，使出口氮气温度满足要求；所述对填充设备的压力控制包括：打开所述氮气缓冲器的调节阀门使氮气输送到所述被填充设备中；采集所述被填充设备的第一压力值，计算所述第一预设压力值与第一压力值的第一偏差；若所述第一偏差绝对值超过第一压力阈值时，通过开关量控制调节阀门状态；若所述第一偏差绝对值小于第一压力阈值且大于第二压力阈值时，进行PI控制或PID控制；当所述第一偏差在允许范围内，压力稳定后打开被填充设备的排空阀门，使第一压力值恢复至常压。根据本专利技术的一个方面，氮气置换设备的控制方法还包括：测量所述被填充设备内部的氧浓度值，高于设定浓度值时，再次循环所述氮气置换设备的控制方法，直至氧浓度达到或低于设定氧浓度值。根据本专利技术的一个方面，氮气置换设备的控制方法还包括启动连锁保护控制，具体为：若所述第一压力值超过极限压力值时，关闭所述被填充设备的开关阀门，或，所述加热器的输出功率超过极限功率值时，降低加热器的输出功率。根据本专利技术的一个方面，所述氮气置换设备包含柱塞泵单元，所述氮气置换设备的控制方法还包括：采集所述氮气缓冲器的第二压力值，高于第二预设压力值时，停止所述柱塞泵单元，关闭所述氮气缓冲器的入口开关阀门，打开所述氮气缓冲器的排空阀门；当第二压力值小于第二预设压力值时，关闭氮气缓冲器的排空阀门；当第二压力值小于第三压力预设值时，打开所述氮气缓冲器的入口阀门，启动所述柱塞泵单元。根据本专利技术的一个方面，所述第一压力阈值为所述第一预设压力值的10％-20％，所述第二压力阈值为所述第一预设压力值的1％-10％。本专利技术提供的一种氮气置换设备的控制装置通过温度采集模块采集所述加热器的出口氮气温度，第一控制模块根据上述氮气温度与预设温度值的偏差的绝对值进行PI控制或PID控制，保证氮气温度的恒定；通过第一压力采集模块采集被填充设备的第一压力值，设定所述被填充设备的预设压力值为第一预设压力值，第二控制模块，用于根据被填充设备的第一预设压力值与第一压力值的偏差进行PI控制或PID控制，保证氮气压力的恒定。氮气置换设备的控制装置具有结构清晰、运行稳定、可靠性高的特点，程序的可读性、可维护性、集成化程度高，安全性和标准化程度高，兼顾高控制精度和测量精度，同时能够节约时间和人力成本。应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本专利技术所欲主张的范围。附图说明下面的附图是本专利技术的说明书的一部分，其绘示了本专利技术的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明专利技术的原理。图1是本专利技术一个实施例的氮气置换设备的示意图；图2是本专利技术一个实施例的氮气置换设备的控制装置的示意图；图3是本专利技术再一实施例的氮气置换设备的控制装置的示意图；图4是本专利技术一个实施例的氮气置换设备的控制方法的部分流程图。附图标记说明：100-液氮存储器，200-汽化单元，300-加热器，400-氮气缓冲器，500-被填充设备，501-第一被填充设备，502-第二被填充设备，503-第三被填充设备，600-柱塞泵单元，701-第一开关阀门，702-第二开关阀门，703-第三开关阀门，801-第一调节阀门，802-第二调节阀门，803-第三调节阀门。具体实施方式下面将详细描述本专利技术的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本专利技术，用于示例性的说明本专利技术的原理，并不被配置为限定本专利技术。另外，附图中的机构件不一定是按照比例绘制的。例如，可能对于其他结构件或区域而放大了附图中的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮气置换设备的控制装置，其中氮气置换设备包括加热器(300)，其特征在于，包括：/n温度采集模块，用于采集所述加热器(300)的出口氮气温度；/n压力采集模块，至少用于采集被填充设备(500)的第一压力值；/n第一控制模块，用于根据所述出口氮气温度与预设温度值的偏差的绝对值进行PI控制或PID控制；以及/n第二控制模块，用于根据被填充设备(500)的第一预设压力值与所述被填充设备(500)的第一压力值的偏差进行PI控制或PID控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种氮气置换设备的控制装置，其中氮气置换设备包括加热器(300)，其特征在于，包括：
温度采集模块，用于采集所述加热器(300)的出口氮气温度；
压力采集模块，至少用于采集被填充设备(500)的第一压力值；
第一控制模块，用于根据所述出口氮气温度与预设温度值的偏差的绝对值进行PI控制或PID控制；以及
第二控制模块，用于根据被填充设备(500)的第一预设压力值与所述被填充设备(500)的第一压力值的偏差进行PI控制或PID控制。


2.根据权利要求1所述的氮气置换设备的控制装置，其特征在于，所述第二控制模块还用于根据所述第一预设压力值与所述第一压力值的偏差程度选择压力调节模式，其中当偏差的绝对值超过第一压力阈值时，进行开关量控制，当偏差的绝对值小于第一压力阈值且大于第二压力阈值时，进行模拟量控制，其中所述模拟量控制包括上述PI控制或PID控制。


3.根据权利要求1所述的氮气置换设备的控制装置，其中氮气置换设备包括氮气缓冲器(400)，其特征在于，所述压力采集模块还包括：
第二压力采集模块，用于采集所述氮气缓冲器(400)的第二压力值，所述第二控制模块还用于通过比较所述第二压力值和所述氮气缓冲器(400)的第二预设压力值和第三预设压力值的关系，控制所述氮气缓冲器(400)的阀门开关和柱塞泵单元(600)启停，其中所述第二预设压力值大于所述第三预设压力值。


4.根据权利要求3所述的氮气置换设备的控制装置，其中氮气置换设备包括液氮存储器(100)，其特征在于，还包括：
液位采集模块，用于采集所述液氮存储器(100)的液氮液位值；
第三控制模块，根据所述液氮液位值进行添加液氮或者停机等操作控制。


5.根据要求要求3所述的氮气置换设备的控制装置，其特征在于，还包括：
露点采集模块，用于采集所述氮气缓冲器(400)出口的氮气品质；
第四控制模块，根据所述氮气品质进行氮气是否输送控制。


6.一种氮气置换设备的控制方法，其特征在于，采用上述权利要求3-5任一项所述的氮气置换设备的控制装置，所述氮气置换设备的控制方法至少包括对加热器(300)的温度控制和对填充设...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏伟，赵玉龙，张小平，冯涛，李勇，郑国真，张士强，周小义，
申请(专利权)人：蓝箭航天技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33