一种基于PLC的多试验台使用挤压式介质供应控制系统及方法与流程

本发明涉及一种基于plc的多试验台使用挤压式介质供应控制系统及方法，属于低温介质应用领域。

背景技术：

液体火箭发动机地面零组件试验中，将低温容器介质按照要求输送到各个试验台或工位的系统称为介质供应系统。一般分为挤压式供应系统和泵压式供应系统。

对挤压式供应系统通过对低温容器施加高压气体，将容器的低温介质挤向各需求试验台，实现各试验台对介质以及介质压力的需求。通常情况下，对低温容器的操作有加注、增压、排气和进介质，通过电磁阀门控制实现，加注为由低温储罐向低温容器增加低温介质；增压为通过配气系统对低温容器增加高压气体，提高容器压力，实现低温介质由低温容器到试验台/工位的供应；排气为排除容器高压气体；进介质为打开低温容器到试验台/工位的阀门，允许低温介质进入试验台。

通常，挤压式供应系统由一个低温容器向多个试验台/工位提供介质供应，由于低温介质由同一个低温容器供应，供给到某个试验台/工位介质的压力与容器一致，但每个试验台/工位对于介质压力及容器操作的要求不同，导致两个及以上试验台/工位无法同时进行对低温容器的操作。

加注、增压、排气和进介质操作在每个试验台/工位的操作台进行，一般情况下，将各个试验台加载在电磁阀线圈上的控制电通过并联的方式进行连接，各试验台通过接受操作人员的控制指令，通过plc控制各试验台的相应的继电器，控制电直接加载到低温容器的电磁阀线圈，由电磁阀驱动气动阀，执行相应操作。

但上述控制方式存在以下问题：各个试验台的控制电通过并联的方式加载在电磁阀线圈上，意味着每个试验台可以独立控制电磁阀，由于互相之间没有互锁控制，而且各试验台也没有共用的低温容器工作状态指示，电磁阀在被其中一个试验台控制的时候，如果其他试验台操作人员不了解低温容器状态，低温容器的电磁阀还有可能被其他试验台控制，不仅使试验台控制混乱，还带来了安全隐患。挤压式供应系统一些关键参数例如容器压力、容器液位以及电磁阀状态，无法同时显示给每一个试验台操作人员，系统的自动化能力偏低，目前还没有形成一套独立的智能监控方法对挤压式介质供应系统进行监控。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，针对低温环境下的介质供应系统容易出现的试验台控制混乱、自动化能力低、缺乏系统控制方法的问题，提出了一种基于plc的多试验台使用挤压式介质供应控制系统及方法。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种基于plc的多试验台使用挤压式介质供应控制系统，包括容器间、工业以太网、试验台控制分系统，所述容器间包括plc核心处理器、hmi本地控制平台、液氮容器，所述试验台控制分系统包括试验台一、试验台二、试验台三，其中：

所述容器间通过plc核心处理器对液氮容器进行容器参数监测及运行控制，容器间与试验台控制分系统通过工业以太网进行通信；

所述plc核心处理器对液氮容器进行参数监测，并对容器间运行状态进行监控，所述容器间控制模式包括本地控制、远程控制，当控制模式为本地控制时，plc核心处理器通过hmi本地控制平台及容器间控制链路对液氮容器进行本地控制，当控制模式为远程控制时，plc核心处理器与试验台一、试验台二、试验台三中任一试验台进行信息交互实现远程控制。

所述容器间电路连接链路具体包括：pw1线性电源、q1断路器、cpu1中央处理器，ai1模拟量输入模块，do1数字量输出模块，kd1中间继电器，kd2中间继电器，kd3中间继电器，k1电磁阀，k2电磁阀，k3电磁阀，p1压力变送器，p2压力变送器，y1液位计，y2液位计，所述plc核心处理器包括cpu1中央处理器、ai1模拟量输入模块、do1数字量输出模块，pw1线性电源输入端连接市电，输出端连接q1断路器一端，q1断路器另一端连接容器间内各24vdc用电设备，kd1中间继电器常开触点一端连接pw1线性电源正极，另一端连接k1电磁阀的线圈一端，k1电磁阀线圈的另一端连接pw1线性电源负极，kd2中间继电器常开触点一端连接pw1线性电源正极，另一端连接k2电磁阀的线圈一端，k2电磁阀线圈的另一端连接pw1线性电源负极，kd3中间继电器常开触点一端连接pw1线性电源正极，一端连接k3电磁阀的线圈一端，k3电磁阀线圈的另一端连接pw1线性电源负极，数字量输出模块do1的第一、第二、第三输出触点分别连接kd1、kd2、kd3中间继电器线圈的一端，kd1、kd2、kd3中间继电器线圈的另一端均连接pw1线性电源负极，p1压力变送器、p2压力变送器、y1液位计、y2液位计分别连接ai1模拟量输入模块的四个输入通道，所述k1电磁阀通过管路连接外部进介质气动阀门，所述k2电磁阀通过管路连接外部增压气动阀门，所述k3电磁阀通过管路连接外部排气气动阀门。

所述容器间控制阀门链路具体包括：缓冲气瓶、排气电磁阀、增压电磁阀、进介质电磁阀、容器安全阀、排气气动阀、增压气动阀、液氮容器、手动排气阀、入口手动进介质阀、出口手动进介质阀、总过滤器、气动进介质阀、试验台一手动进介质阀、试验台一过滤器、试验台二手动进介质阀、试验台二过滤器、试验台三手动进介质阀、试验台三过滤器，其中：

所述液氮容器通过手动排气阀进行排气，并通过入口手动进介质阀、出口手动进介质阀进行介质控制，缓冲气瓶内的高压气源通过排气电磁阀及容器安全阀、增压电磁阀及增压气动阀分别实现排气及增压控制，同时可通过进介质电磁阀、气动进介质阀、总过滤器进行介质控制，所述气动进介质阀通过试验台一手动进介质阀及试验台一过滤器、试验台二手动进介质阀及试验台二过滤器、试验台三手动进介质阀及试验台三过滤器分别连接，通过试验台一、试验台二、试验台三中任一试验台进行远程控制。

所述容器间还包括交换机，用于进行plc核心处理器、hmi本地控制平台、试验台控制分系统的信息交互。

所述试验台控制分系统的试验台数量不少于三台。

所述容器间的监测参数具体为：

容器压力、容器液位、进介质阀门状态、增压阀门状态、排气阀门状态。

一种基于plc的多试验台使用挤压式介质供应控制方法，步骤如下：

(1)根据介质供应控制需求，确定供应控制系统的工作模式；

其中，供应控制系统包括容器间、工业以太网、试验台控制分系统，所述容器间包括plc核心处理器、hmi本地控制平台、液氮容器，所述试验台控制分系统包括试验台一、试验台二、试验台三；

(2)若工作模式为本地控制模式，则进入步骤(3)；若工作模式为远程控制模式，则进入步骤(4)；

(3)通过hmi本地控制平台控制容器间控制阀门链路，控制容器间进行排气、增压、进介质操作，同时禁止试验台一、试验台二、试验台三对控制阀门链路进行控制；

(4)于试验台一、试验台二、试验台三中选取任一试验台，通过对控制阀门链路进行控制，进行排气、增压、进介质操作，当任一试验台工作时，其他试验台不能进行同时控制。

所述供应控制系统中，容器间通过plc核心处理器对液氮容器进行容器参数监测及运行控制，容器间与试验台控制分系统通过工业以太网进行通信；

所述plc核心处理器对液氮容器进行参数监测，并对容器间运行状态进行监控，所述容器间控制模式包括本地控制、远程控制，当控制模式为本地控制时，plc核心处理器通过hmi本地控制平台及容器间控制链路对液氮容器进行本地控制，当控制模式为远程控制时，plc核心处理器与试验台一、试验台二、试验台三中任一试验台进行信息交互实现远程控制。

所述容器间控制阀门链路具体包括：缓冲气瓶、排气电磁阀、增压电磁阀、进介质电磁阀、容器安全阀、排气气动阀、增压气动阀、液氮容器、手动排气阀、入口手动进介质阀、出口手动进介质阀、总过滤器、气动进介质阀、试验台一手动进介质阀、试验台一过滤器、试验台二手动进介质阀、试验台二过滤器、试验台三手动进介质阀、试验台三过滤器，其中：

所述液氮容器通过手动排气阀进行排气，并通过入口手动进介质阀、出口手动进介质阀进行介质控制，缓冲气瓶内的高压气源通过排气电磁阀及容器安全阀、增压电磁阀及增压气动阀分别实现排气及增压控制，同时可通过进介质电磁阀、气动进介质阀、总过滤器进行介质控制，所述气动进介质阀通过试验台一手动进介质阀及试验台一过滤器、试验台二手动进介质阀及试验台二过滤器、试验台三手动进介质阀及试验台三过滤器分别连接，通过试验台一、试验台二、试验台三中任一试验台进行远程控制。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明提供的一种基于plc的多试验台使用挤压式介质供应控制系统及方法，能够通过以plc核心处理器为主的控制系统对低温容器相关参数进行监控，可以实现对低温容器的本地控制和远程控制，通过本地hmi可以实现挤压供应系统本地控制，并独立监测容器参数。远程控制方式，各试验台与容器间通过以太网通讯，实时监控容器间状态，各试验台间相互独立，对容器间控制具有优先级，可以有效避免容器控制的混乱，容器间的在线状态监控也可以及时地展示给各试验台的操作人员，方便各试验有序进行。

附图说明

图1为发明提供的现有介质供应控制系统示意图；

图2为发明提供的基于plc的多试验台使用挤压式介质供应控制系统示意图；

图3为发明提供的挤压式介质供应控制系统容器间电路连接链路示意图；

图4为发明提供的挤压式介质供应控制系统容器间控制阀门管路链路示意图；

图5为发明提供的hmi本地控制平台控制界面；

具体实施方式

一种基于plc的多试验台使用挤压式介质供应控制系统及方法，通过在容器间本地增加plc控制系统可以实现对低温容器的本地控制和远程控制，通过本地hmi可以实现挤压供应系统本地控制，并独立监测容器参数。远程控制方式，各试验台与容器间通过以太网通讯，实时监控容器间状态，各试验台间相互独立，对容器间控制具有优先级，可以有效避免容器控制的混乱，容器间的在线状态监控也可以及时地展示给各试验台的操作人员，方便各试验有序进行，控制系统主要包括：

容器间、工业以太网、试验台控制分系统，容器间包括plc、hmi本地控制平台、液氮容器，试验台控制分系统包括试验台一、试验台二、试验台三，其中：

容器间通过plc对液氮容器进行容器参数监测及运行控制，容器间与试验台控制分系统通过工业以太网进行通信；

plc对液氮容器进行参数监测，并对容器间运行状态进行监控，容器间控制模式包括本地控制、远程控制，当控制模式为本地控制时，plc通过hmi本地控制平台及容器间控制链路对液氮容器进行本地控制，当控制模式为远程控制时，plc与试验台一、试验台二、试验台三中任一试验台进行信息交互实现远程控制；

其中，容器间电路连接链路具体包括：pw1线性电源、q1断路器、cpu1中央处理器，ai1模拟量输入模块，do1数字量输出模块，kd1中间继电器，kd2中间继电器，kd3中间继电器，k1电磁阀，k2电磁阀，k3电磁阀，p1压力变送器，p2压力变送器，y1液位计，y2液位计，plc包括cpu1中央处理器、ai1模拟量输入模块、do1数字量输出模块，pw1线性电源输入端连接市电，输出端连接q1断路器一端，q1断路器另一端连接容器间内各24vdc用电设备，kd1中间继电器常开触点一端连接pw1线性电源正极，另一端连接k1电磁阀的线圈一端，k1电磁阀线圈的另一端连接pw1线性电源负极，kd2中间继电器常开触点一端连接pw1线性电源正极，另一端连接k2电磁阀的线圈一端，k2电磁阀线圈的另一端连接pw1线性电源负极，kd3中间继电器常开触点一端连接pw1线性电源正极，一端连接k3电磁阀的线圈一端，k3电磁阀线圈的另一端连接pw1线性电源负极，数字量输出模块do1的第一、第二、第三输出触点分别连接kd1、kd2、kd3中间继电器线圈的一端，kd1、kd2、kd3中间继电器线圈的另一端均连接pw1线性电源负极，p1压力变送器、p2压力变送器、y1液位计、y2液位计分别连接ai1模拟量输入模块的四个输入通道，k1电磁阀通过管路连接外部进介质气动阀门，k2电磁阀通过管路连接外部增压气动阀门，k3电磁阀通过管路连接外部排气气动阀门。

容器间控制阀门管路链路具体包括：缓冲气瓶、排气电磁阀、增压电磁阀、进介质电磁阀、容器安全阀、排气气动阀、增压气动阀、液氮容器、手动排气阀、入口手动进介质阀、出口手动进介质阀、总过滤器、气动进介质阀、试验台一手动进介质阀、试验台一过滤器、试验台二手动进介质阀、试验台二过滤器、试验台三手动进介质阀、试验台三过滤器，其中：

液氮容器通过手动排气阀进行排气，并通过入口手动进介质阀、出口手动进介质阀进行介质控制，缓冲气瓶内的高压气源通过排气电磁阀及容器安全阀、增压电磁阀及增压气动阀分别实现排气及增压控制，同时可通过进介质电磁阀、气动进介质阀、总过滤器进行介质控制，气动进介质阀通过试验台一手动进介质阀及试验台一过滤器、试验台二手动进介质阀及试验台二过滤器、试验台三手动进介质阀及试验台三过滤器分别连接，通过试验台一、试验台二、试验台三中任一试验台进行远程控制。

容器间还包括交换机，用于进行plc、hmi本地控制平台、试验台控制分系统的信息交互，试验台控制分系统的试验台数量不少于三台，本发明中选取三台，容器间的监测参数包括容器压力、容器液位、进介质阀门状态、增压阀门状态、排气阀门状态等具体参数。

根据供应控制系统，提出了基于plc的多试验台使用挤压式介质供应控制方法，具体步骤包括：

(1)根据介质供应控制需求，确定供应控制系统的工作模式；

(2)若工作模式为本地控制模式，则进入步骤(3)；若工作模式为远程控制模式，则进入步骤(4)；

(3)通过hmi本地控制平台控制容器间控制阀门链路，控制容器间进行排气、增压、进介质操作，同时禁止试验台一、试验台二、试验台三对控制阀门链路进行控制；

(4)于试验台一、试验台二、试验台三中选取任一试验台，通过对控制阀门链路进行控制，进行排气、增压、进介质操作，当任一试验台工作时，其他试验台不能进行同时控制。

在控制流程中，均基于控制系统中提到的系统结构、容器间电路连接链路、容器间控制阀门链路实现。

下面结合具体实施例进行进一步说明：

本实施例中，现有技术如图1所示，主要通过电磁阀线圈进行控制，本发明提出的控制系统如图2所示，控制系统包括本地控制模式、远程控制模式，通过不同主体对容器间控制阀门链路的控制，控制过程中配合容器间电路连接链路实现hmi的本地控制或任一试验台的远程控制，其中：

本地控制方式下，操作人员在低温容器间本地操作完成；远程控制方式下，对低温容器的操作在各个试验台实现。各个试验台和容器间本地如果需要控制介质供应系统，首先需要获取控制权，控制权只能被一个试验台占用，如果某个试验台获取了介质供应系统的控制权，其可以对介质供应系统进行相关操作，其他试验台无权进行介质供应系统控制，操作结束需要该试验台退还控制权，方便后续其他试验台使用介质供应系统。其中，容器间本地控制方式具有最高控制权，可以优先获取介质供应系统的控制权；远程方式下，其他各个试验台获取控制权的优先级次之，并且相互间处于同等优先级。

其中，容器间电路连接链路如图3所示，该系统采用plc作为核心处理器，通过以太网与各试验台控制系统进行通讯。系统主要包括pw1线性电源(220vac-24vdv)，q1断路器，cp1hmi，cpu1中央处理器，ai1模拟量输入模块，do1数字量输出模块，kd1中间继电器，kd2中间继电器，kd3中间继电器，k1电磁阀，k2电磁阀，k3电磁阀，p1压力变送器，p2压力变送器，y1液位计，y2液位计。plc由cpu1中央处理器、ai1模拟量输入模块和do1数字量输出模块组成，pw1线性电源输入端连接市电，输出端连接q1断路器，其中pw1线性电源输入端为220vac，输出端为24vdc，l+为电源的正极，m为电源的负极，q1断路器另一端连接各24vdc用电设备。kd1中间继电器常开触点一端连接pw1线性电源l+，另一端连接k1电磁阀的线圈，k1电磁阀线圈的另一端连接pw1线性电源的m；kd2中间继电器常开触点一端连接pw1线性电源l+，另一端连接k2电磁阀的线圈，k2电磁阀线圈的另一端连接pw1线性电源的m；kd3中间继电器常开触点一端连接pw1线性电源l+，另一端连接k3电磁阀的线圈，k3电磁阀线圈的另一端连接pw1线性电源的m。plc数字量输出模块do1的第一个输出触点连接kd1中间继电器线圈的一端，kd1中间继电器线圈的另一端连接pw1线性电源的m，kd2、kd3均按此种连接方式。p1压力变送器，p2压力变送器，y1液位计，y2液位计分别连接ai1模拟量输入模块的四个输入通道，其中，k1电磁阀通过管路连接进介质气动阀门，k2电磁阀通过管路连接增压气动阀门，k3电磁阀通过管路连接排气气动阀门；

容器间控制阀门管路链路如图4所示，1-缓冲气瓶、2-排气电磁阀、3-增压电磁阀、4-进介质电磁阀、5-容器安全阀、6-排气气动阀、7-增压气动阀、8-低温容器、9-手动排气阀、10-入口手动进介质阀、11-出口手动进介质阀、12-总过滤器、13-气动进介质阀、14-试验台一手动进介质阀、15-试验台一过滤器、16-试验台二手动进介质阀、17-试验台二过滤器、18-试验台三手动进介质阀、19-试验台三过滤器；

如果采用本地控制方式，在hmi上点击“本地控制”按钮，选择本地控制方式，针对当前任务需求，即试验台一进行低温控制，，手动关闭入口手动进介质阀、试验台二手动进介质阀、试验台三手动进介质阀，手动打开出口手动进介质阀、试验台一手动进介质阀，在hmi上点击“增压开”，实现对容器的增压操作，点击“增压关”，停止对容器增压；在hmi上点击“进介质开”，同时保证排气电磁阀关闭，实现对试验台一的进介质操作，点击“进介质关”，停止对试验台一进介质；

如图5所示，hmi上点击“排气开”，实现对容器的排气操作，点击“增压关”，停止对容器排气；通过本地hmi操作实现对试验台一液氮流量及压力的供应，本地控制方式下，所有试验台无法对容器电磁阀进行操作控制，保证本地hmi具有最高控制权。

远程控制方式下，试验台一使用低温介质，其他试验台不参与，在hmi上点击“远程控制”按钮，选择远程控制方式，手动关闭入口手动进介质阀、试验台二手动进介质阀、试验台三手动进介质阀，手动打开出口手动进介质阀、试验台一手动进介质阀，在试验台一的操作台点击“容器”按钮，获得容器的管理权限，此时只有试验台一可以进行“增压”“排气”“进介质”操作，实现在试验台一远程控制低温容器，其他试验台无权进行相关操作。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。