一种能充氮调湿的文物保护系统的制作方法

本发明涉及文物保护领域，尤其是涉及一种能够同时充氮与调湿的文物保护系统。

背景技术：

文物是我们祖先劳动、智慧和革命精神的结晶，具有重要的历史、艺术和科学价值，由于文物深埋在地下时，文物是处于无光、缺氧、湿度大、温度基本不变的平衡体系中，由于文物出土之后，文物都是馆藏在博物馆中，此时，文物处于具有光照、氧气、湿度低、温度变化大、并且空气中还存在各种污染环境及具有腐蚀性的有毒气体；因此，随着时间的推移，馆藏在博物馆中的文物出现不同程度的腐蚀和病害，根据相关调查显示馆藏文物中的一半以上均存在不同程度的腐蚀和病害，其中，濒危29.5万件，重度腐蚀213万件，中度腐蚀501.7万件。由于文物的价值和不可再生性，病害和腐蚀对文物造成的损坏无法修复，造成的经济损失和科学的研究价值无法估计，因此，对馆藏文物进行良好的保护是亟待解决的突出问题。

随着社会和科技的发展，人们逐渐认识到馆藏文物保存在相对洁净的环境中非常重要，因此，现在都将馆藏文物保存在相对封闭的小环境中，用一些惰性气体将小环境中的氧气进行置换，这样虽然有效的减缓了文物的氧化腐蚀，另外，现有的文物保护系统基本忽略了湿度、温度以及微生物对文物造成的影响，其实除了空气是对文物造成损坏的主要原因之外，而湿度的变化对文物带来的损害更加直接和快速，比如直接造成文物开裂、破损以及机械强度降低、酥粉开裂等，因此，现有的文物保护系统存在对文物的保护效果不佳，成本高，使用操作不方便以及不能随时对文物所处环境的各种参数进行检测和控制等缺陷。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述问题，本发明提出了一种能充氮调湿的文物保护系统，本发明旨在解决现有的文物保护系统保护效果不佳、成本高、使用不方便以及无法对文物所处环境的参数进行实时检测和控制等技术问题。

本发明的技术方案为：一种能充氮调湿的文物保护系统，包括管道、通过管道依次连通的空气净化工段、空气纯化工段、氮气调湿工段、展柜、氮气回收工段、PLC控制系统及上位机，

所述管道的进口端与空气净化工段之间的管道上安装有进气阀V1，所述空气纯化工段与氮气调湿工段之间的管道上安装有调压阀H1和节流阀V2，所述氮气调湿工段与充氮工段之间的管道上依次安装有支管、湿度传感器RH/T和氧气纯度分析仪PU，所述支管上安装有电磁阀BV1，所述展柜与氮气回收工段之间的管道上安装有压力传感器PG，所述氮气回收工段通过循环管与进气阀V1和空气净化工段之间的管道连通，所述循环管上设置有控制阀V5；

所述PLC控制系统分别与电磁阀BV1、湿度传感器RH/T、氧气纯度分析仪PU和压力传感器PG连接，所述PLC控制系统与上位机通过无线网模块通讯连接，所述上位机安装在展柜上。

进一步地，所述空气净化工段包括前级净化器，所述前级净化器为空气过滤器。

进一步地，所述空气纯化工段包括依次安装在管道上的压缩机、纯化器和脱氧瓶，所述压缩机与PLC控制系统连接，所述PLC控制压缩机将管道中空气的压力提高到0.49-0.51MPa。

进一步地，所述调节阀H1为减压阀，所述减压阀用于将压力稳定在0.29-0.31MPa。

进一步地，所述氮气调湿工段包括依次安装在管道上的控制阀V3、止回阀M1、安全阀、饱和器及混合罐，还包括与饱和器连通的除湿器，所述饱和器与除湿器之间的管道上依次安装有止回阀M2和水泵，还包括安装在节流阀V2与混合罐之间且与饱和器并联的旁路管道，所述旁路管道上安装有气体质量流量控制阀F1，所述饱和器上设置有液位传感器R，所述气体质量流量控制阀F1、水泵与液位传感器R均与PLC控制系统连接。

进一步地，所述节流阀V2为针阀。

进一步地，所述氮气回收工段包括储气罐，所述储气罐用于储存从展柜中排出的氮气，所述储气罐与压力传感器PG之间的管道上设置控制阀V4。

进一步地，所述支管的一端与管道连通，支管的另一端与储气罐连通。

进一步地，所述PLC控制系统为西门子S7-200PLC，所述上位机包括西门子WINCC软件和HMI-操作面板。

本发明通过前级净化器将空气中的固体颗粒物去除，然后再通过压缩机将压力提高到0.5MPa左右，经过压缩的空气进入到纯化器中，纯化器将空气中的水、二氧化碳、氧气等杂质气体去除，得到纯度为99％以上的氮气，得到，然后调节减压阀H1，使得系统的压力稳定在0.3MPa左右，得到的氮气分为两部分，一部分作为干燥气通过旁路管道直接进入到混合罐内，而另一部分氮气流入饱和器中，与饱和器内的水分充分接触，使得氮气的相对湿度达到饱和，然后再进入混合罐与干燥的氮气进行混合，达到展柜中所需相对湿度的氮气，湿度合适的氮气充入到展柜中，储气罐对展柜中使用过的氮气进行回收，回收的氮气通过循环管与前级净化器的进气管道连通，将氮气循环使用，提高进气空气中氮气的浓度；当本发明工作时，通过在上位机中设定压缩机的压力为0.5MPa左右，设定压力传感器PG检测压力为200-400Pa，设定适宜的相对湿度，设定饱和器中的液位值范围，将指令传输到PLC控制系统中，PLC控制系统控制压缩机将压力提高到0.5MPa左右，通过湿度传感器RH/T对氮气的湿度进行检测，同时与设定的相对湿度值进行对比，当检测的相对湿度值大于设定的相对湿度值，PLC控制系统气体质量流量控制阀F1，使得干燥氮气流量逐渐增加，达到设定的相对湿度值时，干燥氮气流量不变，当大于设定的相对湿度值时，干燥氮气流量逐渐降低，通过一段时间调整，干燥氮气的流量逐渐趋于稳定，使得氮气保持在设定的相对湿度范围内；液位传感器R对饱和器中的液位进行检测，当检测的液位值低于设定的液位值范围，PLC控制系统控制水泵开启，水泵将除湿器中的水抽入至饱和器中，当检测的液位值高于设定的液位值范围时，PLC控制系统控制水泵停止工作；氮气充入展柜时，压力传感器PG对展柜中的压力值进行检测，当检测的压力值大于400Pa时，PLC控制系统控制电磁阀EV1打开，使得管道中的部分氮气排进储气罐中进行回收，减少展柜中的进气量，使得展柜中的压力在200-400Pa的范围内，当展柜中的压力小于200Pa，关闭阀门EV1，确保展柜中的压力控制在200Pa-400Pa，通过PLC控制系统还可以将系统中实时检测压力值、干燥氮气的流量值、相对湿度、系统的氧气含量、压缩机的压力值和饱和器液位值等数据在上位机中实时显示。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

①本发明能够以空气为原料，通过前级净化、压缩和纯化等步骤进行分离提取得到氮气，得到氮气的纯度达到99％以上，在纯化工段设置脱氧瓶，使得对分离得到的氮气进行二次的除氧，并且本系统中设置氮气调湿工段，氮气的纯度高，具有合适的湿度，不但能够保证文物所处的小环境的洁净程度高，防止细菌和微生物的滋生以及虫害，并且模拟了文物出土前所处的环境，因此，本发明对文物的保护效果更佳，且以空气原料，使用成本也更低。

②本发明通过在保护系统中设置PLC控制系统和上位机，在上位机中对纯化工段压力值、氮气调湿工段干燥氮气的流量值、饱和器的液位值、展柜中的压力值等数据进行设定，通过PLC控制系统能够实时对系统中纯化工段压力值、氮气调湿工段干燥氮气的流量、饱和器的液位、展柜中的压力和系统中氮气中的氧含量进行监测和远程控制，PLC控制系统通过监测的数据对整个系统进行动态调整，使得本发明使用操作方便，并且能够对系统的状态实现实时掌握，使文物能够始终保持在稳定的环境中，使得对文物的保护效果更好。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为本发明的控制框图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。

参照附图1、2，本发明包括管道1、通过管道1依次连通的空气净化工段、空气纯化工段、氮气调湿工段、展柜2、氮气回收工段、PLC控制系统3及上位机4；空气净化工段将空气中的颗粒物进行去除，然后空气纯化工段用于分离出空气中的氮气，通过氮气调湿工段将分离出的氮气的湿度进行调整，再将氮气通入到展柜2中，对氮气的湿度进行调整，使得能够模拟文物出土前的湿度较大的环境，使得文物的不会发生碎裂等情况，文物的保护效果更好，氮气回收工段将系统中的部分氮气和在展柜2中使用过的氮气进行回收，然后再次通入到系统中进行纯化再次利用，使得空气中氮气的含量增加，降低了纯化工段的工作负荷；通过PLC控制系统3实现对文物保护系统的自动化控制和参数的实时监测，在上位机4上可对系统中的压力、相对湿度、液位、氧气浓度、温度等参数的基准值进行设定，并且能够对以上参数进行实时监测，并且能够在上位机4中实时显示。

管道1的进口端与空气净化工段之间的管道1上安装有进气阀V1，空气纯化工段与氮气调湿工段之间的管道1上安装有调压阀H1和节流阀V2，氮气调湿工段与充氮工段之间的管道1上依次安装有支管5、湿度传感器RH/T和氧气纯度分析仪PU，支管5上安装有电磁阀BV1，展柜2与氮气回收工段之间的管道1上安装有压力传感器PG，氮气回收工段通过循环管6与进气阀V1和空气净化工段之间的管道1连通，循环管6上设置有控制阀V5；；

PLC控制系统3分别与电磁阀BV1、湿度传感器RH/T、氧气纯度分析仪PU和压力传感器PG连接；PLC控制系统3与上位机4通过无线网模块通讯连接，上位机4安装在展柜2上，方便馆藏人员对各种参数的设定和实时观察。

空气净化工段包括前级净化器，前级净化器为空气过滤器7，空气过滤器7主要用于去除空气中的颗粒性杂质。

空气纯化工段包括依次安装在管道1上的压缩机8、纯化器9和脱氧瓶10，压缩机8与PLC控制系统3连接，PLC控制压缩机8将管道1中空气的压力提高到0.49-0.51MPa，纯化器9将空气中的水、二氧化碳和氧气等杂质气体去除，提高氮气的纯度达到99％以上，通过在上位机4中设定压缩机8处的压力基准值，然后上位机4对PLC控制系统3发出指令，PLC控制系统3对压缩机8进行控制和调整，使得压缩机8处的压力值在设定的压力基准值的范围内，实现了文物保护系统的自动化调整和保证了文物保护系统的正常运行。

调节阀H1为减压阀，减压阀用于将压力稳定在0.29-0.31MPa，对整个文物保护系统的压力进行调整，使得整个系统的压力维持在设定的压力范围内，防止系统压力变化造成系统工作稳定性差，避免对文物造成损坏。

氮气调湿工段包括依次安装在管道1上的控制阀V3、止回阀M1、安全阀11、饱和器12及混合罐13，还包括与饱和器12连通的除湿器14，使得除湿器中水分直接被供给到饱和器中使用，无需专门单独设置供水系统，还节约了水源，使得本发明的设计更加的合理，节约了成本；饱和器12与除湿器14之间的管道1上依次安装有止回阀M2和水泵15，还包括安装在节流阀V2与混合罐13之间且与饱和器12并联的旁路管道16，旁路管道16上安装有气体质量流量控制阀F1，饱和器12上设置有液位传感器R，气体质量流量控制阀F1、水泵15与液位传感器R均与PLC控制系统3连接,PLC控制系统3和液位传感器R是为了控制饱和器12的水位维持在设定的水位范围内。

节流阀V2为针阀，针阀用于调整流量的精度更高，使得整个系统对氮气的流量控制更加准确。

氮气回收工段包括储气罐17，储气罐17用于储存从展柜2中排出的氮气，储气罐17与压力传感器PG之间的管道1上设置控制阀V4，循环管6上设置控制阀V5，这样使得可以将管道中排出的多余的和使用之后的氮气进行回收利用，使得整个系统的工作负荷降低，还使得氮气的纯度能够始终保持在99％以上。

支管5的一端与管道1连通，支管5的另一端与储气罐17连通，这样使得在调节展柜2气压时，从支管5排出的部分氮气可以进入到储气罐17中，储气罐17中的氮气可以和空气混合再次进入到空气净化工段和空气纯化工段中进行循环利用，使得增加空气中氮气的浓度，使得降低了空气纯化工段的工作负荷，并且也保证了氮气的纯度，使得对文物的保护效果更好。

PLC控制系统3为西门子S7-200PLC，上位机4包括西门子WINCC软件和HMI-操作面板，西门子S7-200为PLC控制系统3、西门子WINCC软件和HMI-操作面板，对文物保护系统的压力、温度、纯度和流量等数据进行采集、处理、储存和曲线显示，可对压力控制、流量控制和纯度控制和湿度控制等参数设置，PLC控制系统3控制电磁阀BV1、压缩机8和水泵15的工作状态，进而控制流量、压力、湿度和纯度等技术参数，同时将检测的参数在上位机4中显示，使得工作人员能够实时对展柜2中的情况进行掌握，能够及时或避免异常情况的发生；实现对文物具有良好的保护效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。