LNG加气机多机互联的单总线控制装置及方法与流程

本发明属于加气技术领域，涉及加气机控制技术，具体地说，涉及一种LNG加气机多机互联的单总线控制装置及方法，应用于液化天然气(英文：Liquefied Natural Gas，缩写：LNG)加气机的单泵多机互锁控制。

背景技术：

目前市场上常见的LNG加气机通常采用多台加气机共用一台或多台潜液泵进行LNG的加注。但在一台加气机进行LNG加气或预冷操作时，易导致另一台加气机加气过程中加气未满时出现跳枪现象。目前常用的解决方式是采用单泵双机互锁，但遇到单泵多机(三台及以上加气机)时，仍然会存在加气未满时出现跳枪的现象。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的单泵多机时加气机加气过程中加气未满时出现跳枪现象的问题，提供了一种LNG加气机多机互联的单总线控制装置及方法，该控制装置及方法解决了单泵多机加气时出现的加气机加气未满出现跳枪现象的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种LNG加气机多机互联的单总线控制装置，包括多台加气机和总线电缆，每台加气机的控制单元输入信号端和输出信号端均与所述总线电缆连接。多台加气机通过一条总线电缆相互连接，实现多台加气机之间的互锁，每台加气机的控制单元均可控制总线电缆的总线电平，实现单总线控制功能，避免多机加气时出现的加气机加气未满出现跳枪现象。

作为本发明上述单总线控制装置的优选设计，所述总线电缆包括通信总线和公共接地线，每台加气机的控制单元输入信号端和输出信号端均与所述通信总线连接。

作为本发明上述单总线控制装置的优选设计，所述通信总线通过输入电路与所述输入信号端连接，所述通信总线通过输出电路与所述输出信号端，所述公共接地线分别与输入电路和输出电路的接地端连接。

作为本发明上述单总线控制装置的优选设计，所述输入电路为由光耦检测电路和电感组成的串联电路，电感的一端与通信总线连接，电感的另一端与光耦检测电路的输入端连接，光耦检测电路的输出端与所述输入信号端连接。

作为本发明上述单总线控制装置的优选设计，所述输出电路为由三极管Q1、二极管D2、电阻R15、电感R26、电感R27和电感R31组成串并联电路；所述三极管Q1的发射极连接电源，所述三极管Q1的集电极连接二极管D2的正极，二极管D2的负极与通信总线连接；所述电阻R15一端连接于二极管D2的负极与通信总线之间，另一端接地；所述电感R26一端与三极管Q1的集电极连接，另一端接地；所述电感R27一端与所述输出信号端连接，另一端连接三极管Q1的基极，所述电感R31一端连接电源，另一端与三极管Q1的基极连接。

作为本发明上述单总线控制装置的进一步设计，所述输入电路与所述输入信号端之间、所述输出电路与所述输出信号端之间均连接有隔离芯片，保证加气机控制单元与外部电路相互隔离。

作为本发明上述单总线控制装置的优选设计，所述多台加气机连接同一台潜液泵。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种LNG加气机多机互联的单总线控制方法，含有以下步骤：

通过一条总线电缆同时连接多台加气机的控制单元输入信号端和输出信号端，根据加气机的工作状态控制总线电缆的总线电平；

在任一时刻多台加气机中至少有一个加气机执行加气时，执行加气的加气机通过控制单元的输出信号端发送控制命令至总线电缆，将总线电缆的总线电平置高，未执行加气的加气机通过控制单元的输入信号端检测总线电缆的总线电平为高；

在执行加气的所有加气机中存在至少一个加气机执行加气时，总线电缆的总线电平仍然置高；

在执行加气的所有加气机均结束加气后，加气机通过控制单元的输出信号端发送控制命令至总线电缆，将总线电缆的总线电平置低；

所有加气机待机时，总线电缆的总线电平为低。

作为本发明上述单总线控制方法的优选设计，加气机的工作状态与总线电缆的总线电平之间的关系为:

当加气机待机时，加气机通过控制单元的输出信号端将总线电缆的总线电平置低，所有加气机状态一致；

当任一一台加气机执行加气，且仅一台加气机执行加气时，执行加气的加气机通过控制单元的输出信号端将总线电缆的总线电平置高，其余加气机通过控制单元的输入信号端检测到总线电缆的总线电平为高电平，加气结束时，执行加气的加气机通过控制单元的输出信号端将总线电缆的总线电平置低；

当至少两台加气机执行加气时，加气机通过控制单元的输出信号端将总线电缆的总线电平置高，若其中一台加气机加气操作结束，其它加气机仍然执行加气，总线电缆的总线电平仍然保持高电平；待所有加气机加气操作结束后，加气机通过控制单元的输出信号端将总线电缆的总线电平置低；

当至少两个加气机同时执行加气时，执行加气的加气机通过控制单元的输出信号端同时发送控制命令至总线电缆，将总线电缆的总线电平置高，执行加气的加气机同时通过控制单元的输入信号端接收总线电缆的总线电平信息，待所有加气机加气操作结束后，结束加气的加气机同时通过控制单元的输出信号端将总线电缆的总线电平置低。

作为本发明上述单总线控制方法的优选设计，所述总线电缆包括通信总线和公共接地线，每台加气机控制单元的输入信号端和输出信号端均与所述通信总线连接，每台加气机控制单元的公共端与公共接地线连接，总线电缆的总线电平为通信总线的总线电平。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

(1)本发明提供的LNG加气机多机互联的单总线控制装置，将多台加气机通过一条总线电缆连接，每台加气机均可随时控制总线电缆的总线电平，从而控制总线电缆，其它加气机根据总线电平的变化执行相关的程序操作，各台加气机之间没有主从之分，仅通过一条总线电缆，实现单泵多台加气机之间的互锁，避免一台加气机加气或预冷操作时对另一个加气过程中的加气机加气未满时造成跳枪的现象。

(2)本发明提供的LNG加气机多机互联的单总线控制装置，仅通过一条总线电缆连接多台加气机，布线简单，操作方便，成本低廉，适用于单泵多机应用时加气机之间的连接，每台加气机可以任意时刻发送控制命令至总线电缆，不受其他加气机限制的时间限制，多台加气机可同时发出控制命令至总线电缆，控制总线状态；多台加气机也可以同时接收总线电缆的总线状态信息。

(3)本发明提供的LNG加气机多机互联的单总线控制方法，通过简单清晰的单总线连接方式，利用加气机的控制单元控制单总线的总线电平，根据总线电平的状态，各加气机执行加气等相应程序的操作，方法简单，易于操作和实现。

附图说明

图1为本发明一个实施例LNG加气机四机互联的单总线控制装置的结构简图。

图2为本发明实施例中输入电路的电路图。

图3为本发明实施例中输出电路的电路图。

图4为本发明某一实施例中三台加气机执行加气时对通信总线的控制流程图。

1、第一加气机，2、第二加气机，3、第三加气机，4、第四加气机，5、总线电缆，51、通信总线，52、公共接地线。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”和“第五”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的一个实施例中，参见图1，提供了一种LNG加气机四机互联的单总线控制装置，包括连接同一台潜液泵的四台加气机和一条总线电缆5，四台加气机分别为第一加气机1、第二加气机2、第三加气3、第四加气机4，每台加气机的控制单元输入信号端和输出信号端均与所述总线电缆连接。四台加气机通过一条总线电缆相互连接，实现了四台加气机之间的互锁，每台加气机的控制单元均可控制总线电缆的总线电平，实现单总线控制功能，避免多机加气时出现的加气机加气未满出现跳枪现象。

为了便于连接四台加气机，在本发明上述实施例所述单总线控制装置中，参见图1，所述总线电缆5包括通信总线51和公共接地线52，每台加气机的控制单元输入信号端和输出信号端均与所述通信总线连接。

为了实现通信总线与输入信号端之间、通信总线与输出信号端之间的信号传输，在本发明上述实施例所述单总线控制装置中，参见图2，所述通信总线通过输入电路与所述输入信号端连接，所述通信总线通过输出电路与所述输出信号端，所述公共接地线分别与输入电路和输出电路的接地端连接。任何一台加气机的控制单元通过输入电路均可接收通信总线的总线电平状态；任何一台加气机的控制单元通过输出电路输出高电平均会将通信总线的总线电平置高。

为了实现通信总线与输入信号端之间的信息传输，参见图3，在本发明上述实施例所述单总线控制装置中，所述输入电路为由光耦检测电路和电感R76组成的串联电路，电感R76的一端与通信总线连接，电感R76的另一端与光耦检测电路的输入端连接，光耦检测电路的输出端与所述输入信号端连接。输入电路通过光耦检测单路检测通信总线的总线电平状态后，将此状态通过光耦输出端HUSUO_GL至加气机控制单元的输入信号端。输入电路进行信息传输时，当通信总线空闲时，通信总线的总线电平为低，光电耦合器U34处于截止状态，光耦输出端HUSUO_GL输出低电平，并将低电平信号传输至加气机控制单元的输入信号端，加气机控制单元对接收到的低电平信号进行处理；当通信总线的总线电平为高时，光电耦合器U34导通，光耦输出端HUSUO_GL输出高电平，并高低电平信号传输至加气机控制单元的输入信号端，加气机控制单元对接收到的低电平信号进行处理。

为了实现通信总线与输出信号端之间的信息传输，参见图4，在本发明上述实施例所述单总线控制装置中，所述输出电路为由三极管Q1、二极管D2、电阻R15、电感R26、电感R27和电感R31组成串并联电路；所述三极管Q1的发射极连接电源，所述三极管Q1的集电极连接二极管D2的正极，二极管D2的负极与通信总线连接；所述电阻R15一端连接于二极管D2的负极与通信总线之间，另一端接地；所述电感R26一端与三极管Q1的集电极连接，另一端接地；所述电感R27一端与所述输出信号端连接，另一端连接三极管Q1的基极，所述电感R31一端连接电源，另一端与三极管Q1的基极连接。输出电路进行信息传输时，加气机控制单元的输出线号端传递OUT1_GL信号，OUT1_GL信号为高时，三极管Q1截止，二极管D2截止，总线电平由R15拉低；OUT1_GL信号为低时，三极管Q1导通，二极管D2导通，总线电平置高。

四台加气机待机时，通信总线的总线电平为低，每台加气机状态一致，所有加气机状态变成循环阀打开，加气阀关闭。在某一时刻任一加气机执行加气操作时，将通信总线的总线电平置高，其余三台加气机控制单元的输入信号端检测到通信总线的总线电平为高电平，关闭加气阀，以保证潜液泵输出的LNG液体全部流经正在加气操作的加气机进入车载瓶，而不会流回储罐。加气结束后，将通信总线的总线电平置低。

在整个加气过程中，如果仅第一加气机执行加气操作，加气结束后，第一加气机控制单元的输出信号端输出信号为低，将通信总线的总线电平置低。如果在第一加气机执行加气过程中，第二加气机、第三加气机、第四加气机中的一个或多个也执行加气操作，执行加气操作的其他加气机会将通信总线的总线电平置高。因此，即使第一加气机加气操作结束后，将通信总线的总线电平置低，但由于仍然有其他加气机的控制单元通过其输出信号端控制通信总线的总线电平置高，通信总线的总线电平仍然会保持高电平。第一加气机结束加气也仅仅会关闭加气阀，保持循环阀仍然处于关闭状态。如果第一加气机、第二加气机、第三加气机、第四加气机中至少两个加气机同时执行加气操作，执行加气操作的加气机同时通过控制单元的输出信号端输出控制命令，将通信总线的总线电平置高。当所有执行加气的加气机完成加气操作后，将通信总线的总线电平置低，此时通信总线的总线电平因所有加气机输出电平为低而变成低电平。加气结束，所有加气机打开循环阀，关闭加气阀，进入待机状态。

本实施例中的单线控制装置实现四台LNG加气机的互锁，实现四台LNG加气机的单总线控制。

在本发明的另一个实施例中，为了保证加气机控制单元与外部电路相互隔离，所述输入电路与所述输入信号端之间、所述输出电路与所述输出信号端之间均连接有隔离芯片，加气机控制单元的输出信号端将信号传输至隔离芯片，隔离芯片通过输出电路输出至通信总线，输入电路检测到通信总线的状态后，通过隔离芯片传输至加气机控制单元的输入信号端，加气机控制单元对获取的通信总线的状态信息进行处理。

在本发明的又一个实施例中，提供了一种LNG加气机四机互联的单总线控制方法，含有以下步骤：

步骤一：通过一条总线电缆同时对连接同一潜液泵的四台加气机进行连接，根据加气机的工作状态控制总线电缆的总线电平；所述总线电缆包括通信总线和公共接地线，每台加气机控制单元的输入信号端和输出信号端均与所述通信总线连接，每台加气机控制单元的公共端与公共接地线连接，总线电缆的总线电平为通信总线的总线电平。

步骤二：在任一时刻四台加气机中当任一一台加气机执行加气，且仅一台加气机执行加气时，执行加气的加气机通过控制单元的输出信号端将通信总线的总线电平置高，其余加气机控制单元的输入信号端检测到通信总线的总线电平为高电平，加气结束时，执行加气的加气机通过控制单元的输出信号端将通信总线的总线电平置低；

步骤三：当任意时刻四台加气机中至少两台加气机执行加气时，且在不同时刻请求执行加气，执行加气机多台加气机分别通过控制单元的输出信号端发送控制命令至通信总线，将通信总线的总线电平置高，若其中一台加气机加气操作结束，其他加气机仍然执行加气，通信总线的总线电平仍然保持高电平；

步骤四：当四台加气机至少两个加气机同时执行加气时，执行加气的加气机通过控制单元的输出信号端同时发送控制命令至通信总线，将通信总线的总线电平置高，执行加气的加气机同时通过控制单元的输入信号端接收通信总线的总线电平信息；

步骤五：在执行加气的所有加气机均结束加气后，加气机的控制单元输出信号端发送控制命令至通信总线，将通信总线的总线电平置低；

步骤六：所有加气机加气结束后，进入待机状态，加气机通过控制单元的输出信号端将总线电缆的总线电平置低，所有加气机状态一致。

本实施例实现四台LNG加气机互锁的单总线控制。

在本发明的某一个实施例中，又提供了一种LNG加气机三机互联的单总线控制装置，包括连接同一台潜液泵的三台加气机和一条总线电缆，每台加气机的控制单元输入信号端和输出信号端均与所述总线电缆连接。三台加气机通过一条总线电缆相互连接，实现了三台加气机之间的互锁。其工作原理与上述实施例中提供的LNG加气机四机互联的单总线控制装置的工作原理相同。

在三台加气机的整个加气过程中，如果仅第一加气机执行加气操作，加气结束后，第一加气机控制单元的输出信号端输出信号为低，将通信总线的总线电平置低。如果在第一加气机执行加气过程中，第二加气机、第三加气机中的一个或两个也执行加气操作，执行加气操作的其他加气机会将通信总线的总线电平置高。因此，即使第一加气机加气操作结束后，将通信总线的总线电平置低，但由于仍然有其他加气机的控制单元通过其输出信号端控制通信总线的总线电平置高，通信总线的总线电平仍然会保持高电平。第一加气机结束加气也仅仅会关闭加气阀，保持循环阀仍然处于关闭状态。当所有执行加气的加气机完成加气操作后，将通信总线的总线电平置低，此时通信总线的总线电平因所有加气机输出电平为低而变成低电平。加气结束，所有加气机打开循环阀，关闭加气阀，进入待机状态。

参见图4，三台加气机执行加气时对通信总线的控制如下：在T1时刻，第一加气机和第二加气机同时执行加气，同时发出高电平信号，通信总线无冲突。T2时刻，第三加气机执行加气，发出高电平信号，此时，第一加气机、第二加气机、第三加气机同时实现对通信总线的总线电平控制，通信总线的总线电平无冲突。T3和T4时刻加气机对通信总线的总线电平进行读取并对信号进行处理。

本实施例中的单线控制装置实现三台LNG加气机的互锁，实现三台LNG加气机的单总线控制。

在本发明的某一个实施例中，提供了一种LNG加气机三机互联的单总线控制方法，其步骤与上面实施例中提供的LNG加气机四机互联的单总线控制方法基本相同，不同的是：

在步骤一中，通过一条总线电缆同时对连接同一潜液泵的三台加气机进行连接，根据加气机的工作状态控制总线电缆的总线电平；所述总线电缆包括通信总线和公共接地线，每台加气机控制单元的输入信号端和输出信号端均与所述通信总线连接，每台加气机控制单元的公共端与公共接地线连接，总线电缆的总线电平为通信总线的总线电平。

在步骤二中，在任一时刻三台加气机中当任一一台加气机执行加气，且仅一台加气机执行加气。

在步骤三中，当任意时刻三台加气机中至少两台加气机执行加气。

本实施例中实现三台LNG加气机互锁的单总线控制。

在本发明的某一个实施例中，又提供了一种LNG加气机五机互联的单总线控制装置，包括连接同一台潜液泵的五台加气机和一条总线电缆，每台加气机的控制单元输入信号端和输出信号端均与所述总线电缆连接。五台加气机通过一条总线电缆相互连接，实现了五台加气机之间的互锁。其工作原理与上述实施例中提供的LNG加气机四机互联的单总线控制装置以及LNG加气机三机互联的单总线控制装置的工作原理相同。

在五台加气机的整个加气过程中，如果仅第一加气机执行加气操作，加气结束后，第一加气机控制单元的输出信号端输出信号为低，将通信总线的总线电平置低。如果在第一加气机执行加气过程中，第二加气机、第三加气机、第四加气机、第五加气机中的一个或多个也执行加气操作，执行加气操作的其他加气机会将通信总线的总线电平置高。因此，即使第一加气机加气操作结束后，将通信总线的总线电平置低，但由于仍然有其他加气机的控制单元通过其输出信号端控制通信总线的总线电平置高，通信总线的总线电平仍然会保持高电平。第一加气机结束加气也仅仅会关闭加气阀，保持循环阀仍然处于关闭状态。当所有执行加气的加气机完成加气操作后，将通信总线的总线电平置低，此时通信总线的总线电平因所有加气机输出电平为低而变成低电平。加气结束，所有加气机打开循环阀，关闭加气阀，进入待机状态。

本实施例中的单线控制装置实现五台LNG加气机的互锁，实现五台LNG加气机的单总线控制。

在本发明的某一个实施例中，提供了一种LNG加气机五机互联的单总线控制方法，其步骤同样与上面实施例中提供的LNG加气机四机互联的单总线控制方法基本相同，不同的是：

在步骤一中，通过一条总线电缆同时对连接同一潜液泵的五台加气机进行连接，根据加气机的工作状态控制总线电缆的总线电平；所述总线电缆包括通信总线和公共接地线，每台加气机控制单元的输入信号端和输出信号端均与所述通信总线连接，每台加气机控制单元的公共端与公共接地线连接，总线电缆的总线电平为通信总线的总线电平。

在步骤二中，在任一时刻五台加气机中当任一一台加气机执行加气，且仅一台加气机执行加气。

在步骤三中，当任意时刻五台加气机中至少两台加气机执行加气。

本实施例中实现五台LNG加气机互锁的单总线控制。

上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。