多指标充气方法及其充气设备与流程

本发明涉及充气设备技术领域，尤其是多指标充气方法及其充气设备。

背景技术：

传统的充气方案是利用人工感官进行估算判断，如触觉和视觉判断充气达标的过程，但这种方式简单、粗糙、精度低，越来越不适合当今的充气生产活动。近年来，较优的方案有基于充气时间t、充气压力p的单指标或双指标的判断方法，但仍无法更加准确的判断泳圈或气垫船是否达到完全充满状态，又因泳圈或气垫船在未充气时具有大量褶皱，若充气完成时，泳圈或气垫船未处于完全张开状态，故内腔压力往往达不到要求，故需要反复进行充气，无法达到对泳圈或气垫船的快速充气。

技术实现要素：

本发明提出多指标充气方法及其充气设备，可以避免充气作业中因单一指标或者双指标方法引起的偏差，同时辅以电气比例阀的比例-模糊-pi控制，能够产生波动的气流方式，提高充气效率以及提高充气精度。

本发明采用以下技术方案。

多指标充气方法，所述充气方法以多指标充气设备对被充气器件进行充气作业；所述充气设备包括plc、交互设备、气源和用于放置被充气器件的第二工位；所述气源的气体输出管道处顺序设有电气比例阀、电磁阀；所述第二工位处设有用于测量被充气器件重量的称重计、用于测量被充气器件气压的压力传感器；当充气设备对第二工位上的被充气器件充气时，所述plc控制电气比例阀或电磁阀来产生波动性的动态充气气流并统计充气时长t，通过压力传感器检测气体输出管道的充气气压p，通过称重计来检测被充气器件内本次充气所充入的气体质量m，同时根据t、p、m来判断被充气器件是否充气完成。

当充气设备通过气体输出管道末端的气枪对第二工位上的被充气器件充气时，所述plc根据测得的t、p、m值，以电气比例阀智能地、周期地改变被充气器件的进气气流参数，并辅以电气比例阀自带的比例-模糊-pi控制模块，使被充气器件的进气气流产生波动性的动态变化；所述进气气流参数包括气流流速和气体流量。

所述被充气器件为泳圈或气垫船。

所述充气设备还包括用于暂存被充气器件的第一工位；所述第一工位和第二工位之间设有真空吸盘机械手，当充气设备进行充气作业时，所述真空吸盘机械手把第一工位上的待充气泳圈或待充气气垫船抓取到第二工位上，以便于进行充气及其称重检测。

所述plc内置计时器；所述交互设备为可对plc进行设置或读取plc数据的触摸屏；所述触摸屏具有界面布置控制按键及数值设置区，具备手动控制、自动参数设定、plc系统参数配置、数据采集与处理、工作状态显示功能；

所述plc系统参数配置即对充气时间、充气压力和充气质量的阈值进行设定；所述的数据采集与处理即在界面上实时数显充气时间、充气压力和充气质量并绘制充气时间、充气压力、充气质量变化曲线；所述的工作状态显示即可以设置不同的指示灯，根据指示灯的状态判定充气时间、充气压力、充气质量是否到达设定的阈值附近；

所述触摸屏具有报警功能，当充气时间、充气压力、充气重量超过安全阈值时，触摸屏发出报警以便于使用者手动控制充气设备的启停。。

所述第二工位处设有用于固定被充气器件的定位装置；所述所述第二工位数量为若干个；所述若干个第二工位竖向排列。

所述电气比例阀自带的比例-模糊-pi控制模块，其使被充气器件的进气气流产生波动性的动态变化的方法为：

步骤a1、充气开始时，所述plc根据测得的t、p、m值，计算当前充气作业与预设充气操作之间的时间差值、压力差值、质量差值；

步骤a2、比例-模糊-pi控制模块先采用比例控制，当时间差值、压力差值、质量差值到达设定值的±10%时，电气比例阀由比例控制进入模糊控制；

步骤a3、当时间差值、压力差值、质量差值到达设定值的±5%时，电气比例阀进入pi控制，对充气时间、充气压力、充气质量进行微调，高精度，快速地完成充气作业。

所述plc控制电气比例阀或电磁阀来产生波动性的动态充气气流的方法包括以下步骤；

步骤b1、plc通过压力传感器、称重计和内置的计时器对当前充气作业的充气时间t、充气压力p、充气质量m进行监测；

步骤b2、plc判断充气时间t、充气压力p、充气质量m是否高于预定阈值；

步骤b3、当判断所述充气时间t、充气压力p、充气质量m高于所述阈值时，plc控制电磁阀处于关闭状态，在所述电磁阀处于关闭状态下，所述的充气设备停止对被充气器件进行充气，所述的充气设备处于充气完成状态；

步骤b4、当所述充气时间t、充气压力p、充气质量m未高于所述阈值时，控制电磁阀处于开启状态，在所述电磁阀处于开启状态下，所述的充气设备继续对所述被充气器件进行充气，所述的充气设备处于充气未完成状态。

上述方法还包括步骤b5，在步骤b5中若所述被充气器件为外壁具有大量褶皱的器件；则当充气设备处于充气完成状态后，plc经间隔短暂时间后，再次以压力传感器对所述被充气器件的内部压力进行监测。

当plc再次以压力传感器对所述被充气器件的内部压力进行监测时，若被充气器件的内部压力p低于阈值，则充气设备重复执行步骤b1至步骤b5，直至充气设备处于充气完成状态后，plc经间隔短暂时间后，再次测得的压力p达到阈值。

上述的外壁具有大量褶皱的被充气器件为泳圈或气垫船。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

本发明可同时对一个或者多个泳圈或气垫船进行充气，与现有技术中的对泳圈或气垫船进行逐个充气的方式相比，可加速对泳圈或气垫船的充气。

本发明与现有技术中的传统恒压供气系统充气方式相比，利用电气比例阀，可以智能地、周期地改变进气流流速、流量等参数，同时辅以电气比例阀的比例-模糊-pi控制，进而产生波动性的动态气流，提高充气效率以及提高充气精度。

本发明采用多指标的充气方法，即以泳圈或气垫船的充气压力、充气时间和充气重量为综合的充气检测指标，可以避免单一指标或者双指标方法引起的偏差，从而让充满气的泳圈或气垫船能更长时间地维持其气压。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

附图1是本发明的流程示意图；

附图2是本发明的流程的另一示意图；

附图3是本发明的气路示意图；

附图4是本发明的控制原理示意图；

附图5是本发明的结构方安案示意图；

图中：1-气源；2-过滤调压阀；3-储气罐；4-plc；5-交互设备；6-电气比例阀；7-电磁阀；8-压力传感器；9-气枪；10-第一工位；11-真空吸盘机械手；12-第二工位；13-称重计；14-被充气器件。

具体实施方式

如图1-5所示，多指标充气方法，所述充气方法以多指标充气设备对被充气器件进行充气作业；所述充气设备包括plc4、交互设备5、气源1和用于放置被充气器件的第二工位12；所述气源的气体输出管道处顺序设有电气比例阀6、电磁阀7；所述第二工位处设有用于测量被充气器件重量的称重计13、用于测量被充气器件气压的压力传感器8；当充气设备对第二工位上的被充气器件14充气时，所述plc控制电气比例阀或电磁阀来产生波动性的动态充气气流并统计充气时长t，通过压力传感器检测气体输出管道的充气气压p，通过称重计来检测被充气器件内本次充气所充入的气体质量m，同时根据t、p、m来判断被充气器件是否充气完成。

当充气设备通过气体输出管道末端的气枪9对第二工位上的被充气器件充气时，所述plc根据测得的t、p、m值，以电气比例阀智能地、周期地改变被充气器件的进气气流参数，并辅以电气比例阀自带的比例-模糊-pi控制模块，使被充气器件的进气气流产生波动性的动态变化；所述进气气流参数包括气流流速和气体流量。

所述被充气器件为泳圈或气垫船。

所述充气设备还包括用于暂存被充气器件的第一工位10；所述第一工位和第二工位之间设有真空吸盘机械手11，当充气设备进行充气作业时，所述真空吸盘机械手把第一工位上的待充气泳圈或待充气气垫船抓取到第二工位上，以便于进行充气及其称重检测。

所述plc内置计时器；所述交互设备为可对plc进行设置或读取plc数据的触摸屏；所述触摸屏具有界面布置控制按键及数值设置区，具备手动控制、自动参数设定、plc系统参数配置、数据采集与处理、工作状态显示功能；

所述plc系统参数配置即对充气时间、充气压力和充气质量的阈值进行设定；所述的数据采集与处理即在界面上实时数显充气时间、充气压力和充气质量并绘制充气时间、充气压力、充气质量变化曲线；所述的工作状态显示即可以设置不同的指示灯，根据指示灯的状态判定充气时间、充气压力、充气质量是否到达设定的阈值附近；

所述触摸屏具有报警功能，当充气时间、充气压力、充气重量超过安全阈值时，触摸屏发出报警以便于使用者手动控制充气设备的启停。。

所述第二工位处设有用于固定被充气器件的定位装置；所述所述第二工位数量为若干个；所述若干个第二工位竖向排列。

所述电气比例阀自带的比例-模糊-pi控制模块，其使被充气器件的进气气流产生波动性的动态变化的方法为：

步骤a1、充气开始时，所述plc根据测得的t、p、m值，计算当前充气作业与预设充气操作之间的时间差值、压力差值、质量差值；

步骤a2、比例-模糊-pi控制模块先采用比例控制，当时间差值、压力差值、质量差值到达设定值的±10%时，电气比例阀由比例控制进入模糊控制；

步骤a3、当时间差值、压力差值、质量差值到达设定值的±5%时，电气比例阀进入pi控制，对充气时间、充气压力、充气质量进行微调，高精度，快速地完成充气作业。

所述plc控制电气比例阀或电磁阀来产生波动性的动态充气气流的方法包括以下步骤；

步骤b1、plc通过压力传感器、称重计和内置的计时器对当前充气作业的充气时间t、充气压力p、充气质量m进行监测；

步骤b2、plc判断充气时间t、充气压力p、充气质量m是否高于预定阈值；

步骤b3、当判断所述充气时间t、充气压力p、充气质量m高于所述阈值时，plc控制电磁阀处于关闭状态，在所述电磁阀处于关闭状态下，所述的充气设备停止对被充气器件进行充气，所述的充气设备处于充气完成状态；

步骤b4、当所述充气时间t、充气压力p、充气质量m未高于所述阈值时，控制电磁阀处于开启状态，在所述电磁阀处于开启状态下，所述的充气设备继续对所述被充气器件进行充气，所述的充气设备处于充气未完成状态。

上述方法还包括步骤b5，在步骤b5中若所述被充气器件为外壁具有大量褶皱的器件；则当充气设备处于充气完成状态后，plc经间隔短暂时间后，再次以压力传感器对所述被充气器件的内部压力进行监测。

当plc再次以压力传感器对所述被充气器件的内部压力进行监测时，若被充气器件的内部压力p低于阈值，则充气设备重复执行步骤b1至步骤b5，直至充气设备处于充气完成状态后，plc经间隔短暂时间后，再次测得的压力p达到阈值。

上述的外壁具有大量褶皱的被充气器件为泳圈或气垫船。

实施例1：

本例中，被充气器件为泳圈；

执行步骤s100-s400的主体为充气设备，所述的充气设备至少包括：气源，与所述气源相连接的一条或多条气路管道，所述的每条气路管道上设置plc及其触摸屏、电气比例阀、电磁阀、压力传感器和气枪，所述气枪用于与一个或者多个泳圈进行连接，已达到同时对一个或者多个泳圈进行充气；所述的充气方法包括：

步骤s100：当利用所述气枪对一个或多个泳圈进行充气时，利用plc中的计时器、压力传感器、称重计对充气时间、充气压力、充气质量进行监测，得到一监测结果：

与现有技术中的对泳圈进行逐个充气的方式不同，本实施例中，可对一个或者多个泳圈同时充气，并在充气过程中，充气设备利用plc中的计时器、压力传感器、称重计对充气时间、充气压力、充气质量进行监测。

步骤s200：判断所述监测结果是否满足预设条件，得到第一判断结果：

这里，判断监测到的充气时间、充气压力、充气质量是否满足预设条件，生成第一判断结果。

步骤s300：根据第一判断结果，确定电磁阀的状态；

步骤s400：根据电磁阀的状态，确定一个或者多个泳圈的充气状态；

其中，所述的充气状态至少包括充气完成状态和充气未完成状态。也即依据对监测到的充气时间、充气压力、充气质量是否满足预设条件的判断，确定电磁阀是仍然保持开启状态还是关闭状态，并依据电磁阀所处的状态，确定是继续对一个或者多个泳圈进行充气还是结束对一个或者多个泳圈的充气。其中，对充气设备继续进行充气，说明充气还未完成，处于充气未完成状态；停止对充气设备进行充气，说明充气完成，处于充气完成状态。

综上所述，本实施例可同时对一个或者多个泳圈进行充气，并在充气过程中有plc中的计时器、压力传感器、称重计对充气时间、充气压力、充气质量进行监测，并依据对充气时间、充气压力、充气质量进行监测的监测结果，确定电磁阀的状态；根据电磁阀的状态，确定所述一个或者多个泳圈的充气状态，也即确定继续对一个或者多个泳圈进行充气还是结束充气。此外，同时对一个或者多个泳圈进行充气，与现有技术对泳圈进行逐个充气的方式相比，可加速对泳圈的充气。

作为一个实施方式，如图2所示，所述利用plc中的计时器、压力传感器、称重计判断所述监测结果是否满足预设条件，得到第一判断结果；依据第一判断结果，确定电磁阀的状态；依据电磁阀的状态，确定所述一个或者多个泳圈的充气状态，包括：

步骤s600：判断所述充气时间、充气压力、充气质量是否高于阈值；

如果判断所述充气时间、充气压力、充气质量高于阈值时，执行步骤ss700；

如果判断所述充气时间、充气压力、充气质量低于阈值时，执行步骤s800；

步骤s700，控制电磁阀处于关闭状态，在所述电磁阀处于关闭状态下，所述的充气设备停止对所述的一个或者多个泳圈进行充气；

此时，泳圈处于充气完成状态。

步骤s800，控制电磁阀处于开启状态，在所述电磁阀处于开启状态下，所述的充气设备继续对所述的一个或者多个泳圈进行充气；

此时，泳圈处于充气未完成状态。

具体的，判断充气压力是否高于预设阈值，如果高于预设阈值，则说明充气完成，关闭电磁阀，泳圈处于充气完成状态，停止对一个或者多个泳圈进行充气。如果不高于预定阈值，则说明充气未完成，保持电磁阀的开启，泳圈处于充气未完成状态，还需要继续对一个或者多个泳圈继续充气。可见，通过充气时间、充气压力、充气质量是否高于所设阈值的判断，而决定是否继续对一个或者多个泳圈进行充气，可实施性好，且能够避免由于充气时间过长、充气压力过大以及质量过大而导致设备损坏的问题。

实施例2：

本例充气设备包括：气源、过滤调压阀、储气罐、电气比例阀、电磁阀、泳圈、压力传感器、气枪及其称重计；气源与储气罐之间依次设置有过滤器、过滤调压阀，储气罐与气枪之间依次设置有电磁比例阀、电磁阀；气枪的充气嘴与泳圈的充气口相连；压力传感器、称重计分别于泳圈相连。

其中，气枪的数量为一个或者多个，与待充气泳圈数量相匹配，可同时对一个或者多个待充气泳圈进行充气，能够加快充气流程。本方案的充气设备自身不产生气源，需外接气源，比如说空压机，以此可有效减轻充气设备自身的重量负荷。

本例中，如图4所示，控制原理图主要包括：plc、电磁比例阀、电磁阀、泳圈、压力传感器、称重计以及a/d转换器。其中压力传感器、称重计与泳圈相连，配合plc中的计时器分别对充气时间、充气压力、充气质量进行监测。

所述的触摸屏与plc相连，其中触摸屏具有界面布置控制按键及数值设置区，可方便进行手动控制和自动参数设定，触摸屏要实现系统的参数配置设置、数据采集与处理、工作状态显示等功能；所述的参数配置即对充气时间、充气压力和充气质量的阈值进行设定；所述的数据采集与处理即在界面上实时数显充气时间、充气压力和充气质量并绘制充气时间、充气压力、充气质量变化曲线；所述的工作状态显示即可以设置不同的指示灯，根据指示灯的状态判定充气时间、充气压力、充气质量是否到达设定的目标值附近；触摸屏还应具有报警功能，即当充气时间、充气压力、充气重量超过所设阈值时发出报警以便于控制充气设备的启停。

利用plc中的计时器以及与泳圈相连的压力传感器和称重计对充气时间、充气压力、充气质量进行监测，将压力传感器、称重计对充气压力、充气质量所监测到的数值通过a/d转换器及时反馈到plc系统中，结合plc中计时器对充气时间的监测，当充气时间、充气压力、充气重量达到所设阈值时，即停止充气。

如图5所示，本发明提供的多指标充气方法的实施例，应用于充气设备中，所述设备包括：气源、过滤调压阀、储气罐、plc及其触摸屏、电气比例阀、电磁阀、压力传感器、气枪、第一工位、第二工位和称重计。所述的第一工位和第二工位之间设置有真空吸盘机械手，所述的真空吸盘机械手把第一工位上的待充气泳圈抓取到第二工位上，以便于进行充气及其称重检测。

当利用所述气路管道同时对一个或多个泳圈进行充气时，利用的电气比例阀，可以智能地、周期地改变进气流流速、流量等参数，采用比例-模糊-pi控制进而产生波动性的动态气流，提高充气效率以及提高充气精度；所述的比例-模糊-pi控制即充气开始时采用比例控制，当时间差值、压力差值、质量差值到达设定值的±10%时，电气比例阀由比例控制进入模糊控制，当时间差值、压力差值、质量差值到达设定值的±5%时，电气比例阀进入pi控制，对充气时间、充气压力、充气质量进行微调，实现高精度，快速充气的目的。

实施例3：

本例中，所述的充气设备包括气源，与所述气源相连接的一条或多条气路管道，所述的每条气路管道上设置有过滤调压阀、储气罐、plc及其触摸屏、电气比例阀、电磁阀、压力传感器、气枪、第一工位、第二工位和称重计。具体表示为：气源与储气罐之间设置有过滤调压阀；储气罐与气枪之间依次设置有plc、电气比例阀、电磁阀、压力传感器；其中plc外接有触摸屏；气枪的充气嘴与泳圈的充气口相连；压力传感器、称重计分别于泳圈相连。

其中与储气罐相连接的气路管道的数量可以是一条或者多条，下面以一条气路管道作为实施例。

目前行业中对泳圈、床垫的充气压力在0.02mpa到0.1mpa之间，由于需要对至少一个或多个泳圈同时进行充气过程，并且达到快速响应，因此气源的压力必须预留足够的余量。本实施例中的气源由空压机提供，空压机提供的范围在0.7mpa到0.8mpa。

过滤调压阀用于稳定进气气压，本实施例中，选择festo的型号为msb4-1/4-d-frc1的过滤调压阀，压力调节范围为0.03-0.07bar，具备带主压补偿，流量大，压降小的特点，同时可以过滤掉大颗粒的粉尘、油分，非常适合工业环境下的充气作业。

了解到行业中20寸泳圈，标准内压为0.07bar。所以以预定充气压力范围为0.068-0.07bar，预定阈值为0.07bar为例，对本方案进行说明。

在对20寸泳圈进行充气检测之前，分别对数字计时器、压力传感器、称重计进行阈值设定，假设计时器预设值2s，称重计的预设值为200g，压力传感器预设值0.07bar，同时调节过滤调压阀使得进气压力保持在0.1bar。

首先将多个待充气泳圈放置在第一工位10上。工作开始时，通过真空吸盘机械手11将待充气泳圈充第一工位10抓取到第二工位12上，其中第二工位由数个工位组成且数个工位上都安装有称重计；紧接着打开气源空压机开始输送气体，将气枪9的充气嘴与处在第二工位12上的待充气泳圈充气口相连进行充气，当气枪9的充气嘴与处在第二工位12上的待充气泳圈充气口相连进行充气时，充气设备上的plc中的计时器、压力传感器、称重计开始实时监测数据。

在充气过程中，plc中的计时器、压力传感器、称重计所监测的数值充气时间t、充气压力p、充气质量m分别与预设值2s，200g，0.07bar进行比较判断，如果判断所述充气时间t、充气压力p、充气质量m高于所述阈值时，控制电磁阀处于关闭状态，在所述电磁阀处于关闭状态下，所述的充气设备停止对所述至少一个或多个泳圈进行充气，所述的充气设备属于充气完成状态；

如果判断所述充气时间t、充气压力p、充气质量m未高于所述阈值时，控制电磁阀处于开启状态，在所述电磁阀处于开启状态下，所述的充气设备继续对所述至少一个或多个泳圈进行充气，所述的充气设备属于充气未完成状态。

在充气完成即停止对泳圈进行充气后，为确保不存在泳圈内部气压在快速充气过程中的气流扰动造成压力传感器的数值可能会达到预设值而停止充气或者泳圈漏气的情况，还需要对泳圈压力进行监测。在停止充气的0.3s的时间内，再次实时监测判断到的泳圈压力是否在0.068-0.07bar范围内，生成第二判断结果。当判断结果为泳圈压力在0.068-0.07bar范围内，则胎压达标指示灯亮；当判断结果为泳圈压力不在0.068-0.07bar范围内，则低压报警指示灯发亮。这里，如果存在漏气情况，泳圈压力将会慢慢较小，则实际上判断泳圈压力是否显著地小于0.068-0.07bar范围内的最小值0.068bar即可确定泳圈是否漏气。

当充气状态为最终完成时拔下气枪9，真空吸盘机械手11再次将处在第一工位10上的待充气泳圈抓取到第二工位12上，此时，将拔下来的气枪9的充气嘴再一次的与处在第二工位12上的待充气泳圈充气口相连进行充气，如此循环；当气枪9的充气嘴与处在第二工位12上的待充气泳圈充气口相连进行充气时，plc中的计时器、压力传感器、称重计开始实时监测数据。

综上所述，本实例具有以下有益效果：

此方案可以对一个或者多个泳圈进行充气，与现有技术中的对逐个泳圈进行充气方式相比，可加速对泳圈的充气，减少充气时间，提高工作效率。

采用多指标的充气方法，即以泳圈的充气压力、充气时间和充气重量为综合的充气检测指标，可以避免单一指标或者双指标方法引起的偏差，同时辅以电气比例阀的比例-模糊-pi控制，能够产生波动的气流方式，提高充气效率以及提高充气精度。