基于电子秤和质量流量计的冗余加注系统和方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于电子秤和质量流量计的冗余加注系统，包括加注罐和贮箱，加注系统定量方式包括以电子秤和流量控制器组合的定量方式和以质量流量计的定量方式。本发明基于电子秤和质量流量计的冗余加注系统，两种定量方式控制同一套受控设备，任何一种定量方式被选定为主定量时，由其主控PLC控制受控设备，另一种定量方式主控PLC不参加控制，只参与监测；主定量方式出现故障时，可以立即切换到备用定量方式继续完成加注工作；此时备用定量方式的PLC控制受控设备，确保火箭上面级推进剂加注过程安全可靠。
【专利说明】基于电子秤和质量流量计的冗余加注系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种火箭上面级推进剂加注系统，具体的说，是涉及一种基于电子秤 和质量流量计的冗余加注系统。
【背景技术】
[0002] 常温火箭推进剂加注系统主要用于为火箭定量加注推进剂。一旦无法定量加注， 火箭可能无法进入预定轨道或发射失败。而当加注过程出现故障，则需将推进剂完全泄回， 重新加注，这将会影响整个火箭发射流程，导致错过火箭发射窗口，因此需要确保加注过程 的安全可靠。
[0003] 但是，现有的加入系统可靠性差，无法保证加注过程的安全可靠。
【发明内容】
[0004] 针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种能够保证上面级推进剂加注过程安 全可靠的基于电子秤和质量流量计的冗余加注系统。
[0005] 本发明所采取的技术方案是：
[0006] -种基于电子秤和质量流量计的冗余加注系统，包括加注罐和贮箱，贮箱设置有 加注口和溢出口；加注罐设置有出液口和挤压进气口，所述加注罐设置有用于称量加注罐 质量的电子秤，加注罐出液口与第一手动阀相连接；第一手动阀与质量流量计相连接；质 量流量计与第一气动阀相连接；第一气动阀与加泄连接器相连接；加泄连接器连接有光电 传感器；加泄连接器与第二气动阀相连接；第二气动阀与贮箱加注口相连接；
[0007] 所述贮箱溢出口与第三气动阀相连接；第三气动阀与泄液连接器相连接；泄液 连接器分别与贮箱压力监测传感器、稳压阀的一端和溢出管道相连接；溢出管道与废气处 理装置相连接；稳压阀的另一端与第四气动阀相连接；加注罐挤压进气口连接有第二手动 阀；第二手动阀与第四气动阀和第五气动阀相连接；第五气动阀通过单向阀与气体流量控 制器相连接；气体流量控制器通过第六电磁阀与外接压缩气源相连接。
[0008] 所述加注罐设置有安全阀。
[0009] -种基于电子秤和质量流量计的冗余加注方法，包括如下步骤：
[0010] 启动加注工序，由减压阀提供〇. 5±0. 05MPa的氮气，通过第六电磁阀、流量控制 器、单向阀、第五电磁阀将挤压氮气送入加注罐气枕部位；推进剂从加注罐内插底管流出 后，流经第一气动阀到达贮箱加泄口的加泄连接器中，经加泄连接器进入贮箱内，加注过程 中，包括以电子秤和流量控制器组合的定量方式和以质量流量计的定量方式；
[0011] 加泄连接器的液腔内设有光电传感器，当光电传感器检测到有液体经过时，发出 信号至控制系统控制电子秤、流量积算仪、气体流量控制器和质量流量计自动清零；电子 秤、流量积算仪、气体流量控制器和质量流量计开始计量加注量；
[0012] 贮箱内气体经过泄液连接器排出贮箱，流经稳压阀和第四气动阀排出加注设备进 入废气处理装置；经过中和液的吸收后，将满足排放要求的废气排空；加注过程中贮箱反 压由排气管路中稳压阀维持。
[0013] 所述质量流量计定量方式为主定量方式时，初始加注流量由PLC采集质量流量计 瞬时流量值，与设定流量值比较，当实际流量比设定值小10%，控制系统将发出指令至流量 控制器增大挤压气体流量；当实际流量接近设定值时，控制系统将发出指令至流量控制器 减小挤压气体流量；
[0014] 当以初始流量加注至50kg时，由控制系统控制质量流量控制器增大挤压气体流 量，直至质量流量计显示瞬时流量在llL/min?12L/min时，流量控制器不再继续增大流 量，并保持对应的挤压气体流量至加注结束。
[0015] 所述电子秤和流量控制器组合定量方式为主定量方式时，初始加注流量由PLC 采集加注电子秤数值变化，计算出加注流量，与设定流量值比较，当实际流量比设定值小 10 %，控制系统将发出指令至流量控制器增大挤压气体流量；当实际流量接近设定值时，控 制系统将发出指令至流量控制器减小挤压气体流量，当以初始流量加注至50kg时，由控制 系统控制质量流量控制器增大挤压气体流量，直至PLC计算的瞬时流量在llL/min?12L/ min时，流量控制器不再继续增大流量，并保持对应的挤压气体流量至加注结束。
[0016] 在加注过程中，电子秤和流量控制器组合定量方式为主定量方式，质量流量计定 量方式为备用量方式；控制电子秤和流量控制器组合定量方式的PLC和控制质量流量计定 量方式的PLC同时工作，分别以自己的定量方式计量加注量；电子秤和流量控制器组合定 量方式的PLC控制受控设备；质量流量计定量方式的PLC只计量，并不控制受控设备；当电 子秤和流量控制器组合定量方式出现故障时，切换到质量流量计定量为主定量方式继续完 成加注工作；此时质量流量计定量方式的PLC控制受控设备。
[0017] 电子秤和流量控制器组合定量方式切换为质量流量计定量方式，设置有0. 5S切 换延时。
[0018] 本发明相对现有技术的有益效果：
[0019] 本发明基于电子秤和质量流量计的冗余加注系统，两种定量方式控制同一套受控 设备，任何一种定量方式被选定为主定量时，由其主控PLC控制受控设备，另一种定量方式 主控PLC不参加控制，只参与监测，确保火箭上面级推进剂加注过程安全可靠。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1是本发明基于电子秤和质量流量计的冗余加注系统的上面级加注设备原理 图；
[0021] 图2是本发明基于电子秤和质量流量计的冗余加注系统的控制系统原理图。
[0022] 附图中主要部件符号说明：
[0023] 图中：
[0024] 1、加注罐 2、贮箱
[0025] 3、加注口 4、溢出口
[0026] 5、出液口 6、挤压进气口
[0027] 7、电子秤 8、第一手动阀
[0028] 9、质量流量计 10、第一气动阀
[0029] 11、加泄连接器 12、光电传感器
[0030] 13、第二气动阀 14、第三气动阀
[0031] 15、泄液连接器 16、贮箱压力监测传感器
[0032] 17、稳压阀 18、溢出管道
[0033] 19、第四气动阀 20、第二手动阀
[0034] 21、第五气动阀 22、单向阀
[0035] 23、气体流量控制器 24、第六电磁阀
[0036] 25、外接压缩气源
[0037] 110、第一电磁阀 111、加泄液连接器电磁阀
[0038] 113、第二电磁阀 115、泄液连接器电磁阀
[0039] 114、第三电磁阀 119、第四气动阀
[0040] 121、第五电磁阀。
【具体实施方式】
[0041] 以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明：
[0042] 附图1-2可知，一种基于电子秤和质量流量计的冗余加注系统，包括加注罐1和贮 箱2,贮箱2设置有加注口 3和溢出口 4 ;加注罐1设置有出液口 5和挤压进气口 6,所述加 注罐1设置有用于称量加注罐质量的电子秤7,加注罐出液口 5与第一手动阀8相连接；第 一手动阀8与质量流量计9相连接；质量流量计9与第一气动阀10相连接；第一气动阀10 与加泄液连接器11相连接；加泄液连接器11连接有光电传感器12 ;加泄液连接器11与第 二气动阀13相连接；第二气动阀13与贮箱加注口 3相连接；
[0043] 所述贮箱溢出口 4与第三气动阀14相连接；与第三气动阀14与泄液连接器15相 连接；泄液连接器15分别与贮箱压力监测传感器16、稳压阀17的一端和溢出管道18相连 接；溢出管道18与废气处理装置相连接；稳、压阀17的另一端与第四气动阀19相连接；力口 注罐挤压进气口 6连接有第二手动阀20 ;第二手动阀20与第四气动阀19和第五气动阀21 相连接；第五气动阀21通过单向阀22与气体流量控制器23相连接；气体流量控制器23通 过第六电磁阀24与外接压缩气源相连接。
[0044] 所述加注罐设置有安全阀。
[0045] 一种基于电子秤和流量计的冗余加注方法，包括如下步骤：
[0046] 启动加注工序，由减压阀提供0. 5±0. 05MPa的氮气，通过第六电磁阀、流量控制 器、单向阀、第五电磁阀将挤压氮气送入加注罐气枕部位；推进剂从加注罐内插底管流出 后，流经第一气动阀到达贮箱加泄口的加泄连接器中，经加泄连接器进入贮箱内，加注过程 中，包括以电子秤和流量控制器组合的定量方式和以流量计的定量方式；
[0047] 加泄连接器的液腔内设有光电传感器，当光电传感器检测到有液体经过时，发出 信号至控制系统控制电子秤显示仪、流量积算仪和流量计自动清零，电子秤和流量积算仪 与流量计开始计量加注量；
[0048] 贮箱内气体经过泄液连接器排出贮箱，流经稳压阀和第四气动阀排出加注设备进 入废气处理装置；经过中和液的吸收后，将满足排放要求的废气排空；加注过程中贮箱反 压由排气管路中稳压阀（工作压力〇· 〇5MPa)维持。
[0049] 所述流量计定量方式为主定量方式时，初始加注流量下（不大于3L/min),由PLC 采集流量计瞬时流量值，与设定流量值比较，当实际流量比设定值小10%，控制系统将发出 指令至流量控制器增大挤压气体流量；当实际流量接近设定值时（比设定值小2% )，控制 系统将发出指令至流量控制器减小挤压气体流量，通过以上方式，可以达到自动控制加注 流量的目的；
[0050] 当以初始流量加注至50kg时，由控制系统控制质量流量控制器增大挤压气体流 量，直至流量计显示瞬时流量在llL/min?12L/min时，流量控制器不再继续增大流量，并 保持对应的挤压气体流量至加注结束。
[0051] 所述电子秤和流量控制器组合定量方式为主定量方式时，初始加注流量下（不大 于3L/min)，由PLC采集加注电子秤数值变化，计算出加注流量，与设定流量值比较，如果实 际流量比设定值小10%，控制系统将发出指令至流量控制器增大挤压气体流量；如果实际 流量接近设定值时（比设定值小2% )，控制系统将发出指令至流量控制器减小挤压气体流 量，当以初始流量加注至50kg时，由控制系统控制质量流量控制器增大挤压气体流量，直 至PLC计算的瞬时流量在llL/min?12L/min时，流量控制器不再继续增大流量，并保持对 应的挤压气体流量至加注结束。
[0052] 在加注过程中，电子秤显示加注量是真实加注量与充入加注罐内氮气重量的差 值。实时加注量是经过PLC控制系统每隔20ms采集一次充入加注罐内氮气重量，通过计算 修正后的结果；当实时加注量到达PLC设定值时，由PLC发出指令控制加注工序复位，加注 结束。
[0053] 在加注过程中，电子秤和流量控制器组合定量方式为主定量方式，流量计定量方 式为备用量方式；控制电子秤和流量控制器组合定量方式的PLC和控制流量计定量方式的 PLC同时工作，分别以自己的定量方式计量加注量；电子秤和流量控制器组合定量方式的 PLC控制受控设备；流量计定量方式的PLC只计量，并不控制受控设备；当电子秤和流量控 制器组合定量方式出现故障时，切换到流量计定量为主定量方式继续完成加注工作；此时 流量计定量方式的PLC控制受控设备。
[0054] 电子秤和流量控制器组合定量方式切换为流量计定量方式，设置有0. 5S切换延 时。
[0055] 控制台上的加注模式开关由电子秤模式旋至流量计模式，此时控制权延时至流量 计定量主控PLC，以电子秤和流量控制器组合定量为主定量方式，计量和控制受控设备，流 量计定量主控PLC此时只计量，并不控制受控设备。
[0056] -旦操作手发现加注过程中出现计量或控制方面的故障，应将控制台上的加注 模式开关由电子秤模式旋至流量计模式，此时控制权延时〇. 5S后切换至流量计定量主控 PLC，流量计定量主控PLC接管控制受控设备完成余下的加注任务。延时0. 5S的作用在于 保证在模式开关的操作过程中，不会出现受控设备短时失控的状况
[0057] 第1电磁阀至第6电磁阀以及加泄液连接器电磁阀和泄液连接器电磁阀控制相应 的气动阀。
[0058] 本发明基于电子秤和流量计的冗余加注系统的工作步骤如下：
[0059] 工序1气检
[0060] 启动工序1，控制第一电磁阀至第六电磁阀以及加泄液连接器电磁阀和泄液连接 器电磁阀开启，工作结束后，工序1旋钮复位，第1电磁阀至第6电磁阀以及加泄液连接器 电磁阀和泄液连接器电磁阀关闭。
[0061] 工序2加注罐增压
[0062]启动工序2,控制第五气动阀、第六电磁阀开启，给加注罐增压，当加注罐压力达到 0. 06MPa时，由安装在加注罐上的压力传感器发送压力信号给控制系统，由控制系统发出复 位指令，工序2旋钮复位，第五气动阀、第六电磁阀关闭。
[0063] 工序3加注
[0064] 启动工序3,控制第一气动阀、第二气动阀、第三气动阀、第四气动阀、第五气动阀、 加泄液连接器和第六电磁阀开启，开始加注，当控制系统接收到加注口光电传感器信号后， 控制电子秤仪表和流量积算仪清零，同时PLC应记录电子秤、流量计累积值和流量积算仪 累积值，电子秤和流量计开始定量。当加注量到达设定值时，PLC发出复位指令，工序3复 位，第一气动阀、第二气动阀、第三气动阀、第四气动阀、第五气动阀和第六电磁阀关闭。
[0065] 工序4排空管路
[0066]启动工序4,控制加泄液连接器、第一气动阀开启，当加注口光电传感器指示灯熄 灭（熄灭的评判标准为熄灭时间延续lmin)后，PLC发出复位指示，工序4复位，加泄液连 接器、第一气动阀关闭。
[0067] 工序5泄回
[0068] 启动工序5,控制泄液连接器、第一气动阀、第二气动阀、第三气动阀开启，开始泄 回，当加注口光电传感器指示灯熄灭（熄灭的评判标准为熄灭时间延续lmin)后，PLC发出 复位指示，工序5复位，泄液连接器、第一气动阀、第二气动阀、第三气动阀关闭。
【权利要求】
1. 一种基于电子秤和质量流量计的冗余加注系统，包括加注罐和贮箱，贮箱设置有加 注口和溢出口；加注罐设置有出液口和挤压进气口，其特征在于， 所述加注罐设置有用于称量加注罐质量的电子秤，加注罐出液口与第一手动阀相连 接；第一手动阀与质量流量计相连接；质量流量计与第一气动阀相连接；第一气动阀与加 泄连接器相连接；加泄连接器连接有光电传感器；加泄连接器与第二气动阀相连接；第二 气动阀与贮箱加注口相连接； 所述贮箱溢出口与第三气动阀相连接；第三气动阀与泄液连接器相连接；泄液连接器 分别与贮箱压力监测传感器、稳压阀的一端和溢出管道相连接；溢出管道与废气处理装置 相连接；稳压阀的另一端与第四气动阀相连接；加注罐挤压进气口连接有第二手动阀；第 二手动阀与第四气动阀和第五气动阀相连接；第五气动阀通过单向阀与气体流量控制器相 连接；气体流量控制器通过第六电磁阀与外接压缩气源相连接。
2. 根据权利要求1所述基于电子秤和质量流量计的冗余加注系统，其特征在于：所述 加注罐设置有安全阀。
3. -种基于电子秤和质量流量计的冗余加注方法，包括如下步骤： 启动加注工序，由减压阀提供0. 5±0. 05MPa的氮气，通过第六电磁阀、流量控制器、单 向阀、第五电磁阀将挤压氮气送入加注罐气枕部位；推进剂从加注罐内插底管流出后，流经 第一气动阀到达贮箱加泄口的加泄连接器中，经加泄连接器进入贮箱内，其特征在于： 加注过程中，包括以电子秤和流量控制器组合的定量方式和以质量流量计的定量方 式； 加泄连接器的液腔内设有光电传感器，当光电传感器检测到有液体经过时，发出信号 至控制系统控制电子秤、流量积算仪、气体流量控制器和质量流量计自动清零；电子秤、流 量积算仪、气体流量控制器和质量流量计开始计量加注量； 贮箱内气体经过泄液连接器排出贮箱，流经稳压阀和第四气动阀排出加注设备进入废 气处理装置；经过中和液的吸收后，将满足排放要求的废气排空；加注过程中贮箱反压由 排气管路中稳压阀维持。
4. 根据权利要求3所述基于电子秤和质量流量计的冗余加注方法，其特征在于：所述 质量流量计定量方式为主定量方式时，初始加注流量由PLC采集质量流量计瞬时流量值， 与设定流量值比较，当实际流量比设定值小10%，控制系统将发出指令至流量控制器增大 挤压气体流量；当实际流量接近设定值时，控制系统将发出指令至流量控制器减小挤压气 体流量； 当以初始流量加注至50kg时，由控制系统控制质量流量控制器增大挤压气体流量，直 至质量流量计显示瞬时流量在llL/min?12L/min时，流量控制器不再继续增大流量，并保 持对应的挤压气体流量至加注结束。
5. 根据权利要求3所述基于电子秤和质量流量计的冗余加注方法，其特征在于：所述 电子秤和流量控制器组合定量方式为主定量方式时，初始加注流量由PLC采集加注电子秤 数值变化，计算出加注流量，与设定流量值比较，当实际流量比设定值小10%，控制系统将 发出指令至流量控制器增大挤压气体流量；当实际流量接近设定值时，控制系统将发出指 令至流量控制器减小挤压气体流量，当以初始流量加注至50kg时，由控制系统控制质量流 量控制器增大挤压气体流量，直至PLC计算的瞬时流量在llL/min?12L/min时，流量控制 器不再继续增大流量，并保持对应的挤压气体流量至加注结束。
6. 根据权利要求3所述基于电子秤和质量流量计的冗余加注方法，其特征在于：在加 注过程中，电子秤和流量控制器组合定量方式为主定量方式，质量流量计定量方式为备用 量方式；控制电子秤和流量控制器组合定量方式的PLC和控制质量流量计定量方式的PLC 同时工作，分别以自己的定量方式计量加注量；电子秤和流量控制器组合定量方式的PLC 控制受控设备；质量流量计定量方式的PLC只计量，并不控制受控设备；当电子秤和流量控 制器组合定量方式出现故障时，切换到质量流量计定量为主定量方式继续完成加注工作； 此时质量流量计定量方式的PLC控制受控设备。
7. 根据权利要求6所述基于电子秤和质量流量计的冗余加注方法，其特征在于：电子 秤和流量控制器组合定量方式切换为质量流量计定量方式，设置有〇. 5S切换延时。
【文档编号】B67D7/16GK104118839SQ201410306829
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】王嵩, 郭铭杰, 张雷杰, 张波, 刘 英, 罗强, 刘聪聪, 孙贺 申请人:北京航天发射技术研究所, 中国运载火箭技术研究院