本实用新型涉及配气技术领域，具体涉及一种适用于大型容器的混合气体可控配气系统。
背景技术：
AOD精炼法是氩氧脱碳法(Argon-Oxygen Decarburization)的简称。在精炼不锈钢时，它是在标准大气压力下向钢水吹氧的同时，吹入惰性气体氩或氮，通过降低碳氧分压，达到假真空的效果，从而使碳含量降到很低的水平，并且抑制钢中铬的氧化。而如何在标准大气压力下向钢水吹氧的同时，吹入惰性气体氩或氮，则需要通过配气系统来实现氧气和惰性气体的配气。
但是，本实用新型的发明人经过研究发现，目前用于氧气和惰性气体的配气装置都是手动操作，在充入其中一个组分时，操作人员必须时刻注意装置面板上的压力表值及电子天平上的重量值，当其值接近预先计算好的定值时，操作人员则应迅速手动关断设置在进气管上的阀门，同时快速拧紧钢瓶阀门，直至所有组分全部充入成品气瓶中。由于混合气体的组分浓度最低可达10-6级，其质量最低不足1克，在手动关闭进气管上的阀门和钢瓶阀门时，气体的流入量存在较大的误差，导致氧气和惰性气体的不确定度大，量值准确性降低。而且混合气体组分有时最多可达到好多种，需要将每一组分原料气体分别充入一个成品气瓶中，当先充入的组分气体因为操作人员关闭阀门不及时或反向拧大阀门的失误，其称量超过事先计算好的数值时，则其后需充入的所有气体组分都必须重新做出相应调整，当量值超出过多无法弥补时，则必须舍弃此瓶重新再做，造成原材料浪费。另外，某些气体组分可能为有害气体，如操作人员没有同时关闭装置阀和气瓶阀，则有可能造成气体泄漏，存在着安全隐患。
因此，目前氧气和惰性气体混合气体的配气装置自动化程度低，智能化程度差，配置比例精度低，现场操作安全性低。
技术实现要素：
针对现有技术存在的氧气和惰性气体混合气体的配气装置自动化程度低，智能化程度差，配置比例精度低，现场操作安全性低的技术问题，本实用新型提供一种新型适用于大型容器的混合气体可控配气系统。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：
一种适用于大型容器的混合气体可控配气系统，包括氧气配气支系统、惰性气体配气支系统、开关阀组件、气体预混和器、气体主混和罐、氧气配气补偿单元、惰性气体配气补偿单元、PLC控制器和上位机；其中，
所述氧气配气支系统包括氧气罐、第一压力表、第一过滤减压器、第一减压阀、第一截止阀、第一单向阀、第一气动调节阀、第一电气转换器和氧气流量表，所述氧气罐经第一过滤减压器过滤和第一减压阀减压后连接到第一截止阀的进口，所述第一截止阀的出口经第一单向阀连接到第一气动调节阀的进口，所述第一气动调节阀的出口上连接有氧气流量表，所述第一压力表连接在氧气罐和第一过滤减压器之间的氧气输送管路上，所述第一电气转换器的气源端与第一过滤减压器连接，所述第一电气转换器的气动端与第一气动调节阀的阀芯连接，所述第一电气转换器的电信端与PLC控制器电连接；
所述惰性气体配气支系统包括氩气配气子系统、氮气配气子系统和惰性气体气动三通调节阀；其中，所述氩气配气子系统包括氩气罐、第二压力表、第二过滤减压器、第二减压阀、第二截止阀、第二单向阀、第二气动调节阀、第二电气转换器和氩气流量表，所述氩气罐经第二过滤减压器过滤和第二减压阀减压后连接到第二截止阀的进口，所述第二截止阀的出口经第二单向阀连接到第二气动调节阀的进口，所述第二气动调节阀的出口上连接有氩气流量表，所述第二压力表连接在氩气罐和第二过滤减压器之间的氩气输送管路上，所述第二电气转换器的气源端与第二过滤减压器连接，所述第二电气转换器的气动端与第二气动调节阀的阀芯连接，所述第二电气转换器的电信端与PLC控制器电连接；
所述氮气配气子系统包括氮气罐、第三压力表、第三过滤减压器、第三减压阀、第三截止阀、第三单向阀、第三气动调节阀、第三电气转换器和氮气流量表，所述氮气罐经第三过滤减压器过滤和第三减压阀减压后连接到第三截止阀的进口，所述第三截止阀的出口经第三单向阀连接到第三气动调节阀的进口，所述第三气动调节阀的出口上连接有氮气流量表，所述第三压力表连接在氮气罐和第三过滤减压器之间的氮气输送管路上，所述第三电气转换器的气源端与第三过滤减压器连接，所述第三电气转换器的气动端与第三气动调节阀的阀芯连接，所述第三电气转换器的电信端与PLC控制器电连接；
所述惰性气体气动三通调节阀的第一进气口连接到第二气动调节阀的出口上，所述惰性气体气动三通调节阀的第二进气口连接到第三气动调节阀的出口上，所述惰性气体气动三通调节阀的出气口和第一气动调节阀的出口同时连接到气体预混和器的进气口；
所述气体预混和器上设有真空排气单元、气体取样单元和压力检测单元，所述真空排气单元包括依次连接的第一气动开关阀、第一真空电磁阀和第一真空泵，所述第一气动开关阀与气体预混和器上的排气口连接，所述真空排气单元适于在气体预混之前真空排去气体预混和器中的残留气体；所述气体取样单元包括依次连接的取样开关阀、取样泵和气体浓度分析仪，所述气体浓度分析仪与PLC控制器电连接，所述取样开关阀与气体预混和器上的取样口连接，所述气体取样单元适于在气体预混之中取样气体预混和器中的混合气体；所述压力检测单元包括依次连接的压力开关阀、气动截止阀和压力变送器，所述压力变送器与PLC控制器电连接，所述压力开关阀与气体预混和器上的压力口连接，所述压力检测单元适于在气体预混之中检测气体预混和器中的混合气体压力；
所述开关阀组件包括第一电磁开关阀，所述第一电磁开关阀的入气口与气体预混和器的输气口连接，所述第一电磁开关阀的出气口与气体主混和罐的进气口连接，且所述第一电磁开关阀与PLC控制器电连接；
所述气体主混和罐的体积远大于气体预混和器的体积，所述气体主混和罐包括真空除气单元、气体浓度测量单元和压力测量单元，所述真空除气单元包括依次连接的第二气动开关阀、第二真空电磁阀和第二真空泵，所述第二气动开关阀与气体主混和罐上的除气口连接，所述真空除气单元适于在气体主混之前真空除去气体主混和罐中的残留气体；所述气体浓度测量单元包括设于气体主混和罐壁面上的超声波氧气浓度传感器和超声波惰性气体浓度传感器，所述超声波氧气浓度传感器和超声波惰性气体浓度传感器与PLC控制器电连接，所述气体浓度测量单元适于在气体主混之中测量氧气和惰性气体的浓度；所述压力测量单元为设置在气体主混和罐壁面上的超声波气体压力传感器，所述超声波气体压力传感器与PLC控制器电连接，所述压力测量单元适于在气体主混之中测量气体主混和罐中的混合气体压力；
所述氧气配气补偿单元包括依次连接的氧气压缩机、氧气缓存器和第一自动调节阀，所述第一自动调节阀与靠近气体主混和罐的管路连通；所述惰性气体配气补偿单元包括依次连接的惰性气体压缩机、惰性气体缓存器和第二自动调节阀，所述第二自动调节阀也与靠近气体主混和罐的管路连通，所述第一自动调节阀和第二自动调节阀分别与PLC控制器电连接；
所述PLC控制器适于将气体预混和器上气体浓度分析仪在线取样测量的混合气体比例与预设的混合气体比例进行比对，实时对所述第一电气转换器、第二电气转换器和第三电气转换器进行控制，以调节所述第一气动调节阀、第二气动调节阀和第三气动调节阀的开度，当所述混合气体的配比比例达到预设要求时，所述PLC控制器将控制第一电磁开关阀由关闭状态切换至导通状态；
所述上位机与PLC控制器通讯连接，所述上位机包括触摸显示屏和数据存储器，所述触摸显示屏适于对包括目标混合气体配比比例在内的配气参数进行设定和过程数据进行显示，所述数据存储器适于将PLC控制器上传的对包括阀门参数在内的各种配气过程数据进行保存。
与现有技术相比，本实用新型提供的适用于大型容器的混合气体可控配气系统，根据气体浓度分析仪在线对混合气体混合比例分析结果与设定的目标混合气体配比比例对比，PLC控制器通过第一电气转换器、第二电气转换器和第三电气转换器，分别对应自动调节第一气动调节阀、第二气动调节阀和第三气动调节阀的开度，且电气转换器能高精准调节气动调节阀的开度，因而实现了配气过程中的自动化控制和智能化调节，不再需要操作人员频繁的手动控制，配置比例精度高，现场操作安全性高，而当混合气体的配比比例达到预设要求时，PLC控制器控制第一电磁开关阀由关闭状态切换至导通状态，即在气体主混和罐中完成混合气体的正式配气，提升了整个配气系统的配比比例精度；同时，可对气体主混和罐在正式配气过程中的气体浓度和压力进行测量，以防止出现气体配比比例低和压力低的情况出现，而且当混合气体配比比例出现细微偏差时，可通过PLC控制器控制第一自动调节阀或第二自动调节阀自动打开，向气体主混和罐中加入比例偏少的氧气或惰性气体进行补偿，以实现混合气体配比偏差的快速和平稳调整，保证配制气体混合均匀，即保证了整个正式配气过程准确可控地完成；另外，气体主混和罐的体积远大于气体预混和器的体积，即采用较小体积的气体预混和器来完成混合气体比例分析和对应气动调节阀调节，使混合气体的配比比例尽快达到预设要求，待气体配比比例达到要求时再输入到气体主混和罐中正式完成配气，由此可以减少因气体主混和罐体积过大直接预混所花费的时间，即节省了预混阶段的时间而提升整个系统的配气效率，特别是对于气体主混和罐的体积较大时非常有用，本配气系统结构简单，特别适用于专业的配气公司或大型配气站点。
进一步，所述开关阀组件还包括第二电磁开关阀，所述第二电磁开关阀的入气口与惰性气体气动三通调节阀的出气口和第一气动调节阀的出口连接，所述第二电磁开关阀的出气口与气体预混和器连接。
进一步，所述气体预混和器上还设有气体排空单元，所述气体排空单元为与气体预混和器上的排空口连接的气动电磁阀。
进一步，所述PLC控制器采用西门子S7-200系列PLC。
附图说明
图1是本实用新型提供的适用于大型容器的混合气体可控配气系统的结构示意图。
图2是图1中氧气和惰性气体配气支系统的结构示意图。
图中，1、氧气配气支系统；10、氧气罐；11、第一压力表；12、第一过滤减压器；13、第一减压阀；14、第一截止阀；15、第一单向阀；16、第一气动调节阀；17、第一电气转换器；18、氧气流量表；2、惰性气体配气支系统；21、氩气配气子系统；210、氩气罐；211、第二压力表；212、第二过滤减压器；213、第二减压阀；214、第二截止阀；215、第二单向阀；216、第二气动调节阀；217、第二电气转换器；218、氩气流量表；22、氮气配气子系统；220、氮气罐；221、第三压力表；222、第三过滤减压器；223、第三减压阀；224、第三截止阀；225、第三单向阀；226、第三气动调节阀；227、第三电气转换器；228、氮气流量表；23、惰性气体气动三通调节阀；3、开关阀组件；31、第一电磁开关阀；32、第二电磁开关阀；4、气体预混和器；41、真空排气单元；411、第一气动开关阀；412、第一真空电磁阀；413、第一真空泵；42、气体取样单元；421、取样开关阀；422、取样泵；423、气体浓度分析仪；43、压力检测单元；431、压力开关阀；432、气动截止阀；433、压力变送器；44、气体排空单元；5、气体主混和罐；51、真空除气单元；511、第二气动开关阀；512、第二真空电磁阀；513、第二真空泵；52、气体浓度测量单元；521、超声波氧气浓度传感器；522、超声波惰性气体浓度传感器；53、压力测量单元；6、氧气配气补偿单元；61、氧气压缩机；62、氧气缓存器；63、第一自动调节阀；7、惰性气体配气补偿单元；71、惰性气体压缩机；72、惰性气体缓存器；73、第二自动调节阀；8、PLC控制器；9、上位机。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
请参考图1所示，本实用新型提供一种适用于大型容器的混合气体可控配气系统，包括氧气配气支系统1、惰性气体配气支系统2、开关阀组件3、气体预混和器4、气体主混和罐5、氧气配气补偿单元6、惰性气体配气补偿单元7、PLC控制器8和上位机9；其中，
所述氧气配气支系统1包括氧气罐10、第一压力表11、第一过滤减压器12、第一减压阀13、第一截止阀14、第一单向阀15、第一气动调节阀16、第一电气转换器17和氧气流量表18，所述氧气罐10经第一过滤减压器12过滤和第一减压阀13减压后连接到第一截止阀14的进口，所述第一截止阀14的出口经第一单向阀15连接到第一气动调节阀16的进口，所述第一气动调节阀16的出口上连接有氧气流量表18，所述第一压力表11连接在氧气罐10和第一过滤减压器12之间的氧气输送管路上，所述第一电气转换器17的气源端与第一过滤减压器12连接，所述第一电气转换器17的气动端与第一气动调节阀16的阀芯连接，所述第一电气转换器17的电信端与PLC控制器8电连接；即所述第一过滤减压器12是第一电气转换器17的气源，所述第一电气转换器17将PLC控制器8发送的控制电信号转换为气压信号，以调节所述第一气动调节阀16的阀芯与气压信号成正比，将氧气调节到需要的流量；
所述惰性气体配气支系统2包括氩气配气子系统21、氮气配气子系统22和惰性气体气动三通调节阀23；其中，所述氩气配气子系统21包括氩气罐210、第二压力表211、第二过滤减压器212、第二减压阀213、第二截止阀214、第二单向阀215、第二气动调节阀216、第二电气转换器217和氩气流量表218，所述氩气罐210经第二过滤减压器212过滤和第二减压阀213减压后连接到第二截止阀214的进口，所述第二截止阀214的出口经第二单向阀215连接到第二气动调节阀216的进口，所述第二气动调节阀216的出口上连接有氩气流量表218，所述第二压力表211连接在氩气罐210和第二过滤减压器212之间的氩气输送管路上，所述第二电气转换器217的气源端与第二过滤减压器212连接，所述第二电气转换器217的气动端与第二气动调节阀216的阀芯连接，所述第二电气转换器217的电信端与PLC控制器8电连接；即所述第二过滤减压器212是第二电气转换器217的气源，所述第二电气转换器217将PLC控制器8发送的控制电信号转换为气压信号，以调节所述第二气动调节阀216的阀芯与气压信号成正比，将氩气调节到需要的流量；
所述氮气配气子系统22包括氮气罐220、第三压力表221、第三过滤减压器222、第三减压阀223、第三截止阀224、第三单向阀225、第三气动调节阀226、第三电气转换器227和氮气流量表228，所述氮气罐220经第三过滤减压器222过滤和第三减压阀223减压后连接到第三截止阀224的进口，所述第三截止阀224的出口经第三单向阀225连接到第三气动调节阀226的进口，所述第三气动调节阀226的出口上连接有氮气流量表228，所述第三压力表221连接在氮气罐220和第三过滤减压器222之间的氮气输送管路上，所述第三电气转换器227的气源端与第三过滤减压器222连接，所述第三电气转换器227的气动端与第三气动调节阀226的阀芯连接，所述第三电气转换器227的电信端与PLC控制器8电连接；即所述第三过滤减压器222是第三电气转换器227的气源，所述第三电气转换器227将PLC控制器8发送的控制电信号转换为气压信号，以调节所述第三气动调节阀226的阀芯与气压信号成正比，将氮气调节到需要的流量；
所述惰性气体气动三通调节阀23的第一进气口连接到第二气动调节阀216的出口上，所述惰性气体气动三通调节阀23的第二进气口连接到第三气动调节阀226的出口上，即通过所述惰性气体气动三通调节阀23可以实现氩气和氮气的输入选择，所述惰性气体气动三通调节阀23的出气口和第一气动调节阀16的出口同时连接到气体预混和器4的进气口；
所述气体预混和器4上设有真空排气单元41、气体取样单元42和压力检测单元43，所述真空排气单元41包括依次连接的第一气动开关阀411、第一真空电磁阀412和第一真空泵413，所述第一气动开关阀411与气体预混和器4上的排气口连接，所述真空排气单元41适于在气体预混之前真空排去气体预混和器4中的残留气体；所述气体取样单元42包括依次连接的取样开关阀421、取样泵422和气体浓度分析仪423，所述气体浓度分析仪423与PLC控制器8电连接，所述取样开关阀421与气体预混和器4上的取样口连接，所述气体取样单元42适于在气体预混之中取样气体预混和器4中的混合气体；所述压力检测单元43包括依次连接的压力开关阀431、气动截止阀432和压力变送器433，所述压力变送器433与PLC控制器8电连接，所述压力开关阀431与气体预混和器4上的压力口连接，所述压力检测单元43适于在气体预混之中检测气体预混和器4中的混合气体压力；
所述开关阀组件3包括第一电磁开关阀31，所述第一电磁开关阀31的入气口与气体预混和器4的输气口连接，所述第一电磁开关阀31的出气口与气体主混和罐5的进气口连接，且所述第一电磁开关阀31与PLC控制器8电连接；
所述气体主混和罐5的体积远大于气体预混和器4的体积，所述气体主混和罐5包括真空除气单元51、气体浓度测量单元52和压力测量单元53，所述真空除气单元51包括依次连接的第二气动开关阀511、第二真空电磁阀512和第二真空泵513，所述第二气动开关阀511与气体主混和罐5上的除气口连接，所述真空除气单元51适于在气体主混之前真空除去气体主混和罐5中的残留气体；所述气体浓度测量单元52包括设于(如粘接或焊接)气体主混和罐5壁面上的超声波氧气浓度传感器521和超声波惰性气体浓度传感器522，所述超声波氧气浓度传感器521和超声波惰性气体浓度传感器522与PLC控制器8电连接，所述气体浓度测量单元52适于在气体主混之中测量氧气和惰性气体的浓度；所述压力测量单元53为设置(如粘接或焊接)在气体主混和罐5壁面上的超声波气体压力传感器，所述超声波气体压力传感器与PLC控制器8电连接，所述压力测量单元53适于在气体主混之中测量气体主混和罐5中的混合气体压力；
所述氧气配气补偿单元6包括依次连接的氧气压缩机61、氧气缓存器62和第一自动调节阀63，所述第一自动调节阀63与靠近气体主混和罐5的管路连通，因而氧气可经氧气压缩机61压缩后进入氧气缓存器62中缓存；所述惰性气体配气补偿单元7包括依次连接的惰性气体压缩机71、惰性气体缓存器72和第二自动调节阀73，所述第二自动调节阀73也与靠近气体主混和罐5的管路连通，因而惰性气体可经惰性气体压缩机71压缩后进入惰性气体缓存器72中缓存，所述第一自动调节阀63和第二自动调节阀73分别与PLC控制器8电连接；
所述PLC控制器8适于对气体预混和器4和气体主混和罐5内的气体浓度和压力信号进行采集，并将气体预混和器4上气体浓度分析仪423在线取样测量的混合气体比例与预设的混合气体比例进行比对，实时对所述第一电气转换器17、第二电气转换器217和第三电气转换器227进行控制，以调节所述第一气动调节阀16、第二气动调节阀216和第三气动调节阀226的开度，即通过电气转换器对气动开关阀的开度进行调节，当所述混合气体的配比比例达到预设要求时，所述PLC控制器8将控制第一电磁开关阀31由关闭状态切换至导通状态；
所述上位机9与PLC控制器8通讯连接，所述上位机9包括触摸显示屏和数据存储器，所述触摸显示屏适于对包括目标混合气体配比比例在内的配气参数进行设定和过程数据进行显示，并将预设的配气参数下传到PLC控制器8中，所述数据存储器适于将PLC控制器8上传的对包括阀门参数在内的各种配气过程数据进行保存，以便在下一次同比例配气过程中可一键提取快速完成配气设定。
与现有技术相比，本实用新型提供的适用于大型容器的混合气体可控配气系统，根据气体浓度分析仪在线对混合气体混合比例分析结果与设定的目标混合气体配比比例对比，PLC控制器通过第一电气转换器、第二电气转换器和第三电气转换器，分别对应自动调节第一气动调节阀、第二气动调节阀和第三气动调节阀的开度，且电气转换器能高精准调节气动调节阀的开度，因而实现了配气过程中的自动化控制和智能化调节，不再需要操作人员频繁的手动控制，配置比例精度高，现场操作安全性高，而当混合气体的配比比例达到预设要求时，PLC控制器控制第一电磁开关阀由关闭状态切换至导通状态，即在气体主混和罐中完成混合气体的正式配气，提升了整个配气系统的配比比例精度；同时，可对气体主混和罐在正式配气过程中的气体浓度和压力进行测量，以防止出现气体配比比例低和压力低的情况出现，而且当混合气体配比比例出现细微偏差时，可通过PLC控制器控制第一自动调节阀或第二自动调节阀自动打开，向气体主混和罐中加入比例偏少的氧气或惰性气体进行补偿，以实现混合气体配比偏差的快速和平稳调整，保证配制气体混合均匀，即保证了整个正式配气过程准确可控地完成；另外，气体主混和罐的体积远大于气体预混和器的体积，即采用较小体积的气体预混和器来完成混合气体比例分析和对应气动调节阀调节，使混合气体的配比比例尽快达到预设要求，待气体配比比例达到要求时再输入到气体主混和罐中正式完成配气，由此可以减少因气体主混和罐体积过大直接预混所花费的时间，即节省了预混阶段的时间而提升整个系统的配气效率，特别是对于气体主混和罐的体积较大时非常有用，本配气系统结构简单，特别适用于专业的配气公司或大型配气站点。
作为具体实施例，所述开关阀组件3还包括第二电磁开关阀32，所述第二电磁开关阀32的入气口与惰性气体气动三通调节阀23的出气口和第一气动调节阀16的出口连接，所述第二电磁开关阀32的出气口与气体预混和器4连接，由此在所述气体预混和器4和/或气体主混和罐5出现异常情况或需要维护时，可通过所述第二电磁开关阀32将连接气体预混和器4和气体主混和罐5的管路关断，从而为应急处理或维护处理提供了方便。
作为具体实施例，所述气体预混和器4上还设有气体排空单元44，所述气体排空单元44为与气体预混和器4上的排空口连接的气动电磁阀，由此通过该气动电磁阀可将气体预混和器4中预混合格后的混合气体排出。
作为具体实施例，所述PLC控制器8采用西门子S7-200系列PLC，西门子S7-200PLC在实时模式下具有速度快，具有通讯功能和较高的生产力的特点，S7-200PLC主机内部加载有自动配气软件，能完成全机开关量、模拟量输入输出、数据检测、计算和过程控制，实现配气过程自动化和对过程数据安全监控。
作为具体实施例，所述上位机9中的触摸显示屏采用西门子MP277触摸屏，MP277触摸屏与PLC控制器8之间以PPI协议通讯，由此能够完成包括目标混合气体配比比例在内的配气参数设定，并能够实现各种过程数据显示。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。