基于電子秤和質(zhì)量流量計的冗余加注系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于電子秤和質(zhì)量流量計的冗余加注系統(tǒng)，包括加注罐和貯箱，加注系統(tǒng)定量方式包括以電子秤和流量控制器組合的定量方式和以質(zhì)量流量計的定量方式。本發(fā)明基于電子秤和質(zhì)量流量計的冗余加注系統(tǒng)，兩種定量方式控制同一套受控設(shè)備，任何一種定量方式被選定為主定量時，由其主控PLC控制受控設(shè)備，另一種定量方式主控PLC不參加控制，只參與監(jiān)測；主定量方式出現(xiàn)故障時，可以立即切換到備用定量方式繼續(xù)完成加注工作；此時備用定量方式的PLC控制受控設(shè)備，確?；鸺厦婕壨七M劑加注過程安全可靠。
【專利說明】基于電子秤和質(zhì)量流量計的冗余加注系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種火箭上面級推進劑加注系統(tǒng)，具體的說，是涉及一種基于電子秤 和質(zhì)量流量計的冗余加注系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 常溫火箭推進劑加注系統(tǒng)主要用于為火箭定量加注推進劑。一旦無法定量加注， 火箭可能無法進入預(yù)定軌道或發(fā)射失敗。而當(dāng)加注過程出現(xiàn)故障，則需將推進劑完全泄回， 重新加注，這將會影響整個火箭發(fā)射流程，導(dǎo)致錯過火箭發(fā)射窗口，因此需要確保加注過程 的安全可靠。
[0003] 但是，現(xiàn)有的加入系統(tǒng)可靠性差，無法保證加注過程的安全可靠。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種能夠保證上面級推進劑加注過程安 全可靠的基于電子秤和質(zhì)量流量計的冗余加注系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：
[0006] -種基于電子秤和質(zhì)量流量計的冗余加注系統(tǒng)，包括加注罐和貯箱，貯箱設(shè)置有 加注口和溢出口；加注罐設(shè)置有出液口和擠壓進氣口，所述加注罐設(shè)置有用于稱量加注罐 質(zhì)量的電子秤，加注罐出液口與第一手動閥相連接；第一手動閥與質(zhì)量流量計相連接；質(zhì) 量流量計與第一氣動閥相連接；第一氣動閥與加泄連接器相連接；加泄連接器連接有光電 傳感器；加泄連接器與第二氣動閥相連接；第二氣動閥與貯箱加注口相連接；
[0007] 所述貯箱溢出口與第三氣動閥相連接；第三氣動閥與泄液連接器相連接；泄液 連接器分別與貯箱壓力監(jiān)測傳感器、穩(wěn)壓閥的一端和溢出管道相連接；溢出管道與廢氣處 理裝置相連接；穩(wěn)壓閥的另一端與第四氣動閥相連接；加注罐擠壓進氣口連接有第二手動 閥；第二手動閥與第四氣動閥和第五氣動閥相連接；第五氣動閥通過單向閥與氣體流量控 制器相連接；氣體流量控制器通過第六電磁閥與外接壓縮氣源相連接。
[0008] 所述加注罐設(shè)置有安全閥。
[0009] -種基于電子秤和質(zhì)量流量計的冗余加注方法，包括如下步驟：
[0010] 啟動加注工序，由減壓閥提供〇. 5±0. 05MPa的氮氣，通過第六電磁閥、流量控制 器、單向閥、第五電磁閥將擠壓氮氣送入加注罐氣枕部位；推進劑從加注罐內(nèi)插底管流出 后，流經(jīng)第一氣動閥到達貯箱加泄口的加泄連接器中，經(jīng)加泄連接器進入貯箱內(nèi)，加注過程 中，包括以電子秤和流量控制器組合的定量方式和以質(zhì)量流量計的定量方式；
[0011] 加泄連接器的液腔內(nèi)設(shè)有光電傳感器，當(dāng)光電傳感器檢測到有液體經(jīng)過時，發(fā)出 信號至控制系統(tǒng)控制電子秤、流量積算儀、氣體流量控制器和質(zhì)量流量計自動清零；電子 秤、流量積算儀、氣體流量控制器和質(zhì)量流量計開始計量加注量；
[0012] 貯箱內(nèi)氣體經(jīng)過泄液連接器排出貯箱，流經(jīng)穩(wěn)壓閥和第四氣動閥排出加注設(shè)備進 入廢氣處理裝置；經(jīng)過中和液的吸收后，將滿足排放要求的廢氣排空；加注過程中貯箱反 壓由排氣管路中穩(wěn)壓閥維持。
[0013] 所述質(zhì)量流量計定量方式為主定量方式時，初始加注流量由PLC采集質(zhì)量流量計 瞬時流量值，與設(shè)定流量值比較，當(dāng)實際流量比設(shè)定值小10%，控制系統(tǒng)將發(fā)出指令至流量 控制器增大擠壓氣體流量；當(dāng)實際流量接近設(shè)定值時，控制系統(tǒng)將發(fā)出指令至流量控制器 減小擠壓氣體流量；
[0014] 當(dāng)以初始流量加注至50kg時，由控制系統(tǒng)控制質(zhì)量流量控制器增大擠壓氣體流 量，直至質(zhì)量流量計顯示瞬時流量在llL/min?12L/min時，流量控制器不再繼續(xù)增大流 量，并保持對應(yīng)的擠壓氣體流量至加注結(jié)束。
[0015] 所述電子秤和流量控制器組合定量方式為主定量方式時，初始加注流量由PLC 采集加注電子秤數(shù)值變化，計算出加注流量，與設(shè)定流量值比較，當(dāng)實際流量比設(shè)定值小 10 %，控制系統(tǒng)將發(fā)出指令至流量控制器增大擠壓氣體流量；當(dāng)實際流量接近設(shè)定值時，控 制系統(tǒng)將發(fā)出指令至流量控制器減小擠壓氣體流量，當(dāng)以初始流量加注至50kg時，由控制 系統(tǒng)控制質(zhì)量流量控制器增大擠壓氣體流量，直至PLC計算的瞬時流量在llL/min?12L/ min時，流量控制器不再繼續(xù)增大流量，并保持對應(yīng)的擠壓氣體流量至加注結(jié)束。
[0016] 在加注過程中，電子秤和流量控制器組合定量方式為主定量方式，質(zhì)量流量計定 量方式為備用量方式；控制電子秤和流量控制器組合定量方式的PLC和控制質(zhì)量流量計定 量方式的PLC同時工作，分別以自己的定量方式計量加注量；電子秤和流量控制器組合定 量方式的PLC控制受控設(shè)備；質(zhì)量流量計定量方式的PLC只計量，并不控制受控設(shè)備；當(dāng)電 子秤和流量控制器組合定量方式出現(xiàn)故障時，切換到質(zhì)量流量計定量為主定量方式繼續(xù)完 成加注工作；此時質(zhì)量流量計定量方式的PLC控制受控設(shè)備。
[0017] 電子秤和流量控制器組合定量方式切換為質(zhì)量流量計定量方式，設(shè)置有0. 5S切 換延時。
[0018] 本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)的有益效果：
[0019] 本發(fā)明基于電子秤和質(zhì)量流量計的冗余加注系統(tǒng)，兩種定量方式控制同一套受控 設(shè)備，任何一種定量方式被選定為主定量時，由其主控PLC控制受控設(shè)備，另一種定量方式 主控PLC不參加控制，只參與監(jiān)測，確保火箭上面級推進劑加注過程安全可靠。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明基于電子秤和質(zhì)量流量計的冗余加注系統(tǒng)的上面級加注設(shè)備原理 圖；
[0021] 圖2是本發(fā)明基于電子秤和質(zhì)量流量計的冗余加注系統(tǒng)的控制系統(tǒng)原理圖。
[0022] 附圖中主要部件符號說明：
[0023] 圖中：
[0024] 1、加注罐 2、貯箱
[0025] 3、加注口 4、溢出口
[0026] 5、出液口 6、擠壓進氣口
[0027] 7、電子秤 8、第一手動閥
[0028] 9、質(zhì)量流量計 10、第一氣動閥
[0029] 11、加泄連接器 12、光電傳感器
[0030] 13、第二氣動閥 14、第三氣動閥
[0031] 15、泄液連接器 16、貯箱壓力監(jiān)測傳感器
[0032] 17、穩(wěn)壓閥 18、溢出管道
[0033] 19、第四氣動閥 20、第二手動閥
[0034] 21、第五氣動閥 22、單向閥
[0035] 23、氣體流量控制器 24、第六電磁閥
[0036] 25、外接壓縮氣源
[0037] 110、第一電磁閥 111、加泄液連接器電磁閥
[0038] 113、第二電磁閥 115、泄液連接器電磁閥
[0039] 114、第三電磁閥 119、第四氣動閥
[0040] 121、第五電磁閥。

【具體實施方式】
[0041] 以下參照附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細的說明：
[0042] 附圖1-2可知，一種基于電子秤和質(zhì)量流量計的冗余加注系統(tǒng)，包括加注罐1和貯 箱2,貯箱2設(shè)置有加注口 3和溢出口 4 ;加注罐1設(shè)置有出液口 5和擠壓進氣口 6,所述加 注罐1設(shè)置有用于稱量加注罐質(zhì)量的電子秤7,加注罐出液口 5與第一手動閥8相連接；第 一手動閥8與質(zhì)量流量計9相連接；質(zhì)量流量計9與第一氣動閥10相連接；第一氣動閥10 與加泄液連接器11相連接；加泄液連接器11連接有光電傳感器12 ;加泄液連接器11與第 二氣動閥13相連接；第二氣動閥13與貯箱加注口 3相連接；
[0043] 所述貯箱溢出口 4與第三氣動閥14相連接；與第三氣動閥14與泄液連接器15相 連接；泄液連接器15分別與貯箱壓力監(jiān)測傳感器16、穩(wěn)壓閥17的一端和溢出管道18相連 接；溢出管道18與廢氣處理裝置相連接；穩(wěn)、壓閥17的另一端與第四氣動閥19相連接；力口 注罐擠壓進氣口 6連接有第二手動閥20 ;第二手動閥20與第四氣動閥19和第五氣動閥21 相連接；第五氣動閥21通過單向閥22與氣體流量控制器23相連接；氣體流量控制器23通 過第六電磁閥24與外接壓縮氣源相連接。
[0044] 所述加注罐設(shè)置有安全閥。
[0045] 一種基于電子秤和流量計的冗余加注方法，包括如下步驟：
[0046] 啟動加注工序，由減壓閥提供0. 5±0. 05MPa的氮氣，通過第六電磁閥、流量控制 器、單向閥、第五電磁閥將擠壓氮氣送入加注罐氣枕部位；推進劑從加注罐內(nèi)插底管流出 后，流經(jīng)第一氣動閥到達貯箱加泄口的加泄連接器中，經(jīng)加泄連接器進入貯箱內(nèi)，加注過程 中，包括以電子秤和流量控制器組合的定量方式和以流量計的定量方式；
[0047] 加泄連接器的液腔內(nèi)設(shè)有光電傳感器，當(dāng)光電傳感器檢測到有液體經(jīng)過時，發(fā)出 信號至控制系統(tǒng)控制電子秤顯示儀、流量積算儀和流量計自動清零，電子秤和流量積算儀 與流量計開始計量加注量；
[0048] 貯箱內(nèi)氣體經(jīng)過泄液連接器排出貯箱，流經(jīng)穩(wěn)壓閥和第四氣動閥排出加注設(shè)備進 入廢氣處理裝置；經(jīng)過中和液的吸收后，將滿足排放要求的廢氣排空；加注過程中貯箱反 壓由排氣管路中穩(wěn)壓閥（工作壓力〇· 〇5MPa)維持。
[0049] 所述流量計定量方式為主定量方式時，初始加注流量下（不大于3L/min),由PLC 采集流量計瞬時流量值，與設(shè)定流量值比較，當(dāng)實際流量比設(shè)定值小10%，控制系統(tǒng)將發(fā)出 指令至流量控制器增大擠壓氣體流量；當(dāng)實際流量接近設(shè)定值時（比設(shè)定值小2% )，控制 系統(tǒng)將發(fā)出指令至流量控制器減小擠壓氣體流量，通過以上方式，可以達到自動控制加注 流量的目的；
[0050] 當(dāng)以初始流量加注至50kg時，由控制系統(tǒng)控制質(zhì)量流量控制器增大擠壓氣體流 量，直至流量計顯示瞬時流量在llL/min?12L/min時，流量控制器不再繼續(xù)增大流量，并 保持對應(yīng)的擠壓氣體流量至加注結(jié)束。
[0051] 所述電子秤和流量控制器組合定量方式為主定量方式時，初始加注流量下（不大 于3L/min)，由PLC采集加注電子秤數(shù)值變化，計算出加注流量，與設(shè)定流量值比較，如果實 際流量比設(shè)定值小10%，控制系統(tǒng)將發(fā)出指令至流量控制器增大擠壓氣體流量；如果實際 流量接近設(shè)定值時（比設(shè)定值小2% )，控制系統(tǒng)將發(fā)出指令至流量控制器減小擠壓氣體流 量，當(dāng)以初始流量加注至50kg時，由控制系統(tǒng)控制質(zhì)量流量控制器增大擠壓氣體流量，直 至PLC計算的瞬時流量在llL/min?12L/min時，流量控制器不再繼續(xù)增大流量，并保持對 應(yīng)的擠壓氣體流量至加注結(jié)束。
[0052] 在加注過程中，電子秤顯示加注量是真實加注量與充入加注罐內(nèi)氮氣重量的差 值。實時加注量是經(jīng)過PLC控制系統(tǒng)每隔20ms采集一次充入加注罐內(nèi)氮氣重量，通過計算 修正后的結(jié)果；當(dāng)實時加注量到達PLC設(shè)定值時，由PLC發(fā)出指令控制加注工序復(fù)位，加注 結(jié)束。
[0053] 在加注過程中，電子秤和流量控制器組合定量方式為主定量方式，流量計定量方 式為備用量方式；控制電子秤和流量控制器組合定量方式的PLC和控制流量計定量方式的 PLC同時工作，分別以自己的定量方式計量加注量；電子秤和流量控制器組合定量方式的 PLC控制受控設(shè)備；流量計定量方式的PLC只計量，并不控制受控設(shè)備；當(dāng)電子秤和流量控 制器組合定量方式出現(xiàn)故障時，切換到流量計定量為主定量方式繼續(xù)完成加注工作；此時 流量計定量方式的PLC控制受控設(shè)備。
[0054] 電子秤和流量控制器組合定量方式切換為流量計定量方式，設(shè)置有0. 5S切換延 時。
[0055] 控制臺上的加注模式開關(guān)由電子秤模式旋至流量計模式，此時控制權(quán)延時至流量 計定量主控PLC，以電子秤和流量控制器組合定量為主定量方式，計量和控制受控設(shè)備，流 量計定量主控PLC此時只計量，并不控制受控設(shè)備。
[0056] -旦操作手發(fā)現(xiàn)加注過程中出現(xiàn)計量或控制方面的故障，應(yīng)將控制臺上的加注 模式開關(guān)由電子秤模式旋至流量計模式，此時控制權(quán)延時〇. 5S后切換至流量計定量主控 PLC，流量計定量主控PLC接管控制受控設(shè)備完成余下的加注任務(wù)。延時0. 5S的作用在于 保證在模式開關(guān)的操作過程中，不會出現(xiàn)受控設(shè)備短時失控的狀況
[0057] 第1電磁閥至第6電磁閥以及加泄液連接器電磁閥和泄液連接器電磁閥控制相應(yīng) 的氣動閥。
[0058] 本發(fā)明基于電子秤和流量計的冗余加注系統(tǒng)的工作步驟如下：
[0059] 工序1氣檢
[0060] 啟動工序1，控制第一電磁閥至第六電磁閥以及加泄液連接器電磁閥和泄液連接 器電磁閥開啟，工作結(jié)束后，工序1旋鈕復(fù)位，第1電磁閥至第6電磁閥以及加泄液連接器 電磁閥和泄液連接器電磁閥關(guān)閉。
[0061] 工序2加注罐增壓
[0062]啟動工序2,控制第五氣動閥、第六電磁閥開啟，給加注罐增壓，當(dāng)加注罐壓力達到 0. 06MPa時，由安裝在加注罐上的壓力傳感器發(fā)送壓力信號給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)發(fā)出復(fù) 位指令，工序2旋鈕復(fù)位，第五氣動閥、第六電磁閥關(guān)閉。
[0063] 工序3加注
[0064] 啟動工序3,控制第一氣動閥、第二氣動閥、第三氣動閥、第四氣動閥、第五氣動閥、 加泄液連接器和第六電磁閥開啟，開始加注，當(dāng)控制系統(tǒng)接收到加注口光電傳感器信號后， 控制電子秤儀表和流量積算儀清零，同時PLC應(yīng)記錄電子秤、流量計累積值和流量積算儀 累積值，電子秤和流量計開始定量。當(dāng)加注量到達設(shè)定值時，PLC發(fā)出復(fù)位指令，工序3復(fù) 位，第一氣動閥、第二氣動閥、第三氣動閥、第四氣動閥、第五氣動閥和第六電磁閥關(guān)閉。
[0065] 工序4排空管路
[0066]啟動工序4,控制加泄液連接器、第一氣動閥開啟，當(dāng)加注口光電傳感器指示燈熄 滅（熄滅的評判標(biāo)準(zhǔn)為熄滅時間延續(xù)lmin)后，PLC發(fā)出復(fù)位指示，工序4復(fù)位，加泄液連 接器、第一氣動閥關(guān)閉。
[0067] 工序5泄回
[0068] 啟動工序5,控制泄液連接器、第一氣動閥、第二氣動閥、第三氣動閥開啟，開始泄 回，當(dāng)加注口光電傳感器指示燈熄滅（熄滅的評判標(biāo)準(zhǔn)為熄滅時間延續(xù)lmin)后，PLC發(fā)出 復(fù)位指示，工序5復(fù)位，泄液連接器、第一氣動閥、第二氣動閥、第三氣動閥關(guān)閉。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于電子秤和質(zhì)量流量計的冗余加注系統(tǒng)，包括加注罐和貯箱，貯箱設(shè)置有加 注口和溢出口；加注罐設(shè)置有出液口和擠壓進氣口，其特征在于， 所述加注罐設(shè)置有用于稱量加注罐質(zhì)量的電子秤，加注罐出液口與第一手動閥相連 接；第一手動閥與質(zhì)量流量計相連接；質(zhì)量流量計與第一氣動閥相連接；第一氣動閥與加 泄連接器相連接；加泄連接器連接有光電傳感器；加泄連接器與第二氣動閥相連接；第二 氣動閥與貯箱加注口相連接； 所述貯箱溢出口與第三氣動閥相連接；第三氣動閥與泄液連接器相連接；泄液連接器 分別與貯箱壓力監(jiān)測傳感器、穩(wěn)壓閥的一端和溢出管道相連接；溢出管道與廢氣處理裝置 相連接；穩(wěn)壓閥的另一端與第四氣動閥相連接；加注罐擠壓進氣口連接有第二手動閥；第 二手動閥與第四氣動閥和第五氣動閥相連接；第五氣動閥通過單向閥與氣體流量控制器相 連接；氣體流量控制器通過第六電磁閥與外接壓縮氣源相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于電子秤和質(zhì)量流量計的冗余加注系統(tǒng)，其特征在于：所述 加注罐設(shè)置有安全閥。
3. -種基于電子秤和質(zhì)量流量計的冗余加注方法，包括如下步驟： 啟動加注工序，由減壓閥提供0. 5±0. 05MPa的氮氣，通過第六電磁閥、流量控制器、單 向閥、第五電磁閥將擠壓氮氣送入加注罐氣枕部位；推進劑從加注罐內(nèi)插底管流出后，流經(jīng) 第一氣動閥到達貯箱加泄口的加泄連接器中，經(jīng)加泄連接器進入貯箱內(nèi)，其特征在于： 加注過程中，包括以電子秤和流量控制器組合的定量方式和以質(zhì)量流量計的定量方 式； 加泄連接器的液腔內(nèi)設(shè)有光電傳感器，當(dāng)光電傳感器檢測到有液體經(jīng)過時，發(fā)出信號 至控制系統(tǒng)控制電子秤、流量積算儀、氣體流量控制器和質(zhì)量流量計自動清零；電子秤、流 量積算儀、氣體流量控制器和質(zhì)量流量計開始計量加注量； 貯箱內(nèi)氣體經(jīng)過泄液連接器排出貯箱，流經(jīng)穩(wěn)壓閥和第四氣動閥排出加注設(shè)備進入廢 氣處理裝置；經(jīng)過中和液的吸收后，將滿足排放要求的廢氣排空；加注過程中貯箱反壓由 排氣管路中穩(wěn)壓閥維持。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述基于電子秤和質(zhì)量流量計的冗余加注方法，其特征在于：所述 質(zhì)量流量計定量方式為主定量方式時，初始加注流量由PLC采集質(zhì)量流量計瞬時流量值， 與設(shè)定流量值比較，當(dāng)實際流量比設(shè)定值小10%，控制系統(tǒng)將發(fā)出指令至流量控制器增大 擠壓氣體流量；當(dāng)實際流量接近設(shè)定值時，控制系統(tǒng)將發(fā)出指令至流量控制器減小擠壓氣 體流量； 當(dāng)以初始流量加注至50kg時，由控制系統(tǒng)控制質(zhì)量流量控制器增大擠壓氣體流量，直 至質(zhì)量流量計顯示瞬時流量在llL/min?12L/min時，流量控制器不再繼續(xù)增大流量，并保 持對應(yīng)的擠壓氣體流量至加注結(jié)束。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述基于電子秤和質(zhì)量流量計的冗余加注方法，其特征在于：所述 電子秤和流量控制器組合定量方式為主定量方式時，初始加注流量由PLC采集加注電子秤 數(shù)值變化，計算出加注流量，與設(shè)定流量值比較，當(dāng)實際流量比設(shè)定值小10%，控制系統(tǒng)將 發(fā)出指令至流量控制器增大擠壓氣體流量；當(dāng)實際流量接近設(shè)定值時，控制系統(tǒng)將發(fā)出指 令至流量控制器減小擠壓氣體流量，當(dāng)以初始流量加注至50kg時，由控制系統(tǒng)控制質(zhì)量流 量控制器增大擠壓氣體流量，直至PLC計算的瞬時流量在llL/min?12L/min時，流量控制 器不再繼續(xù)增大流量，并保持對應(yīng)的擠壓氣體流量至加注結(jié)束。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述基于電子秤和質(zhì)量流量計的冗余加注方法，其特征在于：在加 注過程中，電子秤和流量控制器組合定量方式為主定量方式，質(zhì)量流量計定量方式為備用 量方式；控制電子秤和流量控制器組合定量方式的PLC和控制質(zhì)量流量計定量方式的PLC 同時工作，分別以自己的定量方式計量加注量；電子秤和流量控制器組合定量方式的PLC 控制受控設(shè)備；質(zhì)量流量計定量方式的PLC只計量，并不控制受控設(shè)備；當(dāng)電子秤和流量控 制器組合定量方式出現(xiàn)故障時，切換到質(zhì)量流量計定量為主定量方式繼續(xù)完成加注工作； 此時質(zhì)量流量計定量方式的PLC控制受控設(shè)備。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述基于電子秤和質(zhì)量流量計的冗余加注方法，其特征在于：電子 秤和流量控制器組合定量方式切換為質(zhì)量流量計定量方式，設(shè)置有〇. 5S切換延時。
【文檔編號】B67D7/16GK104118839SQ201410306829
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】王嵩, 郭銘杰, 張雷杰, 張波, 劉 英, 羅強, 劉聰聰, 孫賀 申請人:北京航天發(fā)射技術(shù)研究所, 中國運載火箭技術(shù)研究院