一种高压制氮设备的制作方法

1.本实用新型涉及制氮机技术领域，特别地涉及一种高压制氮设备。

背景技术：

2.高压制氮设备一般包括空压机、制氮机和氮气增压机等，其利用纤维膜组将空气中的氮气分离出来，是一种低成本，高效率的制氮方式。高压制氮设备广泛应用在煤炭、化工、电子、汽车、制药、食品和文保设备等领域。
3.空压机、制氮机和氮气增压机中各个部件需要分别与控制器进行连接，以此实现工作的自动化。但是，随着功能的逐渐丰富，各个部件之间的导线与控制器之间会形成非常复杂和繁多的接口，而且容易发生故障。

技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提出了一种高压制氮设备，包括：控制模块；接口板，其与所述控制模块电连接；空压机，其与所述接口板电连接经配置以压缩空气至0.8-1.3mpa的第一压力阈值；制氮机，其与所述接口板电连接经配置将空气中氮气分离出来；以及氮气增压机，其与所述接口板电连接经配置将氮气压缩至10-40mpa的第二压力阈值。
5.如上所述的高压制氮设备，其中所述接口板包括：数字量输入模块，其分别与所述空压机、制氮机和氮气增压机电连接，用于收集所述空压机、制氮机和氮气增压机中一者或多者的数字量信号；数字量输出模块，其分别与所述空压机、制氮机和氮气增压机电连接，用于向所述空压机、制氮机和氮气增压机中的一者或多者发送控制指令；以及模拟量输入模块，其分别与所述空压机、制氮机和氮气增压机电连接，用于收集空压机、制氮机和氮气增压机中一者或多者的模拟量信号。
6.如上所述的高压制氮设备，其中所述接口板包括：多个所述数字量信号接口，其包括：设备的开关信号接口、指示灯信号接口和报警信号接口；以及，多个所述模拟量信号接口，其包括压力信号接口、氧含量信号接口、露点信号接口和温度信号接口。
7.如上所述的高压制氮设备，进一步包括输入模块，其与所述控制模块电连接，其经配置以输入指令和实时显示所述空压机、制氮机和氮气增压机中的一者或多者的工作数据，其中工作数据包括：工作时间、工作状态、工作温度、工作压力、氮气纯度和氮气露点。
8.如上所述的高压制氮设备，其中所述接口板包括报警模块，其经配置以发生故障时，指示空压机、制氮机或者氮气增压机中一者或多者发出警报。
9.如上所述的高压制氮设备，其中所述接口板包括存储模块，其经配置以储存程序和空压机、制氮机和氮气增压机中的一者或多者工作数据。
10.如上所述的高压制氮设备，其中所述输入模块为触摸屏，其与所述控制模块采用rj45接口连接。
11.如上所述的高压制氮设备，其中所述控制模块与所述接口板之间采用单一线缆连
接。
12.如上所述的高压制氮设备，进一步包括中央控制台，其与所述控制模块通过通信模块连接，其经配置以与所述控制模块通信。
13.如上所述的高压制氮设备，其中所述中央控制模块包括中央输入模块，其经配置以输入指令远程控制所述高压制氮设备。
14.本技术设计一个新型接口板，设置在控制器和高压制氮设备之间，高压制氮设备将各种布线接口根据信号类型统一与接口板进行电连接，能够简化布线方式，提高设备工作稳定性。
附图说明
15.下面，将结合附图对本实用新型的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：
16.图1是根据本实用新型的一个实施例高压制氮设备模块示意图；
17.图2是根据本实用新型的一个实施例高压制氮设备控制系统图；
18.图3是根据本实用新型的一个实施例集散式高压制氮设备控制系统的结构示意图；以及
19.图4是根据本实用新型的一个实施例自定义通信协议数据格式示意图。
具体实施方式
20.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
21.在以下的详细描述中，可以参看作为本技术一部分用来说明本技术的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本技术的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本技术的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本技术的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。
22.本技术设计一个新型接口板，设置在控制器和高压制氮设备之间，高压制氮设备将各种布线接口根据信号类型统一与接口板进行电连接，接口板将接收来的信号转发至控制器；同时，控制器也可以将指令通过接口板发送至指定设备上，以实现某些功能。
23.图1是根据本实用新型的一个实施例高压制氮设备模块示意图。其中，高压制氮设备包括控制模块110、输入模块120、接口板130、空压机140、制氮机150和氮气增压机160。其中，输入模块120与控制模块110电连接，控制模块110与接口板130电连接，空压机140、制氮机150和氮气增压机160分别与接口板130电连接。进一步地，控制模块与接口板之间采用单一线缆连接。
24.控制模块110能够包括一个或多个中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或它们的组合。控制模块110能够执行存储在存储器中的软件或计算机可读指令以执行本文描述的方法或操作。控制模块110能够以若干
不同的方式来实施。例如，控制模块110能够包括一个或多个嵌入式处理器、处理器核心、微型处理器、逻辑电路、硬件有限状态机(fsm)、数字信号处理器(dsp)或它们的组合。进一步地，控制模块还可以是plc控制器，用于通过接口板130发送控制指令。
25.输入模块120可以为触摸屏，其中触摸屏可以是电阻式触摸屏，可以是电容式触摸屏，也可以是表面声波技术触摸屏。本领域的技术人员可以理解，只要可以实现本技术功能的触摸屏，均可以应用在本技术的方案中。在一些实施中，触摸屏可以固定在plc控制器上形成一体结构，其采用rj45接口与plc控制器连接，用于实时显示所述空压机、制氮机和氮气增压机中的一者或多者工作状态，在另一些实施例中，输入模块120还包括操作面板，工作人员可以在操作面板上进行操作，下达指令以实现某种功能。其中操作面板上还可以包括物理按钮，用于实现设备的启动和停止或者其他功能的选择和调节。
26.接口板130包括数字量输入模块131、数字量输出模块132和模拟量输入模块133。其中，数字量输入模块131、数字量输出模块132和模拟量输入模块133采用总线方式与控制模块电连接；数字量输入模块131、数字量输出模块132和模拟量输入模块133分别与空压机140、制氮机150和氮气增压机160电连接。其中，电连接的方式包括但不限于：有源触点连接、无源触点连接和4-20ma信号连接。
27.数字量输入模块131包括多个数字量信号接口，用于收集空压机140、制氮机150和氮气增压机160中一者或多者的数字量信号，数字量信号接口包括但不限于：设备的开关信号接口、指示灯信号接口和报警信号接口等；数字量输出模块132包括多个数字量输出接口，用于向空压机140、制氮机150和氮气增压机160中一者或多者发送控制指令；模拟量输入模块133包括多个模拟量信号接口，用于收集空压机140、制氮机150和氮气增压机160中一者或多者的模拟量信号。模拟量信号接口包括但不限于：压力信号接口、温度信号接口、氧含量信息接口和露点信号接口等。
28.本技术的高压制氮装置的工作流程是：空压机140和制氮机150和氮气增压机160依次工作，将空气中的氮气分离出来，氮气纯度达到要求后，进行增压后输出。具体地，工作人员在输入模块120上设定空压机140、制氮机150和氮气增压机160中一者或多者的工作压力和制取氮气纯度等参数。控制模块110根据设定好的程序，按照开机顺序通过继电器分别启动空压机140、制氮机150和氮气增压机160等设备，以及相应的电磁阀。空压机140、制氮机150和氮气增压机160将各种工作数据通过接口板发送至控制模块110中。
29.首先，空压机140用于将空气压缩至第一压力阈值，其中第一压力阈值为0.8-1.3mpa。空气经过空压机140中的组件，能够除去大部分的油、水和尘等，从而给制氮机150分离出氮气提供洁净的压缩空气。在一些实施例中，在空压机140中进一步包括空气储罐，用于降低气流脉动，减小系统压力波动，使得压缩空气平稳通过压缩空气净化组件，以充分除去油水杂质。
30.制氮机150与空压机140的出气口利用管道进行连接，用于将空气中的氮气分离出来。其中，制氮机150包括膜组和加热装置。在一些实施例中，制氮机还包括一个或多个过滤器，用于进一步将压缩机输出的压缩空气进行过滤、除水、净化。膜组用于将空气中的氮气与氧气、二氧化碳和水进行分离，输出高纯度的氮气。其中加热装置用于给膜组及其中的空气加热，有利于充分利用膜组的工作性能，提高气体分离效率。
31.氮气增压机160与制氮机150出气口利用管道进行连接，用于将分离出来的氮气进
行加压至第二压力阈值，其中第二压力阈值为10-40mpa。氮气增压机在加压完成后，检测其压力、露点和温度等参数，并将数据发送至控制模块110。
32.在一些实施例中，高压制氮设备进一步包括氮气缓冲罐，其设置在氮气增压机之间，用于存储制氮机输出的氮气，起到均衡氮气的压力的作用。另外，在设备工作过程中，也起到了极其重要的工艺辅助作用。
33.空压机140、制氮机150和氮气增压机160上安装有各种传感器，比如压力传感器、温度传感器、露点传感器等和各种电磁阀、继电器，其通过接口板与控制模块110电连接，避免所有的电路分别与控制模块110进行连接，简化了布线方式，提高工作稳定性。
34.在一些实施例中，接口板130还包括存储模块，用于储存程序和空压机、制氮机和氮气增压机中的一者或多者的工作数据。存储模块能够存储软件、数据、日志或它们的组合。存储模块能够是内部存储器或者外部存储器。例如，存储器能够是易失性存储器或非易失性存储器,诸如非易失性随机存取存储器(nvram)、闪存、磁盘存储器的非易失性存储器，或者是诸如静态随机存取存储器(sram)的易失性存储器。
35.在一些实施例中，接口板130包括报警模块，其经配置以在设备发生故障时，指示空压机、制氮机或者氮气增压机中一者或多者发出警报。在一些实施例中，报警模块能够在触摸屏上显示提示信息，或者发出警报的声音，或者将警报信息发送至用户的移动终端上等。其中，接口板130中的存储模块包括多种工作数据和设定阈值，接口板130能够实时监测高压制氮设备的工作数据，当工作数据中任何一个不符合设定阈值时，接口板130通过报警模块发出警报。在接口板130中设置警报模块，接口板根据接收来的信号信息实时判断是否出现故障，并及时通报故障，减少控制模块处理负担，提高故障通报效率，减小故障带来的损失。
36.图2是根据本实用新型的一个实施例高压制氮设备控制系统图。如图所示，控制模块110通过接口板(未示出)与空压机140、制氮机150、氮气增压机160和氮气缓冲罐170以及一个或多个传感器进行电连接，以收集高压制氮机的工作数据。其中工作数据包括但不限于工作时间、工作状态、工作温度、工作压力、氮气纯度和氮气露点等。在一些实施例中，传感器包括但不限于压力传感器、氧传感器、露点传感器、温度传感器和电源传感器等，其中一者或多者可以利用4-20ma或者rs485信号电缆与控制模块连接。电源传感器用于采集各个设备电源的相序、电压、电流和功率大小，并上传至控制模块110。响应于控制模块110检测到电源的相序错乱或者漏相时，通过警报模块进行报警，通知工作人员。在一些实施例中，电源传感器采集设备总电源的电流电压，保证用电安全。
37.参考图2，在空压机140的出气口处设置压力传感器141，用于检测空压机压缩空气的压力。压力传感器141与控制模块110电连接，实时上报空压机出口的压力。其中在压力传感器141之前，安装一个开关阀门，在压力传感器141不工作时，可以将阀门处于关闭状态。
38.在空压机140和制氮机150通过电磁阀140管道连接，响应于空压机中的压力达到设定阈值时，控制模块发送控制指令将电磁阀142打开，将压缩空气通入制氮机150中，进行氮气的分离。制氮机150中设置有温度传感器151，其与控制模块110电连接，用于将膜组和/或膜组中气体的温度上报至控制模块110。当制氮机的膜组和/或膜组中气体的温度低于设定温度时，启动加热装置，进行加热处理。在制氮机150的出气口处依次通过电磁阀153和减压阀156与氧传感器152连接，其用于检测制氮机分离出的氮气纯度。进一步地，在制氮机的
出气口还安装有排空电磁阀154，响应于氮气的纯度不符合设定要求，直接将氮气排放在空气中。其中，制氮机150通过电磁阀155与氮气缓冲罐170管道连接。电磁阀153、排空电磁阀154和电磁阀155分别与控制模块110电连接。
39.当制氮机150分离出的氮气符合设定要求时，电磁阀155导通，将氮气送入氮气缓冲罐170中。氮气缓冲罐170安装有压力变送器，用于检测其压力，当压力达到氮气增压机160的开启压力时，控制模块110发送控制指令，启动氮气增压机160。在氮气缓冲罐170和氮气增压机160之间设置有压力传感器171、放空电磁阀172和电磁阀173，三者均与控制模块110电连接。
40.氮气增压机160将氮气增压至设定压力时，可以将氮气输出充入氮气瓶中供用户使用。在一些实施例中，在氮气增压机160处通过电磁阀162、减压阀164与露点传感器161连接，露点传感器161用于检测氮气的湿度，并将湿度数据发送至控制模块110。在另一些实施例中，在氮气增压机的出口处设置压力传感器163，其用于检测氮气增压机输出的氮气压力并上报至控制模块110。
41.本技术通过各种传感器收集高压制氮设备的工作数据，能够实时了解高压制氮设备的工作状态，判断分离出的氮气是否符合设定要求，大大减少了人工的参与，提高了工作效率和质量。
42.在多台高压制氮设备同时工作时，工作人员需要对每台的高压制氮设备进行检查、记录和调节等工作。在多台高压制氮设备分布比较分散时，就会消耗大量的人力来完成上述工作，并且工作效率低。因此，本技术增加中央控制台，其能够获取分布在不同地方的高压制氮设备的工作数据，还可以输入控制指令，控制高压制氮设备的工作状态。
43.图3是根据本实用新型的一个实施例集散式高压制氮设备控制系统的结构示意图。如图所示，控制系统包括中央控制台310、通信模块320和高压制氮设备3301-3332。其中，中央控制台310与通信模块320通信方式为高速总线连接，通信模块320与高压制氮设备3301-3332通信连接。在一些实施例中，中央控制模块310与通信模块通信方式包括：rj45接口和rs485总线连接。在一些实施例中，中央控制台310最多能够控制32台高压制氮设备。
44.中央控制台310能够包括一个或多个中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或它们的组合。中央控制台310能够执行存储在存储器中的软件或计算机可读指令以执行本文描述的方法或操作。中央控制台310能够以若干不同的方式来实施。例如，中央控制台310能够包括一个或多个嵌入式处理器、处理器核心、微型处理器、逻辑电路、硬件有限状态机(fsm)、数字信号处理器(dsp)或它们的组合。
45.通信模块320能够包括一个或多个有线或无线通信接口。例如，通信接口网络接口卡、无线调制解调器或有线调制解调器。在一种应用中，通信模块320能够是wifi调制解调器。在另一些应用中，通信模块320能够是3g调制解调器、4g调制解调器、lte调制解调器、蓝牙组件、射频接收器、天线或它们的组合。
46.集散式高压制氮设备控制系统还包括中央输入模块，其与中央控制模块电连接以输入指令和显示多台高压制氮设备的工作数据。在一些实施例中，中央输入模块为触摸屏，其与中央控制模块采用rj45接口连接。响应于用户在中央输入模块上的操作，用户可以根据编号调取相应高压制氮设备的工作数据。或者中央输入模块的一级界面上显示所有高压
制氮设备的工作数据。
47.在一些实施例中，集散式高压制氮设备控制系统还包括第三方设备340，其能够与通信模块通信无线连接，用户能够远程在第三方设备上查看和控制多台高压制氮设备。第三方设备上需要安装商家自己开发的监控平台，用户登录前需要注册账号，后台审核身份通过后才能够注册成功。并且根据不同的工作分工，具有不同的操作权限。其中，第三方设备包括但不限于：手机、平板、笔记本电脑、和可穿戴设备等。
48.图4是根据本实用新型的一个实施例自定义通信协议数据格式示意图。如图所示，通信模块与多台高压制氮设备之间采用自定义的通信协议进行通信。自定义通信协议数据格式包括：帧头、目的地址、数据长度、数据类型、数据内容、校验位。其中，数据类型包括控制指令和设备状态数据。设备状态数据包括空压机、制氮机和氮气增压机中的工作状态和传感器数据等。
49.在一些实施例中，将设备状态数据的数据内容经过压缩处理。进一步地，数据内容的压缩方式为相对阈值偏离的残值压缩。其中，数据包的压缩方式为相对于上次发送的参数偏离小于预定范围的参数不发送。举例而言，数据内容为空压机上的压力传感器发出的压力数据为1.1mpa，其中相对阈值为0.2mpa，上次发送的压力参数为1.0mpa，则偏离残值为0.1mpa小于相对阈值0.2mpa，不发送本次压力数据；如果压力数据为1.3mpa，则偏离残值为0.3mpa大于相对阈值0.2mpa，将0.2mpa数据进行压缩处理，然后发送至通信模块。
50.在一些实施例中，自定义协议中的控制指令未经压缩，其中控制指令为高压制氮设备的标准控制指令。本技术通过将设备状态的数据内容进行压缩处理，减小传送数据字节数，能够减少通信模块收到设备状态数据的时间，从而能够及时判断是否需要进一步调节和下达指令，提高制造氮气的质量和效率。
51.本技术的高压制氮设备，不仅可以在本地的显示模块上显示和操作实现一键式启、停设备，还可以在中央控制台或者第三方设备上进行实时显示和控制多台高压制氮设备，节省了运营成本，提高了高压制氮设备的工作效率。
52.上述实施例仅供说明本实用新型之用，而并非是对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本实用新型公开的范畴。

技术特征：

1.一种高压制氮设备，其特征在于，包括：控制模块；接口板，其与所述控制模块电连接；空压机，其与所述接口板电连接经配置以压缩空气至0.8-1.3mpa的第一压力阈值；制氮机，其与所述接口板电连接经配置将空气中氮气分离出来；以及氮气增压机，其与所述接口板电连接经配置将氮气压缩至10-40mpa的第二压力阈值。2.根据权利要求1所述的高压制氮设备，其特征在于，其中所述接口板包括：数字量输入模块，其分别与所述空压机、制氮机和氮气增压机电连接，用于收集所述空压机、制氮机和氮气增压机中一者或多者的数字量信号；数字量输出模块，其分别与所述空压机、制氮机和氮气增压机电连接，用于向所述空压机、制氮机和氮气增压机中的一者或多者发送控制指令；以及模拟量输入模块，其分别与所述空压机、制氮机和氮气增压机电连接，用于收集空压机、制氮机和氮气增压机中一者或多者的模拟量信号。3.根据权利要求2所述的高压制氮设备，其特征在于，其中所述接口板包括：多个所述数字量信号接口，其包括：设备的开关信号接口、指示灯信号接口和报警信号接口；以及，多个所述模拟量信号接口，其包括压力信号接口、氧含量信号接口、露点信号接口和温度信号接口。4.根据权利要求1所述的高压制氮设备，其特征在于，进一步包括输入模块，其与所述控制模块电连接，其经配置以输入指令和实时显示所述空压机、制氮机和氮气增压机中的一者或多者的工作数据，其中工作数据包括：工作时间、工作状态、工作温度、工作压力、氮气纯度和氮气露点。5.根据权利要求1所述的高压制氮设备，其特征在于，其中所述接口板包括报警模块，其经配置以发生故障时，指示空压机、制氮机或者氮气增压机中一者或多者发出警报。6.根据权利要求1所述的高压制氮设备，其特征在于，其中所述接口板包括存储模块，其经配置以储存程序和空压机、制氮机和氮气增压机中的一者或多者工作数据。7.根据权利要求4所述的高压制氮设备，其特征在于，其中所述输入模块为触摸屏，其与所述控制模块采用rj45接口连接。8.根据权利要求1所述的高压制氮设备，其特征在于，其中所述控制模块与所述接口板之间采用单一线缆连接。9.根据权利要求1所述的高压制氮设备，其特征在于，进一步包括中央控制台，其与所述控制模块通过通信模块连接，其经配置以与所述控制模块通信。10.根据权利要求9所述的高压制氮设备，其特征在于，其中所述中央控制台包括中央输入模块，其经配置以输入指令远程控制所述高压制氮设备。

技术总结

本实用新型涉及一种高压制氮设备，包括：控制模块；接口板，其与所述控制模块电连接；空压机，其与所述接口板电连接经配置以压缩空气至0.8-1.3MPa的第一压力阈值；制氮机，其与所述接口板电连接经配置将空气中氮气分离出来；以及氮气增压机，其与所述接口板电连接经配置将氮气压缩至10-40MPa的第二压力阈值。本申请设计一个新型接口板，设置在控制器和高压制氮设备之间，高压制氮设备将各种布线接口根据信号类型统一与接口板进行电连接，能够简化布线方式，提高设备工作稳定性。提高设备工作稳定性。提高设备工作稳定性。