CN113294688A - 一种自动加注液化天然气的控制***、方法及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动加注液化天然气的控制***，包括3D视觉模块、机器人模块、电气控制模块，其中3D视觉模块包括3D智能相机、标定板、工控机以及设置于PC主控装置中的3D智能相机配套软件及机器人智能编程软件；机器人模块包括机器人、控制器、示教器、设置于控制器中的机器人控制软件和夹具；电气控制模块包括控制主机、PLC、控制柜、设置于主控盒中的电气控制软件***以及电气元件；3D视觉模块、机器人模块、电气控制模块；所述电气控制模块电性连接至3D视觉模块和机器人模块；控制***还包括加气装置和回气装置。本发明在一定范围内视觉***识别压力仪表、加液口、排气口，实现机器人的自动加注，降低用人成本，避免出现对人员造成伤害的事故。

Description

一种自动加注液化天然气的控制***、方法及存储介质

技术领域

本发明属于液化天然气加注领域，具体涉及一种自动加注液化天然气的控制***、方法及存储介质。

背景技术

液化天然气加气站是为燃气汽车的储气瓶加注液化天然气燃料的专门场所。加气站目前采用的加气设备主要包括卸车***、低温潜液泵撬***、储罐***、加气***以及包括站控***、站管理***及IC卡管理***在内的调控***。其中，卸车流程分为泵送方式的“槽车内LNG液体→卸车***→低温潜液泵撬***(启动泵)→储罐***”或者压差方式的“槽车内LNG液体→卸车***→低温潜液泵撬***(不启动泵，利用槽车与储罐压力差)→储罐***”两种形式。

加注设备由于低温潜液泵其入口压力有一定的限制要求(一般要求泵的入口压力不得超过0.6MPa，否则会对泵的寿命产生较严重的影响，且泵后压力将会超标)，一旦加气站内低温储罐中的LNG液体温度升高至-132℃以上，其对应的饱和蒸气压将增加到0.6MPa以上，低温储罐内过高的压力将作为过度产生的BOG被排放到大气中或者排放到气态天然气管网中，不仅影响经济效益，而且未经燃烧的甲烷排放到大气中也对环境产生不利的影响。此外目前的加注设备还存在以下缺陷：

BOG(Boil Off Gas)闪蒸汽产生量比较大，尤其对于刚投入营业的站点，由于加气汽车较少，所以需要储罐存储LNG(Liquefied Natural Gas)液化天然气的时间相应要求比较长，容易生成较多BOG，除了经济损失，而且LNG温度到一定程度从安全角度出发就不能再使用，需要处理BOG；

设备中的低温潜液泵撬***的关键部件：低温潜液泵一般采用进口产品，无论是初期的投入成本还是包括配件和维修的维护成本均十分可观；而且目前的加气站运行在每次给天然气动力汽车加注前，都需要提前运转低温潜液泵循环输送LNG，对整个***进行预冷，必须把现场管道的***内的高温液体全部置换以后才能进行加注，加大了BOG的产生量，运行费用较高。

例如专利公开号为CN104165266A的专利中公开了一种压差式液化天然气加气站加注***及其方法，加注***包括储罐***、卸车***、加气***和阀门组件，所述卸车***设于所述储罐***和加气站的槽车之间；所述加气***设于所述储罐***和待加气的燃气车辆之间；所述卸车***内设有阀门组件，所述卸车***和所述储罐***通过阀门组件相连接，所述储罐***内设有阀门组件，所述储罐***与所述加气***通过阀门组件相连接。采用压力差的方式对燃气车辆进行液化天然气的加注，在省去了泵撬***的前提下，减少了闪蒸汽BOG的产生，经济性和环保性得以明显改善。

但LNG（液化天然气）汽车加气站隶属危险化品行业（液化天然气最低温度-165），上述专利中加注液化天然气的工作人员需要取得相关从业资格、持有相关证书和实际操作证等方可上岗工作。

由于人员流动性大，相关的培训费用和用人成本非常高，如遇突发事故，人员安全问题是最大的隐患。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种自动加注液化天然气的控制***、方法及存储介质，机器人和3D视觉***进行融合，在一定范围内视觉***识别压力仪表、加液口、排气口，实现机器人的自动加注，能够降低用人成本，避免出现安全事故对人员造成的伤害。

本发明的技术方案如下所示：

一种自动加注液化天然气的控制***，包括：

---3D视觉模块：

包括3D智能相机、标定板、工控机以及设置于PC主控装置中的3D智能相机配套软件及机器人智能编程软件；

---机器人模块：

包括机器人、控制器、示教器、设置于控制器中的机器人控制软件和夹具；

---电气控制模块：

包括控制主机、PLC、控制柜、设置于主控盒中的电气控制软件***以及电气元件；所述3D视觉模块、机器人模块、电气控制模块；所述电气控制模块电性连接至3D视觉模块和机器人模块；

所述控制***还包括加气装置和回气装置，所述加气装置、回气装置连接在机器人模块的夹具上；所述3D智能相机设置于机器人机械臂的前端。

优选的，所述加气装置包括加***，所述加***软连接至夹具；所述加***上还集成有吹气装置，所述加***的加液管道上还设有滑轮。

优选的，所述回气装置采用回***，所述回***软连接至夹具；所述回***内设置有单向阀，并采用机器臂直推打开单向阀的内部结构设计。

优选的，所述电气元件包括按钮、报警指示灯和显示屏。

本发明提供了一种自动加注液化天然气的控制方法，基于所述的自动加注液化天然气的控制***，包括步骤：

S1：利用3D视觉模块对待加注设备进行定位，由外接设备发出语音声光提示待加注设备进入指定区域；

S2：利用3D视觉模块获取待加注设备气口的坐标发送至处于预冷位的机器人模块；

S3：打开待加注设备的气口，机器人模块的机械臂通过坐标自动移动至气口处；

S4：由机器人识别待加注设备上压力仪表的数值，判断压力仪表的数值是否大于预设于主控业务逻辑中额定值，是则将回***加载至气口进行泄压过程，否则将加***加载至气口进行加气过程。

S5：检测到加注枪跳枪时，结束加气过程，此时机械臂自动回到预冷位。

优选的，所述步骤S3的加载回***的过程中，还包括判断回***是否加载成功，是则继续进行泄压，否则通过显示屏和报警指示灯进行异常报警。

优选的，步骤S3的加气过程中，在加载加***前，还包括利用吹气装置对加***口和气口进行气体吹扫。

优选的，所述步骤S3的加载加***的过程中，还包括判断加***是否加载成功，是则继续进行加气，否则通过显示屏和报警指示灯进行异常报警。

优选的，所述步骤S3的泄压、加气过程中，还包括人工干预电气控制模块中的控制主机，利用控制主机手动进行泄压、加气过程，此时机器人模块转为手动控制，接收控制主机及PLC来发布控制指令执行动作。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述自动加注液化天然气的控制方法的步骤。

本发明的技术效果为：

本发明基于本行业生产和实际操作，设计把机器人和3D视觉***进行融合，在一定范围内视觉***识别车辆储罐压力、加液口、排气口，根据数据指挥机械臂动作实现对排气口、加液口的吹扫，接入回***降低储罐压力，当压力适当时机械臂根据3D识别接入加液枪并开始给储罐加注。可以解决由于人员流动性大，相关的培训费用和用人成本高，人员安全问题的隐患问题，能够降低用人成本，避免出现安全事故对人员造成的伤害。

附图说明

图1为本发明提供的控制***的现场设备架构图。

图2为本发明提供的控制方法的流程图。

图3为本发明中泄压、加气过程的具体流程图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图对本发明的实施例进行详细说明。

一种自动加注液化天然气的控制***，包括3D视觉模块、机器人模块、电气控制模块、回气装置和加气装置。其中电气控制模块做为中控枢纽，相应的加注业务逻辑，以及和3D视觉模块、机器人模块、回气装置和加气装置做对接交互。

其中，3D视觉模块包括3D智能相机、标定板、工控机以及配套软件；机器人模块包括机器人本体、控制器、示教器、夹具、底座和配套控制软件；电气控制***包括控制主机、PLC、控制柜、若干电气元件以及配套的控制***软件，其中电气元件包括按钮、报警指示灯和显示屏；回气装置包括回***，软连接至夹具；加气装置包括加***，软连接至夹具。

上述的3D智能相机作为单纯的识别检索工具，对识别后的信息做数据分析并且下达相关指令，3D智能相机的配套软件算法是单独的人工智能产品。

上述的机器人的配套控制软件编程方面有对外提供可开发接口，与3D视觉模块进行对接，完成指令传达。

3D智能相机的配套软件和机器人的配套控制软件的业务逻辑都是单独定制的，均装在一个PC主控盒。

作为本发明的一种实施方式，采用的加***的锁止机构完全气动，用于减少机器人的动作，考虑到机器人载荷问题，加***的重量设定在5.5公斤以下，为避免温度变化所引起的加***加液管道的重量增加，本实施例中对加液管道做保温处理，同时在加液管道上加装滑轮，减小拖拽时的阻力，同时允许更换重量更轻的机器人机械臂，进一步减少成本。

作为本发明的一种实施方式，为减少机器人机械臂的动作，在加***上还集成有吹扫装置，用于对加***进行吹扫以及在距离加气口时做短时间停留对加气口进行吹扫。

作为本发明的一种实施方式，采用的回***以直推方式打开，只需顶开回***的单向阀就能够进行回气操作。

作为本发明的一种实施方式，还包括为上述设备进行供电的供电电源，从电源接入点（预留供电点）引至设备配电柜，***强电包括供电点位到设备配电和控制箱柜的敷设，弱电部分包括从控制或IT设备到指定网口的布线，同时还包括现场计算机和控制***供电回路的稳压设备、保护设备和不间断电源等装置。

作为本发明的一种实施方式，机器人模块的设备采用380V±10%的供电形式，同时自带稳压***备，机器人模块包括自动和手动两者模式，在手动模式下设置有最高运动限速，机器人模块中还设置有紧急停止和安全停止***，且优先级高于其他控制***，机器人模块中还设置有安全防护机制，利用从连锁的防护形式，在任何单个元器件损坏时不影响整体模块的安全。

作为本发明的一种实施方式，3D视觉模块的控制采用220V/50HZ供电形式，同时自带稳压设备，工作电压采用24V直流形式，为视觉***拍照和光源控制稳定供电，为考虑恶劣环境影响，本模块的设备应均适应-5~50度的温度变化，同时配备有保证降温散热、低温启动的附加设备。

作为本发明的一种实施方式，电气控制模块中的设备供电采用三相五线制（TN-C-S），地线和零线分开，额定电压为AC 380V/220V，±10%，工作频率为50Hz，±1Hz。配电或控制柜应安装在相应设备控制区域内，易于操作使用的位置，并需避免对生产工艺造成影响。设备控制电路一般应与主回路同时得电或失电，采用不同线路或电源供电时，应设置有联锁等装置，不得发生无控制指令的自启动。

下面以车辆自动加注液化天然气过程作为实际例子。

实施例1：

如图1、图2所示，带有储罐的车辆进入指定区域，人工打开车辆的气盖，此时3D视觉模块中的3D智能相机对车辆的储罐进行大范围初次识别，当车辆储罐在初次识别的范围中时，利用语音声光提示驾驶员停车，确认车辆停车后，3D智能相机进行二次识别，对压力表、加气口、排气口位置的精确识别，获取坐标信息的同时获取压力表的实时数值并一同发送至机器人模块，其中语音声光提示为外接设备发出。

机器人模块获取压力表的实时数值和加气口、排气口的坐标信息，先通过对比压力表的数值与预设额定值的大小，若压力表的数值大于额定值，判定为高压，此时机器人控制机械臂操作回***加载至排气口进行泄压直至压力低于额定值，后续自动操作加***进行加气操作；若压力表的数值小于额定值，判定为低压，此时机器人直接控制机械臂操作加***加载至加气口进行加气操作。

其中，额定值的设定根据：传统气站受限泵的功率、管道粗细、液温等，对于加注车辆的罐体压力有一定的加注要求，例如本实施例中的提供的气站只能加注1.2压以下，当超过这个值，加注会自动跳枪，需要排压到这个值以下。额定值可根据不同气站的情况做适应性的业务参数更改。

加气完成后，机器人控制机械臂回到原点位置。

其中，加气是否完成基于截取的加液机的相关信息，当加注枪跳枪的时，就代表此次加注结束。

其中，跳枪的情况包括压力过高或者加注已满，压力在前述的步骤中已做过过滤，加注已满也可通过流量的数值是否为突然中断，或者慢慢降至最低为判断依据。

实施例2：

如图1、图2所示，车辆进入加气站，人工打开车辆的气盖，由3D视觉模块中的3D智能相机对车型进行识别，根据数据库的车型资料提示车辆停止位置，机器人机器臂根据数据库中的已知坐标实施操作。

机器人模块获取压力表的实时数值和已知的加气口、排气口的坐标信息，先通过对比压力表的数值与预设额定值的大小，若压力表的数值大于额定值，判定为高压，此时机器人控制机械臂操作回***加载至排气口进行泄压直至压力低于额定值，后续自动操作加***进行加气操作；若压力表的数值小于额定值，判定为低压，此时机器人直接控制机械臂操作加***加载至加气口进行加气操作。

加气完成后，机器人控制机械臂回到起点预冷位。

其中，加气是否完成基于截取的加液机的相关信息，当加注枪跳枪的时，就代表此次加注结束。其中，跳枪的情况包括压力过高或者加注已满，压力在前述的步骤中已做过过滤，加注已满也可通过流量的数值是否为突然中断，或者慢慢降至最低为判断依据。

如图3中所示，上述实施例1和实施例2中，在回***和加***的加载过程中均包括是否加载成功的检测，若未加载成功会触发异常报警，提示人工进行干预。

作为本发明的一种实施方式，泄压过程包括：

检测到车辆的压力表为高压，机器人根据加气口的坐标信息将机械臂移动至排气口，对准排气口加载回***，加载回***后检测是否加载成功，并反馈信号至PC主控中（即电气控制模块），确认加载成功后开始泄压，泄压过程中实时检测压力表的数值，当压力降低至额定以下时完成泄压过程，将该完成信号反馈至机器人，机器人控制机械臂撤离，3D智能相机重新对压力表进行检测并判断压力大小，若压力表的数值大于额定值，判定为高压则重复本步骤，否则进入加气过程。

其中，额定值的设定根据：传统气站受限泵的功率、管道粗细、液温等，对于加注车辆的罐体压力有一定的加注要求，例如本实施例中的提供的气站只能加注1.2压以下，当超过这个值，加注会自动跳枪，需要排压到这个值以下。额定值可根据不同气站的情况做适应性的业务参数更改。

作为本发明的一种实施方式，加气过程具体包括：

检测到车辆的压力表为低压，机器人根据加气口的坐标信息将机械臂移动至加气口，对准加气口加载加***，加载前可通过吹扫装置对加气口进行吹扫，吹扫完成后，加载加***后检测是否加载成功，并反馈信号至PC主控中（即电气控制模块），确认加载成功后开始加气，加气完成后将该完成信号反馈至机器人，机器人控制机械臂撤离，回到预冷位并开启吹扫装置对加***进行吹扫，吹扫完成机器人停止工作等待下一次工作信号。

上述过程中，回***是否加载成功的判断方式为：通过3D智能相机进行识别，识别后后的位置若为错误，导致回***无法按预期达到指定位置，则通过机械臂的坐标反馈，例如xyz坐标点无变化，则代表异常，判断为加载失败，反之则为正常。

上述过程中，加***是否加载成功的判断方式为：通过D智能相机进行识别，识别后后的位置若为错误，导致出现例如枪口与加注口是倾斜角度的情况，这时在加***实施推动操作时，是无法无法推动的，此时则通过机械臂的坐标反馈，例如xyz坐标点无变化，则代表异常，判断为加载失败，反之则为正常。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种自动加注液化天然气的控制***，其特征在于，包括：

---3D视觉模块：

包括3D智能相机、标定板、工控机以及设置于PC主控装置中的3D智能相机配套软件及机器人智能编程软件；

---机器人模块：

包括机器人、控制器、示教器、设置于控制器中的机器人控制软件和夹具；

---电气控制模块：

包括控制主机、PLC、控制柜、设置于主控盒中的电气控制软件***以及电气元件；所述3D视觉模块、机器人模块、电气控制模块；所述电气控制模块电性连接至3D视觉模块和机器人模块；

所述控制***还包括加气装置和回气装置，所述加气装置、回气装置连接在机器人模块的夹具上；所述3D智能相机设置于机器人机械臂的前端。

2.根据权利要求1所述的自动加注液化天然气的控制***，其特征在于，所述加气装置包括加***，所述加***软连接至夹具；所述加***上还集成有吹气装置，所述加***的加液管道上还设有滑轮。

3.根据权利要求1所述的自动加注液化天然气的控制***，其特征在于，所述回气装置采用回***，所述回***软连接至夹具；所述回***内设置有单向阀，并采用机器臂直推打开单向阀的内部结构设计。

4.根据权利要求1所述的自动加注液化天然气的控制***，其特征在于，所述电气元件包括按钮、报警指示灯和显示屏。

5.一种自动加注液化天然气的控制方法，基于权利要求1-4中任意一项所述的自动加注液化天然气的控制***，其特征在于，包括步骤：

S1：利用3D视觉模块对待加注设备进行定位，由外接设备发出语音声光提示待加注设备进入指定区域；

S2：利用3D视觉模块获取待加注设备气口的坐标发送至处于预冷位的机器人模块；

S3：打开待加注设备的气口，机器人模块的机械臂通过坐标自动移动至气口处；

S4：由机器人识别待加注设备上压力仪表的数值，判断压力仪表的数值是否大于预设于主控业务逻辑中额定值，是则将回***加载至气口进行泄压过程，否则将加***加载至气口进行加气过程；

S5：检测到加注枪跳枪时，结束加气过程，此时机械臂自动回到预冷位。

6.根据权利要求5所述的自动加注液化天然气的控制方法，其特征在于，所述步骤S3的加载回***的过程中，还包括判断回***是否加载成功，是则继续进行泄压，否则通过显示屏和报警指示灯进行异常报警。

7.根据权利要求5所述的自动加注液化天然气的控制方法，其特征在于，所述步骤S3的加气过程中，在加载加***前，还包括利用吹气装置对加***口和气口进行气体吹扫。

8.根据权利要求5所述的自动加注液化天然气的控制方法，其特征在于，所述步骤S3的加载加***的过程中，还包括判断加***是否加载成功，是则继续进行加气，否则通过显示屏和报警指示灯进行异常报警。

9.根据权利要求5所述的自动加注液化天然气的控制方法，其特征在于，所述步骤S3的泄压、加气过程中，还包括人工干预电气控制模块中的控制主机，利用控制主机手动进行泄压、加气过程，此时机器人模块转为手动控制，接收控制主机及PLC来发布控制指令执行动作。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求5至9任一项所述方法的步骤。

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