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专利名称：一种率定平台超压泄放系统及其控制方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210675065.0

专利申请（专利权）人：四川大学
权利人地址：四川省成都市一环路南一段24号

专利发明（设计）人：张茹,谢和平,张泽天,李怡航,高明忠,陈领,张志龙,杨阳,李佳南,黄伟,任利,楼晨笛,肖坤,凌伟强

专利摘要：本发明提出了一种率定平台超压泄放系统及其控制方法，涉及安全防护技术领域，包括模拟舱以及分别与所述模拟舱相连的超压泄放子系统和主控计算机；所述超压泄放子系统包括与所述模拟舱相连的孔压管道、围压管道、渗透压管道和轴压管道，所述孔压管道、所述围压管道、所述渗透压管道和所述轴压管道均设置有安全阀和推力油源，所述推力油源上均连接有控制器，且所述控制器均与所述主控计算机通信连接；本发明一种率定平台超压泄放系统及其控制方法通过计算机对控制器进行自动调控以控制各管道加压，同时通过安全阀控制泄压，做到了对异常压力的应急处理，从多角度全方位保障了率定平台的长期稳定运行。

主权利要求：
1.一种率定平台超压泄放系统，其特征在于，包括模拟舱(1)以及分别与所述模拟舱(1)相连的超压泄放子系统和主控计算机(2)；所述超压泄放子系统包括与所述模拟舱(1)相连的孔压管道(3)、围压管道(4)、渗透压管道(5)和轴压管道(6)，所述孔压管道(3)设置有第一安全阀(7?1)和第一推力油源(8?1)，所述围压管道(4)上设置有第二安全阀(7?2)和第二推力油源(8?2)，所述渗透压管道(5)设置有第三安全阀(7?3)和第三推力油源(8?3)，所述轴压管道(6)设置有第四安全阀(7?4)和第四推力油源(8?4)；所述第一推力油源(8?1)连接有第一控制器(9?1)，所述第二推力油源(8?2)连接有第二控制器(9?2)，所述第三推力油源(8?3)连接有第三控制器(9?3)，所述第四推力油源(8?4)连接有第四控制器(9?4)，所述第一控制器(9?1)、所述第二控制器(9?2)、所述第三控制器(9?3)和所述第四控制器(9?
4)均与所述主控计算机(2)通信连接；
所述模拟舱(1)、所述孔压管道(3)、所述围压管道(4)、所述渗透压管道(5)和所述轴压管道(6)的内部均设置有相同的压力传感器，所述压力传感器均与所述主控计算机(2)通信连接；
还包括压力报警模块，所述压力报警模块与所述主控计算机(2)通信连接，所述压力报警模块设置有压力触警阈值；
所述压力报警模块包括压力监测电路，所述压力监测电路包括力敏电阻FSR、滑动变阻器R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电压比较器U1和电容C1，所述电压比较器U1的同相输入端通过滑动变阻器R1连接电源VCC，所述电压比较器U1的反相输入端通过力敏电阻FSR连接电源VCC，所述电压比较器U1的同相输入端通过电阻R3连接地信号GND，所述电压比较器U1的反相输入端通过电阻R2连接地信号GND，所述电压比较器U1的输出端通过电阻R4连接电源VCC，所述电压比较器U1的输出端通过电容C1连接地信号GND。
2.如权利要求1所述的一种率定平台超压泄放系统，其特征在于，所述第一控制器(9?
1)、所述第二控制器(9?2)、所述第三控制器(9?3)和所述第四控制器(9?4)均为可编程逻辑控制器。
3.如权利要求1所述的一种率定平台超压泄放系统，其特征在于，所述轴压管道(6)上设置有油缸(10)，所述油缸(10)包括电机泵组、液位计、温度计和空滤，所述电机泵组、所述液位计、所述温度计以及所述空滤均与所述轴压管道(6)连接。
4.如权利要求1所述的一种率定平台超压泄放系统，其特征在于，所述模拟舱(1)的外壁依次设置有加热层(11?1)和隔热层(11?2)，所述加热层(11?1)采用陶瓷加热片，所述隔热层(11?2)采用聚苯乙烯隔热板。
5.如权利要求1所述的一种率定平台超压泄放系统，其特征在于，还包括常温管道、加温加压管道和排水管道，所述常温管道、所述加温加压管道和所述排水管道均与所述模拟舱(1)相连。
6.一种率定平台超压泄放控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过超压泄放子系统实时监测模拟舱以及各管道中的压力以获取压力数据；
S2、当各管道中的压力超过压力触警阈值，同时触发压力报警模块进行报警时，超压泄放子系统将发送异常信号到主控计算机；
S3、主控计算机收到异常信号后自动控制各管道中的控制器停止加压并通过人为控制安全阀以完成超压泄放控制。 说明书 : 一种率定平台超压泄放系统及其控制方法技术领域[0001] 本发明涉及安全防护技术领域，具体而言，涉及一种率定平台超压泄放系统及其控制方法。背景技术[0002] 随着浅部资源逐渐枯竭，向深部要资源、要空间已成为人类发展的必然态势。但深地环境复杂，地质灾害频发且难以预测，同时尚缺乏适用于复杂环境下深部能源与地下工程的变革性理论与技术，这都导致了深部资源开发和空间利用难度高、安全性无法保证。因此，实现在深部原位环境下开展岩石物理力学行为的测试与分析、探明不同赋存深度原位环境下岩石物理力学行为差异性规律就显得至关重要。[0003] 深部资源开发和空间利用面临着异于浅部的“高应力、高地温、高渗透压”环境，其最高温和最高压可以达到100℃与100MPa以上。为此，设计研制了一套深部原位取芯模拟测试率定平台，可模拟出高应力、高温、高渗透压的深地原位环境。在深部岩石原位保真取芯过程中，设备各管路和模拟舱内部均处于高温高压环境，为保障深部原位保真取芯率定平台的长期运行和内部高温高压环境的稳定性，安全防护措施和实时监测管理必不可少。而目前，高温压环境下大型设备的超压泄放系统无法完全满足深部原位保真取芯率定平台的使用，因此，急需一种率定平台超压泄放系统及其控制方法来解决上述问题。发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种率定平台超压泄放系统及其控制方法，其能够通过计算机对控制器进行自动调控以控制各管道加压，同时通过安全阀控制泄压，实现了对异常压力的应急处理。[0005] 本发明的技术方案为：[0006] 第一方面，本申请提供一种率定平台超压泄放系统，其包括模拟舱以及分别与上述模拟舱相连的超压泄放子系统和主控计算机；上述超压泄放子系统包括与上述模拟舱相连的孔压管道、围压管道、渗透压管道和轴压管道，上述孔压管道设置有第一安全阀和第一推力油源，上述围压管道上设置有第二安全阀和第二推力油源，上述渗透压管道设置有第三安全阀和第三推力油源，上述轴压管道设置有第四安全阀和第四推力油源；上述第一推力油源连接有第一控制器，上述第二推力油源连接有第二控制器，上述第三推力油源连接有第三控制器，上述第四推力油源连接有第四控制器，上述第一控制器、上述第二控制器、上述第三控制器和上述第四控制器均与上述主控计算机通信连接。[0007] 进一步地，上述第一控制器、上述第二控制器、上述第三控制器和上述第四控制器均为可编程逻辑控制器。[0008] 进一步地，上述轴压管道上设置有油缸，上述油缸包括电机泵组、液位计、温度计和空滤，上述电机泵组、上述液位计、上述温度计以及上述空滤均与上述轴压管道连接。[0009] 进一步地，上述模拟舱、上述孔压管道、上述围压管道、上述渗透压管道和上述轴压管道的内部均设置有相同的压力传感器，上述压力传感器均与上述主控计算机通信连接。[0010] 进一步地，还包括压力报警模块，上述压力报警模块与上述主控计算机通信连接，上述压力报警模块设置有压力触警阈值。[0011] 进一步地，上述模拟舱的外壁依次设置有加热层和隔热层，上述加热层采用陶瓷加热片，上述隔热层采用聚苯乙烯隔热板。[0012] 进一步地，还包括常温管道、加温加压管道和排水管道，上述常温管道、上述加温加压管道和上述排水管道均与上述模拟舱相连。[0013] 进一步地，上述压力报警模块包括压力监测电路，上述压力监测电路包括力敏电阻FSR、滑动变阻器R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电压比较器U1和电容C1，上述电压比较器U1的同相输入端通过滑动变阻器R1连接电源VCC，上述电压比较器U1的反相输入端通过力敏电阻FSR连接电源VCC，上述电压比较器U1的同相输入端通过电阻R3连接地信号GND，上述电压比较器U1的反相输入端通过电阻R2连接地信号GND，上述电压比较器U1的输出端通过电阻R4连接电源VCC，上述电压比较器U1的输出端通过电容C1连接地信号GND。[0014] 第二方面，本发明提供一种率定平台超压泄放控制方法，包括以下步骤：[0015] S1、通过超压泄放子系统实时监测模拟舱以及各管道中的压力以获取压力数据；[0016] S2、当各管道中的压力超过压力触警阈值同时触发压力报警模块进行报警时，超压泄放子系统将发送异常信号到主控计算机；[0017] S3、主控计算机收到异常信号后自动控制各管道中的控制器停止加压并通过人为控制安全阀以完成超压泄放控制。[0018] 相对于现有技术，本发明的至少具有如下优点或有益效果：[0019] (1)本发明一种率定平台超压泄放系统及其控制方法，通过计算机对控制器进行自动调控以控制各管道压力，同时通过安全阀控制泄压，做到了对超高限压力的应急处理，从多角度全方位保障了率定平台的长期稳定运行；[0020] (2)本发明通过安全阀手动泄压与系统自动泄压两种方式组成超压泄放系统，保障了设备管道和模拟舱内的压力稳定；[0021] (3)本发明设置压力报警模块与主控计算机通信连接，通过设置压力触警阈值，利用压力监测电路实时监测压力值，当电路监测到压力到达阈值时即触发报警，继而通过计算机对控制器进行自动调控以控制各管道压力。附图说明[0022] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。[0023] 图1为本发明实施例的一种率定平台超压泄放系统的示意性结构框图；[0024] 图2为压力监测电路的结构示意图；[0025] 图3为模拟舱的结构示意图；[0026] 图4为一种率定平台超压泄放控制方法的步骤图。[0027] 图标：1、模拟舱；2、主控计算机；3、孔压管道；4、围压管道；5、渗透压管道；6、轴压管道；7?1、第一安全阀；7?2、第二安全阀；7?3、第三安全阀；7?4、第四安全阀；8?1、第一推力油源；8?2、第二推力油源；8?3、第三推力油源；8?4、第四推力油源；9?1、第一控制器；9?2、第二控制器；9?3、第三控制器；9?4、第四控制器；10、油缸；11?1、加热层；11?2、隔热层。具体实施方式[0028] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。[0029] 因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。[0030] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。[0031] 需要说明的是，在本文中，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。[0032] 在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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申请中的具体含义。[0033] 下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的各个实施例及实施例中的各个特征可以相互组合。[0034] 实施例[0035] 请参阅图1，图1所示为本申请的实施例的一种率定平台超压泄放系统的示意性结构框图。[0036] 本申请提供一种率定平台超压泄放系统，其包括模拟舱1以及分别与模拟舱1相连的超压泄放子系统和主控计算机2；超压泄放子系统包括与模拟舱1相连的孔压管道3、围压管道4、渗透压管道5和轴压管道6，孔压管道3设置有第一安全阀7?1和第一推力油源8?1，围压管道4上设置有第二安全阀7?2和第二推力油源8?2，渗透压管道5设置有第三安全阀7?3和第三推力油源8?3，轴压管道6设置有第四安全阀7?4和第四推力油源8?4；第一推力油源8?1连接有第一控制器9?1，第二推力油源8?2连接有第二控制器9?2，第三推力油源8?3连接有第三控制器9?3，第四推力油源8?4连接有第四控制器9?4，第一控制器9?1、第二控制器9?2、第三控制器9?3和第四控制器9?4均与主控计算机2通信连接。[0037] 需要说明的是，第一推力油源8?1、第二推力油源8?2、第三推力油源8?3和第四推力油源8?4均为160MPa无限体积流量推力油源；其中，第一推力油源8?1用于孔压的加载，第一控制器9?1用于控制孔压的加载，第二推力油源8?2用于围压的加载，第二控制器9?2用于控制围压的加载，第三推力油源8?3用于渗透压的加载，第三控制器9?3用于控制渗透压的加载，第四推力油源8?4用于轴压的加载，第四控制器9?4用于控制轴压的加载。[0038] 本发明通过计算机对控制器进行自动调控以控制各管道加压，同时通过安全阀控制泄压，做到了对异常压力的应急处理，从多角度全方位保障了率定平台的长期稳定运行。[0039] 作为一种优选的实施方式，第一控制器9?1、第二控制器9?2、第三控制器9?3和第四控制器9?4均为可编程逻辑控制器。[0040] 由此，通过设置可编程逻辑控制器，可以实现由主控计算机2设定计算机程序进行远程操控。[0041] 作为一种优选的实施方式，轴压管道6上设置有油缸10，油缸10包括电机泵组、液位计、温度计和空滤，电机泵组、液位计、温度计以及空滤均与轴压管道6连接。[0042] 由此，通过设置液位计和温度计可以实时监控轴压管道6中的液位和温度数据，通过空滤可起到轴压管道6的内部液体过滤的作用。[0043] 作为一种优选的实施方式，模拟舱1、孔压管道3、围压管道4、渗透压管道5和轴压管道6的内部均设置有相同的压力传感器，压力传感器均与主控计算机2通信连接。[0044] 由此，通过在模拟舱1、孔压管道3、围压管道4、渗透压管道5和轴压管道6的内部均设置压力传感器，可以实时监测模拟舱1、孔压管道3、围压管道4、渗透压管道5和轴压管道6内部的压力以获得压力数据，以在压力显示异常时进行相关操作。[0045] 作为一种优选的实施方式，还包括压力报警模块，压力报警模块与主控计算机2通信连接，压力报警模块设置有压力触警阈值。[0046] 在本实施例中，压力触警阈值设置为150MPa，当压力传感器的实测数据超过压力触警阈值时将触发压力报警模块发出警报，并同时显示触发警报的传感器的位置及编号，同时主控计算机2将立即下发停止命令，暂停加压装置的运行，以保证自动调整控制压力的稳定，确保安全运行。[0047] 作为一种优选的实施方式，压力报警模块包括压力监测电路，如图2所示为压力检测电路的结构示意图，压力监测电路包括力敏电阻FSR、滑动变阻器R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电压比较器U1和电容C1，电压比较器U1的同相输入端通过滑动变阻器R1连接电源VCC，电压比较器U1的反相输入端通过力敏电阻FSR连接电源VCC，电压比较器U1的同相输入端通过电阻R3连接地信号GND，电压比较器U1的反相输入端通过电阻R2连接地信号GND，电压比较器U1的输出端通过电阻R4连接电源VCC，电压比较器U1的输出端通过电容C1连接地信号GND。[0048] 请参阅图3，图3所示为模拟舱1的结构示意图。[0049] 作为一种优选的实施方式，模拟舱1的外壁依次设置有加热层11?1和隔热层11?2，加热层11?1采用陶瓷加热片，隔热层11?2采用聚苯乙烯隔热板。[0050] 作为一种优选的实施方式，还包括常温管道、加温加压管道和排水管道，常温管道、加温加压管道和排水管道均与模拟舱1相连。[0051] 工作原理如下：[0052] 在设备运行时，系统某一压力传感器检测到管路中的异常压力，将会把信号传递给主控计算机2，通过主控计算机2自动处理后会再分配给分别处于孔压管道3、围压管道4、渗透压管道5和轴压管道6中的第一控制器9?1、第二控制器9?2、第三控制器9?3和第四控制器9?4，通过四个可编程的PLC控制器分别控制孔压管道3、围压管道4、渗透压管道5和轴压管道6中的160MPa无线体积流量的第一推力油源8?1、第二推力油源8?2、第三推力油源8?3和第四推力油源8?4停止加压并主动释放压力，轴压管道6上的油缸10中的32MPa电机泵组同时停止加压，同时人为控制安全阀进行泄压，也可人为控制主控计算机2对第一控制器9?1、第二控制器9?2、第三控制器9?3和第四控制器9?4输入PLC程序，设置加压停止时间，也可用于紧急泄压。[0053] 实施例2[0054] 第二方面，请参阅图4，图4所示为一种率定平台超压泄放控制方法的流程图。[0055] 本发明的实施例2提供一种率定平台超压泄放控制方法，其包括以下步骤：[0056] S1、通过超压泄放子系统实时监测模拟舱以及各管道中的压力以获取压力数据；[0057] S2、当各管道中的压力超过压力触警阈值同时触发压力报警模块进行报警时，超压泄放子系统将发送异常信号到主控计算机；[0058] S3、主控计算机收到异常信号后自动控制各管道中的控制器停止加压并通过人为控制安全阀以完成超压泄放控制。[0059] 本发明一种率定平台超压泄放控制方法，通过超压泄放子系统实时监测模拟舱以及各管道中的压力，在各管道中的压力超过压力触警阈值同时触发压力报警模块进行报警时，超压泄放子系统将发送异常信号到主控计算机使得其自动控制各管道中的控制器停止加压，并通过人为控制安全阀即可完成超压泄放控制，人机结合做到了对异常压力的应急处理，将实时监控、应急处理合二为一，保障了率定平台的长期稳定运行。[0060] 可以理解，图中所示的结构仅为示意，一种率定平台超压泄放系统及其控制方法还可包括比图中所示更多或者更少的组件，或者具有与图中所示不同的配置。图中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。[0061] 在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统或方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。[0062] 另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。[0063] 所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read?OnlyMemory、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。[0064] 综上所述，本申请实施例提供的一种率定平台超压泄放系统及其控制方法，通过模拟舱内部压力的实时监测，可以实现舱体内多个部位的压力检测，并对异常压力进行应急处理；具体地，通过超压泄放系统做到了对系统压力的实时监控和调整，通过手自动组合的超压泄放系统做到了对异常压力的应急处理，系统由主控计算机2统一调控，做到了高度的自动化，将实时监控、应急处理合二为一，从多角度全方位保障了率定平台的长期稳定运行。[0065] 以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。[0066] 对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

专利地区：四川

专利申请日期：2022-06-15

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN115145320B