基于分时复用控制算法的自适应油气排放处理装置及控制方法
阅读说明：本技术 基于分时复用控制算法的自适应油气排放处理装置及控制方法 (Self-adaptive oil gas emission treatment device based on time-sharing multiplexing control algorithm and control method ) 是由 蓝桂平 丁冬兵 杜武 邹云 肖天成 郑飞 周东来 于 2021-06-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于分时复用控制算法的自适应油气排放处理装置。包括若干个(填充了吸附物质的)油气吸附罐,若干电磁阀,真空泵,吸收罐(填充了一部分汽油),储油罐,以及管道。所述若干个油气吸附罐先进行串联(串联状态用于吸附油气过程),并且若干个油气吸附罐的一端进行并联(并联状态用于脱附油气过程)。本装置的结构简单,控制方便,吸附罐的多级串联结构能够有效的增强油气的吸附效率,吸附罐的并联脱附结构能够最大化的提高脱附效率,吸附效率提升了85％。真空泵的分时复用,在吸附阶段不但未降低吸附装置的吸附能力,而且有效减少了80％吸附时间,在脱附阶段也可进行高效的脱附,充分利用了真空泵资源。本发明的装置吸附阶段的时间仅占整个运行周期的30-40％。(The invention relates to a self-adaptive oil gas emission treatment device based on a time-sharing multiplexing control algorithm. The device comprises a plurality of oil gas adsorption tanks (filled with adsorption substances), a plurality of electromagnetic valves, a vacuum pump, an absorption tank (filled with a part of gasoline), an oil storage tank and pipelines. The oil gas adsorption tanks are connected in series (the series state is used for the oil gas adsorption process), and one ends of the oil gas adsorption tanks are connected in parallel (the parallel state is used for the oil gas desorption process). The device has the advantages of simple structure, convenient control, effective adsorption efficiency enhancement of the oil gas due to the multistage series connection structure of the adsorption tanks, maximized desorption efficiency enhancement of the parallel desorption structure of the adsorption tanks, and 85% improvement of the adsorption efficiency. The time-sharing multiplexing of the vacuum pump not only does not reduce the adsorption capacity of the adsorption device in the adsorption stage, but also effectively reduces 80 percent of adsorption time, and efficient desorption can be carried out in the desorption stage, thereby fully utilizing the vacuum pump resources. The adsorption phase of the apparatus of the present invention takes only 30-40% of the total operating cycle.)
技术领域
本发明涉及油气的回收和处理技术领域，尤其涉及基于分时复用控制算法的自适应油气排放处理装置及控制方法。
背景技术
油气回收是节能环保型的新技术，运用油气回收技术回收油品在储运、装卸过程中排放的油气，防止油气挥发造成的大气污染，消除安全隐患，通过提高对能源的利用率，减小损益，从而获得较高的效益。目前最常见的方法有冷凝法、吸附法以及由以上的方式相结合的混合吸附方法。但无论采用以上哪种方法，都有吸收率低，每次吸附过程时间长的缺陷。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够最大限度吸收油气的处理装置及控制方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
基于分时复用控制算法的自适应油气排放处理装置，其特征在于包括若干个(填充了吸附物质的)油气吸附罐，若干电磁阀，真空泵，吸收罐，储油罐，以及管道；
其中，所述若干个油气吸附罐先进行串联(串联状态用于吸附油气过程)，并且若干个油气吸附罐的一端进行并联(并联状态用于脱附油气过程)；
所述若干个油气吸附罐中的第一个油气吸附罐一端是进气口，进气口与储油罐相通；所述若干个油气吸附罐中的最后一个油气吸附罐的另一端是排气口；
所述若干电磁阀分别安装在储油罐、油气吸附罐、真空泵以及吸收罐之间的管道上，按工作需要实现管道开闭状态；
所述真空泵安装在吸收罐和若干个油气吸附罐的并联端之间；
所述吸收罐通过管道与储油罐联通；
还包括控制系统，所述控制系统控制真空泵转速和若干电磁阀的开启，完成基于分时复用控制算法的自适应油气排放处理过程。
进一步地，所述若干个油气吸附罐为两个第一吸附罐和第二吸附罐，串联后一端进行并联。
进一步地，所述若干电磁阀为五个，第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀和第五电磁阀；第一吸附罐和第二吸附罐通过管道以串联的方式安装联接；第一吸附罐的前端通过管道联接第一电磁阀，所述第一电磁阀的前端是进气口，进气口与储油罐相通，第二吸附罐的出口端通过管道联接第二电磁阀的一端，所述第二电磁阀的另一端是排气口；两吸附罐的剩下的另一端相互连接在一起并联接在第三电磁阀的一端；所述第三电磁阀的另一端通过管道同时联接到真空泵的进气口和第四电磁阀的一端，所述第四电磁阀的另一端通过管道与第二吸附罐的出口端联接；吸收罐与外界相连的有两个端口，其中第一端口与真空泵出气口相连，第二端口通过管道与所述第五电磁阀的一端联接，所述第五电磁阀的另一端与储油罐的回油口联接。
进一步地，所述吸脱附装置包括并联在一起的第一吸脱附器和第二吸脱附器，所述第一吸脱附器和第二吸脱附器为活性炭吸脱附器或者分子筛吸脱附器,吸附物质包括但不限于活性炭和分子筛。
进一步地，所述控制系统，包括压力传感器、浓度传感器、液位计、控制按钮、输入模块、微控制器MCU、输出模块、变频模块、真空泵、若干电磁阀、通讯模块、上位机、本地显示模块和存储模块，还包括和控制软件，其中压力传感器安装于装置的进气口处，浓度传感器安装于排气口处，液位计安装在回收罐处，
所述压力传感器用于监测进气压力，所述浓度传感器用于监测排气口的气体浓度，所述液位计用于监测吸收罐中的液位，所述输入模块用于读取传感器信号和按钮的状态，所述微控制器MCU用于通过输入模块读取传感器采集的4-20mA模拟信号和控制按钮的数字信号，对这些信号进行计算和处理后，最终做出决策通过输出模块控制电磁阀的状态，通过变频模块控制真空泵转速，进而实现装置的待机，吸附，脱附，补气和回收；在微控制器MCU 对信号进行处理和计算后，不但将处理后的数据存储到存储模块，而且将数据进行本地显示以及通过通讯模块发送至上位机；
上述硬件结构和控制软件配置成了：
待机模块、吸附模块和脱附模块、补气模块、回收模块和油气浓度检测模块，
所述待机模块，包括压力传感器、真空泵和电磁阀，管理真空泵处于停止状态，电磁阀处于闭合状态；
所述吸附模块，包括浓度传感器、真空泵和电磁阀，管理真空泵处于低速转动状态，相应电磁阀处于匹配第一吸附罐和第二吸附罐进行吸附的状态；所述脱附模块，包括浓度传感器、真空泵和电磁阀，管理真空泵处于较高速转动状态，相应电磁阀处于匹配第一吸附罐和第二吸附罐进行脱附的状态，使油和气分离，油回流进入管道；
所述补气模块，包括浓度传感器、真空泵和电磁阀，管理真空泵处于停止状态，相应电磁阀处于匹配补气的状态，使吸附罐进行吹扫并通过管道流动到吸收罐进行吸收，吸收罐吸收油气后充分与油融合，再次通过回油口回流到储油罐中；
所述回收模块，包括液位计和电磁阀，管理吸收罐的液位，当吸收罐中的液位达到一定值时，打开第五电磁阀，液位低于一定值时，关闭第五电磁阀；
所述油气浓度检测模块包括油气浓度检测仪，安装在所述排气口，当排气口的浓度超过排放标准时，自适应油气排放处理装置将自动切换到脱附流程，防止不达标的有害油气气体排放到空气中；
本发明还提供了上述自适应油气排放处理装置的自适应油气排放处理控制方法，其特征在于包括如下步骤：
S1、读取传感器信号和按钮的状态，并将数据本地存储和发送至上位机与本地显示；
S2、当进气口的气压不足时，系统处于待机状态，真空泵和所有的电磁阀处于关闭状态；
S3、进入吸附流程：若急停按钮和停止按钮未按下，且进气压力P≥P启，且系统未发生报警，系统进入吸附状态，并以真空泵额定功率的15-20％的频率f低驱动真空泵，加速储油罐中挥发的油气快速进入吸附罐中吸附；若急停按钮和停止按钮按下，或进气压力P＜P待，或发生报警，系统进入待机状态；其中P启是系统的启动压力，P待是系统的待机压力；
S4、进入脱附流程：若吸附过程中，排气口的浓度C≥C脱1＜C标，系统进入脱附状态，并以最大的频率f高驱动真空泵，将吸附罐中吸附的油气进行抽真空，使油气脱附，进入回收管道，最终进入回收罐；若吸附过程中，排气口的浓度C＜C脱1，则保持吸附状态。其中C脱1是脱附流程的启动浓度，C标是国标或行标或地标中的排放浓度标准；
S5、进入补气流程：若脱附过程中，排气口的浓度C＜C脱2＜C脱1，系统进入补气状态，并保持一定时间；否则继续保持脱附状态；其中C脱2是系统停止脱附，并进入补气状态的浓度；
S6、进入回收流程：补气过程结束后，若液位H≥H上，系统开始回收油气，开启回液阀；若液位H＜H下，系统停止回收油气，关闭回液阀；其中H上和H下分别是启动和关闭回液阀的液位；
以上即为系统的一个工作周期，结束后，系统自动往复的进行该周期。
进一步地，还包括如下步骤
S7、步骤S1-S6中只要排气口的浓度C≥C标，系统都将产生中断，进入脱附流程，以确保不达标的油气不会被排放到大气中。
进一步地，步骤S3中通过变频模块控制真空泵以额定功率的20％的频率 f低驱动真空泵；步骤S4中通过变频模块控制真空泵以额定功率的100％的频率f高驱动真空泵。
本发明对于现有技术的优点：
1.本发明结构简单，控制方法方便，使真空泵在吸附和脱附阶段采用不同的抽气速度，增强了油气回收装置的吸收效率；具体地，步骤S2中通过变频模块控制真空泵以额定功率的15-20％的频率f低驱动真空泵，步骤S3中通过变频模块控制真空泵以额定功率的100％的频率f高驱动真空泵，吸附效率提升了85％；传统装置，吸附阶段的时间占整个运行周期的90％-95％，本发明的装置吸附阶段的时间占整个运行周期的30-40％。
2.两个吸附罐采用多级串联的方式进行连接，增强了吸附率。
3.真空泵在吸附阶段进行抽气，使得储油罐中的油气更易流动到吸附罐中进行吸附，且油气不易从排气口排出，增强了油气回收装置的吸收效率。
4.针对传统该类装置的缺点提出了对真空泵进行分时复用，也即在吸附阶段以较低转速抽气，提升了吸附效率，在脱附阶段以最大转速抽真空进行脱附；前者是通过真空泵的抽气作用，将储油罐中挥发出来的油气快速抽出，通过管道进入吸附罐中充分吸附；后者，此时油气与吸附罐中的吸附物质充分接触，并被吸附在吸附物质上，需要通过真空泵的强力抽气作用，使吸附在吸附物质上的油脱离吸附物质，进入管道，最终进入回收罐；这样可以充分利用硬件资源，为达到相同的油气回收效果节省大量的硬件成本，反过来说，就是如果不用这个方法而要达到相同的油气回收效果，就必须增加硬件，增加成本；即充分利用真空泵，提升吸附和脱附的效率。
5.在系统的工作周期中，系统始终依靠传感器采集的数据和按钮状态，自适应的启动各个工作流程。
6.据进气压力，调节真空泵以较低转速工作，提升吸附的效率；根据排气口浓度，调节真空泵的以较高转速提升脱附效率；同时在整个工作周期的任一阶段，只要排气浓度超标，都将以最大转速进行脱附，保证通过排气口的排出的气体无害。
总之，本装置的结构简单，控制方便，吸附罐的多级串联结构能够有效的增强油气的吸附效率，吸附罐的并联脱附结构能够最大化的提高脱附效率，吸附效率提升了85％。真空泵的分时复用，在吸附阶段不但未降低吸附装置的吸附能力，而且有效减少了80％吸附时间，在脱附阶段也可进行高效的脱附，充分利用了真空泵资源。通常传统装置，吸附阶段的时间占整个运行周期的90％-95％。本发明的装置吸附阶段的时间占整个运行周期的30-40％。
附图说明
图1是本发明的装置结构示意图；
图2是本发明的吸附过程油气在装置中的流向图；
图3是本发明的脱附过程油气在装置中的流向图；
图4是本发明的补气过程油气在装置中的流向图；
图5是本发明的控制原理框图；
图6是本发明的控制流程图。
其中：1-进气口，11-第一吸附罐、12-第二吸附罐、21-第一电磁阀、22- 第二电磁阀、23-第三电磁阀、24-第四电磁阀、25-第五电磁阀、3-真空泵、 4-吸收罐、5-储油罐、6-管道，7-排气口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，多属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本发明的基于分时复用控制算法的自适应油气排放处理装置，包括包括若干个油气吸附罐，若干电磁阀，真空泵，吸收罐，储油罐，以及管道；
其中，所述若干个油气吸附罐先进行串联，并且若干个油气吸附罐的一端进行并联；
所述若干个油气吸附罐中的第一个油气吸附罐一端是进气口，进气口与储油罐相通；所述若干个油气吸附罐中的最后一个油气吸附罐的另一端是排气口；
所述若干电磁阀分别安装在储油罐、油气吸附罐、真空泵以及吸收罐之间的管道上，按工作需要实现管道开闭状态；
所述真空泵安装在吸收罐和若干个油气吸附罐的并联端之间；
所述吸收罐通过管道与储油罐联通；
还包括控制系统，所述控制系统控制真空泵和若干电磁阀的开启，完成基于分时复用控制算法的自适应油气排放处理过程。
所述若干个油气吸附罐为两个第一吸附罐和第二吸附罐，串联后一端进行并联。
所述若干电磁阀为五个，第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀和第五电磁阀；第一吸附罐和第二吸附罐通过管道以串联的方式安装联接；第一吸附罐的前端通过管道联接第一电磁阀，所述第一电磁阀的前端是进气口，进气口与储油罐相通，第二吸附罐的出口端通过管道联接第二电磁阀的一端，所述第二电磁阀的另一端是排气口；两吸附罐的剩下的另一端相互连接在一起并联接在第三电磁阀的一端；所述第三电磁阀的另一端通过管道同时联接到真空泵的进气口和第四电磁阀的一端，所述第四电磁阀的另一端通过管道与第二吸附罐的出口端联接；吸收罐与外界相连的有两个端口，其中第一端口与真空泵出气口相连，第二端口通过管道与所述第五电磁阀的一端联接，所述第五电磁阀的另一端与储油罐的回油口联接。
所述吸脱附装置包括并联在一起的第一吸脱附器和第二吸脱附器，所述第一吸脱附器和第二吸脱附器均为活性炭吸脱附器或者分子筛吸脱附器。
实施例2
如图1所示，本发明的基于分时复用控制算法的自适应油气排放处理装置，如图1所示，本发明的基于分时复用控制算法的自适应油气排放处理装置，包括包括若干个油气吸附罐，若干电磁阀，真空泵，吸收罐，储油罐，以及管道；
其中，所述若干个油气吸附罐先进行串联，并且若干个油气吸附罐的一端进行并联；
所述若干个油气吸附罐中的第一个油气吸附罐一端是进气口，进气口与储油罐相通；所述若干个油气吸附罐中的最后一个油气吸附罐的另一端是排气口；
所述若干电磁阀分别安装在储油罐、油气吸附罐、真空泵以及吸收罐之间的管道上，按工作需要实现管道开闭状态；
所述真空泵安装在吸收罐和若干个油气吸附罐的并联端之间；
所述吸收罐通过管道与储油罐联通；
还包括控制系统，所述控制系统控制真空泵和若干电磁阀的开启，完成基于分时复用控制算法的自适应油气排放处理过程。
所述若干个油气吸附罐为两个第一吸附罐和第二吸附罐，串联后一端进行并联。
所述若干电磁阀为五个，第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀和第五电磁阀；第一吸附罐和第二吸附罐通过管道以串联的方式安装联接；第一吸附罐的前端通过管道联接第一电磁阀，所述第一电磁阀的前端是进气口，进气口与储油罐相通，第二吸附罐的出口端通过管道联接第二电磁阀的一端，所述第二电磁阀的另一端是排气口；两吸附罐的剩下的另一端相互连接在一起并联接在第三电磁阀的一端；所述第三电磁阀的另一端通过管道同时联接到真空泵的进气口和第四电磁阀的一端，所述第四电磁阀的另一端通过管道与第二吸附罐的出口端联接；吸收罐与外界相连的有两个端口，其中第一端口与真空泵出气口相连，第二端口通过管道与所述第五电磁阀的一端联接，所述第五电磁阀的另一端与储油罐的回油口联接。
所述吸脱附装置包括并联在一起的第一吸脱附器和第二吸脱附器，所述第一吸脱附器和第二吸脱附器均为活性炭吸脱附器或者分子筛吸脱附器。
所述控制系统，包括压力传感器、浓度传感器、液位计、控制按钮、输入模块、微控制器MCU、输出模块、变频模块、真空泵、若干电磁阀、通讯模块、上位机、本地显示模块和存储模块，还包括和控制软件，其中压力传感器安装于装置的进气口处，浓度传感器安装于排气口处，液位计安装在回收罐处，
所述压力传感器用于监测进气压力，所述浓度传感器用于监测排气口的气体浓度，所述液位计用于监测吸收罐中的液位，所述输入模块用于读取传感器信号和按钮的状态，所述微控制器MCU用于通过输入模块读取传感器采集的4-20mA模拟信号和控制按钮的数字信号，对这些信号进行计算和处理后，最终做出决策通过输出模块控制电磁阀的状态，通过变频模块控制真空泵转速，进而实现装置的待机，吸附，脱附，补气和回收；在微控制器MCU 对信号进行处理和计算后，不但将处理后的数据存储到存储模块，而且将数据进行本地显示以及通过通讯模块发送至上位机；
具体地，对于模拟信号，通过微控制器MCU中的模数转换器(ADC)转换为数字量，再将该数字量与传感器的量程进行线性运算，最终计算得出实际的物理量包括进气压力和排气浓度。对于数字信号，根据读取到各按钮的的高低电平(1或0)，进行系统的启动，停止或急停等。做出决策通过输出模块控制电磁阀的状态具体过程为：根据传感器检测到的进气口压力值和排气口浓度值，液位，决定切换系统执行哪一步的工作流程，工作流程包括待机、吸附、脱附、补气或者是回收。并按照工作流程改变电磁阀的状态(开或闭)。
上述硬件结构和控制软件配置成：
待机模块、吸附模块和脱附模块、补气模块、回收模块和油气浓度检测模块，
所述待机模块，包括压力传感器、真空泵和电磁阀，管理真空泵处于停止状态，第一至第五电磁阀处于闭合状态；
所述吸附模块，包括浓度传感器、真空泵、第一电磁阀和第二电磁阀，管理真空泵处于低速转动状态，相应电磁阀处于匹配第一吸附罐和第二吸附罐进行吸附的状态；
所述脱附模块，包括浓度传感器、真空泵、第三电磁阀和第四电磁阀，管理真空泵处于较高速转动状态，相应电磁阀处于匹配第一吸附罐和第二吸附罐进行脱附的状态，使油和气分离，油回流进入管道；
所述补气模块，包括浓度传感器、真空泵和第五电磁阀，管理真空泵处于停止状态，相应电磁阀处于匹配补气的状态，使吸收罐进行吹扫并通过管道流动到吸收罐进行吸收，吸收罐吸收油气后充分与油融合，再次通过回油口回流到储油罐中；
所述回收模块，包括液位计和电磁阀，管理吸收罐的液位，当吸收罐中的液位达到一定值时，打开第五电磁阀，液位低于一定值时，关闭第五电磁阀；
所述油气浓度检测模块包括油气浓度检测仪，安装在所述排气口，当排气口的浓度超过排放标准时，自适应油气排放处理装置将自动切换到脱附流程，防止不达标的有害油气气体排放到空气中。
实施例3
如图5所示为本发明的控制原理框图，图6所示为本发明的控制流程图所示，本发明的基于分时复用控制算法的自适应油气排放处理装置的控制方法，包括如下步骤：
S1、读取传感器信号和按钮的状态，并将数据本地存储和发送至上位机与本地显示；
S2、当进气口的气压不足时，系统处于待机状态，真空泵和所有的电磁阀处于关闭状态；
S3、进入吸附流程：若急停按钮和停止按钮未按下，且进气压力P≥P启，且系统未发生报警，系统进入吸附状态，第一电磁阀、第二电磁阀、第四电磁阀打开，并以真空泵额定功率的15-20％的频率f低驱动真空泵，加速储油罐中挥发的油气快速进入吸附罐中吸附；若急停按钮和停止按钮按下，或进气压力P＜P待，或发生报警，系统进入待机状态；其中P启是系统的启动压力， P待是系统的待机压力；
S4、进入脱附流程：若吸附过程中，排气口的浓度C≥C脱1＜C标，系统进入脱附状态，关闭第一电磁阀、第二电磁阀、第四电磁阀，打开第三电磁阀，并以最大的频率f高驱动真空泵，将吸附罐中吸附的油气进行抽真空，使油气脱附，进入回收管道，最终进入回收罐；若吸附过程中，排气口的浓度C＜C脱1，则保持吸附状态。其中C脱1是脱附流程的启动浓度，C标是国标或行标或地标中的排放浓度标准；
S5、进入补气流程：若脱附过程中，排气口的浓度C＜C脱2＜C脱1，系统进入补气状态，打开第一电磁阀、第二电磁阀，关闭真空泵和第三电磁阀，并保持一定时间；否则继续保持脱附状态；其中C脱2是系统停止脱附，并进入补气状态的浓度；补气状态时，让空气对吸收罐进行吹扫，将剩余的油气吹扫到管道中，并通过管道流动到吸收罐进行吸收，吸收罐吸收油气后，再次通过回油口回流到储油罐中；
S6、进入回收流程：补气过程结束后，若液位H≥H上，系统开始回收油气，开启第五电磁阀；若液位H＜H下，系统停止回收油气，关闭第五电磁阀；其中H上和H下分别是启动和关闭第五电磁阀的液位；
以上即为系统的一个工作周期，结束后，系统自动往复的进行该周期。
还包括如下步骤
S7、步骤S1-S6中只要排气口的浓度C≥C标，系统都将产生中断，进入脱附流程，以确保不达标的油气不会被排放到大气中。
步骤S3中以真空泵额定功率的20％的频率f低驱动真空泵；步骤S4中以真空泵额定功率的100％的频率f高驱动真空泵。
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