用于救生艙內(nèi)氧氣自動(dòng)控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種用于救生艙內(nèi)氧氣自動(dòng)控制系統(tǒng)及方法，屬于氣體自動(dòng)控制系統(tǒng)及方法。救生艙內(nèi)氧氣自動(dòng)控制包括系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)的氣源裝置通過氣體匯流排與氣體減壓裝置和氣體流速測(cè)量反饋裝置順序連接，氣體流速測(cè)量反饋裝置的氣體輸出口與氧氣輸出電磁閥連接；氣體流速測(cè)量反饋裝置的信號(hào)輸出端與氧氣傳感器的輸出端一起與主控制器的輸入端連接，主控制器與上位機(jī)連接，主控制器的控制輸出端與氧氣輸出電磁閥連接，隨機(jī)控制氧氣輸出電磁閥；氣體流速流量測(cè)量裝置的選取使得氧氣控制構(gòu)成反饋回路。系統(tǒng)控制器內(nèi)嵌入的模糊PID算法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)模型的時(shí)變特性的自適應(yīng)，達(dá)到精確供氧。氣體流速流量測(cè)量裝置的選取可以完成系統(tǒng)氧氣動(dòng)態(tài)時(shí)限預(yù)估功能的實(shí)現(xiàn)。
【專利說明】用于救生艙內(nèi)氧氣自動(dòng)控制系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣體自動(dòng)控制系統(tǒng)及方法，特別是一種用于救生艙內(nèi)氧氣自動(dòng)控制系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有氣體調(diào)節(jié)技術(shù)場(chǎng)合如糧倉(cāng)、蔬菜水果大棚等氣體調(diào)節(jié)基本屬于開關(guān)調(diào)節(jié)，SP輸出控制只有開和關(guān)兩種方式或化學(xué)供氧，需要人為控制且不能夠進(jìn)行精確控制。而人體屬于復(fù)雜組織，簡(jiǎn)單的開關(guān)調(diào)節(jié)以及原始的化學(xué)供氧并不能滿足人體對(duì)生存環(huán)境的苛刻要求。
[0003]發(fā)明專利申請(qǐng)201110339596.4號(hào)提供了一種智能化空氣調(diào)節(jié)裝置，工作原理是當(dāng)密閉空間內(nèi)氧氣濃度低時(shí)、二氧化碳濃度大于1.0%時(shí)或各氣體參數(shù)超標(biāo)時(shí)，自動(dòng)控制器發(fā)出信號(hào)，激活制氧反應(yīng)箱，使之提升氧氣濃度、凈化空氣。但此種方法雖然具有一定的自動(dòng)化程度，但控制方法具有一定的延后性，不能實(shí)時(shí)在線調(diào)節(jié)氧氣、精確供氧以及氧氣動(dòng)態(tài)時(shí)限預(yù)估功能，不適用做救生艙氧氣控制方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種用于救生艙內(nèi)氧氣自動(dòng)控制系統(tǒng)及方法，解決現(xiàn)有的氧氣控制方法具有一定的延后性，不能實(shí)時(shí)在線調(diào)節(jié)氧氣、精確供氧以及氧氣動(dòng)態(tài)時(shí)限預(yù)估功能，不適用做救生艙氧氣控制方案。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:救生艙內(nèi)氧氣自動(dòng)控制包括系統(tǒng)及方法，所述的自動(dòng)控制系統(tǒng)包括:上位機(jī)、氧氣傳感器、氣源裝置、氣體匯流排、氣體減壓裝置、氣體流速測(cè)量反饋裝置、主控制器和氧氣輸出電磁閥；氣源裝置通過氣體匯流排與氣體減壓裝置和氣體流速測(cè)量反饋裝置順序連接，氣體流速測(cè)量反饋裝置的氣體輸出口與氧氣輸出電磁閥連接；氣體流速測(cè)量反饋裝置的信號(hào)輸出端與氧氣傳感器的輸出端一起與主控制器的輸入端連接，主控制器與上位機(jī)連接，主控制器的控制輸出端與氧氣輸出電磁閥連接，隨機(jī)控制氧氣輸出電磁閥的開合大小。
[0006]所述的自動(dòng)控制方法:首先由氣源裝置即高壓氧氣瓶經(jīng)緩壓處理后輸出，經(jīng)匯流排進(jìn)入同一條控制管路，經(jīng)過氣體減壓裝置作用成為穩(wěn)壓待輸出氣體，再經(jīng)過氣體流速測(cè)量反饋裝置測(cè)量后，經(jīng)過氧氣輸出電磁閥控制進(jìn)行有序輸出；
[0007]當(dāng)啟動(dòng)救生艙時(shí)，氧傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)艙內(nèi)環(huán)境氧氣濃度，并將濃度相應(yīng)信號(hào)參數(shù)傳遞給救生艙氧氣系統(tǒng)主控制器，主控制器借助內(nèi)嵌模糊PID控制算法根據(jù)氧氣實(shí)際濃度與系統(tǒng)設(shè)定變化反饋差值通過氧氣輸出電磁閥進(jìn)行相應(yīng)實(shí)時(shí)控制調(diào)節(jié)輸出，進(jìn)而精確控制艙內(nèi)氧氣濃度，使得被困人員處于安全環(huán)境內(nèi)，整個(gè)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無人值守自動(dòng)化；
[0008]氣體流速測(cè)量反饋裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氧氣消耗速度以及累計(jì)消耗流量，存氧總量減去累積消耗流量即為剩余流量；在剩余流量的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)根據(jù)氧氣當(dāng)前消耗速度即可以預(yù)測(cè)剩余氧可以使用時(shí)間即實(shí)現(xiàn)氧氣使用時(shí)限動(dòng)態(tài)預(yù)估功能。
[0009]有益效果，由于采用了上述方案，氣源裝置存儲(chǔ)采用高壓瓶存儲(chǔ)方式以及氣壓緩沖裝置的設(shè)立可以規(guī)避密封空間內(nèi)以化學(xué)供氧方式下不易控制反應(yīng)速度的難題。氣體流速流量測(cè)量裝置的選取使得氧氣控制構(gòu)成反饋回路。系統(tǒng)利用氧氣輸出閥門內(nèi)部直流電機(jī)的無極調(diào)速?gòu)亩鴮?shí)現(xiàn)氧氣的連續(xù)均勻供氧。同時(shí)將模糊PID控制算法應(yīng)用于系統(tǒng)主控制器內(nèi)部以適應(yīng)氧氣控制系統(tǒng)的時(shí)變性。氧氣輸出閥門依托直流電機(jī)的無極變速特性為救生艙內(nèi)部系統(tǒng)的連續(xù)精確供氧提供基礎(chǔ)。系統(tǒng)控制器內(nèi)嵌入的模糊PID算法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)模型的時(shí)變特性的自適應(yīng)，從而達(dá)到精確供氧。氣體流速流量測(cè)量裝置的選取可以完成系統(tǒng)氧氣動(dòng)態(tài)時(shí)限預(yù)估功能的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)采用FPGA作為控制芯片可以解決煤礦本安要求的同時(shí)降低控制功耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的說明:
[0012]救生艙內(nèi)氧氣自動(dòng)控制包括系統(tǒng)及方法，所述的自動(dòng)控制系統(tǒng)包括:上位機(jī)、氧氣傳感器、氣源裝置、氣體匯流排、氣體減壓裝置、氣體流速測(cè)量反饋裝置、主控制器和氧氣輸出電磁閥；氣源裝置通過氣體匯流排與氣體減壓裝置和氣體流速測(cè)量反饋裝置順序連接，氣體流速測(cè)量反饋裝置的氣體輸出口與氧氣輸出電磁閥連接；氣體流速測(cè)量反饋裝置的信號(hào)輸出端與氧氣傳感器的輸出端一起與主控制器的輸入端連接，主控制器與上位機(jī)連接，主控制器的控制輸出端與氧氣輸出電磁閥連接，隨機(jī)控制氧氣輸出電磁閥的開合大小。
[0013]所述的自動(dòng)控制方法:首先由氣源裝置即高壓氧氣瓶經(jīng)緩壓處理后輸出，經(jīng)匯流排進(jìn)入同一條控制管路，經(jīng)過氣體減壓裝置作用成為穩(wěn)壓待輸出氣體，再經(jīng)過氣體流速測(cè)量反饋裝置測(cè)量后，經(jīng)過氧氣輸出電磁閥控制進(jìn)行有序輸出；
[0014]當(dāng)啟動(dòng)救生艙時(shí)，氧傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)艙內(nèi)環(huán)境氧氣濃度，并將濃度相應(yīng)信號(hào)參數(shù)傳遞給救生艙氧氣系統(tǒng)主控制器，主控制器借助內(nèi)嵌模糊PID控制算法根據(jù)氧氣實(shí)際濃度與系統(tǒng)設(shè)定變化反饋差值通過氧氣輸出電磁閥進(jìn)行相應(yīng)實(shí)時(shí)控制調(diào)節(jié)輸出，進(jìn)而精確控制艙內(nèi)氧氣濃度，使得被困人員處于安全環(huán)境內(nèi)，整個(gè)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無人值守自動(dòng)化；
[0015]氣體流速測(cè)量反饋裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氧氣消耗速度以及累計(jì)消耗流量，存氧總量減去累積消耗流量即為剩余流量；在剩余流量的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)根據(jù)氧氣當(dāng)前消耗速度即可以預(yù)測(cè)剩余氧可以使用時(shí)間即實(shí)現(xiàn)氧氣使用時(shí)限動(dòng)態(tài)預(yù)估功能。
【權(quán)利要求】
1.一種用于救生艙內(nèi)氧氣自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征是:自動(dòng)控制系統(tǒng)包括:上位機(jī)、氧氣傳感器、氣源裝置、氣體匯流排、氣體減壓裝置、氣體流速測(cè)量反饋裝置、主控制器和氧氣輸出電磁閥；氣源裝置通過氣體匯流排與氣體減壓裝置和氣體流速測(cè)量反饋裝置順序連接，氣體流速測(cè)量反饋裝置的氣體輸出口與氧氣輸出電磁閥連接；氣體流速測(cè)量反饋裝置的信號(hào)輸出端與氧氣傳感器的輸出端一起與主控制器的輸入端連接，主控制器與上位機(jī)連接，主控制器的控制輸出端與氧氣輸出電磁閥連接，隨機(jī)控制氧氣輸出電磁閥的開合大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于救生艙內(nèi)氧氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的方法，其特征在于:所述的自動(dòng)控制方法:首先由氣源裝置即高壓氧氣瓶經(jīng)緩壓處理后輸出，經(jīng)匯流排進(jìn)入同一條控制管路，經(jīng)過氣體減壓裝置作用成為穩(wěn)壓待輸出氣體，再經(jīng)過氣體流速測(cè)量反饋裝置測(cè)量后，經(jīng)過氧氣輸出電磁閥控制進(jìn)行有序輸出； 當(dāng)啟動(dòng)救生艙時(shí)，氧傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)艙內(nèi)環(huán)境氧氣濃度，并將濃度相應(yīng)信號(hào)參數(shù)傳遞給救生艙氧氣系統(tǒng)主控制器，主控制器借助內(nèi)嵌模糊PID控制算法根據(jù)氧氣實(shí)際濃度與系統(tǒng)設(shè)定變化反饋差值通過氧氣輸出電磁閥進(jìn)行相應(yīng)實(shí)時(shí)控制調(diào)節(jié)輸出，進(jìn)而精確控制艙內(nèi)氧氣濃度，使得被困人員處于安全環(huán)境內(nèi)，整個(gè)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無人值守自動(dòng)化； 氣體流速測(cè)量反饋裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氧氣消耗速度以及累計(jì)消耗流量，存氧總量減去累積消耗流量即為剩余流量；在剩余流量的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)根據(jù)氧氣當(dāng)前消耗速度即可以預(yù)測(cè)剩余氧可以使用時(shí)間即實(shí)現(xiàn)氧氣使用時(shí)限動(dòng)態(tài)預(yù)估功能。
【文檔編號(hào)】A62B11/00GK104181945SQ201410380629
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月4日
【發(fā)明者】葛世榮, 史麗萍, 蔣朝明, 蔡儒軍 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)