[發明專利]用于救生艙內氧氣自動控制系統及方法

無效

• 申請號: 201410380629.3
• 申請日: 2014-08-04
• 公開（公告）號: CN104181945A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 葛世榮;史麗萍;蔣朝明;蔡儒軍
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G05D11/13
• 分類號: G05D11/13;A62B11/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種氣體自動控制系統及方法，特別是一種用于救生艙內氧氣自動控制系統及方法。

背景技術

現有氣體調節技術場合如糧倉、蔬菜水果大棚等氣體調節基本屬于開關調節，即輸出控制只有開和關兩種方式或化學供氧，需要人為控制且不能夠進行精確控制。而人體屬于復雜組織，簡單的開關調節以及原始的化學供氧并不能滿足人體對生存環境的苛刻要求。

發明專利申請201110339596.4號提供了一種智能化空氣調節裝置，工作原理是當密閉空間內氧氣濃度低時、二氧化碳濃度大于1.0％時或各氣體參數超標時，自動控制器發出信號，激活制氧反應箱，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化程度，但控制方法具有一定的延后性，不能實時在線調節氧氣、精確供氧以及氧氣動態時限預估功能，不適用做救生艙氧氣控制方案。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種用于救生艙內氧氣自動控制系統及方法，解決現有的氧氣控制方法具有一定的延后性，不能實時在線調節氧氣、精確供氧以及氧氣動態時限預估功能，不適用做救生艙氧氣控制方案。

本發明所采用的技術方案是：救生艙內氧氣自動控制包括系統及方法，所述的自動控制系統包括：上位機、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量反饋裝置順序連接，氣體流速測量反饋裝置的氣體輸出口與氧氣輸出電磁閥連接；氣體流速測量反饋裝置的信號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，主控制器與上位機連接，主控制器的控制輸出端與氧氣輸出電磁閥連接，隨機控制氧氣輸出電磁閥的開合大小。

所述的自動控制方法：首先由氣源裝置即高壓氧氣瓶經緩壓處理后輸出，經匯流排進入同一條控制管路，經過氣體減壓裝置作用成為穩壓待輸出氣體，再經過氣體流速測量反饋裝置測量后，經過氧氣輸出電磁閥控制進行有序輸出；

當啟動救生艙時，氧傳感器實時監測艙內環境氧氣濃度，并將濃度相應信號參數傳遞給救生艙氧氣系統主控制器，主控制器借助內嵌模糊PID控制算法根據氧氣實際濃度與系統設定變化反饋差值通過氧氣輸出電磁閥進行相應實時控制調節輸出，進而精確控制艙內氧氣濃度，使得被困人員處于安全環境內，整個控制系統實現無人值守自動化；

氣體流速測量反饋裝置實時監測氧氣消耗速度以及累計消耗流量，存氧總量減去累積消耗流量即為剩余流量；在剩余流量的基礎上，系統根據氧氣當前消耗速度即可以預測剩余氧可以使用時間即實現氧氣使用時限動態預估功能。

有益效果，由于采用了上述方案，氣源裝置存儲采用高壓瓶存儲方式以及氣壓緩沖裝置的設立可以規避密封空間內以化學供氧方式下不易控制反應速度的難題。氣體流速流量測量裝置的選取使得氧氣控制構成反饋回路。系統利用氧氣輸出閥門內部直流電機的無極調速從而實現氧氣的連續均勻供氧。同時將模糊PID控制算法應用于系統主控制器內部以適應氧氣控制系統的時變性。氧氣輸出閥門依托直流電機的無極變速特性為救生艙內部系統的連續精確供氧提供基礎。系統控制器內嵌入的模糊PID算法可以實現對系統模型的時變特性的自適應，從而達到精確供氧。氣體流速流量測量裝置的選取可以完成系統氧氣動態時限預估功能的實現。系統控制器的設計采用FPGA作為控制芯片可以解決煤礦本安要求的同時降低控制功耗。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的一個實施例作進一步的說明：

救生艙內氧氣自動控制包括系統及方法，所述的自動控制系統包括：上位機、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量反饋裝置順序連接，氣體流速測量反饋裝置的氣體輸出口與氧氣輸出電磁閥連接；氣體流速測量反饋裝置的信號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，主控制器與上位機連接，主控制器的控制輸出端與氧氣輸出電磁閥連接，隨機控制氧氣輸出電磁閥的開合大小。

所述的自動控制方法：首先由氣源裝置即高壓氧氣瓶經緩壓處理后輸出，經匯流排進入同一條控制管路，經過氣體減壓裝置作用成為穩壓待輸出氣體，再經過氣體流速測量反饋裝置測量后，經過氧氣輸出電磁閥控制進行有序輸出；