用于救生舱内氧气自动控制系统及方法
【专利摘要】一种用于救生舱内氧气自动控制系统及方法，属于气体自动控制系统及方法。救生舱内氧气自动控制包括系统及方法，系统的气源装置通过气体汇流排与气体减压装置和气体流速测量反馈装置顺序连接，气体流速测量反馈装置的气体输出口与氧气输出电磁阀连接；气体流速测量反馈装置的信号输出端与氧气传感器的输出端一起与主控制器的输入端连接，主控制器与上位机连接，主控制器的控制输出端与氧气输出电磁阀连接，随机控制氧气输出电磁阀；气体流速流量测量装置的选取使得氧气控制构成反馈回路。系统控制器内嵌入的模糊PID算法可以实现对系统模型的时变特性的自适应，达到精确供氧。气体流速流量测量装置的选取可以完成系统氧气动态时限预估功能的实现。
【专利说明】用于救生舱内氧气自动控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气体自动控制系统及方法，特别是一种用于救生舱内氧气自动控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]现有气体调节技术场合如粮仓、蔬菜水果大棚等气体调节基本属于开关调节，SP输出控制只有开和关两种方式或化学供氧，需要人为控制且不能够进行精确控制。而人体属于复杂组织，简单的开关调节以及原始的化学供氧并不能满足人体对生存环境的苛刻要求。
[0003]发明专利申请201110339596.4号提供了一种智能化空气调节装置，工作原理是当密闭空间内氧气浓度低时、二氧化碳浓度大于1.0%时或各气体参数超标时，自动控制器发出信号，激活制氧反应箱，使之提升氧气浓度、净化空气。但此种方法虽然具有一定的自动化程度，但控制方法具有一定的延后性，不能实时在线调节氧气、精确供氧以及氧气动态时限预估功能，不适用做救生舱氧气控制方案。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种用于救生舱内氧气自动控制系统及方法，解决现有的氧气控制方法具有一定的延后性，不能实时在线调节氧气、精确供氧以及氧气动态时限预估功能，不适用做救生舱氧气控制方案。
[0005]本发明所采用的技术方案是:救生舱内氧气自动控制包括系统及方法，所述的自动控制系统包括:上位机、氧气传感器、气源装置、气体汇流排、气体减压装置、气体流速测量反馈装置、主控制器和氧气输出电磁阀；气源装置通过气体汇流排与气体减压装置和气体流速测量反馈装置顺序连接，气体流速测量反馈装置的气体输出口与氧气输出电磁阀连接；气体流速测量反馈装置的信号输出端与氧气传感器的输出端一起与主控制器的输入端连接，主控制器与上位机连接，主控制器的控制输出端与氧气输出电磁阀连接，随机控制氧气输出电磁阀的开合大小。
[0006]所述的自动控制方法:首先由气源装置即高压氧气瓶经缓压处理后输出，经汇流排进入同一条控制管路，经过气体减压装置作用成为稳压待输出气体，再经过气体流速测量反馈装置测量后，经过氧气输出电磁阀控制进行有序输出；
[0007]当启动救生舱时，氧传感器实时监测舱内环境氧气浓度，并将浓度相应信号参数传递给救生舱氧气系统主控制器，主控制器借助内嵌模糊PID控制算法根据氧气实际浓度与系统设定变化反馈差值通过氧气输出电磁阀进行相应实时控制调节输出，进而精确控制舱内氧气浓度，使得被困人员处于安全环境内，整个控制系统实现无人值守自动化；
[0008]气体流速测量反馈装置实时监测氧气消耗速度以及累计消耗流量，存氧总量减去累积消耗流量即为剩余流量；在剩余流量的基础上，系统根据氧气当前消耗速度即可以预测剩余氧可以使用时间即实现氧气使用时限动态预估功能。
[0009]有益效果，由于采用了上述方案，气源装置存储采用高压瓶存储方式以及气压缓冲装置的设立可以规避密封空间内以化学供氧方式下不易控制反应速度的难题。气体流速流量测量装置的选取使得氧气控制构成反馈回路。系统利用氧气输出阀门内部直流电机的无极调速从而实现氧气的连续均匀供氧。同时将模糊PID控制算法应用于系统主控制器内部以适应氧气控制系统的时变性。氧气输出阀门依托直流电机的无极变速特性为救生舱内部系统的连续精确供氧提供基础。系统控制器内嵌入的模糊PID算法可以实现对系统模型的时变特性的自适应，从而达到精确供氧。气体流速流量测量装置的选取可以完成系统氧气动态时限预估功能的实现。系统控制器的设计采用FPGA作为控制芯片可以解决煤矿本安要求的同时降低控制功耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的说明:
[0012]救生舱内氧气自动控制包括系统及方法，所述的自动控制系统包括:上位机、氧气传感器、气源装置、气体汇流排、气体减压装置、气体流速测量反馈装置、主控制器和氧气输出电磁阀；气源装置通过气体汇流排与气体减压装置和气体流速测量反馈装置顺序连接，气体流速测量反馈装置的气体输出口与氧气输出电磁阀连接；气体流速测量反馈装置的信号输出端与氧气传感器的输出端一起与主控制器的输入端连接，主控制器与上位机连接，主控制器的控制输出端与氧气输出电磁阀连接，随机控制氧气输出电磁阀的开合大小。
[0013]所述的自动控制方法:首先由气源装置即高压氧气瓶经缓压处理后输出，经汇流排进入同一条控制管路，经过气体减压装置作用成为稳压待输出气体，再经过气体流速测量反馈装置测量后，经过氧气输出电磁阀控制进行有序输出；
[0014]当启动救生舱时，氧传感器实时监测舱内环境氧气浓度，并将浓度相应信号参数传递给救生舱氧气系统主控制器，主控制器借助内嵌模糊PID控制算法根据氧气实际浓度与系统设定变化反馈差值通过氧气输出电磁阀进行相应实时控制调节输出，进而精确控制舱内氧气浓度，使得被困人员处于安全环境内，整个控制系统实现无人值守自动化；
[0015]气体流速测量反馈装置实时监测氧气消耗速度以及累计消耗流量，存氧总量减去累积消耗流量即为剩余流量；在剩余流量的基础上，系统根据氧气当前消耗速度即可以预测剩余氧可以使用时间即实现氧气使用时限动态预估功能。
【权利要求】
1.一种用于救生舱内氧气自动控制系统，其特征是:自动控制系统包括:上位机、氧气传感器、气源装置、气体汇流排、气体减压装置、气体流速测量反馈装置、主控制器和氧气输出电磁阀；气源装置通过气体汇流排与气体减压装置和气体流速测量反馈装置顺序连接，气体流速测量反馈装置的气体输出口与氧气输出电磁阀连接；气体流速测量反馈装置的信号输出端与氧气传感器的输出端一起与主控制器的输入端连接，主控制器与上位机连接，主控制器的控制输出端与氧气输出电磁阀连接，随机控制氧气输出电磁阀的开合大小。
2.根据权利要求1所述的用于救生舱内氧气自动控制系统的方法，其特征在于:所述的自动控制方法:首先由气源装置即高压氧气瓶经缓压处理后输出，经汇流排进入同一条控制管路，经过气体减压装置作用成为稳压待输出气体，再经过气体流速测量反馈装置测量后，经过氧气输出电磁阀控制进行有序输出； 当启动救生舱时，氧传感器实时监测舱内环境氧气浓度，并将浓度相应信号参数传递给救生舱氧气系统主控制器，主控制器借助内嵌模糊PID控制算法根据氧气实际浓度与系统设定变化反馈差值通过氧气输出电磁阀进行相应实时控制调节输出，进而精确控制舱内氧气浓度，使得被困人员处于安全环境内，整个控制系统实现无人值守自动化； 气体流速测量反馈装置实时监测氧气消耗速度以及累计消耗流量，存氧总量减去累积消耗流量即为剩余流量；在剩余流量的基础上，系统根据氧气当前消耗速度即可以预测剩余氧可以使用时间即实现氧气使用时限动态预估功能。
【文档编号】A62B11/00GK104181945SQ201410380629
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月4日 优先权日:2014年8月4日
【发明者】葛世荣, 史丽萍, 蒋朝明, 蔡儒军 申请人:中国矿业大学