在集體防護系統(tǒng)中,自動控制和監(jiān)測分系統(tǒng)是重要的組成部分,故應(yīng)對其進行研究。 1.自動控制和監(jiān)測分系統(tǒng)設(shè)計 結(jié)構(gòu)組成 集體防護系統(tǒng)自動控制和監(jiān)測分系統(tǒng)分為控制部分(包括控制計算機、濾毒通風(fēng)裝置、調(diào)速模塊、排氣閥等)和監(jiān)測部分(包括對核生化、方艙內(nèi)外空氣壓差值、空氣質(zhì)量等的監(jiān)測),其主要作用有:自動開停濾毒通風(fēng)裝置、排氣閥;實現(xiàn)對方艙氣壓超壓值、氧氣的自動調(diào)節(jié);進行氣密性、核生化 超壓值和氧氣濃度的監(jiān)測報警。其結(jié)構(gòu)組成如圖1 控制計算機是系統(tǒng)的控制核心,它接受信息采集結(jié)構(gòu)(差壓變送器、報警器探頭和氧氣濃度傳感器)發(fā)送的數(shù)據(jù),能發(fā)布指令,驅(qū)動執(zhí)行結(jié)構(gòu)(濾毒通風(fēng)裝置、調(diào)速模塊和排氣閥)工作。報警器探頭位于方艙外部,它探測到空氣中有毒物質(zhì)(放射性灰塵、毒劑蒸氣和氣溶膠、生物戰(zhàn)劑氣溶膠),便給控制計算機發(fā)出報警信號。差壓變送器位于方艙內(nèi)部,它的高壓探頭暴露在方艙內(nèi),低壓探頭通過導(dǎo)管連接到方艙外部,差壓變送器將內(nèi)外空氣的壓差值傳輸?shù)娇刂朴嬎銠C。氧氣濃度傳感器用來檢測方艙內(nèi)的氧氣濃度值并傳輸?shù)娇刂朴嬎銠C。排氣閥導(dǎo)通方艙內(nèi)外,根據(jù)控制計算機的指令來開啟或關(guān)閉。濾毒通風(fēng)裝置則由風(fēng)機和濾毒罐組成。調(diào)速模塊接受計算機的模擬電壓控制,來調(diào)節(jié)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速。 2.系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng)分為手動和自動工作模式,在得知有污染情況發(fā)生時,可手動開啟系統(tǒng)進入防護狀態(tài);在自動模式下,報警器探頭若探測到受染空氣后便將報警信號發(fā)送到控制計算機,系統(tǒng)進入防護狀態(tài)?？刂朴嬎銠C發(fā)出聲光報警信號,并打開濾毒通風(fēng)裝置的進風(fēng)口,計算機通過調(diào)速模塊啟動風(fēng)機工作,受染空氣經(jīng)過濾毒罐過濾,達到允許濃度后進入方艙。由于方艙處于相對密閉狀態(tài),空氣的進入量大于泄露量,方艙內(nèi)逐漸形成超壓。差壓變送器檢測方艙內(nèi)外的空氣壓差,并將數(shù)值通過串口傳輸?shù)娇刂朴嬎銠C,控制計算機根據(jù)該數(shù)值調(diào)整對調(diào)速模塊的控制電壓,從而調(diào)整風(fēng)機轉(zhuǎn)速,控制送風(fēng)量,ZUI終使方艙內(nèi)外空氣壓差達到并穩(wěn)定在規(guī)定值上。系統(tǒng)穩(wěn)定后,若方艙內(nèi)的氧氣消耗量大于風(fēng)機送風(fēng)所含的氧氣量,當(dāng)氧氣濃度降到危險程度時,控制計算機發(fā)出聲光報警信號,同時打開排氣閥,增大方艙的漏氣量,降低方艙內(nèi)外的壓差值,促使風(fēng)機提高轉(zhuǎn)速,加大送風(fēng)量,從而提高方艙內(nèi)的氧氣濃度。 2.系統(tǒng)主要功能的實現(xiàn) 2.1報警器探頭報警功能的實現(xiàn) 報警器探頭位于方艙外部,能對外軍裝備的5類11種化學(xué)毒劑、各種生物戰(zhàn)劑、核爆炸產(chǎn)生的放射性灰塵探測。一旦探測到有毒物質(zhì),便將報警信號傳輸給控制計算機。其實現(xiàn)框圖如圖2。 2.2方艙內(nèi)外空氣壓差的監(jiān)測 差壓變送器由差壓傳感器、放大電路換電路、單片機、串口芯片組成。系統(tǒng)在防護狀態(tài)下建立的內(nèi)外空氣壓差屬于微壓差范圍,因而選擇高靈敏度的差壓傳感器,將微壓差轉(zhuǎn)為電信號,信號經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換后,再由單片機處理和串口芯片轉(zhuǎn)換為RS232接口后,傳送到控制計算機,這個值是控制計算機調(diào)整風(fēng)機轉(zhuǎn)速的依據(jù)。 2.3風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制軟件的設(shè)計 在控制軟件的設(shè)計之中,在防護狀態(tài)下控制風(fēng)機轉(zhuǎn)速,使方艙內(nèi)外空氣壓差快速達到并穩(wěn)定在規(guī)定值,是關(guān)鍵的問題。 當(dāng)差壓變送器將空氣壓差值傳輸?shù)娇刂朴嬎銠C后,控制計算機將該值與規(guī)定值作比較,根據(jù)比較結(jié)果,來調(diào)節(jié)對調(diào)速模塊的控制信號,其自動調(diào)控過程如圖3。 風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制軟件的主要特點如下: 1)因風(fēng)機的啟動瞬間電流大,對車輛、艦船的電源供電要求很高,易形成過流保護,故軟件設(shè)計上采用軟啟動的方式來降低電機啟動的瞬間電流。 2)因為集體防護系統(tǒng)是復(fù)雜的,具有大遲滯性的變時間常數(shù)非線性系統(tǒng),影響系統(tǒng)特性的因素很多,很難建立精確的數(shù)學(xué)模型,如果通過傳統(tǒng)的PID控制方式來控制調(diào)速模塊,易導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩,使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。針對該系統(tǒng),控制計算機米用分階段式PID一模糊控制來調(diào)節(jié)調(diào)速模塊的控制電壓。 3.系統(tǒng)試驗情況 在模擬方艙內(nèi)對該系統(tǒng)各功能進行測試。系統(tǒng)按需求提前設(shè)定所要達到穩(wěn)定時方艙內(nèi)外空氣的差壓值,系統(tǒng)可根據(jù)該設(shè)定值啟動風(fēng)機,在方艙內(nèi)建立超壓。試驗中,不斷調(diào)節(jié)模擬方艙的漏氣量,系統(tǒng)壓差均能很快達到并穩(wěn)定在設(shè)定值上。 4.結(jié)束語 該集體防護系統(tǒng)已在我軍多個軍種的戰(zhàn)斗車輛和技術(shù)保障車輛得到了使用,系統(tǒng)具有反應(yīng)靈敏工作迅速、體積緊湊等優(yōu)點,得到使用人員的好評。