CN103592968A - 智能型正压控制器 - Google Patents

Abstract

一种用于防爆正压柜(房)内的智能型正压控制器，由电源模块、压差传感器、放大器、单片机、液晶显示器、按键开关板、通讯模块、输出模块、输出继电器等部分组成。其压差传感器为压阻式微压差压力传感器，是一种将陶瓷基底贴装高稳定压阻式压力传感器芯片，通过恒压激励，将柜内外气体压差值转化为电压信号，输入放大器放大后传入单片机，该参数与单片机中设定的参数进行比较、运算、整定后输出数字量至输出模块，最后由输出继电器执行，分别控制进气和排气阀对柜(房)内的清洁气体进行调节，保持其内外部有一定微压差，另一方面输出模拟量给液晶显示器读出，即时显示当前柜(房)内的压差及系统工作状态。其控制值有下下限值P1、下限值P2、补气值P3、上限值P4四个。主要优点有：精度高，漂移小，参数可现场设置，中文显示，远程监控，体积小，功能全。

Description

智能型正压控制器

一.所属技术领域

本发明为微正压气体控制器，可以智能化调节正压柜(房)内部清洁气体与外部气体压力差始终保持在设定的微正压范围内，达到阻止外界气体侵入正压柜(房)内部而可能造成的严重后果。

二、背景技术

目前市场上应用的正压控制器多为非智能型产品。采用的电路为分立电子元件控制电路，功能少、分立元件繁多、体积大、无中文显示器，因而不直观、设置参数不能按要求随机变更、可靠性差。因此，一款可靠的、智能化的微正压控制器是正压洁净房、正压防爆柜(房)等市场所急切需要的。

三、发明内容

1.所要解决的技术问题

现有的正压控制器大多采用由差压传感器组成的元器件控制系统，控制方式单一，设置参数恒定，工作状态无文字及参数显示，无法实现工作状态的远程监控。

为了解决分立元件正压控制器的诸多弊端，智能型正压控制器采用了当今先进的单片机控制技术，实现了功能全、体积小、操作方便、信息直观、参数设置灵活、高可靠性的要求。

2.技术方案

智能型正压控制器通过控制系统中的进气电磁阀和排气电磁阀来实现内外的微差压。初始时，正压控制器使进气电磁阀和排气电磁阀同时打开，形成柜(房)内气体的吹扫对流换气：清洁空气不断进入，原有气体不断被排出，经过一段时间后，原有气体被清洁空气完全驱除，柜内完全充满清洁气体，这时进气电磁阀和排气电磁阀均被关闭，并使柜(房)内外保持所需的微差压状态。运行过程中，由补气阀进气以补偿柜(房)的微量泄漏，但若柜(房)内气体泄漏加剧导致内外压差小于设定的下限值后，正压控制器打开进气阀进气至上限时停止，如补气导致内外压差超过设定的上限值时，正压控制器打开排气阀排气至中值时停止。如此，保证柜(房)内外的气压一直保持在一个设定的压差范围内。

智能型正压控制器的电路原理框图见图1。控制器由电源模块、压差传感器、放大器、单片机、液晶显示器、按键开关板、通讯模块、输出模块、输出继电器九大部分组成。

其工作过程为：合上控制电源，控制器得电。压差传感器将检测到的柜内和柜外两个气体压力信号的差值(即压差)转换为电压信号，输入放大器放大后传入单片机，该参数与预先在单片机中设定好的参数比较、运算、整定后分别输出至输出模块，最后由输出继电器(J1-J4)执行。换气初始，主柜(房)中气压需达到上限值(P4)，按下启动键，进气阀继电器(J3)接通，排气阀继电器(J4)断电，延时一定时间(可设置)后换气结束，主电源继电器(J1)接通，可合上主电源(QF)，转入正常运行，其间如出现高于上上限(2P4)或低于上限(P4)值，则会提示检查系统。运行中，如柜中气压低于补气值(P3)，则进气阀继电器(J3)接通，排气阀继电器(J4)断电，系统开始补气。若柜内气压高于上限值(P4)，则排气阀继电器(J4)和报警继电器(J2)接通，系统开始排气并报警。若柜内气压低于下限值(P2)，则进气阀继电器(J3)和报警继电器(J2)接通，系统进行补气并报警。若柜内气压继续低于下下限值(P1)，则主柜电源继电器(J1)断电，关断主柜电源(QF)。在柜内正常气压状态时，主柜电源继电器(J1)接通，其余继电器(J2-4)断电。按键用于设置或修改各动作点的参数，启动或停止系统。控制器另外设有调试工作状态，在进入到此状态时，除主柜电源继电器(J1)接通外，其余继电器(J2-4)均不会接通，适宜于系统的调试工作。液晶显示器可中文显示当前工作状态和实时柜内气压值以及换气时间等说明文字，如：待机状态、系统工作正常、测试状态、换气初始-检测中、换气正常-换气剩余时间-5min、系统气压低-正在补气、系统气压高-正在排气、当前压差：105Pa等等。

通讯模块功能：一是在给单片机标定标准压力参数时作为与工作计算机的通讯口。二是作为输出至远程集中控制室计算机监视的通讯口。

软件工作流程见图2、图3。

注：上述参数中，P1＜P2＜P3＜P4。

3.本发明的主要优点为

a.采用了高精度压阻式微压差压力传感器，精度高，漂移小。

b.采用了单片机，对微压差变化进行了程序控制，通过按键输入可现场更改各种设置参数，适合各种现场应用要求。

c.具有计算机通讯接口，可远程监控现场正压柜(房)的工作状态。

d.有中文显示，可直观显示压差参数、工作状态等，清晰明了，操作简单。

e.增加了压力控制检测点，有效防止了气路系统出现的短时扰动现象，确保柜(房)内气体压差的精确性。

f.大量采用贴片元件，结构紧凑，体积小，可靠性高，功能齐全。

四.附图说明

1.图1为智能型正压控制器的电气原理方框图。图中，电路系统由电源模块(DC24V和DC5V两种)、压差传感器、放大器、单片机、液晶显示器、按键开关板、通讯模块、输出模块、输出继电器等部分组成。220V交流电源经电源模块变换成直流24V和5V，24V直流供输出模块和继电器的电源，5V直流供单片机、液晶显示器、压差传感器、放大器、通讯模块的电源。压差传感器检测到柜(箱)内的压差信号，即时转变为电平信号(Px)经放大器放大后输入单片机，与单片机中标准压差(Pb)进行比较、运算后输出一个执行信号给输出模块，最后通过输出继电器驱动电磁进气阀和电磁排气阀的开、关，达到调节柜(房)内的气压的目的。按键板上设6个轻触按键，分别是启动、停止、测试、设置、减少和增加键。启动键用来启动系统开始工作。停止键用来停止系统工作以及终止测试和设置程序。设置键用来设置换气时间和各压力动作点参数。减少键和增加键用来在设置状态下进行参数变更。液晶显示器用来中文显示当前系统工作状态以及当前柜(箱)内气体压力参数。

2.图2为智能型正压控制器的软件工作流程-设置、测试程序图。当控制器初次运行或中途需要变更压力参数、延时时间时可按照该流程进行操作，其中单片机中的标准压差值(Pb)在单片机写入编程程序后，须经压力标定。

3.图3为智能型正压控制器的软件工作流程-运行程序图。当控制器需要正常运行时，就按该流程进行操作。操作过程中需根据实际运行状况对气路各手动阀门进行简单调整，以达到满足运行条件时所需的柜(房)内的清洁气体的压力。

五.实施方式

本发明工作过程如下：

电源模块提供给压阻式压差传感器一个恒定的电压，当压差传感器上的输入和输出口感受到外界气体压差变化后，将其转变为一个微量线性变化的电压信号，该电压变量经放大器放大后输入单片机，单片机中的程序已经预先录入，单片机中的标准压差值也已通过标准计量器具进行标定，当输入单片机的即时压差值与内部标定值进行比较后，就可以得出一个控制值，其控制值有下下限值P1、下限值P2、补气值P3、上限值P4四个，输入压差值分别偏离这四个控制值时，单片机即输出数字信号通过输出模块推动中间继电器动作，即分别控制进气和排气阀对柜(房)内的清洁气体进行调节，达到始终保持其内部与外部有一定微压差的目的，另一方面输出模拟信号给液晶显示器读出，即时显示当前柜(房)内的压差及系统工作状态。

Claims (8)

1.用于正压柜(房)控制系统的微正压气体控制器，由电源模块、压差传感器、放大器、单片机、液晶显示器、按键开关板、通讯模块、输出模块、输出继电器九大部分组成。其特征是所说的压阻式微压差压力传感器是一种将陶瓷基底贴装高稳定压阻式压力传感器芯片，通过恒压激励，将检测到的柜内和柜外两个气体压力信号的差值(即压差)转换为电压信号，输入放大器放大后传入单片机，该参数与预先在单片机中设定好的参数进行比较、运算、整定后输出至输出模块，最后由输出继电器执行。

2.根据权利要求1所说的正压控制器采用了单片机控制，其程序软件通过计算机与正压控制器通信口连接后预先烧录在单片机内。压差标准值也通过计算机进行标定。

3.根据权利要求1所说的正压控制器的单片机不仅实时将输入的压差数据比较和运算后输出给继电器执行，还传给液晶显示器显示：显示当前工作状态、压差值以及换气时间等说明性文字。

4.根据权利要求1所说的正压控制器的单片机共建立4个或5个压差控制点，并根据设置好的程序，当气体压差在任一控制点上时，单片机将输出该点的程序动作信号：打开或关闭进气和排气电磁阀、接通或关断主电源、接通报警等，或同时动作，或单独动作。

5.根据权利要求1所说的正压控制器的按键开关板上设置有一组轻触开关，具有启动、停止、测试、设置、减少和增加等功能。启动键用来启动系统开始工作。停止键用来停止系统工作以及终止测试和设置程序。设置键用来设置各动作点参数。减少和增加键用来在设置状态下进行参数变更。

6.根据权利要求1所说的正压控制器其各个压差控制点的参数在进入设置程序后是可以通过按键方便地修改并被保存设置的。

7.根据权利要求1所说的正压控制器可以实时将系统运行状态参数通过通讯模块传送到远程控制室中的计算机进行集中监控。

8.根据权利要求1所说的正压控制器其单片机的软件特征为：

a.测试过程：测试-按测试键-输入密码-按测试键确认-进入测试状态-主电源继电器闭合(初始时，所有继电器均处断开状态)-进行柜(房)内电气系统调试-调试完成-按停止键-返回待机状态。

b.设置过程：设置-按设置键-输入密码-按设置键确认-进入设置状态-输入(或修改)各参数-设置完成-按设置键确认--返回待机状态。

c.运行过程：待机状态-按启动键-换气初始-排气和进气电磁阀都闭合-正常换气压差P4＜Px＜P5，(压差P1＜P2＜P3＜P4＜P5)-延时，换气进行中-换气结束-主电源继电器闭合-进入正常运行状态。

以上换气初始中-若压差Px＞P5或Px＜P4-报警继电器延时闭合，其余继电器断开-报警并终止系统运行。

以上正常运行状态中-若Px＞P4-报警继电器和排气继电器延时闭合，排气继电器断开-报警并排气-压差正常-正常运行状态。

以上正常运行状态中-若Px＜P3-进气继电器闭合-系统进气-若继续压差下降至Px＜P2-进气继电器和报警继电器司时闭合-系统边进气边报警-压差如下降至Px＜P1-报警继电器闭合，主电源继电器断开-报警并终止系统运行。

c.停机：按停止键-主电源继电器断开-系统运行停止--返回待机状态。

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