CN104503264A - 小型三塔结构分子筛制氧机数字化监测及控制系统 - Google Patents

小型三塔结构分子筛制氧机数字化监测及控制系统 Download PDF

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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
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Abstract

本发明涉及一种小型三塔结构分子筛制氧机数字化监测及控制系统，程序进行初始化并进入主循环，利用循环递减减数的同时累加计数的算法处理时间数据，之后顺序执行AD数据转换得出系统压力值并进行高低压限值判断和压力数据的处理，处理方式采用采样数据和基准电压的乘积之后与分辨率进行比值得到具体压力值；之后顺序调用LCD显示模块和参数调整按键子程序，最后进行EEPROM的状态判断和记忆模块。本发明安全高、对机器运行状态数字化掌控；有效的保护了机器使用安全；有效延长了分子筛的使用寿命；硬件从15个电磁阀降低到了9个电磁阀的控制，成本上少了近2000元，整体上信价比有了明显的提升。

Description

小型三塔结构分子筛制氧机数字化监测及控制系统
技术领域
本发明涉及分子筛制氧机的监测及控制系统，尤其是一种小体积的具有三个吸附塔结构的分子筛制氧机监控系统。
背景技术
变压吸附(简称PSA) 制氧是国际上最近三十年新兴起来的制氧技术,它的特点是就地产氧, 采用物理吸附的方法：使用沸石分子筛作为吸附剂，由于空气中的氮气、氧气及其它稀有气体分子极性各不相同,而沸石分子筛是一种极性吸附剂,在等温条件下,当吸附压力增加时,它对氮气的平衡吸附量要比氧气增加很多;当吸附压力减少时,它对氮气的平衡吸附量比氧气减少很多。利用沸石分子筛的这一特性,可采用加压吸附,减压解吸循环操作的方法制取氧气。
该PSA制氧方法产氧快、安全、经济、方便等特点展露出优势，轻松取代过去的瓶装氧和化学制氧。直到20世纪80年代美国Praxair公司研制的第一台小型制氧机问世后，小型分子筛制氧机市场占有率也在逐年上升。
目前，三塔结构分子筛制氧机大部分都是大型设备，占地面积达到20m2左右，且电磁阀使用数量较多，达到15个左右，其控制系统采用PLC控制方式较为繁琐，采用触摸屏技术进行操作和监控，成本很高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种体积小，安全性高，监控简单的小型三塔结构分子筛制氧机数字化监测及控制系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种小型三塔结构分子筛制氧机数字化监测及控制系统，包括主控制芯片；所述的主控制芯片的CPU连接控制部分和执行部分；所述的控制部分和执行部分完全隔离；系统的控制方式为：程序进行初始化并进入主循环，利用循环递减减数的同时累加计数的算法处理时间数据，之后顺序执行AD数据转换得出系统压力值并进行高低压限值判断和压力数据的处理，处理方式采用采样数据和基准电压的乘积之后与分辨率进行比值得到具体压力值；之后顺序调用LCD显示模块和参数调整按键子程序，最后进行EEPROM的状态判断和记忆模块。
为了防止电磁信号干扰、能够迅速有效控制电磁阀和其他负载的正常运做，本发明所述的控制部分和执行部分的隔离方式为：光电耦合隔离系统和固态继电器隔离系统同时运行；所述的固态继电器隔离系统为无触点开关，由微电子电路、分立电子器件以及电力电子功率器件组成；用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。所述的固态继电器隔离系统的输入端采用微小的控制信号输入。达到直接驱动大电流负载，其没有输入“线圈”，没有触点燃弧和回跳，因而减少了电磁干扰。
本发明所述的主控制芯片具有RISC结构；所述的主控制芯片包括35条单字操作指令以及44个TQFP封装引脚。
为了保证9个电磁阀的精准运行，本发明所述的主循环中采用时间切换方式进行周期循环控制，时序精度达到0.01秒，且对时间中断进行自动换算补偿误差值，并将数据处理和液晶显示占用程序时序的程序段均放入主循环中，只在时间中断程序中进行状态位判断。
由于压缩机气量大，压力较高，空气经过压缩降温后，出现较多的凝结水，如果机器所处环境较为恶劣，空气中的湿度较大，那么凝结水会更多，为了避免水汽对分子筛寿命的影响，本发明还包括定时排水系统，所述的定时排水系统当可调的定时间隔时间达到后，排水阀状态位被置位，排水阀打开5秒用于排除多余水分；排水状态判断之后，累计间隔1分钟，温度子程序刷新一次温度数据，监控机器内部的运行温度并转换实际温度值在LCD液晶屏上显示，达到设定高温报警限值后，机器进入报警状态，至此中断程序完成后跳出中断处理回到主循环。
本发明的有益效果是，解决了背景技术中存在的缺陷，安全性提高、对机器运行状态数字化掌控；对于运行温度和压力均有限值保护，超出限值后声、光同时报警，有效的保护了机器使用安全；增加的定时排水数字控制系统，有效的扩大了该小型三塔分子筛的环境使用范围，有效延长了分子筛的使用寿命；硬件从15个电磁阀降低到了9个电磁阀的控制，成本上少了近2000元，整体上信价比有了明显的提升。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的控制流程图；
图2是本发明的主板示意图。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1、2所示，程序初始化完成后，进入主循环。为了保证9个电磁阀的精准运行，故采用时间切换方式进行周期循环控制，时序精度要求达到0.01秒，且对时间中断进行自动换算补偿误差值，并将数据处理和液晶显示等占用程序时序的程序段均放入主循环中，只在时间中断程序中进行状态位判断，以此来提高中断效率并减少时间误差。在进入主循环后，利用循环递减减数的同时累加计数的算法处理时间数据，之后顺序执行AD数据转换得出系统压力值并在该功能模块中进行了高低压限值判断和压力数据的处理，处理方式采用采样数据和基准电压的乘积之后与分辨率进行比值得到具体压力值，之后顺序调用LCD显示模块和参数调整按键子程序，最后进行EEPROM的状态判断和记忆模块。在整个主循环的过程中，无论在哪个阶段时间中断源被触发，即刻进入中断处理程序，通过0.01秒的中断间隔，对时间进行叠加累计并且作为电磁阀切换的最小时间间隔，为了完成9个阀的循环运行设计了12个电磁阀运行步骤进行循环运转，12个步骤均由时间来控制阀打开和关闭的状态并在LCD液晶屏上显示可调，中断程序处理中以电磁阀运转为重点，之后判断完界面按键状态、排水阀子程序是为大型三塔结构分子筛制氧机专门设计的一个功能模块，由于该机型的压缩机气量大，压力较高，空气经过压缩降温后，出现较多的凝结水，如果机器所处环境较为恶劣，空气中的湿度较大，那么凝结水会更多，为了避免水汽对分子筛寿命的影响，设计加入了定时排水系统，当可调的定时间隔时间达到后，排水阀状态位被置位，排水阀打开5秒用于排除多余水分。排水状态判断之后，累计间隔1分钟，温度子程序刷新一次温度数据，监控机器内部的运行温度并转换实际温度值在LCD液晶屏上显示，达到设定高温报警限值后，机器进入报警状态，至此中断程序完成后跳出中断处理回到主循环。
为了优化控制系统，能达到控制9个电磁阀的同时记忆14组数据，并且监控机器内部的安全运行状态，如运行温度和机器系统压力，本发明对软件方面做了较大的优化处理，防止机器运行过程中相关功能有相互干扰的可能。从流程图中可以看出，整个程序的安排只有1个时间中断源，表明该系统控制对时间精准要求是比较高的，所以将时间中断作为整个程序的核心进行处理。
由于需要控制多个电磁阀和其他负载，故选用I/O口引脚口线较多且稳定性较好的MICROCHIP公司的PIC16F877A单片机作为主控制芯片。其采用高性能RISC结构，仅有35条单字指令操作简单，44脚TQFP封装满足负载口线的需求的同时还拥有很小的体积节约空间，在5V供电4MHz晶振运行时只有2mA的低功耗。
控制部分和执行部分完全隔离，隔离采用光电耦合隔离系统和固态继电器隔离系统同时运行。为了防止电磁信号干扰、能够迅速有效控制电磁阀和其他负载的正常运做，设计中采用了光电耦合隔离和固态继电器隔离系统，固态继电器是由微电子电路、分立电子器件、电力电子功率器件组成的无触点开关。用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。固态继电器的输入端用微小的控制信号，达到直接驱动大电流负载，其没有输入“线圈”，没有触点燃弧和回跳，因而减少了电磁干扰。
本发明将机器内部的运行温度以0.1℃的精度每分钟刷新显示在LCD128*64分辨率的液晶屏上，将机器运行的系统压力以0.002Mpa的精度时时刷新显示在LCD液晶屏上，另外机器本次运行时间和累计运行时间均在LCD上同步显示，同时，机器对于运行温度和压力均有限值保护，超出限值后声、光同时报警，有效的保护了机器使用安全。
定时排水数字控制系统，有效的扩大了该小型三塔分子筛的环境使用范围，有效延长了分子筛的使用寿命。该系统可在液晶屏显示界面上调整排水阀打开的间隔时间，并记忆在EEPROM里，系统默认机器每隔60分钟排水阀打开5秒，间隔时间用户可按照机器使用环境湿度情况自行调整。
系统无繁琐操作，只需接通电源后，程序自动通过温度传感器DS18B20和压力传感器MPX5500DP进行监控，并将监控信息传输到LCD液晶屏上进行显示，而调试人员将机器调试完毕后，用户只用开机使用即可，简单方便。
通过该系统的控制，小型三塔分子筛的硬件从15个电磁阀降低到了9个电磁阀的控制，成本上少了近2000元，而控制系统本身也是用目前市面上常用的单片机进行控制，成本上又比其他PLC控制系统少了几百元，整体上信价比有了明显的提升。
以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离发明的实质和范围。

Claims (5)

1.一种小型三塔结构分子筛制氧机数字化监测及控制系统，其特征在于：包括主控制芯片；所述的主控制芯片的CPU连接控制部分和执行部分；所述的控制部分和执行部分完全隔离；系统的控制方式为：程序进行初始化并进入主循环，利用循环递减减数的同时累加计数的算法处理时间数据，之后顺序执行AD数据转换得出系统压力值并进行高低压限值判断和压力数据的处理，处理方式采用采样数据和基准电压的乘积之后与分辨率进行比值得到具体压力值；之后顺序调用LCD显示模块和参数调整按键子程序，最后进行EEPROM的状态判断和记忆模块。
2.如权利要求1所述的小型三塔结构分子筛制氧机数字化监测及控制系统，其特征在于：所述的控制部分和执行部分的隔离方式为：光电耦合隔离系统和固态继电器隔离系统同时运行；所述的固态继电器隔离系统为无触点开关，由微电子电路、分立电子器件以及电力电子功率器件组成；所述的固态继电器隔离系统的输入端采用微小的控制信号输入。
3.如权利要求1所述的小型三塔结构分子筛制氧机数字化监测及控制系统，其特征在于：所述的主控制芯片具有RISC结构；所述的主控制芯片包括35条单字操作指令以及44个TQFP封装引脚。
4.如权利要求1所述的小型三塔结构分子筛制氧机数字化监测及控制系统，其特征在于：所述的主循环中采用时间切换方式进行周期循环控制，时序精度达到0.01秒，且对时间中断进行自动换算补偿误差值，并将数据处理和液晶显示占用程序时序的程序段均放入主循环中，只在时间中断程序中进行状态位判断。
5.如权利要求1所述的小型三塔结构分子筛制氧机数字化监测及控制系统，其特征在于：还包括定时排水系统，所述的定时排水系统当可调的定时间隔时间达到后，排水阀状态位被置位，排水阀打开5秒用于排除多余水分；排水状态判断之后，累计间隔1分钟，温度子程序刷新一次温度数据，监控机器内部的运行温度并转换实际温度值在LCD液晶屏上显示，达到设定高温报警限值后，机器进入报警状态，至此中断程序完成后跳出中断处理回到主循环。
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