CN109491426A - 一种远程监控密闭空间内空气压力及成份的自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远程监控密闭空间内气体压力及成份的自动控制系统，在该系统中包括：可编程逻辑控制器(PLC)，环境变送器(O2、CO、CO2和压力)，风机，电磁阀和物联网设备。该控制系统通过环境变送器监测密闭空间内的压力及空气成份含量，PLC接收变送器的模拟量信号，进行压力及环境调节，并可以进行蜂鸣器报警显示。开发远程监控功能，可实现与本地控制相同的功能，增加了安全性。本发明所述自动控制系统，可以解决部分高原人员高原反应症状，具有操作成本低，自动调节能力好等优点。

Description

一种远程监控密闭空间内空气压力及成份的自动控制系统

技术领域

本发明涉及新型医疗保障器械领域，具体地，涉及一种高原医疗救护装置及其控制系统，尤其是一种远程监控密闭空间内空气压力及成份的自动控制系统。

背景技术

高原病mountain sickness由平原进入高原(海拔3000米以上，对机体产生明显生物效应的地区)，或由低海拔地区进入海拔更高的地区时，由于对低氧环境的适应能力不全或失调而发生的综合征。又称高山病、、高原适应不全，是指人体进入海拔3000m以上高原低氧环境下发生的一种特发性疾病。高原低氧环境引起机体缺氧是其病因。对重危病人就地抢救，给予高流量吸氧或面罩给氧。

但是在目前的高原病医疗救护中，常常因为高原地区没有相关救援经验丰富的医师和设备，导致病人不能得到及时、有效的救护。即现有技术中，还没有一种可远程监控密封空间内气体压力及成份的自动控制系统，弥补了高原地区高原病医疗救助设施的空白，大大减轻了医疗成本以及人工费用，为及时救助提供了可靠保障。

发明内容

本发明的目的在于，提出了一种可远程监控密封空间内气体压力及成份的自动控制系统，可应用于实现高原病救治医疗设施，填补了远程控制与增压舱结合的空白。

本发明的第二目的在于，提出了完善的一套控制系统，可自动设置排气量等于进气量，保证空间内空气清新，而且密封空间内压力基本不变。

本发明的第三目的在于，可通过远程控制，实现无人化管理，与本地管理控制作用一样，大大降低了医疗成本以及提高了救助的可能性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是,提供一种远程监控密闭空间内气体压力及成份的自动控制方法，包括：

在密封空间内通过风机增压，使密封空间内的气体压力达到设定的目标值；

通过PLC控制器可调节风机的频率，增大或降低进气量；

在增压的同时，压力传感器监测空间内压力的变化情况；

当达到设定的目标值时，自动停止增压；

随着密封空间内人员地活动，氧气量逐渐减少，二氧化碳与一氧化碳逐渐增加，当其中的某一个值低于或高于设定的目标值时，自动打开电磁阀，排出密封空间内气体，随着气体的不断排出，密封空间内压力值会逐渐降低，当压力值低于设定的目标值时，自动以设定的频率打开风机，增加密封空间内的压力，达到设定的目标值即自动停止；

通过上位机，利用3G/4G网络实现远程通讯同步监控。

进一步的，所述上位机预设目标值，与检测到的过程值进行对比，当过程值不满足设置的目标值时，所述上位机自动报警。

进一步的，所述上位机能够远程设置参数、启停设备以及开启关闭报警功能，实现与本地控制相同的功能。

本发明采用的技术方案还提供一种远程监控密闭空间内气体压力及成份的自动控制系统，所述自动控制系统能够执行前述的方法过程。

进一步的，所述自动控制系统中，包括可编程逻辑控制器PLC、氧气变送器、一氧化碳变送器、二氧化碳变送器以及压力变送器，其中氧气变送器、一氧化碳变送器、二氧化碳变送器以及压力变送器分别与可编程逻辑控制器PLC相连；

进一步的，所述PLC与HMI触摸屏相连；

进一步的，上位机与物联网终端相连，物联网终端与所述PLC相连；

进一步的，电磁阀与PLC相连；风机与变频器相连，变频器6与所述PLC相连。

进一步的，所述变送器采集密封空间内地空气成分含量以及压力大小，并通过模拟量信号传送给所述PLC，并在所述HMI触摸屏上实时显示。

进一步的，所述HMI触摸屏与PLC连接，通过所述HMI触摸屏显示各参数地实际值、设定目标值和阀值；

通过所述HMI触摸屏设置风机的启停以及风机频率的大小；

所述HMI触摸屏能够查看各参数的历史纪录、报警记录和关闭蜂鸣器报警。

进一步的，所述变频器将两相220V电压转化为三相220V电压，给风机供电使用；

所述变频器调节风机的频率，通过模拟量输出控制变频器，改变变频器的频率控制风机的流量大小。

进一步的，，当密封空间内的气体成份不符合设置的目标值时，所述电磁阀打开并排出空间内的气体，保证密封空间内的气体含量不影响人身安全。

进一步的，所述自动控制系统，通过3G/4G网络传输信号，根据所述PLC程序储存的地址，定制相关的终端设备，每隔一定时间自动读取PLC的地址信号，并且记录在上位机本地记录，每当产生报警时，上位机也会相应报警，起到监测的作用。

本发明所述的自动控制系统设备主要应用于3000-5000m的高原地区，可应对高原地区低压缺氧环境下高原病的缓解与救治。

该控制系统采用压缩风机给密闭空间内增加空气含量达到增压的目的，在密闭空间内，通过气体变送器(一氧化碳、二氧化碳和氧气)以及压力变送器检测空气气体含量和压力大小，转换成电流模拟量，把信号传送到PLC，然后与设定范围值(设定范围＝目标值±阀值)进行对比：

当氧气浓度低于设定范围值时，开启制氧机，增加密闭空间内的氧气含量；当氧气浓度等于设定值时，关闭制氧机；当一氧化碳或者二氧化碳浓度高于设定的范围值时，自动开启电磁阀进行排气，此时密闭空间内的压力会逐渐降低，当压力低于范围值时，自动启动风机进行增压，保证密闭空间内的压力处于设定范围值内。当每一种参数低于或高原设定范围值时，蜂鸣器都会声光报警，以示提醒。

物联网远程监控通过设置公网IP地址，使上位机与终端设备处于同一IP地址，然后采用3G/4G网络，通过终端设备读取特定的代码，读取PLC各参数寄存地址，然后传输给上位机予以显示以及报警，设置上位机，每隔特定时间进行读取，实现远程监测。通过上位机写入特定的代码，对参数进行修改，实现远程控制。监测与控制的数据都将记录在本地数据库，可随时查看。

本发明所述的自动控制系统，包括远程监控功能，克服了慢性高原病的救治困难，实现了远程管理方式，大大提高救助的效率以及可能性，而且自动调节方法优越，操作简单，精确性能好。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明自动控制系统的检测元件以及执行元件连接示意图。

图中，1－可编程逻辑控制器(简称为PLC)；2－氧气变送器；3－一氧化碳变送器；4－二氧化碳变送器；5－压力变送器；6－变频器；7－高压风机；8－HMI触摸屏；9－物联网终端；10－上位机；11－电磁阀。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种可远程监控密封空间内气体压力及成份的自动控制系统，该系统是以PLC控制为中心实现的。

具体地，氧气变送器2、一氧化碳变送器3、二氧化碳变送器4以及压力变送器5分别与可编程逻辑控制器PLC1相连，PLC1与HMI触摸屏8相连，上位机10与物联网终端9相连，物联网终端9与PLC1相连，电磁阀11与PLC1相连，风机7与变频器6相连，变频器6与PLC1相连。

各变送器采集密封空间内地空气含量(氧气、一氧化碳、二氧化碳)以及压力大小，通过模拟量信号传送给PLC1，并在触摸屏8上实时显示。

HMI触摸屏8与PLC1连接，通过触摸屏8可以显示各参数地实际值，也可以设定目标值和阀值；通过HMI触摸屏8可以设置风机7的启停以及风机频率的大小；触摸屏8也可一查看各参数的历史纪录、报警记录和关闭蜂鸣器报警。

变频器6将两相220V电压转化为三相220V电压，给风机7供电使用。同时，变频器6可以调节风机7的频率，通过模拟量输出控制变频器，改变变频器的频率控制风机的流量大小。

电磁阀11是当密封空间内的气体成份不符合设置的目标值时，打开电磁阀11排出空间内的气体，保证密封空间内的气体含量不影响人身安全。

所述远程监控设备，通过3G/4G网络传输信号，根据PLC1程序储存的地址，定制相关的终端设备，每隔一定的时间自动读取PLC1的地址信号，并且记录在上位机10本地记录，每当产生报警时，上位机10也会相应报警，起到监测的作用；通过上位机10读取和写入相关的代码，设置各参数值，启动或者关闭风机7和电磁阀11，达到远程控制的目的。

所述远程监控密闭空间内气体压力及成份的自动控制系统运行时，执行以下步骤：

在密封空间内通过风机7增压，使密封空间内的气体压力达到设定的目标值；

通过PLC1控制器可调节风机7的频率，增大或降低进气量；

在增压的同时，压力传感器5监测空间内压力的变化情况；

当达到设定的目标值时，自动停止增压；

随着密封空间内人员地活动，氧气量逐渐减少，二氧化碳与一氧化碳逐渐增加，当其中的某一个值低于或高于设定的目标值时，自动打开电磁阀11，排出密封空间内气体，随着气体的不断排出，密封空间内压力值会逐渐降低，当压力值低于设定的目标值时，自动以设定的频率打开风机7，增加密封空间内的压力，达到设定的目标值即自动停止；

通过上位机10，利用3G/4G网络实现远程通讯同步监控。

进一步的，所述上位机10预设目标值，与检测到的过程值进行对比，当过程值不满足设置的目标值时，所述上位机10自动报警。

进一步的，所述上位机10能够远程设置参数、启停设备以及开启关闭报警功能，实现与本地控制相同的功能。

本发明实施例所述的技术方案中的一种可远程监控密闭空间内气体压力及成份的自动控制系统，主要应用于3000-5000m的高原地区，可应对高原地区低压缺氧环境下高原病的缓解与救治。

该控制系统采用压缩风机给密闭空间内增加空气含量达到增压的目的，在密闭空间内，通过气体变送器2、3、4(一氧化碳、二氧化碳和氧气)以及压力变送器检测空气气体含量和压力大小，转换成电流模拟量，把信号传送到PLC1，然后与设定范围值(设定范围＝目标值±阀值)进行对比：

当氧气浓度低于设定范围值时，开启制氧机，增加密闭空间内的氧气含量；当氧气浓度等于设定值时，关闭制氧机；当一氧化碳或者二氧化碳浓度高于设定的范围值时，自动开启电磁阀11进行排气，此时密闭空间内的压力会逐渐降低，当压力低于范围值时，自动启动风机7进行增压，保证密闭空间内的压力处于设定范围值内。当每一种参数低于或高原设定范围值时，蜂鸣器都会声光报警，以示提醒。

物联网远程监控通过设置公网IP地址，使上位机与终端设备处于同一IP地址，然后采用3G/4G网络，通过终端设备读取特定的代码，读取PLC各参数寄存地址，然后传输给上位机予以显示以及报警，设置上位机，每隔特定时间进行读取，实现远程监测。通过上位机写入特定的代码，对参数进行修改，实现远程控制。监测与控制的数据都将记录在本地数据库，可随时查看。

最后应说明的是：以上所述自动控制系统虽然应用于自动控制领域产品，但是对于其他领域(例如远程控制)的技术人员来说，仍然可以对该设计方法进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。反在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种远程监控密闭空间内气体压力及成份的自动控制方法，其特征在于包括：

在密封空间内通过风机增压，使密封空间内的气体压力达到设定的目标值；

通过PLC控制器可调节风机的频率，增大或降低进气量；

在增压的同时，压力传感器监测空间内压力的变化情况；

当达到设定的目标值时，自动停止增压；

随着密封空间内人员地活动，氧气量逐渐减少，二氧化碳与一氧化碳逐渐增加，当其中的某一个值低于或高于设定的目标值时，自动打开电磁阀，排出密封空间内气体，随着气体的不断排出，密封空间内压力值会逐渐降低，当压力值低于设定的目标值时，自动以设定的频率打开风机，增加密封空间内的压力，达到设定的目标值即自动停止；

通过上位机，利用3G/4G网络实现远程通讯同步监控。

2.根据权利要求1所述的一种远程监控密闭空间内气体压力及成份的自动控制方法，其特征在于包括：上位机预设目标值，与检测到的过程值进行对比，当过程值不满足设置的目标值时，上位机自动报警。

3.根据权利要求1所述的一种远程监控密闭空间内气体压力及成份的自动控制方法，其特征在于包括：上位机能够远程设置参数、启停设备以及开启关闭报警功能，实现与本地控制相同的功能。

4.一种远程监控密闭空间内气体压力及成份的自动控制系统，包括可编程逻辑控制器、变送器、风机以及物联网设备，其特征在于，所述自动控制系统运行时执行权利要求1-3项中任一项所述的方法。

5.根据权利要求4所述的一种远程监控密闭空间内气体压力及成份的自动控制系统，其特征在于，所述自动控制系统中，氧气变送器、一氧化碳变送器、二氧化碳变送器以及压力变送器分别与可编程逻辑控制器PLC相连；

所述PLC与HMI触摸屏相连；

上位机与物联网终端相连，物联网终端与所述PLC相连；

电磁阀与PLC相连；风机与变频器相连，变频器6与所述PLC相连。

6.根据权利要求5所述的一种远程监控密闭空间内气体压力及成份的自动控制系统，其特征在于，所述变送器采集密封空间内地空气成分含量以及压力大小，并通过模拟量信号传送给所述PLC，并在所述HMI触摸屏上实时显示。

7.根据权利要求5所述的一种远程监控密闭空间内气体压力及成份的自动控制系统，其特征在于，所述HMI触摸屏与PLC连接，通过所述HMI触摸屏显示各参数地实际值、设定目标值和阀值；

通过所述HMI触摸屏设置风机的启停以及风机频率的大小；

所述HMI触摸屏能够查看各参数的历史纪录、报警记录和关闭蜂鸣器报警。

8.根据权利要求5所述的一种远程监控密闭空间内气体压力及成份的自动控制系统，其特征在于，所述变频器将两相220V电压转化为三相220V电压，给风机供电使用；

所述变频器调节风机的频率，通过模拟量输出控制变频器，改变变频器的频率控制风机的流量大小。

9.根据权利要求5所述的一种远程监控密闭空间内气体压力及成份的自动控制系统，其特征在于，当密封空间内的气体成份不符合设置的目标值时，所述电磁阀打开并排出空间内的气体，保证密封空间内的气体含量不影响人身安全。

10.根据权利要求5所述的一种远程监控密闭空间内气体压力及成份的自动控制系统，其特征在于，所述自动控制系统，通过3G/4G网络传输信号，根据所述PLC程序储存的地址，定制相关的终端设备，每隔一定时间自动读取PLC的地址信号，并且记录在上位机本地记录，每当产生报警时，上位机也会相应报警，起到监测的作用。