在集體防護(hù)系統(tǒng)中,自動(dòng)控制和監(jiān)測分系統(tǒng)是重要的組成部分,故應(yīng)對其進(jìn)行研究。 1.自動(dòng)控制和監(jiān)測分系統(tǒng)設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)組成 集體防護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)控制和監(jiān)測分系統(tǒng)分為控制部分(包括控制計(jì)算機(jī)、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(dòng)開停濾毒通風(fēng)裝置、排氣閥;實(shí)現(xiàn)對方艙氣壓超壓值、氧氣的自動(dòng)調(diào)節(jié);進(jìn)行氣密性、核生化 超壓值和氧氣濃度的監(jiān)測報(bào)警。其結(jié)構(gòu)組成如圖1 控制計(jì)算機(jī)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(bào)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(dòng)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(bào)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(jì)算機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。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?jì)算機(jī)。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?jì)算機(jī)。排氣閥導(dǎo)通方艙內(nèi)外,根據(jù)控制計(jì)算機(jī)的指令來開啟或關(guān)閉。濾毒通風(fēng)裝置則由風(fēng)機(jī)和濾毒罐組成。調(diào)速模塊接受計(jì)算機(jī)的模擬電壓控制,來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 2.系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng)分為手動(dòng)和自動(dòng)工作模式,在得知有污染情況發(fā)生時(shí),可手動(dòng)開啟系統(tǒng)進(jìn)入防護(hù)狀態(tài);在自動(dòng)模式下,報(bào)警器探頭若探測到受染空氣后便將報(bào)警信號(hào)發(fā)送到控制計(jì)算機(jī),系統(tǒng)進(jìn)入防護(hù)狀態(tài)?？刂朴?jì)算機(jī)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào),并打開濾毒通風(fēng)裝置的進(jìn)風(fēng)口,計(jì)算機(jī)通過調(diào)速模塊啟動(dòng)風(fēng)機(jī)工作,受染空氣經(jīng)過濾毒罐過濾,達(dá)到允許濃度后進(jìn)入方艙。由于方艙處于相對密閉狀態(tài),空氣的進(jìn)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?jì)算機(jī),控制計(jì)算機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速,控制送風(fēng)量,ZUI終使方艙內(nèi)外空氣壓差達(dá)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(jī)送風(fēng)所含的氧氣量,當(dāng)氧氣濃度降到危險(xiǎn)程度時(shí),控制計(jì)算機(jī)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào),同時(shí)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(jī)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(shí)現(xiàn) 2.1報(bào)警器探頭報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn) 報(bào)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(bào)警信號(hào)傳輸給控制計(jì)算機(jī)。其實(shí)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(jī)、串口芯片組成。系統(tǒng)在防護(hù)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(hào),信號(hào)經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換后,再由單片機(jī)處理和串口芯片轉(zhuǎn)換為RS232接口后,傳送到控制計(jì)算機(jī),這個(gè)值是控制計(jì)算機(jī)調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的依據(jù)。 2.3風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制軟件的設(shè)計(jì) 在控制軟件的設(shè)計(jì)之中,在防護(hù)狀態(tài)下控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,使方艙內(nèi)外空氣壓差快速達(dá)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?jì)算機(jī)后,控制計(jì)算機(jī)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(hào),其自動(dòng)調(diào)控過程如圖3。 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制軟件的主要特點(diǎn)如下: 1)因風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)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(hù),故軟件設(shè)計(jì)上采用軟啟動(dòng)的方式來降低電機(jī)啟動(dòng)的瞬間電流。 2)因?yàn)榧w防護(hù)系統(tǒng)是復(fù)雜的,具有大遲滯性的變時(shí)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(jì)算機(jī)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(yàn)情況 在模擬方艙內(nèi)對該系統(tǒng)各功能進(jìn)行測試。系統(tǒng)按需求提前設(shè)定所要達(dá)到穩(wěn)定時(shí)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(dòng)風(fēng)機(jī),在方艙內(nèi)建立超壓。試驗(yàn)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(dá)到并穩(wěn)定在設(shè)定值上。 4.結(jié)束語 該集體防護(hù)系統(tǒng)已在我軍多個(gè)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(diǎn),得到使用人員的好評。