專利名稱：基于pid集成控制的避難室或救生艙綜合生命保障裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及生命科學(xué)、自動檢測技術(shù)及自動控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于PID集成控制的避難室或救生艙綜合生命保障裝置。
背景技術(shù)：
我國自2010年以來陸續(xù)推出政策法規(guī)，要求煤礦生產(chǎn)單位實(shí)現(xiàn)三防一隔(防毒、 防火、防震、隔爆)和四基地(被困人員的生存基地、救援人員的補(bǔ)給基地、井下施救的指揮基地、通訊聯(lián)絡(luò)的中繼基地)的安全保障系統(tǒng)。而建設(shè)礦井避難硐室和研制礦用救生艙是非常重要的舉措，避難硐室是當(dāng)災(zāi)害發(fā)生，人員無法撤出時(shí)，為防止有毒、有害氣體的侵襲而設(shè)立的避難場所。礦工自救中，設(shè)置避難硐室是十分必要的。由于自救器有效時(shí)間較短，當(dāng)佩戴自救器后，在其有效作用時(shí)間內(nèi)不能到達(dá)安全地點(diǎn)或者撤退路線無法通過時(shí)，或者有自救器而有害氣體含量又較高時(shí)，避難硐室可以對外抵御爆炸沖擊、高溫?zé)煔?，隔絕有毒有害氣體，對內(nèi)能為被困礦工提供氧氣、 食物和水，去除有毒有害氣體，贏得較長的生存時(shí)間。作為礦井避難硐室或救生艙內(nèi)的生命保證系統(tǒng)尤為重要，迫切需要一套較為完善和先進(jìn)的生命保證系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容為解決以上技術(shù)上的不足，本實(shí)用新型提供了一種比較完善、使用可靠、安全性高的基于PID集成控制的避難室或救生艙綜合生命保障裝置。本實(shí)用新型是通過以下措施實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型的一種基于PID集成控制的避難室或救生艙綜合生命保障裝置，包括中央處理器，包括集成的PID控制器、信號采集處理器和智能故障自診斷處理器；氧氣濃度調(diào)節(jié)裝置，包括壓縮氧氣瓶以及信號連接的供氧電磁閥和氧氣濃度傳感器，所述壓縮氧氣瓶連接有供氧管路，供氧電磁閥設(shè)置在供氧管路上，所述氧氣濃度傳感器用于檢測室內(nèi)氧氣濃度并將信號傳送給PID控制器，所述PID控制器將氧氣濃度信號計(jì)算處理后發(fā)送給供氧電磁閥開度控制信號；氣壓調(diào)節(jié)裝置，包括壓縮氮?dú)馄恳约靶盘栠B接的充氮電磁閥、排氣電磁閥和壓差傳感器，所述壓縮氮?dú)馄窟B接有充氮管路，充氮電磁閥設(shè)置在充氮管路上，排氣電磁閥設(shè)置在室內(nèi)通向室外的排氣管路上，所述壓差傳感器用于檢測室內(nèi)外的氣壓差并將信號傳送給 PID控制器，所述PID控制器將氣壓差信號計(jì)算處理后發(fā)送給充氮電磁閥和排氣電磁閥開度控制信號；內(nèi)環(huán)境檢測裝置，包括傳感器，所述傳感器連接信號采集處理器的信號輸入端，信號采集處理器的信號輸出端連接用于對采集的信號進(jìn)行Hilbert-Huang變換分析的智能故障自診斷處理器；[0013]空氣凈化、制冷裝置，包括反應(yīng)箱體，所述反應(yīng)箱體一端設(shè)置有氣體入口，另一端設(shè)置有氣體出口，所述反應(yīng)箱體內(nèi)從氣體入口的一端到氣體出口的一端依次設(shè)置有隔開且相通的干燥層、除臭層、二氧化碳吸附層、一氧化碳催化層和化學(xué)制冷層，所述反應(yīng)箱體氣體入口處設(shè)置有防爆風(fēng)機(jī)，所述防爆風(fēng)機(jī)連接中央處理器。上述氧氣濃度調(diào)節(jié)裝置中的供氧管路和所述氣壓調(diào)節(jié)裝置中的充氮管路上均連接有輔助控制管路，所述輔助控制管路分別并聯(lián)在供氧電磁閥和充氮電磁閥兩端，所述輔助控制管路上均設(shè)置有截止閥和減壓閥。上述內(nèi)環(huán)境檢測裝置中，信號采集處理器連接有SD存儲卡。上述中央處理器連接有顯示屏和報(bào)警裝置。上述供氧管路和充氮管路末端均設(shè)置有流量計(jì)和消音裝置。上述還包括氣幕吹氣裝置和雙電源裝置。本實(shí)用新型的有益效果是實(shí)現(xiàn)了多種功能的集中綜合控制，保障了避難人員在避難硐室(移動式救生艙)內(nèi)的避險(xiǎn)的可行性和可靠性，為災(zāi)害避險(xiǎn)創(chuàng)造生存基本條件，為應(yīng)急救援創(chuàng)造條件、贏得時(shí)間，使礦井安全體系從量變提到了質(zhì)的變化，最大限度的保障人類的生命財(cái)產(chǎn)安全，促進(jìn)我國礦井向高效、安全的現(xiàn)代化方向發(fā)展有極大的價(jià)值和生命保障意義。
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本實(shí)用新型的氧氣濃度調(diào)節(jié)裝置部分的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型的氣壓調(diào)節(jié)裝置部分的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實(shí)用新型內(nèi)環(huán)境檢測裝置部分的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本實(shí)用新型空氣凈化、制冷裝置部分的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.壓縮氧氣瓶、2.減壓閥I、3.截止閥I、4.過濾器、5.截止閥II、6.截止閥III、7.減壓閥ΙΙ、8.供氧電磁閥、9.單向閥、10.流量計(jì)、11.消音裝置、12. PID控制器、 13.氧氣濃度傳感器、14.顯示屏、15.截止閥IV、16.減壓閥III、17.壓縮氮?dú)馄俊?8.充氮電磁閥、19.壓差傳感器、20.排氣電磁閥、21.反應(yīng)箱體，22.氣體入口，23.氣體出口，24.防爆風(fēng)機(jī)，25.控制器，26.氣體參數(shù)檢測裝置，27.干燥層，28.除臭層，29. 二氧化碳吸附層， 30. 一氧化碳催化層，31.化學(xué)制冷層。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的一種基于PID集成控制的避難室或救生艙綜合生命保障裝置，包括中央處理器、氧氣濃度調(diào)節(jié)裝置、氣壓調(diào)節(jié)裝置、內(nèi)環(huán)境檢測裝置和空氣凈化、 制冷裝置。中央處理器包括集成的PID控制器、信號采集處理器和智能故障自診斷處理器。1)氧氣濃度調(diào)節(jié)裝置如圖2所示，包括壓縮氧氣瓶1、供氧電磁閥8、PID控制器12和氧氣濃度傳感器 13，其中供氧電磁閥8、PID控制器12和氧氣濃度傳感器13信號連接，壓縮氧氣瓶1連接有供氧管路，供氧電磁閥8設(shè)置在供氧管路上，供氧電磁閥8的開度大小控制供養(yǎng)管路的供氧量。氧氣濃度傳感器13用于檢測室內(nèi)氧氣濃度并將信號傳送給PID控制器12，PID控制器 12將氧氣濃度信號計(jì)算處理后發(fā)送給供氧電磁閥8開度控制信號。[0032]具體地，若干個(gè)壓縮氧氣瓶1出氣口處設(shè)置減壓閥I 2和截止閥I 3，供氧管路通過三通接在減壓閥I 2的出氣口和截止閥I 3的進(jìn)氣口上，然后供氧管路上設(shè)置過濾器4， 過濾器4后方設(shè)置截止閥IV 15、減壓閥III 16、供氧電磁閥8、單向閥9、流量計(jì)10，在供氧管路末端設(shè)置消音裝置11。同時(shí)供氧管路在供氧電磁閥8進(jìn)氣端和出氣端之間連接有輔助控制管路，輔助控制管路上設(shè)置有截止閥III6和減壓閥II 7，能夠雙路控制，提高可靠性。為了能方便顯示信息，上述PID控制器12信號連接有顯示屏14。其工作原理為系統(tǒng)通過氧氣濃度傳感器13檢測室(艙)內(nèi)氧氣實(shí)際濃度，根據(jù)通過在顯示屏14中設(shè)定的氧氣濃度值和檢測的實(shí)際氧氣濃度比較，利用PID控制器12對供氧電磁閥8進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)檢測值低于設(shè)定值時(shí)，增大電磁閥開度，較高流量的壓縮空氣中的氧氣通過管路向避難硐室內(nèi)供氧；當(dāng)檢測值達(dá)到或者高于設(shè)定值時(shí)，PID控制器12保持或者減小供氧電磁閥8的開度，以降低當(dāng)前的供氧量。通過氧氣濃度的閉環(huán)PID調(diào)節(jié)，即保證了氧氣濃度控制的精度，又節(jié)省了氧氣的用量，達(dá)到了良好的控制效果。當(dāng)電動管路失效時(shí)，可以打開輔助控制管路，根據(jù)需要的供氧量調(diào)節(jié)出口流量計(jì)進(jìn)行定量控制，達(dá)到供氧目的。該裝置主供氧管路無需電源，氧氣傳感器、控制器由隔爆型本安電源供電，用電量很小， 自備蓄電池完全能夠滿足。2)氣壓調(diào)節(jié)裝置包括壓縮氮?dú)馄?7、充氮電磁閥18、PID控制器12、排氣電磁閥20和壓差傳感器 19，充氮電磁閥18、PID控制器12、排氣電磁閥20和壓差傳感器19信號連接，壓縮氮?dú)馄?17連接有充氮管路，充氮電磁閥18設(shè)置在充氮管路上，排氣電磁閥20設(shè)置在室內(nèi)通向室外的排氣管路上，壓差傳感器19用于檢測室內(nèi)外的氣壓差并將信號傳送給PID控制器12， PID控制器12將氣壓差信號計(jì)算處理后發(fā)送給充氮電磁閥18和排氣電磁閥20開度控制信號。壓縮氮?dú)馄?7提供氮?dú)猓瑪?shù)量根據(jù)實(shí)際情況確定。充氮管路上連接有輔助控制管路， 輔助控制管路并聯(lián)在充氮電磁閥18兩端，輔助控制管路上設(shè)置有截止閥和減壓閥。充氮管路末端設(shè)置有流量計(jì)10和消音裝置11。PID控制器12信號連接有顯示屏14。具體地，若干個(gè)壓縮氮?dú)馄?7出氣口處設(shè)置減壓閥I 2和截止閥I 3，充氮管路通過三通接在減壓閥I 2的出氣口和截止閥I 3的進(jìn)氣口上，然后充氮管路上設(shè)置過濾器4， 過濾器4后方設(shè)置截止閥IV 15、減壓閥III 16、充氮電磁閥18、單向閥9、流量計(jì)10，在充氮管路末端設(shè)置消音裝置11。同時(shí)充氮管路在充氮電磁閥18進(jìn)氣端和出氣端之間連接有輔助控制管路，輔助控制管路上設(shè)置有截止閥III 6和減壓閥II 7，能夠雙路控制，提高可靠性。 為了能方便顯示信息，上述PID控制器12信號連接有顯示屏14。其工作原理為本裝置通過壓差傳感器19來檢測室(艙)內(nèi)外壓力變化，通過PID 控制器12控制，當(dāng)當(dāng)前壓差值低于設(shè)定沖壓壓差值(此值我們通過設(shè)定為200pa)時(shí)調(diào)節(jié)充氮電磁閥18進(jìn)行充氮增壓；當(dāng)當(dāng)前壓差值高于設(shè)定排壓壓差值(此值我們設(shè)定為500pa)時(shí)打開排氣電磁閥20進(jìn)行泄壓。通過這種組合動作，確保艙內(nèi)壓力處于一個(gè)合理的水平，同時(shí)也解決了室(艙)內(nèi)氧氣分壓與氮?dú)夥謮旱钠胶鈫栴}，從而人工營造適合人體生存的空氣環(huán)境。對壓力實(shí)現(xiàn)閉環(huán)PID調(diào)節(jié)，即保證了控制精度，又節(jié)省了資源。各個(gè)設(shè)定值可通過顯示屏14的觸摸界面進(jìn)行靈活設(shè)定，并可動態(tài)顯示電磁閥的開關(guān)狀態(tài)。氣體管路采用雙路控制，即自動裝置失效后，可以馬上進(jìn)行手動調(diào)節(jié)，氣體管路末端帶流量計(jì)10及消音裝置
511，氣體排出時(shí)的噪聲達(dá)到人體接受要求，保證了裝置的可靠性。3)內(nèi)環(huán)境檢測裝置包括信號采集處理器，信號采集處理器的信號輸入端連接有傳感器，信號采集處理器的信號輸出端連接有用于對采集的信號進(jìn)行Hilbert-Huang變換分析的智能故障自診斷處理器。為記錄數(shù)據(jù)，信號采集處理器連接有SD存儲卡。傳感器包括甲烷傳感器、一氧化碳傳感器、二氧化碳傳感器、氧氣濃度傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器和壓差傳感器。 信號采集處理器連接有顯示器和報(bào)警裝置。其工作原理為系統(tǒng)利用甲烷傳感器、一氧化碳傳感器、二氧化碳傳感器、氧氣濃度傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器和壓差傳感器檢測監(jiān)測室(艙)內(nèi)環(huán)境參數(shù)，對各傳感器參數(shù)采用專門設(shè)計(jì)的信號采集處理器集中采集，采集后將信號傳送給智能故障自診斷處理器。智能故障自診斷處理器對采集的信號進(jìn)行分析處理，并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的工程意義的值，利用信號處理和故障自診斷技術(shù)，對采集的信號進(jìn)行Hilbert-Huang變換，具體過程是首先對信號進(jìn)行MED分解，并對數(shù)據(jù)序列每一階本征模式函數(shù)進(jìn)行Hilbert變換，得到瞬時(shí)頻率，然后利用HHT分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)傳感器的故障，對裝置的可靠性提供了有利的保障。顯示器部分采用640X480分辨率的帶背光顯示功能的漢字液晶顯示器，用于顯示各路傳感器通道號、接入傳感器名稱、實(shí)測數(shù)值等。以數(shù)值1 8表示輸入量通道1至通道8的通道順序；傳感器名稱以漢字形式表示，最多顯示4個(gè)漢字；數(shù)值顯示用四位數(shù)字顯示。采用雙彩色液晶顯示屏(4寸)，每個(gè)顯示屏上顯示3個(gè)傳感器信號值；SD存儲卡可自動記錄每個(gè)傳感器的當(dāng)前測量值，每隔5分鐘記錄一次。文件格式為文本文件，用戶或通過任意SD讀卡器讀出；當(dāng)某路傳感器輸入信號有誤，系統(tǒng)自動提示該路傳感器接線錯(cuò)誤或工作失效。當(dāng)某路傳感器測量值超限時(shí)(上限或下限)，系統(tǒng)自動進(jìn)行聲光報(bào)警提示；偏離度越大，報(bào)警聲音越急促，燈光閃爍越快速。用戶可關(guān)閉聲、光報(bào)警功能；傳感器量程可以在控制板上進(jìn)行靈活設(shè)定，因此具有極強(qiáng)的傳感器適應(yīng)性；系統(tǒng)允許將各傳感器設(shè)定值自動恢復(fù)到出廠設(shè)定值。4)空氣凈化、制冷裝置包括反應(yīng)箱體21，反應(yīng)箱體21—端設(shè)置有氣體入口 22，另一端設(shè)置有氣體出口 23，反應(yīng)箱體21內(nèi)從氣體入口 22的一端到氣體出口 23的一端依次設(shè)置有隔開且相通的干燥層27、除臭層觀、二氧化碳吸附層四、一氧化碳催化層30和化學(xué)制冷層 31，反應(yīng)箱體21氣體入口 22處設(shè)置有防爆風(fēng)機(jī)對。反應(yīng)箱體21內(nèi)各層之間設(shè)置網(wǎng)狀隔斷，干燥層27內(nèi)放置醫(yī)用干燥劑對空氣進(jìn)行除濕干燥處理。除臭層觀內(nèi)放置有除臭劑，通過特殊配制的藥劑對空氣進(jìn)行除臭處理，清除人體散發(fā)出的有機(jī)臭味，吸附有機(jī)大分子，凈化空氣質(zhì)量。二氧化碳吸附層四內(nèi)放置有二氧化碳吸附劑，二氧化碳吸附劑采用高效吸附劑， 最高吸附效率可達(dá)72%，平均超過50%以上。吸附劑有顏色指示功能，即未反應(yīng)時(shí)顏色呈粉紅色，反應(yīng)完后呈純白色。用戶可通過吸附劑顏色判斷吸附劑的當(dāng)前工作效能。一氧化碳催化層30內(nèi)放置有一氧化碳常溫催化劑，用于完全清除艙外帶入及人體持續(xù)散發(fā)出的CO氣體。一氧化碳常溫催化劑采用防護(hù)措施，一氧化碳常溫催化劑放置在蜂窩陶瓷內(nèi)，蜂窩陶瓷放置在金屬網(wǎng)內(nèi)。[0054]化學(xué)制冷層31內(nèi)放置有化學(xué)制冷劑?；瘜W(xué)制冷劑加等量自來水后立即形成低溫綠色果凍狀冷凍物(最低溫度可降至冰點(diǎn))，相當(dāng)于形成一個(gè)個(gè)分散的冰塊，將之?dāng)[放在凈化機(jī)箱內(nèi)或艙體內(nèi)實(shí)現(xiàn)持續(xù)吸熱降溫?；瘜W(xué)試劑無毒無味，對人體安全。防爆風(fēng)機(jī)M信號連接有控制器25，控制器25信號連接有氣體參數(shù)檢測裝置26。防爆風(fēng)機(jī)將空氣壓入反應(yīng)箱體21內(nèi)，使空氣強(qiáng)制通過反應(yīng)箱體21內(nèi)的各層，并通過控制器25實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，氣體參數(shù)檢測裝置沈?qū)崟r(shí)檢測，當(dāng)C02、C0、溫度三個(gè)指標(biāo)中的任意一個(gè)指標(biāo)超過設(shè)定值時(shí)，風(fēng)機(jī)自動啟動，偏離度越大，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速越快， 加速空氣質(zhì)量回歸正常，實(shí)現(xiàn)C02吸附、CO催化處理、干燥、除臭，達(dá)到空氣凈化的目的。5)氣幕吹氣裝置，用DN15管徑的電動球閥進(jìn)行大流量氣路控制，實(shí)現(xiàn)了過渡硐室 (艙)空氣吹洗。6)雙電源裝置，利用中央控制器檢測雙供電回路，當(dāng)外部供電電路中斷時(shí)，自動投入備用蓄電池供電。上述實(shí)施例所述是用以具體說明本專利，文中雖通過特定的術(shù)語進(jìn)行說明，但不能以此限定本專利的保護(hù)范圍，熟悉此技術(shù)領(lǐng)域的人士可在了解本專利的精神與原則后對其進(jìn)行變更或修改而達(dá)到等效目的，而此等效變更和修改，皆應(yīng)涵蓋于權(quán)利要求范圍所界定范疇內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于PID集成控制的避難室或救生艙綜合生命保障裝置，其特征在于，包括中央處理器，包括集成的PID控制器、信號采集處理器和智能故障自診斷處理器；氧氣濃度調(diào)節(jié)裝置，包括壓縮氧氣瓶以及信號連接的供氧電磁閥和氧氣濃度傳感器， 所述壓縮氧氣瓶連接有供氧管路，供氧電磁閥設(shè)置在供氧管路上，所述氧氣濃度傳感器用于檢測室內(nèi)氧氣濃度并將信號傳送給PID控制器，所述PID控制器將氧氣濃度信號計(jì)算處理后發(fā)送給供氧電磁閥開度控制信號；氣壓調(diào)節(jié)裝置，包括壓縮氮?dú)馄恳约靶盘栠B接的充氮電磁閥、排氣電磁閥和壓差傳感器，所述壓縮氮?dú)馄窟B接有充氮管路，充氮電磁閥設(shè)置在充氮管路上，排氣電磁閥設(shè)置在室內(nèi)通向室外的排氣管路上，所述壓差傳感器用于檢測室內(nèi)外的氣壓差并將信號傳送給PID 控制器，所述PID控制器將氣壓差信號計(jì)算處理后發(fā)送給充氮電磁閥和排氣電磁閥開度控制信號；內(nèi)環(huán)境檢測裝置，包括傳感器，所述傳感器連接信號采集處理器的信號輸入端，信號采集處理器的信號輸出端連接用于對采集的信號進(jìn)行Hilbert-Huang變換分析的智能故障自診斷處理器；空氣凈化、制冷裝置，包括反應(yīng)箱體，所述反應(yīng)箱體一端設(shè)置有氣體入口，另一端設(shè)置有氣體出口，所述反應(yīng)箱體內(nèi)從氣體入口的一端到氣體出口的一端依次設(shè)置有隔開且相通的干燥層、除臭層、二氧化碳吸附層、一氧化碳催化層和化學(xué)制冷層，所述反應(yīng)箱體氣體入口處設(shè)置有防爆風(fēng)機(jī)，所述防爆風(fēng)機(jī)連接中央處理器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于PID集成控制的避難室或救生艙綜合生命保障裝置，其特征在于所述氧氣濃度調(diào)節(jié)裝置中的供氧管路和所述氣壓調(diào)節(jié)裝置中的充氮管路上均連接有輔助控制管路，所述輔助控制管路分別并聯(lián)在供氧電磁閥和充氮電磁閥兩端，所述輔助控制管路上均設(shè)置有截止閥和減壓閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于PID集成控制的避難室或救生艙綜合生命保障裝置，其特征在于所述內(nèi)環(huán)境檢測裝置中，信號采集處理器連接有SD存儲卡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于PID集成控制的避難室或救生艙綜合生命保障裝置，其特征在于所述中央處理器連接有顯示屏和報(bào)警裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基于PID集成控制的避難室或救生艙綜合生命保障裝置，其特征在于所述供氧管路和充氮管路末端均設(shè)置有流量計(jì)和消音裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于PID集成控制的避難室或救生艙綜合生命保障裝置，其特征在于還包括氣幕吹氣裝置和雙電源裝置。
專利摘要本實(shí)用新型的一種基于PID集成控制的避難室或救生艙綜合生命保障裝置，包括中央處理器、氧氣濃度調(diào)節(jié)裝置、氣壓調(diào)節(jié)裝置、內(nèi)環(huán)境檢測裝置和空氣凈化、制冷裝置。本實(shí)用新型的有益效果是實(shí)現(xiàn)了多種功能的集中綜合控制，保障了避難人員在避難硐室(移動式救生艙)內(nèi)的避險(xiǎn)的可行性和可靠性，為災(zāi)害避險(xiǎn)創(chuàng)造生存基本條件，為應(yīng)急救援創(chuàng)造條件、贏得時(shí)間，使礦井安全體系從量變提到了質(zhì)的變化，最大限度的保障人類的生命財(cái)產(chǎn)安全，促進(jìn)我國礦井向高效、安全的現(xiàn)代化方向發(fā)展有極大的價(jià)值和生命保障意義。
文檔編號E21F17/18GK202165116SQ20112024701
公開日2012年3月14日 申請日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者周建民, 孫慶民, 宋慶軍, 張建中 申請人:山東國泰科技有限公司