基於pid集成控制的避難室或救生艙綜合生命保障裝置的製作方法

2023-04-24 23:56:41 1

專利名稱：基於pid集成控制的避難室或救生艙綜合生命保障裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及生命科學、自動檢測技術及自動控制技術領域，尤其涉及一種基於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：
我國自2010年以來陸續推出政策法規，要求煤礦生產單位實現三防一隔(防毒、 防火、防震、隔爆)和四基地(被困人員的生存基地、救援人員的補給基地、井下施救的指揮基地、通訊聯絡的中繼基地)的安全保障系統。而建設礦井避難硐室和研製礦用救生艙是非常重要的舉措，避難硐室是當災害發生，人員無法撤出時，為防止有毒、有害氣體的侵襲而設立的避難場所。礦工自救中，設置避難硐室是十分必要的。由於自救器有效時間較短，當佩戴自救器後，在其有效作用時間內不能到達安全地點或者撤退路線無法通過時，或者有自救器而有害氣體含量又較高時，避難硐室可以對外抵禦爆炸衝擊、高溫煙氣，隔絕有毒有害氣體，對內能為被困礦工提供氧氣、 食物和水，去除有毒有害氣體，贏得較長的生存時間。作為礦井避難硐室或救生艙內的生命保證系統尤為重要，迫切需要一套較為完善和先進的生命保證系統。

發明內容
為解決以上技術上的不足，本發明提供了一種比較完善、使用可靠、安全性高的基於PID集成控制的避難室或救生艙綜合生命保障裝置。本發明是通過以下措施實現的
本發明的一種基於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、信號採集處理器和智能故障自診斷處
理器；
氧氣濃度調節裝置，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，供氧電磁閥設置在供氧管路上，所述氧氣濃度傳感器用於檢測室內氧氣濃度並將信號傳送給PID控制器，所述PID控制器將氧氣濃度信號計算處理後發送給供氧電磁閥開度控制信號；
氣壓調節裝置，包括壓縮氮氣瓶以及信號連接的充氮電磁閥、排氣電磁閥和壓差傳感器，所述壓縮氮氣瓶連接有充氮管路，充氮電磁閥設置在充氮管路上，排氣電磁閥設置在室內通向室外的排氣管路上，所述壓差傳感器用於檢測室內外的氣壓差並將信號傳送給PID 控制器，所述PID控制器將氣壓差信號計算處理後發送給充氮電磁閥和排氣電磁閥開度控制信號；
內環境檢測裝置，包括傳感器，所述傳感器連接信號採集處理器的信號輸入端，信號採集處理器的信號輸出端連接用於對採集的信號進行Hilbert-Huang變換分析的智能故障自診斷處理器；空氣淨化、製冷裝置，包括反應箱體，所述反應箱體一端設置有氣體入口，另一端設置有氣體出口，所述反應箱體內從氣體入口的一端到氣體出口的一端依次設置有隔開且相通的乾燥層、除臭層、二氧化碳吸附層、一氧化碳催化層和化學製冷層，所述反應箱體氣體入口處設置有防爆風機，所述防爆風機連接中央處理器。上述氧氣濃度調節裝置中的供氧管路和所述氣壓調節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並聯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置有截止閥和減壓閥。上述內環境檢測裝置中，信號採集處理器連接有SD存儲卡。上述中央處理器連接有顯示屏和報警裝置。上述供氧管路和充氮管路末端均設置有流量計和消音裝置。上述還包括氣幕吹氣裝置和雙電源裝置。本發明的有益效果是
實現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)內的避險的可行性和可靠性，為災害避險創造生存基本條件，為應急救援創造條件、贏得時間，使礦井安全體系從量變提到了質的變化，最大限度的保障人類的生命財產安全，促進我國礦井向高效、安全的現代化方向發展有極大的價值和生命保障意義。


圖1為本發明的結構框圖。圖2為本發明的氧氣濃度調節裝置部分的結構示意圖。圖3為本發明的氣壓調節裝置部分的結構示意圖。圖4為本發明內環境檢測裝置部分的結構示意圖。圖5為本發明空氣淨化、製冷裝置部分的結構示意圖。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、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.壓縮氮氣瓶、18.充氮電磁閥、19.壓差傳感器、20.排氣電磁閥、21.反應箱體，22.氣體入口，23.氣體出口，24.防爆風機，25.控制器，26.氣體參數檢測裝置，27.乾燥層，28.除臭層，29. 二氧化碳吸附層， 30. 一氧化碳催化層，31.化學製冷層。
具體實施例方式本發明的一種基於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、氧氣濃度調節裝置、氣壓調節裝置、內環境檢測裝置和空氣淨化、製冷裝置。中央處理器包括集成的PID控制器、信號採集處理器和智能故障自診斷處理器。1)氧氣濃度調節裝置
如圖1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設置在供氧管路上，供氧電磁閥8的開度大小控制供養管路的供氧量。 氧氣濃度傳感器13用於檢測室內氧氣濃度並將信號傳送給PID控制器12，PID控制器12 將氧氣濃度信號計算處理後發送給供氧電磁閥8開度控制信號。
具體地，若干個壓縮氧氣瓶1出氣口處設置減壓閥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的進氣口上，然後供氧管路上設置過濾器4， 過濾器4後方設置截止閥IV 15、減壓閥III 16、供氧電磁閥8、單向閥9、流量計10，在供氧管路末端設置消音裝置11。同時供氧管路在供氧電磁閥8進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。其工作原理為系統通過氧氣濃度傳感器13檢測室(艙)內氧氣實際濃度，根據通過在顯示屏14中設定的氧氣濃度值和檢測的實際氧氣濃度比較，利用PID控制器12對供氧電磁閥8進行調節；當檢測值低於設定值時，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供氧；當檢測值達到或者高於設定值時，PID控制器12保持或者減小供氧電磁閥8的開度，以降低當前的供氧量。通過氧氣濃度的閉環PID調節，即保證了氧氣濃度控制的精度，又節省了氧氣的用量，達到了良好的控制效果。當電動管路失效時，可以打開輔助控制管路，根據需要的供氧量調節出口流量計進行定量控制，達到供氧目的。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)氣壓調節裝置
包括壓縮氮氣瓶17、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，壓縮氮氣瓶17連接有充氮管路，充氮電磁閥18設置在充氮管路上，排氣電磁閥20設置在室內通向室外的排氣管路上，壓差傳感器19用於檢測室內外的氣壓差並將信號傳送給PID控制器12，PID控制器12將氣壓差信號計算處理後發送給充氮電磁閥18和排氣電磁閥20開度控制信號。壓縮氮氣瓶17提供氮氣，數量根據實際情況確定。充氮管路上連接有輔助控制管路，輔助控制管路並聯在充氮電磁閥18兩端，輔助控制管路上設置有截止閥和減壓閥。充氮管路末端設置有流量計10和消音裝置11。PID控制器12信號連接有顯示屏14。具體地，若干個壓縮氮氣瓶17出氣口處設置減壓閥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的進氣口上，然後充氮管路上設置過濾器4， 過濾器4後方設置截止閥IV 15、減壓閥III 16、充氮電磁閥18、單向閥9、流量計10，在充氮管路末端設置消音裝置11。同時充氮管路在充氮電磁閥18進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)內外壓力變化，通過PID 控制器12控制，噹噹前壓差值低於設定衝壓壓差值(此值我們通過設定為200pa)時調節充氮電磁閥18進行充氮增壓；噹噹前壓差值高於設定排壓壓差值(此值我們設定為500pa)時打開排氣電磁閥20進行洩壓。通過這種組合動作，確保艙內壓力處於一個合理的水平，同時也解決了室(艙)內氧氣分壓與氮氣分壓的平衡問題，從而人工營造適合人體生存的空氣環境。對壓力實現閉環PID調節，即保證了控制精度，又節省了資源。各個設定值可通過顯示屏14的觸摸界面進行靈活設定，並可動態顯示電磁閥的開關狀態。氣體管路採用雙路控制，即自動裝置失效後，可以馬上進行手動調節，氣體管路末端帶流量計10及消音裝置11，氣體排出時的噪聲達到人體接受要求，保證了裝置的可靠性。3)內環境檢測裝置
包括信號採集處理器，信號採集處理器的信號輸入端連接有傳感器，信號採集處理器的信號輸出端連接有用於對採集的信號進行Hilbert-Huang變換分析的智能故障自診斷處理器。為記錄數據，信號採集處理器連接有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、溼度傳感器、溫度傳感器和壓差傳感器。信號採集處理器連接有顯示器和報警裝置。其工作原理為系統利用甲烷傳感器、一氧化碳傳感器、二氧化碳傳感器、氧氣濃度傳感器、溼度傳感器、溫度傳感器和壓差傳感器檢測監測室(艙)內環境參數，對各傳感器參數採用專門設計的信號採集處理器集中採集，採集後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採集的信號進行分析處理，並轉化為相應的工程意義的值，利用信號處理和故障自診斷技術，對採集的信號進行Hilbert-Huang變換，具體過程是首先對信號進行MED分解，並對數據序列每一階本徵模式函數進行Hilbert變換，得到瞬時頻率，然後利用HHT分析，及時發現傳感器的故障，對裝置的可靠性提供了有利的保障。顯示器部分採用640X480解析度的帶背光顯示功能的漢字液晶顯示器，用於顯示各路傳感器通道號、接入傳感器名稱、實測數值等。以數值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個漢字；數值顯示用四位數字顯示。採用雙彩色液晶顯示屏(4寸)，每個顯示屏上顯示3個傳感器信號值；
SD存儲卡可自動記錄每個傳感器的當前測量值，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；
當某路傳感器輸入信號有誤，系統自動提示該路傳感器接線錯誤或工作失效。當某路傳感器測量值超限時(上限或下限)，系統自動進行聲光報警提示；偏離度越大，報警聲音越急促，燈光閃爍越快速。用戶可關閉聲、光報警功能；
傳感器量程可以在控制板上進行靈活設定，因此具有極強的傳感器適應性；系統允許將各傳感器設定值自動恢復到出廠設定值。4)空氣淨化、製冷裝置
包括反應箱體21，反應箱體21 —端設置有氣體入口 22，另一端設置有氣體出口 23，反應箱體21內從氣體入口 22的一端到氣體出口 23的一端依次設置有隔開且相通的乾燥層27、除臭層觀、二氧化碳吸附層四、一氧化碳催化層30和化學製冷層31， 反應箱體21氣體入口 22處設置有防爆風機24。反應箱體21內各層之間設置網狀隔斷，乾燥層27內放置醫用乾燥劑對空氣進行除溼乾燥處理。除臭層觀內放置有除臭劑，通過特殊配製的藥劑對空氣進行除臭
處理，清除人體散發出的有機臭味，吸附有機大分子，淨化空氣品質。二氧化碳吸附層四內放置有二氧化碳吸附劑，二氧化碳吸附劑採用高效吸附劑， 最高吸附效率可達72%，平均超過50%以上。吸附劑有顏色指示功能，即未反應時顏色呈粉紅色，反應完後呈純白色。用戶可通過吸附劑顏色判斷吸附劑的當前工作效能。一氧化碳催化層30內放置有一氧化碳常溫催化劑，用於完全清除艙外帶入及人體持續散發出的CO氣體。一氧化碳常溫催化劑採用防護措施，一氧化碳常溫催化
劑放置在蜂窩陶瓷內，蜂窩陶瓷放置在金屬網內。
化學製冷層31內放置有化學製冷劑。化學製冷劑加等量自來水後立即形成低溫綠色果凍狀冷凍物(最低溫度可降至冰點)，相當於形成一個個分散的冰塊，將之擺放在淨化機箱內或艙體內實現持續吸熱降溫。化學試劑無毒無味，對人體安全。防爆風機M信號連接有控制器25，控制器25信號連接有氣體參數檢測裝置沈。防爆風機將空氣壓入反應箱體21內，使空氣強制通過反應箱體21內的各層，並
通過控制器25實現對風機的轉速控制，氣體參數檢測裝置沈實時檢測，當C02、C0、溫度三個指標中的任意一個指標超過設定值時，風機自動啟動，偏離度越大，風機轉速越快，加速空氣品質回歸正常，實現C02吸附、CO催化處理、乾燥、除臭，達到空氣淨化的目的。5)氣幕吹氣裝置，用DN15管徑的電動球閥進行大流量氣路控制，實現了過渡硐室 (艙)空氣吹洗。6)雙電源裝置，利用中央控制器檢測雙供電迴路，當外部供電電路中斷時，自動投入備用蓄電池供電。上述實施例所述是用以具體說明本專利，文中雖通過特定的術語進行說明，但不能以此限定本專利的保護範圍，熟悉此技術領域的人士可在了解本專利的精神與原則後對其進行變更或修改而達到等效目的，而此等效變更和修改，皆應涵蓋於權利要求範圍所界定範疇內。
權利要求
1.一種基於PID集成控制的避難室或救生艙綜合生命保障裝置，其特徵在於，包括中央處理器，包括集成的PID控制器、信號採集處理器和智能故障自診斷處理器；氧氣濃度調節裝置，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，供氧電磁閥設置在供氧管路上，所述氧氣濃度傳感器用於檢測室內氧氣濃度並將信號傳送給PID控制器，所述PID控制器將氧氣濃度信號計算處理後發送給供氧電磁閥開度控制信號；氣壓調節裝置，包括壓縮氮氣瓶以及信號連接的充氮電磁閥、排氣電磁閥和壓差傳感器，所述壓縮氮氣瓶連接有充氮管路，充氮電磁閥設置在充氮管路上，排氣電磁閥設置在室內通向室外的排氣管路上，所述壓差傳感器用於檢測室內外的氣壓差並將信號傳送給PID 控制器，所述PID控制器將氣壓差信號計算處理後發送給充氮電磁閥和排氣電磁閥開度控制信號；內環境檢測裝置，包括傳感器，所述傳感器連接信號採集處理器的信號輸入端，信號採集處理器的信號輸出端連接用於對採集的信號進行Hilbert-Huang變換分析的智能故障自診斷處理器；空氣淨化、製冷裝置，包括反應箱體，所述反應箱體一端設置有氣體入口，另一端設置有氣體出口，所述反應箱體內從氣體入口的一端到氣體出口的一端依次設置有隔開且相通的乾燥層、除臭層、二氧化碳吸附層、一氧化碳催化層和化學製冷層，所述反應箱體氣體入口處設置有防爆風機，所述防爆風機連接中央處理器。
2.根據權利要求1所述基於PID集成控制的避難室或救生艙綜合生命保障裝置，其特徵在於所述氧氣濃度調節裝置中的供氧管路和所述氣壓調節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並聯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置有截止閥和減壓閥。
3.根據權利要求1所述基於PID集成控制的避難室或救生艙綜合生命保障裝置，其特徵在於所述內環境檢測裝置中，信號採集處理器連接有SD存儲卡。
4.根據權利要求1所述基於PID集成控制的避難室或救生艙綜合生命保障裝置，其特徵在於所述中央處理器連接有顯示屏和報警裝置。
5.根據權利要求1或2所述基於PID集成控制的避難室或救生艙綜合生命保障裝置， 其特徵在於所述供氧管路和充氮管路末端均設置有流量計和消音裝置。
6.根據權利要求1所述基於PID集成控制的避難室或救生艙綜合生命保障裝置，其特徵在於還包括氣幕吹氣裝置和雙電源裝置。
全文摘要
本發明的一種基於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、氧氣濃度調節裝置、氣壓調節裝置、內環境檢測裝置和空氣淨化、製冷裝置。本發明的有益效果是實現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)內的避險的可行性和可靠性，為災害避險創造生存基本條件，為應急救援創造條件、贏得時間，使礦井安全體系從量變提到了質的變化，最大限度的保障人類的生命財產安全，促進我國礦井向高效、安全的現代化方向發展有極大的價值和生命保障意義。
文檔編號E21F11/00GK102287223SQ20111019615
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月14日 優先權日2011年7月14日
發明者周建民, 孫慶民, 宋慶軍, 張建中 申請人:山東國泰科技有限公司