在集体防护系统中,自动控制和监测分系统是重要的组成部分,故应对其进行研究。 1.自动控制和监测分系统设计 结构组成 集体防护系统自动控制和监测分系统分为控制部分(包括控制计算机、滤毒通风装置、调速模块、排气阀等)和监测部分(包括对核生化、方舱内外空气压差值、空气质量等的监测),其主要作用有:自动开停滤毒通风装置、排气阀;实现对方舱气压超压值、氧气的自动调节;进行气密性、核生化 超压值和氧气浓度的监测报警。其结构组成如图1 控制计算机是系统的控制核心,它接受信息采集结构(差压变送器、报警器探头和氧气浓度传感器)发送的数据,能发布指令,驱动执行结构(滤毒通风装置、调速模块和排气阀)工作。报警器探头位于方舱外部,它探测到空气中有毒物质(放射性灰尘、毒剂蒸气和气溶胶、生物战剂气溶胶),便给控制计算机发出报警信号。差压变送器位于方舱内部,它的高压探头暴露在方舱内,低压探头通过导管连接到方舱外部,差压变送器将内外空气的压差值传输到控制计算机。氧气浓度传感器用来检测方舱内的氧气浓度值并传输到控制计算机。排气阀导通方舱内外,根据控制计算机的指令来开启或关闭。滤毒通风装置则由风机和滤毒罐组成。调速模块接受计算机的模拟电压控制,来调节风机的转速。 2.系统工作原理 系统分为手动和自动工作模式,在得知有污染情况发生时,可手动开启系统进入防护状态;在自动模式下,报警器探头若探测到受染空气后便将报警信号发送到控制计算机,系统进入防护状态。控制计算机发出声光报警信号,并打开滤毒通风装置的进风口,计算机通过调速模块启动风机工作,受染空气经过滤毒罐过滤,达到允许浓度后进入方舱。由于方舱处于相对密闭状态,空气的进入量大于泄露量,方舱内逐渐形成超压。差压变送器检测方舱内外的空气压差,并将数值通过串口传输到控制计算机,控制计算机根据该数值调整对调速模块的控制电压,从而调整风机转速,控制送风量,ZUI终使方舱内外空气压差达到并稳定在规定值上。系统稳定后,若方舱内的氧气消耗量大于风机送风所含的氧气量,当氧气浓度降到危险程度时,控制计算机发出声光报警信号,同时打开排气阀,增大方舱的漏气量,降低方舱内外的压差值,促使风机提高转速,加大送风量,从而提高方舱内的氧气浓度。 2.系统主要功能的实现 2.1报警器探头报警功能的实现 报警器探头位于方舱外部,能对外军装备的5类11种化学毒剂、各种生物战剂、核爆炸产生的放射性灰尘探测。一旦探测到有毒物质,便将报警信号传输给控制计算机。其实现框图如图2。 2.2方舱内外空气压差的监测 差压变送器由差压传感器、放大电路换电路、单片机、串口芯片组成。系统在防护状态下建立的内外空气压差属于微压差范围,因而选择高灵敏度的差压传感器,将微压差转为电信号,信号经放大、A/D转換后,再由单片机处理和串口芯片转换为RS232接口后,传送到控制计算机,这个值是控制计算机调整风机转速的依据。 2.3风机转速控制软件的设计 在控制软件的设计之中,在防护状态下控制风机转速,使方舱内外空气压差快速达到并稳定在规定值,是关键的问题。 当差压变送器将空气压差值传输到控制计算机后,控制计算机将该值与规定值作比较,根据比较结果,来调节对调速模块的控制信号,其自动调控过程如图3。 风机转速控制软件的主要特点如下: 1)因风机的启动瞬间电流大,对车辆、舰船的电源供电要求很高,易形成过流保护,故软件设计上采用软启动的方式来降低电机启动的瞬间电流。 2)因为集体防护系统是复杂的,具有大迟滞性的变时间常数非线性系统,影响系统特性的因素很多,很难建立精确的数学模型,如果通过传统的PID控制方式来控制调速模块,易导致系统振荡,使系统工作不稳定。针对该系统,控制计算机米用分阶段式PID一模糊控制来调节调速模块的控制电压。 3.系统试验情况 在模拟方舱内对该系统各功能进行测试。系统按需求提前设定所要达到稳定时方舱内外空气的差压值,系统可根据该设定值启动风机,在方舱内建立超压。试验中,不断调节模拟方舱的漏气量,系统压差均能很快达到并稳定在设定值上。 4.结束语 该集体防护系统已在我军多个军种的战斗车辆和技术保障车辆得到了使用,系统具有反应灵敏工作迅速、体积紧湊等优点,得到使用人员的好评。