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液化氣站泄漏自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
瀏覽次數(shù) 1311 , 日期 2011-04-27 , 燃?xì)庠O(shè)備 加入收藏
石油液化氣(以下簡(jiǎn)稱液化氣)作為一種燃料,應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。液化氣具有較低的爆炸下限、較低的閃點(diǎn)和燃點(diǎn),如果泄漏到空氣中極易引起爆燃,造成破壞。預(yù)防液化氣站發(fā)生事故是至關(guān)重要的。對(duì)液化氣的泄漏進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)強(qiáng)制排風(fēng)可以很好地預(yù)防由于液化氣泄漏引起的事故。筆者根據(jù)某液化氣站的實(shí)際情況,利用PICl6F870單片機(jī)設(shè)計(jì)了一套液化氣泄漏自動(dòng)控制系統(tǒng),并在實(shí)際中使用,效果良好。
1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
PIC系列單片機(jī)硬件系統(tǒng)(圖1)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔,指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)精練。
圖1. 系統(tǒng)框圖
1.1 傳感器電路
1)傳感器的選用目前在可燃?xì)怏w探測(cè)方面應(yīng)用的傳感器主要有2大類:一類是基于半導(dǎo)體機(jī)理和催化機(jī)理的點(diǎn)型氣體傳感器;另一類是基于紅外光譜吸收機(jī)理的線性氣體傳感器。2類傳感器各有優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)市場(chǎng)元件供應(yīng)情況和承受能力,選擇了MQK系列點(diǎn)型氣敏傳感器。MQK系列氣敏元件采用半導(dǎo)體敏感材料。用該系列元件組裝成易燃易爆和有毒氣體泄漏報(bào)警器及檢測(cè)裝置,可廣泛運(yùn)用于礦山、油田、化工、國(guó)防、醫(yī)藥及家庭。根據(jù)某液化氣站的實(shí)際情況,采用6只半導(dǎo)體點(diǎn)型傳感器進(jìn)行重點(diǎn)部位檢測(cè)。
2)傳感器的溫度補(bǔ)償在確定傳感器后,要解決傳感器的溫度漂移問(wèn)題。如何處理好氣體傳感器溫度補(bǔ)償問(wèn)題是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。氣體傳感器在不同環(huán)境溫度下輸出的靈敏度會(huì)有不同,特別是在低溫情況下,靈敏度會(huì)變差。如果設(shè)定的報(bào)警閾值電壓不當(dāng)?shù)脑挘蜁?huì)在環(huán)境溫度低時(shí)遇到氣體泄漏超過(guò)報(bào)警濃度不報(bào)警,在環(huán)境溫度高時(shí)達(dá)不到報(bào)警濃度反而誤報(bào)警。以前的做法是根據(jù)環(huán)境溫度調(diào)整報(bào)警閾值電壓進(jìn)行補(bǔ)償,這樣電路比較簡(jiǎn)單,但補(bǔ)償?shù)男Ч惶硐耄饕窃诘蜏丨h(huán)境里,氣體傳感器的表面溫度降低導(dǎo)致氣體傳感器的性能變差。考慮地處北方,液化氣站又是開放布置,環(huán)境溫度低。解決的方法是在低溫環(huán)境里提高氣體傳感器的加熱功率,使氣體傳感器的表面溫度維持相對(duì)恒定,達(dá)到穩(wěn)定氣體傳感器工作的目的。
3)傳感器加熱電壓控制電路傳感器加熱電壓控制電路原理如圖2所示。利用PIC單片機(jī)的CCP模塊的脈沖寬度調(diào)節(jié)輸出功能(簡(jiǎn)稱PWM)及A/D轉(zhuǎn)換輸入功能實(shí)現(xiàn)傳感器加熱電壓的監(jiān)控與調(diào)整,達(dá)到穩(wěn)定加熱電壓符合預(yù)定值的目的。
圖2. 傳感器加熱電壓控制電路原理
利用高速電子開關(guān)TWH8778作為開關(guān)管的降壓式開關(guān)電源。其中,Vi為輸入電壓,V0為輸出電壓。二極管D和電感L、電容C構(gòu)成積分電路,對(duì)TWH8778輸出的方波電壓進(jìn)行積分。由于TWH8778輸出的方波電壓的占空比受PICl6F870輸出的PWM控制,所以根據(jù)不同的占空比就可以得到不同的輸出電壓值V0。
該電路的工作原理是:PICl6F870根據(jù)檢測(cè)的環(huán)境溫度,設(shè)定傳感器加熱電壓目標(biāo)值,輸出到PWM,啟動(dòng)開關(guān)電源工作,通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路將、廠。電壓值讀人單片機(jī)。如果電壓值偏離給定值,則調(diào)整PWM輸出,這樣形成一個(gè)電壓調(diào)整的閉合環(huán)路,直到電壓值維持在給定值并恒定。從而達(dá)到隨外界溫度的改變而改變加熱功率的目的,以補(bǔ)償氣體傳感器的溫度變化。
1.2 控制電路
如圖3所示,用LM224構(gòu)成控制電路。當(dāng)泄露的液化氣濃度達(dá)到一定濃度時(shí),報(bào)警裝置將產(chǎn)生一個(gè)階躍報(bào)警觸發(fā)信號(hào)。將該信號(hào)(若沒(méi)有配備報(bào)警器,可增設(shè)氣敏傳感器及相應(yīng)電路)同步引到LM224的同相輸入端,使其輸出高電平開通源極輸出器,直流繼電器JD得到工作電流,其3個(gè)常開觸電J1,J2,J3被吸合。此時(shí),如2圖3所示3組晶閘管被開通,電動(dòng)機(jī)三相繞組得到交流電壓開始工作,排風(fēng)扇向室外排風(fēng)。從而實(shí)現(xiàn)排風(fēng)與報(bào)警的聯(lián)動(dòng)。D1引入正反饋,使比較器輸出的高電平得以保持,以免排風(fēng)扇誤停。當(dāng)確認(rèn)排風(fēng)扇可以停止工作時(shí),由工作人員觸按一下按鈕開關(guān)S,即可解除排風(fēng)狀態(tài)。電容C1的作用是為了避免因停電后恢復(fù)供電可能引起的控制電路的錯(cuò)誤輸出和排風(fēng)扇的誤動(dòng)作。S1,S2,S3為原手動(dòng)開關(guān)。
圖3. 控制電路原理
該電路用晶閘管實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的無(wú)觸電開關(guān),不需要防爆密封;通過(guò)繼電器觸點(diǎn)對(duì)兩個(gè)控制極的連接,使每組開關(guān)的兩個(gè)晶閘管中的控制極、陰極之間的電壓互為觸發(fā)電壓,這樣解決了外加觸發(fā)信號(hào)時(shí)交直流共地的問(wèn)題;繼電器的工作電流小于20mA,符合有關(guān)安全要求。
2 軟件設(shè)計(jì)
程序框圖如圖4所示。系統(tǒng)上電后,對(duì)單片機(jī)的各個(gè)接口的工作方式、CCP模塊等進(jìn)行初始化。啟動(dòng)環(huán)境溫度測(cè)試程序,檢測(cè)環(huán)境溫度,根據(jù)環(huán)境溫度設(shè)定傳感器加熱電壓,確定PWM控制脈寬,開啟開關(guān)電源對(duì)傳感器進(jìn)行加熱。同時(shí)檢測(cè)傳感器加熱電壓與給定值是否相符,如果不相符,對(duì)PWM控制脈寬進(jìn)行調(diào)整。形成傳感器加熱電壓的閉環(huán)控制,使傳感器得到穩(wěn)定的加熱功率。不斷檢測(cè)環(huán)境溫度,根據(jù)環(huán)境溫度不斷調(diào)整傳感器加熱電壓。程序的另一個(gè)主要分支是執(zhí)行上電延時(shí)程序,避免傳感器誤報(bào)警。對(duì)設(shè)置的6路傳感器進(jìn)行巡回檢測(cè),并顯示正在檢測(cè)的傳感器標(biāo)號(hào)。將傳感器信號(hào)與設(shè)定的報(bào)警濃度信號(hào)進(jìn)行對(duì)比,判斷是否達(dá)到報(bào)警限度。如沒(méi)有達(dá)到,則不斷進(jìn)行巡回檢測(cè)。如果達(dá)到報(bào)警限度,鎖定傳感器標(biāo)號(hào)顯示,指出泄漏方位,同時(shí)執(zhí)行強(qiáng)制排風(fēng)程序,控制排風(fēng)電機(jī)強(qiáng)制排風(fēng),并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。
3 結(jié)語(yǔ)
該設(shè)計(jì)硬件電路簡(jiǎn)單,便于在線開發(fā)和調(diào)試,十分適合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。系統(tǒng)集檢測(cè)、報(bào)警和控制為一體,功能齊全。全部采用防爆設(shè)計(jì),安全可靠。特別是較好地解決了氣體傳感器的溫度補(bǔ)償問(wèn)題,提高了系統(tǒng)的工作可靠性。如果液化氣站是半封閉或處于南方溫度較高地區(qū),也可以利用系統(tǒng)資源擴(kuò)充輸出控制功能,如有條件可以增加儲(chǔ)瓶間噴灑水霧裝置。現(xiàn)在該系統(tǒng)正在某液化氣站使用,并通過(guò)了當(dāng)?shù)叵啦块T的安全認(rèn)定,使用效果理想。