在集體防護系統中,自動控制和監測分系統是重要的組成部分,故應對其進行研究。 1.自動控制和監測分系統設計 結構組成 集體防護系統自動控制和監測分系統分為控制部分(包括控制計算機、濾毒通風裝置、調速模塊、排氣閥等)和監測部分(包括對核生化、方艙內外空氣壓差值、空氣質量等的監測),其主要作用有:自動開停濾毒通風裝置、排氣閥;實現對方艙氣壓超壓值、氧氣的自動調節;進行氣密性、核生化 超壓值和氧氣濃度的監測報警。其結構組成如圖1 控制計算機是系統的控制核心,它接受信息采集結構(差壓變送器、報警器探頭和氧氣濃度傳感器)發送的數據,能發布指令,驅動執行結構(濾毒通風裝置、調速模塊和排氣閥)工作。報警器探頭位于方艙外部,它探測到空氣中有毒物質(放射性灰塵、毒劑蒸氣和氣溶膠、生物戰劑氣溶膠),便給控制計算機發出報警信號。差壓變送器位于方艙內部,它的高壓探頭暴露在方艙內,低壓探頭通過導管連接到方艙外部,差壓變送器將內外空氣的壓差值傳輸到控制計算機。氧氣濃度傳感器用來檢測方艙內的氧氣濃度值并傳輸到控制計算機。排氣閥導通方艙內外,根據控制計算機的指令來開啟或關閉。濾毒通風裝置則由風機和濾毒罐組成。調速模塊接受計算機的模擬電壓控制,來調節風機的轉速。 2.系統工作原理 系統分為手動和自動工作模式,在得知有污染情況發生時,可手動開啟系統進入防護狀態;在自動模式下,報警器探頭若探測到受染空氣后便將報警信號發送到控制計算機,系統進入防護狀態。控制計算機發出聲光報警信號,并打開濾毒通風裝置的進風口,計算機通過調速模塊啟動風機工作,受染空氣經過濾毒罐過濾,達到允許濃度后進入方艙。由于方艙處于相對密閉狀態,空氣的進入量大于泄露量,方艙內逐漸形成超壓。差壓變送器檢測方艙內外的空氣壓差,并將數值通過串口傳輸到控制計算機,控制計算機根據該數值調整對調速模塊的控制電壓,從而調整風機轉速,控制送風量,ZUI終使方艙內外空氣壓差達到并穩定在規定值上。系統穩定后,若方艙內的氧氣消耗量大于風機送風所含的氧氣量,當氧氣濃度降到危險程度時,控制計算機發出聲光報警信號,同時打開排氣閥,增大方艙的漏氣量,降低方艙內外的壓差值,促使風機提高轉速,加大送風量,從而提高方艙內的氧氣濃度。 2.系統主要功能的實現 2.1報警器探頭報警功能的實現 報警器探頭位于方艙外部,能對外軍裝備的5類11種化學毒劑、各種生物戰劑、核爆炸產生的放射性灰塵探測。一旦探測到有毒物質,便將報警信號傳輸給控制計算機。其實現框圖如圖2。 2.2方艙內外空氣壓差的監測 差壓變送器由差壓傳感器、放大電路換電路、單片機、串口芯片組成。系統在防護狀態下建立的內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,將微壓差轉為電信號,信號經放大、A/D轉換后,再由單片機處理和串口芯片轉換為RS232接口后,傳送到控制計算機,這個值是控制計算機調整風機轉速的依據。 2.3風機轉速控制軟件的設計 在控制軟件的設計之中,在防護狀態下控制風機轉速,使方艙內外空氣壓差快速達到并穩定在規定值,是關鍵的問題。 當差壓變送器將空氣壓差值傳輸到控制計算機后,控制計算機將該值與規定值作比較,根據比較結果,來調節對調速模塊的控制信號,其自動調控過程如圖3。 風機轉速控制軟件的主要特點如下: 1)因風機的啟動瞬間電流大,對車輛、艦船的電源供電要求很高,易形成過流保護,故軟件設計上采用軟啟動的方式來降低電機啟動的瞬間電流。 2)因為集體防護系統是復雜的,具有大遲滯性的變時間常數非線性系統,影響系統特性的因素很多,很難建立精確的數學模型,如果通過傳統的PID控制方式來控制調速模塊,易導致系統振蕩,使系統工作不穩定。針對該系統,控制計算機米用分階段式PID一模糊控制來調節調速模塊的控制電壓。 3.系統試驗情況 在模擬方艙內對該系統各功能進行測試。系統按需求提前設定所要達到穩定時方艙內外空氣的差壓值,系統可根據該設定值啟動風機,在方艙內建立超壓。試驗中,不斷調節模擬方艙的漏氣量,系統壓差均能很快達到并穩定在設定值上。 4.結束語 該集體防護系統已在我軍多個軍種的戰斗車輛和技術保障車輛得到了使用,系統具有反應靈敏工作迅速、體積緊湊等優點,得到使用人員的好評。