Hönnun stýrikerfis fyrir flytjanlegan þrýstingssveifluaðsog súrefnisgjafa

Hönnun stjórnkerfis fyrir flytjanlegan þrýstingssveiflusog súrefnisgjafa
 

 

Súrefni er grunnþáttur til að viðhalda lífi mannsins og gegnir mikilvægu hlutverki í ýmsum læknismeðferðum og neyðarbjörgum. Súrefnisframleiðslubúnaður er mikilvægur læknishjálparbúnaður. Pressure swing adsorption (PSA) súrefnisframleiðsluaðferð hefur verið mikið notuð í litlum og meðalstórum súrefnisframleiðslubúnaði vegna kosta lítillar orkunotkunar, engrar mengunar og lítillar fjárfestingar. Vinnulag þrýstingssveifluaðsogsaðferðarinnar er: í gegnum mismun á aðsogseiginleikum sameindasigta við súrefni og köfnunarefni, er köfnunarefni aðsogað við þrýstingsskilyrði til að aðskilja súrefni; við lágan þrýstingsskilyrði er köfnunarefni afsogað til að endurheimta aðsogsvirkni sameindasigtsins til að ná súrefnis- og köfnunarefnisskilnaði. Flest núverandi súrefnisframleiðslutæki fyrir þrýstingssveiflu aðsog er stór að stærð og þungur í þyngd, sem getur ekki uppfyllt þarfir flytjanleika á sviði eða á ökutækjum. Færanlegir súrefnisframleiðendur fyrir aðsog með þrýstisveiflu vísa til súrefnisframleiðslubúnaðar sem hægt er að flytja létt, hafa eigin aflgjafa og eru léttir í þyngd. Hins vegar eru tiltölulega litlar rannsóknir á þessu sviði í Kína og núverandi stjórnkerfi eru almennt stór að stærð, lítil í sjálfvirkni og léleg í stöðugleika. Í þessari rannsókn, ásamt þrýstingssveifluaðsogssúrefnisframleiðsluferlinu, var stjórnkerfi sem hentar fyrir flytjanlega þrýstingssveifluaðsogssúrefnisgjafa hannað og þróað til að veita tæknilega aðstoð við frekari rannsóknir og notkun færanlegra súrefnisgjafa.

Þrýstingur sveifla aðsog súrefni framleiðsluferli

Í því skyni að þróa færanlegan þrýstingssveifluaðsog súrefnisrafall sameinaði þessi rannsókn meginregluna um þrýstingssveifluaðsog súrefnisframleiðslu og ákvarðaði fyrst grunnferlisflæði súrefnisframleiðslu, eins og sýnt er á myndinni. Til þess að draga úr rúmmáli og þyngd flytjanlega súrefnisgjafans tók þessi tilraun upp tveggja turna súrefnisframleiðsluferli. Tveggja turn súrefnisframleiðsluferlið er mikið notað í litlum súrefnisframleiðslubúnaði vegna einfaldrar uppbyggingar, þægilegs viðhalds og lágs kostnaðar. Með því að skipta um rekstur tveggja aðsogsturna er hægt að ná samfelldri og stöðugri súrefnisframleiðslu, en á áhrifaríkan hátt minnka rúmmál og massa búnaðarins. Til þess að auka súrefnisuppskeru og draga úr orkunotkun, hannaði þessi tilraun og tók upp ferli með jöfnunarferli. Jöfnunarferlið bætir enn frekar súrefnisframleiðslu skilvirkni og dregur úr orkunotkun kerfisins með því að hámarka þrýstingsmuninn. Samsetning þessa ferlis bætir ekki aðeins frammistöðu flytjanlega þrýstingssveiflu aðsogs súrefnisgjafans, heldur stjórnar einnig orkunotkun og rúmmáli búnaðarins á áhrifaríkan hátt en tryggir hreinleika súrefnis.



Hönnun hlaða drifrásar
Helstu vinnuálag færanlega PSA súrefnisþéttarans eru loftþjöppur og segulloka. Með því að nota samsettan segulloka er hægt að draga úr rúmmáli og þyngd súrefnisþéttisins á áhrifaríkan hátt og auka stöðugleika kerfisins. Hins vegar, þar sem rekstrarspenna loftþjöppunnar og segullokalokans er DC 12V, en rekstrarspenna örstýringarinnar er DC 3,3V, er erfitt að keyra þetta álag beint. Þess vegna er merki framleiðsla örstýringarinnar snúið við af 74LVC04 inverterinu og magnað af ULN2003 Darlington rörinu til að knýja rekstur loftþjöppunnar og segulloka lokans.
ULN2003 er afkastamikið samsett smára fylki með góða háhita og háþrýstingsþol og sterka burðargetu. Það samþættir fríhjóladíóða og getur beint keyrt mikið straumálag þar á meðal liða. Skýringarmynd akstursrásar loftþjöppunnar og segullokalokans er sýnd á myndinni.



Hönnun loftþjöppu drifrásar
Loftþjöppan er kjarnaorkuþátturinn í flytjanlegu þrýstingssveifluaðsogs (PSA) súrefnisgjafanum. Það aðskilur súrefni með því að anda að sér andrúmslofti og þrýsta á það til að senda það inn í aðsogsturninn, sem er lykilhlekkur í súrefnisframleiðsluferlinu. Til að mæta skilvirkum og stöðugum frammistöðukröfum færanlegs búnaðar notar þetta kerfi Thomas örburstalausa DC þjöppu, sem hefur kosti sléttrar notkunar, mikils flæðis, lágs titrings, lágs hávaða og lítillar orkunotkunar og hentar mjög vel fyrir notkunarsviðsmynd súrefnisgjafans.
Burstalausi DC mótorinn krefst sérstakrar akstursrásar til að ljúka rafeindaskiptum til að tryggja eðlilega virkni hans. Þess vegna er sett af mótordrifrásum sem byggjast á JY01 stjórnkubbnum hannað. Meginreglan er sýnd á myndinni. Með bjartsýni hringrásarhönnunar er hægt að stjórna rekstrarhraða og stöðugleika loftþjöppunnar nákvæmlega.
Hönnun og meginregla hringrásar
JY01 er stjórnkubbur sérstaklega notaður fyrir burstalausa DC mótora, með eftirfarandi meginaðgerðum:
Línuleg hraðastjórnun: til að ná nákvæmri stjórn á hreyfihraða;
Margvísleg verndarkerfi: þar á meðal yfirstraumsvörn, undirspennuvörn og skammhlaupsvörn til að tryggja örugga hringrásarvirkni;
Sinusoidal pulse width modulation (SPWM) framleiðsla: til að bæta skilvirkni í akstri og draga úr titringi og hávaða í mótor.
Drifrásin er byggð á JY01 og númersstöðumerkið (Ha, Hb, Hc) fæst í gegnum Hall skynjarann ​​og flísinn myndar samsvarandi akstursmerki. SPWM merki framleiðsla frá JY01 stjórnar aksturseiningunni IR2021 og knýr þar með sviðsáhrifa smára (FET) efri og neðri brúararmanna. Akstursmerkinu er skipt í stjórnmerki fyrir upphandlegg og neðri handlegg: upphandleggsmerki MA, MB og MC eru táknuð með AT, BT og CT í sömu röð og neðri handleggsmerkin eru táknuð með AB, BB og CB.

Að lokum
Í samræmi við fyrirkomulag súrefnisframleiðslu himnuaðskilnaðar, þróar þessar rannsóknir fyrirferðarlítið stjórnkerfi fyrir himnuaðskilnað súrefnisframleiðanda sem tekur STM32F407 einflísa örtölvu sem miðlæga stjórneiningu, en mótar jafnframt samsvarandi jaðarstýringarrásir og stjórnalgrím. Öll stjórnunaruppsetningin sýnir kosti þess að vera notendavæn, auðveld í notkun, mjög stöðug og ákaflega áreiðanleg, ásamt framúrskarandi samskiptum manna og véla. Frumgerð súrefnisgjafans sem þróuð er undir þessari stjórn er af smærri stærð og ótrúlega létt. Þegar súrefnisúttakið nær 0,8 l/mín. getur súrefnishreinleiki náð allt að 93,2% og uppfyllir forstillt hönnunarviðmið. Þegar horft er fram á veginn eru áform um að kanna skynsamlega stjórnun súrefnisframleiðsluferlisins. Með því að stilla nákvæmlega færibreytur eins og dæluhraða, gegndræpitíma og himnuþrýsting, er hægt að stilla súrefnisframleiðsluhraða og hreinleika súrefnisframleiðandans sjálfkrafa í samræmi við umhverfishitabreytingar og halda tiltölulega stöðugu stigi.