一种用于微压氧舱的调压系统及方法与流程

1.本发明属于氧舱技术领域，具体涉及一种用于微压氧舱的调压系统及方法。


背景技术：

2.微压氧舱压力控制原理是：通过符合微压氧舱承压能力的无油压缩机对微压氧舱进行充气增压，在充气增压过程中调整无油压缩机的进气量或微压氧舱的排气量，使微压氧舱可以在设定的时间内达到工作压力，并在氧疗时间内保证微压氧舱的压力恒定不变，从而在微压氧舱内形成安全特定的富氧大气环境。微压氧舱的压力环境是一个升压、稳压、降压的过程，压力的频繁波动以及升压、降压的速率都会极大程度的影响氧疗人员的舒适性，故而为微压氧舱提供一个压力稳定、升压、降压的速率可调的调压系统尤为重要。
3.现有微压氧舱的升压控制方式基本采用无油压缩机进行增压，在升压过程通过控制电磁阀的频繁动作来达到控制进气量或调整微压氧舱的排气量来控制升压降压时间，该控制方式精度较低，该控制方式的升压速率和降压速率不稳定且存在较大波动。在稳压过程中压力同样存在明显波动，压力频繁波动就会影响微压氧舱内氧疗人员的舒适性。另外，由于微压氧舱的加工或装配精度造成的轻微漏气情况，也会影响升降压和稳压过程的稳定性，使稳压控制变得更为困难。


技术实现要素：

4.本发明就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种用于微压氧舱的调压系统及方法。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种用于微压氧舱的调压系统，包括气体质量流量计、压力变送器、可编程控制器、排气电动阀、进气电动阀、人机界面，所述气体质量流量计连接到可编程控制器的一个通讯接口上，所述压力变送器连接到可编程控制器的模拟量输入接口上；所述可编程控制器的模拟量输出接口分别与排气电动阀、进气电动阀相连，所述人机界面与可编程控制器的另一个通讯接口连接。
7.进一步地，所述可编程控制器包括流量闭环pid模块、压力闭环pid模块以及滤波模块，气体质量流量计的信号输出端通过滤波模块与流量闭环pid模块连接，压力变送器的信号输出端通过滤波模块与压力闭环pid模块连接，流量闭环pid模块与进气电动阀连接，压力闭环pid模块与排气电动阀连接。
8.进一步地，所述可编程控制器还包括斜率计算模块，斜率计算模块分别与人机界面、滤波模块连接。
9.进一步地，所述排气电动阀、进气电动阀均采用微型电动比例球阀。
10.进一步地，所述气体质量流量计连接到可编程控制器上的通讯接口为rs485通讯接口。
11.一种用于微压氧舱的调压方法，利用所述用于微压氧舱的调压系统实现，具体包
括以下步骤：
12.用户在人机界面中进行参数设置，设置微压氧舱的升压、降压时间t1、t2，氧疗时间t和氧疗压力p，并由人机界面将该信息传送给可编程控制器，可编程控制器中的斜率计算模块按照公式p＝vt，并根据设定值算出标准的压力变化曲线；公式p＝vt中，p为微压氧舱的压力值，v为升压、降压斜率，t为时间；同时根据微压氧舱的实际容积即可计算出平均进气量；
13.压力变送器实时读取微压氧舱的当前压力反馈到可编程控制器的滤波模块中，对压力值进行数据的滤波；
14.气体质量流量计实时读取微压氧舱的当前进气流量反馈到可编程控制器的滤波模块中，对流量值进行数据的滤波。
15.进一步地，所述可编程控制器中的压力闭环pid模块根据压力变送器读取的压力值，与算出的压力变化曲线在不同时间下的压力做比对，即可进行一段时间的pid闭环调节，使微压氧舱的实际压力按照算出的标准压力变化曲线调整，将算出的调整值发送给排气电动阀，排气电动阀根据接收到的控制指令从而控制改变开启大小，改变微压氧舱的排气量，进而达到控制微压氧舱的实际压力的目的；其中由于微压氧舱的压力与微压氧舱的排气量呈反比，故压力闭环pid模块中的增益参数为负数。
16.进一步地，所述可编程控制器中的流量闭环pid模块根据气体质量流量计读取的流量值，与斜率计算模块中算出的平均进气量做比对，即可进行pid闭环调节，使微压氧舱的实际进气量按照算出的平均进气量调整，并将调整值发送给进气电动阀，进气电动阀根据接收到的控制指令从而控制改变开启大小，改变微压氧舱的进气量，进而达到控制微压氧舱的实际进气流量的目的；其中由于微压氧舱的压力与微压氧舱的进气量呈正比，故流量闭环pid模块中的增益参数为正数。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.1、本发明所提供的用于微压氧舱的调压系统，整个调压系统的组成和连接方式简单。
19.2、本发明可以根据任意设定值计算升压、稳压和降压曲线。
20.3、本发明的可编程控制器通过采用pid控制，可以忽略由于微压氧舱自身轻微漏气带来的压力变化干扰，使升降压和稳压过程的稳定性不受到影响。
21.4、本发明具有较小的采样周期，可以使压力更稳定，波动更小。
附图说明
22.图1为本发明一种用于微压氧舱的调压系统的结构示意框图。
23.图2为本发明一种用于微压氧舱的调压系统的控制流程图。
24.图3为使用本发明一种用于微压氧舱的调压系统对微压氧舱调压后的压力变化曲线图。
25.图中：1为压力变送器；2为可编程控制器；3为排气电动阀；4为人机界面；5为气体质量流量计；6为进气电动阀。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.请参阅图1至图3所示，本发明实施例提供了一种用于微压氧舱的调压系统，包括气体质量流量计5、压力变送器1、可编程控制器2、排气电动阀3、进气电动阀6、人机界面4，所述气体质量流量计5连接到可编程控制器2的rs485通讯接口上，所述压力变送器1连接到可编程控制器2的模拟量输入接口上；所述可编程控制器2的模拟量输出接口分别与排气电动阀3、进气电动阀6相连，所述人机界面4与可编程控制器2的另一个通讯接口连接；其中，排气电动阀3、进气电动阀6用于与微压氧舱连接。
28.所述可编程控制器2由流量闭环pid模块、压力闭环pid模块、滤波模块以及斜率计算模块组成，气体质量流量计5的信号输出端通过滤波模块与流量闭环pid模块连接，压力变送器1的信号输出端通过滤波模块与压力闭环pid模块连接，流量闭环pid模块与进气电动阀6连接，压力闭环pid模块与排气电动阀3连接，斜率计算模块分别与人机界面4、滤波模块连接。
29.所述排气电动阀3、进气电动阀6均采用微型电动比例球阀。
30.具体地，所述压力变送器1为高精度压力变送器，精度等级为0.2级，响应时间≤50ms，压力变送器1的量程根据微压氧舱的承压能力选择，该压力变送器1用于精确检测微压氧舱实时的压力，并反馈给可编程控制器2的滤波模块中，由滤波模块对压力变送器1所检测到的实时压力值数据进行滤波处理，使检测到的数据真实可靠；所述可编程控制器2负责对微压氧舱升压、降压的斜率进行计算以及pid调节输出等集中控制；所述排气电动阀3为微型电动比例球阀采用模拟量控制，用于接收可编程控制器2控制指令，实现对微压氧舱排气量的控制；所述人机界面4用于设定微压氧舱的氧疗压力和升压、降压时间，并显示微压氧舱的压力变化曲线；所述进气电动阀6为微型电动比例球阀采用模拟量控制，用于接收可编程控制器2控制指令，实现对微压氧舱进气量的控制；所述气体质量流量计5为检测气体流量和成分组成的高精度仪表设备，本实施例中用于检测进入微压氧舱内的气体流量和含氧量，气体质量流量计5实时读取微压氧舱的当前进气流量反馈到可编程控制器2的滤波模块中，对流量值进行数据的滤波，使读取的数据真实可靠。
31.本发明用于微压氧舱的调压系统的工作原理阐述如下：根据用户在人机界面4的设定值计算理想的升压、稳压、降压曲线，从而推断出下一时刻的压力调节目标，通过可编程控制器2的压力闭环pid模块，控制排气电动阀3的开启大小，从而控制微压氧舱的排气量；通过可编程控制器2的流量闭环pid模块，控制进气电动阀6的开启大小，从而控制微压氧舱的进气量；达到微压氧舱的实际压力值变化过程与计算的升压、稳压、降压曲线相符。
32.本发明用于微压氧舱的调压方法包括如下步骤：结合图2所示的控制流程图，用户在人机界面4中进行参数设置，设置微压氧舱的升压、降压时间t1、t2，氧疗时间t和氧疗压力p，并由人机界面4将该信息传送给可编程控制器2，可编程控制器2中的斜率计算模块按照公式p＝vt(p为微压氧舱的压力值，v为升压、降压斜率，t为时间)，并根据设定值算出标准的压力变化曲线，如图3所示；同时根据微压氧舱的实际容积即可计算出平均进气量。压
力变送器1实时读取微压氧舱的当前压力反馈到可编程控制器2的滤波模块中，对压力值进行数据的滤波，使读取的数据真实可靠。气体质量流量计5实时读取微压氧舱的当前进气流量反馈到可编程控制器2的滤波模块中，对流量值进行数据的滤波，使读取的数据真实可靠。
33.可编程控制器2中的压力闭环pid模块根据压力变送器1读取的压力值，与算出的压力变化曲线在不同时间下的压力做比对，即可进行一段时间的pid闭环调节，使微压氧舱的实际压力按照算出的标准压力变化曲线调整，将算出的调整值发送给排气电动阀3，排气电动阀3根据接收到的控制指令从而控制改变开启大小，改变微压氧舱的排气量，进而达到控制微压氧舱的实际压力的目的。其中由于微压氧舱的压力与微压氧舱的排气量呈反比，故压力闭环pid模块中的增益参数为负数。
34.可编程控制器2中的流量闭环pid模块根据气体质量流量计5读取的流量值，与斜率计算模块中算出的平均进气量做比对，即可进行pid闭环调节，使微压氧舱的实际进气量按照算出的平均进气量调整，并将调整值发送给进气电动阀6，进气电动阀6根据接收到的控制指令从而控制改变开启大小，改变微压氧舱的进气量，进而达到控制微压氧舱的实际进气流量的目的。其中由于微压氧舱的压力与微压氧舱的进气量呈正比，故流量闭环pid模块中的增益参数为正数。
35.通过可编程控制器2中的两路pid闭环控制，分别对微压氧舱的进气和排气双重调节即可精确的对微压氧舱的稳压波动进行矫正，达到稳压的目的。除此之外，气体质量流量计5还具备检测微压氧舱的进气气体成分，检测进气流量的同时检测进气氧气含量，对计算微压氧舱的舱内氧浓度具有正向作用。
36.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于微压氧舱的调压系统，其特征在于：包括气体质量流量计、压力变送器、可编程控制器、排气电动阀、进气电动阀、人机界面，所述气体质量流量计连接到可编程控制器的一个通讯接口上，所述压力变送器连接到可编程控制器的模拟量输入接口上；所述可编程控制器的模拟量输出接口分别与排气电动阀、进气电动阀相连，所述人机界面与可编程控制器的另一个通讯接口连接。2.根据权利要求1所述的一种用于微压氧舱的调压系统，其特征在于：所述可编程控制器包括流量闭环pid模块、压力闭环pid模块以及滤波模块，气体质量流量计的信号输出端通过滤波模块与流量闭环pid模块连接，压力变送器的信号输出端通过滤波模块与压力闭环pid模块连接，流量闭环pid模块与进气电动阀连接，压力闭环pid模块与排气电动阀连接。3.根据权利要求2所述的一种用于微压氧舱的调压系统，其特征在于：所述可编程控制器还包括斜率计算模块，斜率计算模块分别与人机界面、滤波模块连接。4.根据权利要求1所述的一种用于微压氧舱的调压系统，其特征在于：所述排气电动阀、进气电动阀均采用微型电动比例球阀。5.根据权利要求1所述的一种用于微压氧舱的调压系统，其特征在于：所述气体质量流量计连接到可编程控制器上的通讯接口为rs485通讯接口。6.一种用于微压氧舱的调压方法，其特征在于：利用权利要求3所述的用于微压氧舱的调压系统实现，具体包括以下步骤：用户在人机界面中进行参数设置，设置微压氧舱的升压、降压时间t1、t2，氧疗时间t和氧疗压力p，并由人机界面将该信息传送给可编程控制器，可编程控制器中的斜率计算模块按照公式p＝vt，并根据设定值算出标准的压力变化曲线；公式p＝vt中，p为微压氧舱的压力值，v为升压、降压斜率，t为时间；同时根据微压氧舱的实际容积即可计算出平均进气量；压力变送器实时读取微压氧舱的当前压力反馈到可编程控制器的滤波模块中，对压力值进行数据的滤波；气体质量流量计实时读取微压氧舱的当前进气流量反馈到可编程控制器的滤波模块中，对流量值进行数据的滤波。7.根据权利要求6所述的一种用于微压氧舱的调压方法，其特征在于：所述可编程控制器中的压力闭环pid模块根据压力变送器读取的压力值，与算出的压力变化曲线在不同时间下的压力做比对，即可进行一段时间的pid闭环调节，使微压氧舱的实际压力按照算出的标准压力变化曲线调整，将算出的调整值发送给排气电动阀，排气电动阀根据接收到的控制指令从而控制改变开启大小，改变微压氧舱的排气量，进而达到控制微压氧舱的实际压力的目的；其中由于微压氧舱的压力与微压氧舱的排气量呈反比，故压力闭环pid模块中的增益参数为负数。8.根据权利要求6所述的一种用于微压氧舱的调压方法，其特征在于：所述可编程控制器中的流量闭环pid模块根据气体质量流量计读取的流量值，与斜率计算模块中算出的平均进气量做比对，即可进行pid闭环调节，使微压氧舱的实际进气量按照算出的平均进气量调整，并将调整值发送给进气电动阀，进气电动阀根据接收到的控制指令从而控制改变开启大小，改变微压氧舱的进气量，进而达到控制微压氧舱的实际进气流量的目的；其中由于微压氧舱的压力与微压氧舱的进气量呈正比，故流量闭环pid模块中的增益参数为正数。

技术总结
本发明公开了一种用于微压氧舱的调压系统及方法，包括气体质量流量计、压力变送器、可编程控制器、排气电动阀、进气电动阀、人机界面，所述气体质量流量计连接到可编程控制器的RS485通讯接口上，所述压力变送器连接到可编程控制器的模拟量输入接口上；所述可编程控制器的模拟量输出接口分别与排气电动阀、进气电动阀相连，所述人机界面与可编程控制器的另一个通讯接口连接。本发明可以根据任意设定值计算升压、稳压和降压曲线；可编程控制器通过采用PID控制，可以忽略由于微压氧舱自身轻微漏气带来的压力变化干扰，使升降压和稳压过程的稳定性不受到影响；本发明具有较小的采样周期，可以使压力更稳定，波动更小。波动更小。波动更小。


技术研发人员：朱笑波 潘启泰
受保护的技术使用者：沈阳海龟医疗科技有限公司
技术研发日：2023.08.16
技术公布日：2023/10/15