Дизајн контролног система за преносни адсорпциони генератор кисеоника који се мења под притиском

Пројектовање управљачког система за преносни адсорпциони генератор кисеоника са променама притиска
 

 

Кисеоник је основни елемент за одржавање људских животних активности и игра виталну улогу у различитим медицинским третманима и хитним спашавањима. Опрема за производњу кисеоника је важна медицинска помоћна опрема. Метода производње кисеоника помоћу адсорпције притиска (ПСА) се широко користи у опреми за производњу кисеоника мале и средње величине због својих предности ниске потрошње енергије, без загађења и ниских улагања. Принцип рада методе адсорпције са променама притиска је: кроз разлику у карактеристикама адсорпције молекуларних сита на кисеоник и азот, азот се адсорбује под условима под притиском да би се одвојио кисеоник; под условима сниженог притиска, азот се десорбује да би се обновиле перформансе адсорпције молекуларног сита да би се постигло раздвајање кисеоника и азота. Већина тренутне опреме за производњу кисеоника за адсорпцију притиска је велике величине и тешке тежине, што не може задовољити потребе преносивости на терену или на возилима. Преносиви генератори кисеоника за адсорпцију притиска се односе на ону опрему за производњу кисеоника која се може лако носити, има сопствено напајање и лагана је. Међутим, у Кини постоји релативно мало истраживања у овој области, а постојећи контролни системи су генерално велике величине, ниске аутоматизације и слабе стабилности. У овој студији, у комбинацији са процесом производње кисеоника са адсорпцијом под притиском, дизајниран је и развијен контролни систем погодан за преносне генераторе кисеоника са адсорпцијом кисеоника са променама притиска да пружи техничку подршку за даља истраживања и примену преносивих генератора кисеоника.

Процес производње кисеоника адсорпције са променама притиска

У циљу развоја преносног генератора кисеоника за адсорпцију са замахујућим притиском, ова студија је комбиновала принцип производње кисеоника адсорпционом адсорпцијом притиска и прво одредила основни ток процеса производње кисеоника, као што је приказано на слици. Да би се смањила запремина и тежина преносног генератора кисеоника, овај експеримент је усвојио процес производње кисеоника са два торња. Процес производње кисеоника са два торња се широко користи у малој опреми за производњу кисеоника због своје једноставне структуре, практичног одржавања и ниске цене. Наизменичним радом два адсорпциона торња може се постићи континуирана и стабилна производња кисеоника, уз ефикасно смањење запремине и масе опреме. Да би се повећао принос кисеоника и смањила потрошња енергије, овај експеримент је осмислио и усвојио процес са процесом изједначавања. Процес изједначавања додатно побољшава ефикасност производње кисеоника и смањује потрошњу енергије система оптимизовањем разлике притиска. Комбинација овог процеса не само да побољшава перформансе преносивог генератора кисеоника за адсорпцију промене притиска, већ и ефикасно контролише потрошњу енергије и запремину опреме, истовремено осигуравајући чистоћу кисеоника.



Дизајн кола погона оптерећења
Главна радна оптерећења преносног ПСА концентратора кисеоника укључују ваздушне компресоре и соленоидне вентиле. Коришћењем комбинованог електромагнетног вентила, запремина и тежина концентратора кисеоника се могу ефикасно смањити док се повећава стабилност система. Међутим, пошто је радни напон ваздушног компресора и електромагнетног вентила ДЦ 12В, док је радни напон микроконтролера ДЦ 3,3В, тешко је директно управљати овим оптерећењем. Стога, излазни сигнал микроконтролера инвертује 74ЛВЦ04 инвертер и појачава УЛН2003 Дарлингтон цев за покретање рада ваздушног компресора и електромагнетног вентила.
УЛН2003 је композитни низ транзистора високих перформанси са добром отпорношћу на високе температуре и висок притисак и јаким капацитетом оптерећења. Интегрише диоду слободног хода и може директно покретати високо струјна оптерећења укључујући релеје. Шема погонског кола ваздушног компресора и електромагнетног вентила је приказана на слици.



Дизајн погонског кола ваздушног компресора
Ваздушни компресор је главна компонента снаге преносног генератора кисеоника са променљивом адсорпцијом притиска (ПСА). Одваја кисеоник удисањем околног ваздуха и притиском на њега да би се послао у адсорпциони торањ, што је кључна карика у процесу производње кисеоника. Да би испунио захтеве за ефикасне и стабилне перформансе преносиве опреме, овај систем користи Тхомас микро компресор без четкица ДЦ, који има предности неометаног рада, великог протока, ниске вибрације, ниске буке и ниске потрошње енергије, и веома је погодан за сценарио примене генератора кисеоника.
Једносмерни мотор без четкица захтева наменски погонски круг да заврши електронску комутацију како би се обезбедио нормалан рад. Због тога је дизајниран сет кола за погон мотора заснованих на контролном чипу ЈИ01. Принцип је приказан на слици. Захваљујући оптимизованом дизајну кола, радна брзина и стабилност ваздушног компресора могу се прецизно контролисати.
Дизајн и принцип кола
ЈИ01 је контролни чип који се посебно користи за ДЦ моторе без четкица, са следећим главним функцијама:
Линеарна регулација брзине: за постизање прецизне контроле брзине мотора;
Вишеструки заштитни механизми: укључујући заштиту од прекомерне струје, заштиту од поднапона и заштиту од кратког споја како би се осигурао сигуран рад кола;
Излаз са синусоидном модулацијом ширине импулса (СПВМ): за побољшање ефикасности вожње и смањење вибрација и буке мотора.
Погонско коло је засновано на ЈИ01, а сигнал положаја ротора (Ха, Хб, Хц) се добија преко Холовог сензора, а чип генерише одговарајући покретачки сигнал. СПВМ сигнал који излази из ЈИ01 контролише покретачки модул ИР2021, чиме покреће транзистор са ефектом поља (ФЕТ) горњег и доњег крака моста. Сигнал вожње је подељен на контролне сигнале за надлактицу и доњу руку: сигнали надлактице МА, МБ и МЦ су представљени са АТ, БТ и ЦТ респективно, а сигнали доње руке су представљени са АБ, ББ и ЦБ.

У закључку
У складу са механизмом производње кисеоника са мембранском сепарацијом, ово истраживање осмишљава компактни систем контроле генератора кисеоника са сепарацијом мембране који узима СТМ32Ф407 микрорачунар са једним чипом као централну контролну јединицу, док такође формулише одговарајућа периферна контролна кола и алгоритми управљања. Целокупно подешавање контроле показује предности што је једноставно за коришћење, лако за руковање, високо стабилно и изузетно поуздано, заједно са одличним могућностима интеракције човек-машина. Прототип генератора кисеоника развијен под овим режимом контроле је мале величине и изузетно мале тежине. Када излазна брзина кисеоника достигне 0,8 Л/мин, чистоћа кисеоника може достићи чак 93,2%, испуњавајући унапред постављена мерила дизајна. Гледајући унапред, постоје планови за истраживање интелигентне регулације процеса производње кисеоника. Прецизним подешавањем параметара као што су брзина пумпе, време пермеације и мембрански притисак, излазна брзина кисеоника и чистоћа генератора кисеоника могу се аутоматски подесити према променама температуре околине и одржавати на релативно константном нивоу.