基于LiOH净化密封舱空气检测系统设计.pdf

第期(总第 期)年 月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o D e c 文章编号:()基于L i OH净化密封舱空气检测系统设计史振宇,江伟斌,(海装武汉局驻武汉地区第三军事代表室,湖北武汉 ;海洋电磁探测与控制湖北省重点实验室,湖北武汉 ;武汉第二船舶设计研究所,湖北武汉 )摘要:密封的工作环境与大气隔绝,工作人员呼吸和机器运转时刻会产生C O等有害气体.目前处理C O的方式主要是通过其与L i OH反应进行吸收,但L i OH反应会伴随粉尘的产生、温度与湿度的升高,同样不利于人的生存.因此,针对完全密封的空间时刻产生的C O、L i OH吸收C O产生的粉尘以及空间温湿度等数据,设计了一套能够实时检测空气净化效果的系统.该系统以西门子 S MA R T作为控制核心,对密封舱数据进行处理;以威纶通触摸屏作为人机交互界面,为工作人员提供实时舱内数据,增强了检测系统的可靠性.关键词:密封舱;检测系统;P L C;L i OH吸附剂;C O净化中图分类号:T P 文献标识码:A收稿日期:;修订日期:作者简介:史振宇(),男,广东汕头人,工程师,硕士,主要从事船舶电气方面的工作.引言完全与大气相互隔离形成的环境为密封空间,但一个完全封闭的空间,人员呼吸、机器运转等时刻产生C O,因此必须配备高效的C O吸收系统.C O吸收系统不仅可以保障人员的生命安全,还可以提高隐蔽性 和 作 战 效 能.从 舱 室 内C O净 化 效 果 来 看,L i OH吸收技术能够对舱室内C O浓度进行较好的控制.目前我国密闭舱室用L i OH吸收罐内的产品是采用传统成型工艺将L i OH原材料固化后经机械加工成大小不规则的颗粒状填充至滤罐内,工艺简单,该颗粒状L i OH强度低,移动过程中随时易破碎成粉末,使用时L i OH粉尘随风道逸出严重.为此,本文基于P L C设计了空气检测系统,能够实时检测C O净化效果,具有生产效率高、故障率低的特点,且可实现控制系统的可视化和模块化.密封舱净化工艺流程首先建立密闭环境模拟性能密封舱,采用多孔L i OH吸收剂,在保持C O高吸收率条件下产生低的L i OH粉尘率.与传统的L i OH原材料固化工艺相比,多孔L i OH吸收剂产生的粉尘大大减少,但仍然不可避免,因此设计粉尘传感器对其加以检测.在模拟密封舱安装C O气瓶,模拟人以 L/h的平均呼吸速率排放C O,将PM粉尘浓度传感器与C O浓度传感器同时布置在密封舱上、下两端,密封舱的起始C O浓度(体积分数)为 .系统开启后风机开始运转,浓度传感器监测C O的浓度,温度传感器检测温度的变化.将信号反馈给控制台进行计算,使密封舱C O浓度(体积分数)保持在 ,湿度保持在 ,温度保持在 ,采用压力表时刻检测密封舱室的压力.密封舱空气检测系统设计 控制系统硬件要求为了满足密封舱的反应环境与过程检测控制要求,用西门子的 S MA R T作为系统的控制核心设计了一个密封舱空气检测系统.由S S MA R TC P U提供一个以太网端口和一个R S 端口(端口),标准型C P U额外支持S B CM 信号板(端口),信号板可通过S T E P M i c r o/W I NS MA R T软件组态为R S 通信端口或R S 通信端口,S MA R T系列P L C能够满足本项目的完整功能要求.除控制模块外,系统中还包括传感器、风机等,其组成如图所示.P L C软件检测程序设计基于西门子P L C强大的功能,将全部控制功能分为几个符合工艺控制规律的子功能块.子程序执行完毕自动返回,具有更好的组织程序结构,便于调试和阅读.在此项目中,将净化检测项目分解为L i OH的反应检测、数据输出、粉尘传感器检测、流量控制器检测和风机控制五个功能块.主程序梯形图如图所示,给定一个虚拟地址S M 对应的是设备的启动按钮,当按下启动按钮设备开始运转.L i OH的反应控制是此实验的核心部分,在反应时,控制台采集温度、湿度传感器的相关数据.在S T E P M i c r o W I NS MA R T中添加S_I T R指令块,L i OH实验条件输入指令如图所示,温度、湿度数据被转换成相应的工程值在触摸屏上显示.图密封舱空气检测系统组成结构图主程序梯形图图L i OH实验条件输入指令由于使用L i OH无法避免粉尘外溢,因此需要监测密闭空间内的粉尘浓度,P M 达到 m g/m,PM 达到 m g/m,满足其中一个粉尘浓度条件P L C就会发出警报.传感器的读取和写入可以通过以下方式进行:粉尘浓度传感器的模拟输出可以直接连接到P L C模拟输入接口,读取粉尘浓度信息.P L C模拟输出需要进行A D转换,因此需要匹配适当的输入范围和分辨率,需要注意的是,不同型号的粉尘传感器可能具有不同的读写方式和通讯协议.本系统中采用的粉尘传感器的读取与写入梯形图如图、图所示.图粉尘浓度传感器读取梯形图图粉尘浓度传感器写入梯形图密封舱的空气混合气体主要是C O与N,因此,需要对这两种气体的浓度进行实时监测.首先对C O与N的浓度读取程序进行复位操作,然后用N与C O流量计读取瞬时流量并且与控制台P L C进行通讯,P L C将数据传输到显示屏上.N与C O的瞬时流量读取指令分别如图、图所示.图N瞬时流量读取指令图C O瞬时流量读取指令控制风机向L i OH输送C O使其与之充分反应,使用P L C来控制风机的启停、故障报警等功能.首先将风机接入电源输入端口,并将风机的控制信号接入P L C的数字输入端口;然后在P L C的编程软件中 年第期 史振宇,等:基于L i OH净化密封舱空气检测系统设计编写逻辑代码来控制风机的启停.在编写逻辑代码时,应考虑安全因素.例如,在启动风机之前,需要检查风机的状态,确保它没有故障或危险.密封舱监控实现密封舱检测控制系统采集的数据显示在威纶通触摸屏上,通过威纶通的U t i l i t y M a n a g e r实现检测系统与控制系统的界面搭建,上位机监控界面如图所示.上位机界面主要包括密封舱的实时温度显示、按钮操作、设定窗口和累计流量控制等,以及机器工作前的数据预设,还有运行过程中实时采集的C O、N浓度和瞬时流量、PM 粉尘浓度等的显示.图上位机监控界面结论本文设计了一套基于P L C的密封舱空气检测系统,介绍了该系统的基本结构和工作原理,使用P L C控制检测密封空间内C O的浓度.在吸附C O上运用了多孔L i OH吸收剂,在保持C O高吸收率条件下获得低L i OH粉尘率.使用P L C控制检测系统可以实现自动化检测,并且可以在检测到高浓度C O时立即触发报警或采取其他安全措施,从而提高了检测效率.参考文献:肖如熙冻结法清除密闭空间C O的实验研究D武汉:华中科技大学,:李苹通信技术与P L C自动化控制系统的相关研究J信息与电脑(理论版),():周渝淞,崔兵彦,牛同锋,等多孔L i OH的吸收性能研究J当代化工,():,杨国威,卞强,余青霓,等密闭空间温湿度条件对L i OH吸收效率的影响J载人航天,():吴慧君,韩志引基于P L C的电炉P I D温度控制系统设计J软件,():谢峰 P L C编程的子程序调用及系统故障监测J中国设备管理,():D e s i g no fA i rD e t e c t i o nS y s t e mf o rP u r i f y i n ga n dS e a l i n gC a b i nB a s e do nL i O HS H IZ h e n y u,J I A N G W e i b i n,(T h eT h i r dM i l i t a r yR e p r e s e n t a t i v eO f f i c eo fW u h a nB u r e a uo fN a v a lA r m a m e n tD e p a r t m e n t,W u h a n ,C h i n a;H u b e iK e yL a b o r a t o r yo fM a r i n eE l e c t r o m a g n e t i cD e t e c t i o na n dC o n t r o l,W u h a n ,C h i n a;W u h a nS e c o n dS h i pD e s i g na n dR e s e a r c h I n s t i t u t e,W u h a n ,C h i n a)A b s t r a c t:T h e s e a l e dw o r k i n ge n v i r o n m e n t i s i s o l a t e d f r o mt h e a t m o s p h e r e,a n dh a r m f u l g a s e s s u c ha sC Ow i l l b ep r o d u c e dw h e n t h es t a f fb r e a t h ea n dt h em a c h i n e i sr u n n i n g A tp r e s e n t,t h em a i nw a yt ot r e a tC Oi st h r o u g hi t sa b s o r p t i o nt h r o u g ht h er e a c t i o nw i t hL i OH,b u tL i OHr e a c t i o nw i l lb ea c c o m p a n i e db yt h eg e n e r a t i o no fd u s t,a n dt h e i n c r e a s e i nt e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t yi sa l s on o tc o n d u c i v e t oh u m a ns u r v i v a l T h e r e f o r e,t h i sa r t i c l ed e s i g n sas y s t e mt h a t c a nd e t e c t t h ep u r i f i c a t i o ne f f e c t i nr e a l t i m eb a s e do nt h eC Og e n e r a t e da t a l l t i m e s i na f u l l ys e a l e ds p a c e,a sw e l l a s t h ed u s tg e n e r a t e db yL i OHa b s o r p t i o no fC O,s p a c e t e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t y,a n do t h e r d a t a T h e s y s t e mu s e sS i e m e n s S MA R Ta s t h e c o n t r o l c o r e t op r o c e s s t h ed a t ao f t h e s e a l e dc a b i n;u s i n g t h eW e i l e n t o n gt o u c hs c r e e na st h eh u m a n c o m p u t e r i n t e r a c t i o ni n t e r f a c e,r e a l t i m ec a b i nd a t ai sp r o v i d e dt ot h es t a f f,e n h a n c i n gt h er e l i a b i l i t yo f t h ed e t e c t i o ns y s t e mK e y w o r d s:s e a l e dc a b i n;d e t e c t i o ns y s t e m;P L C;L i OHa d s o r b e n t;C Op u r i f i c a t i o n(上接第 页)D e s i g no fF r e q u e n c yC o n v e r s i o nS p e e dC o n t r o l S y s t e mf o rM i n eH o i s tZ H E N GH a i f e n g(M e c h a n i c a l a n dE l e c t r i c a lW o r kA r e a,N o C o a lM i n e,H u a y a n gG r o u p,Y a n g q u a n ,C h i n a)A b s t r a c t:A sa ni m p o r t a n tc o n v e y i n ge q u i p m e n tf o rp e r s o n n e la n dm a t e r i a l si nc o a lm i n e s,t h es p e e dr e g u l a t i o np e r f o r m a n c ea n de n e r g y s a v i n gc h a r a c t e r i s t i c so fh o i s th a v ea ni m p o r t a n t i m p a c to nt h es a f ea n de f f i c i e n tp r o d u c t i o no fc o a lm i n e s A i m i n ga tt h es h o r t c o m i n g so f t h e t r a d i t i o n a lm i n eh o i s ts p e e dr e g u l a t i o ns y s t e m,s u c ha sp o o rs p e e dr e g u l a t i o np e r f o r m a n c ea n ds t a b i l i t y,h i g he n e r g yc o n s u m p t i o n,a n dh i g hs y s t e m m a i n t e n a n c ec o s t,t h i sp a p e rd e s i g n saf r e q u e n c yc o n v e r s i o ns p e e dr e g u l a t i o nc o n t r o l s y s t e mf o rm i n eh o i s tb a s e do nP L Cc o n t r o l a n dA Cf r e q u e n c yc o n v e r t e rd r i v e T h es t a b i l i t ya n de n e r g ys a v i n ge f f e c to f t h es y s t e ms p e e dr e g u l a t i o np r o c e s sc a nb ee f f e c t i v e l yi m p r o v e dt h r o u g he f f i c i e n tA Cf r e q u e n c yc o n v e r t e r I th a sp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c ef o r i m p r o v i n gt h ep e r f o r m a n c eo f t h eh o i s t K e y w o r d s:m i n eh o i s t;f r e q u e n c yc o n t r o l s y s t e m;h a r d w a r e;s o f t w a r e机 械 工 程 与 自 动 化 年第期