Disinn ta 'Sistema ta' Kontroll għall-Ġeneratur ta 'Ossiġenu ta' Adsorbiment ta 'Swing tal-Pressjoni Portabbli

Disinn ta 'sistema ta' kontroll għal ġeneratur ta 'ossiġnu ta' adsorbiment ta 'swing pressjoni portabbli
 

 

L-ossiġnu huwa element bażiku biex jinżammu l-attivitajiet tal-ħajja tal-bniedem u għandu rwol vitali f'diversi trattamenti mediċi u salvataġġ ta 'emerġenza. It-tagħmir tal-produzzjoni tal-ossiġnu huwa tagħmir ta 'appoġġ mediku importanti. Il-metodu ta 'produzzjoni ta' ossiġnu ta 'adsorbiment ta' swing tal-pressjoni (PSA) intuża ħafna f'tagħmir ta 'produzzjoni ta' ossiġnu ta 'daqs żgħir u medju minħabba l-vantaġġi tiegħu ta' konsum baxx ta 'enerġija, l-ebda tniġġis u investiment baxx. Il-prinċipju ta 'ħidma tal-metodu ta' adsorbiment ta 'swing pressjoni huwa: permezz tad-differenza fil-karatteristiċi ta' adsorbiment ta 'għarbiel molekulari għal ossiġnu u nitroġenu, in-nitroġenu jiġi adsorbit taħt kundizzjonijiet ta' pressjoni biex jissepara l-ossiġnu; taħt kundizzjonijiet ta 'pressjoni mnaqqsa, in-nitroġenu jiġi desorbit biex jirrestawra l-prestazzjoni tal-adsorbiment tal-għarbiel molekulari biex tinkiseb separazzjoni tal-ossiġnu u n-nitroġenu. Il-biċċa l-kbira tat-tagħmir tal-produzzjoni ta 'l-ossiġnu ta' adsorbiment ta 'swing tal-pressjoni attwali huwa kbir fid-daqs u tqil fil-piż, li ma jistax jissodisfa l-ħtiġijiet tal-portabbiltà fil-qasam jew fuq il-vetturi. Ġeneraturi ta 'l-ossiġnu ta' adsorbiment ta 'swing pressjoni li jinġarru jirreferu għal dawk it-tagħmir tal-produzzjoni ta' l-ossiġnu li jistgħu jinġarru ħafif, għandhom il-provvista ta 'enerġija tagħhom stess, u huma ħfief fil-piż. Madankollu, hemm relattivament ftit riċerka f'dan il-qasam fiċ-Ċina, u s-sistemi ta 'kontroll eżistenti huma ġeneralment kbar fid-daqs, baxxi fl-awtomazzjoni, u fqar fl-istabbiltà. F'dan l-istudju, flimkien mal-proċess ta 'produzzjoni ta' ossiġnu ta 'adsorbiment ta' pressjoni swing, ġiet iddisinjata u żviluppata sistema ta 'kontroll adattata għal ġeneraturi ta' ossiġnu ta 'adsorbiment ta' pressjoni li jistgħu jinġarru biex tipprovdi appoġġ tekniku għal aktar riċerka u applikazzjoni ta 'ġeneraturi ta' ossiġnu portabbli.

Pressjoni swing adsorbiment proċess ta ' produzzjoni ta ' ossiġnu

Sabiex jiġi żviluppat ġeneratur ta 'l-ossiġnu ta' adsorbiment ta 'swing ta' pressjoni li jista 'jinġarr, dan l-istudju għaqqad il-prinċipju tal-produzzjoni ta' l-ossiġnu ta 'adsorbiment ta' pressjoni swing u l-ewwel iddetermina l-fluss tal-proċess bażiku tal-produzzjoni ta 'l-ossiġnu, kif muri fil-figura. Sabiex jitnaqqas il-volum u l-piż tal-ġeneratur tal-ossiġnu portabbli, dan l-esperiment adotta proċess ta 'produzzjoni tal-ossiġnu b'żewġ torrijiet. Il-proċess ta 'produzzjoni ta' ossiġnu b'żewġ torrijiet huwa użat ħafna f'tagħmir żgħir ta 'produzzjoni ta' ossiġnu minħabba l-istruttura sempliċi tiegħu, manutenzjoni konvenjenti u prezz baxx. Billi talterna l-operazzjoni ta 'żewġ torrijiet ta' adsorbiment, tista 'tinkiseb produzzjoni ta' ossiġnu kontinwa u stabbli, filwaqt li tnaqqas b'mod effettiv il-volum u l-massa tat-tagħmir. Sabiex tiżdied ir-rendiment ta 'l-ossiġnu u jitnaqqas il-konsum ta' enerġija, dan l-esperiment iddisinja u adotta proċess bi proċess ta 'ekwalizzazzjoni. Il-proċess ta 'ekwalizzazzjoni jkompli jtejjeb l-effiċjenza tal-produzzjoni tal-ossiġnu u jnaqqas il-konsum tal-enerġija tas-sistema billi jottimizza d-differenza tal-pressjoni. Il-kombinazzjoni ta 'dan il-proċess mhux biss ittejjeb il-prestazzjoni tal-ġeneratur ta' l-ossiġnu ta 'adsorbiment ta' pressjoni li tista 'tinġarr, iżda wkoll tikkontrolla b'mod effettiv il-konsum ta' enerġija u l-volum tat-tagħmir filwaqt li tiżgura l-purità ta 'l-ossiġnu.



Disinn taċ-ċirkwit tas-sewqan tat-tagħbija
It-tagħbijiet tax-xogħol prinċipali tal-konċentratur tal-ossiġnu PSA portabbli jinkludu kompressuri tal-arja u valvoli tas-solenojd. Bl-użu ta 'valv tas-solenojd magħqud, il-volum u l-piż tal-konċentratur tal-ossiġnu jistgħu jitnaqqsu b'mod effettiv filwaqt li tissaħħaħ l-istabbiltà tas-sistema. Madankollu, peress li l-vultaġġ operattiv tal-kompressur tal-arja u l-valv tas-solenojd huwa DC 12V, filwaqt li l-vultaġġ operattiv tal-mikrokontrollur huwa DC 3.3V, huwa diffiċli li jsuq direttament dawn it-tagħbijiet. Għalhekk, l-output tas-sinjal mill-mikrokontrollur huwa maqlub mill-inverter 74LVC04 u amplifikat mit-tubu Darlington ULN2003 biex isuq it-tħaddim tal-kompressur tal-arja u l-valv tas-solenojd.
ULN2003 huwa firxa ta 'transisters komposti ta' prestazzjoni għolja b'temperatura għolja tajba u reżistenza għal pressjoni għolja u kapaċità ta 'tagħbija qawwija. Tintegra diode freewheeling u tista 'tmexxi direttament tagħbijiet ta' kurrent għoli inklużi relays. Iċ-ċirkwit tas-sewqan skematiku tal-kompressur tal-arja u l-valv tas-solenojd huwa muri fil-figura.



Disinn taċ-ċirkwit tas-sewqan tal-kompressur tal-arja
Il-kompressur ta 'l-arja huwa l-komponent ta' l-enerġija tal-qalba tal-ġeneratur ta 'l-ossiġnu ta' adsorbiment ta 'swing pressjoni (PSA) portabbli. Tissepara l-ossiġnu billi tiġbor l-arja ambjentali u tippressaha biex tibgħatha fit-torri tal-adsorbiment, li hija ħolqa ewlenija fil-proċess tal-produzzjoni tal-ossiġnu. Sabiex tissodisfa r-rekwiżiti ta 'prestazzjoni effiċjenti u stabbli ta' tagħmir portabbli, din is-sistema tuża kompressur DC mingħajr brushes mikro Thomas, li għandu l-vantaġġi ta 'tħaddim bla xkiel, fluss kbir, vibrazzjoni baxxa, storbju baxx u konsum baxx ta' enerġija, u huwa adattat ħafna għal ix-xenarju tal-applikazzjoni tal-ġeneratur tal-ossiġnu.
Il-mutur DC mingħajr brushes jeħtieġ ċirkwit drajv iddedikat biex tlesti l-kommutazzjoni elettronika biex tiżgura t-tħaddim normali tagħha. Għalhekk, sett ta 'ċirkwiti tas-sewqan bil-mutur ibbażati fuq iċ-ċippa ta' kontroll JY01 huwa ddisinjat. Il-prinċipju huwa muri fil-figura. Permezz tad-disinn taċ-ċirkwit ottimizzat, il-veloċità operattiva u l-istabbiltà tal-kompressur tal-arja jistgħu jiġu kkontrollati b'mod preċiż.
Disinn taċ-ċirkwit u Prinċipju
JY01 hija ċippa ta 'kontroll użata apposta għal muturi DC mingħajr brushes, bil-funzjonijiet ewlenin li ġejjin:
Regolazzjoni lineari tal-veloċità: biex jinkiseb kontroll preċiż tal-veloċità tal-mutur;
Mekkaniżmi ta 'protezzjoni multipli: inkluż protezzjoni ta' kurrent żejjed, protezzjoni ta 'vultaġġ baxx u protezzjoni ta' ċirkwit qasir biex jiżguraw tħaddim sikur ta 'ċirkwit;
Produzzjoni tal-modulazzjoni tal-wisa 'tal-polz sinusojdali (SPWM): biex ittejjeb l-effiċjenza tas-sewqan u tnaqqas il-vibrazzjoni u l-istorbju tal-mutur.
Iċ-ċirkwit tas-sewqan huwa bbażat fuq JY01, u s-sinjal tal-pożizzjoni tar-rotor (Ha, Hb, Hc) jinkiseb permezz tas-sensor Hall, u ċ-ċippa tiġġenera s-sinjal tas-sewqan korrispondenti. L-output tas-sinjal SPWM minn JY01 jikkontrolla l-modulu tas-sewqan IR2021, u b'hekk isuq it-transistor tal-effett tal-kamp (FET) tal-armi tal-pont ta 'fuq u t'isfel. Is-sinjal tas-sewqan huwa maqsum f'sinjali ta 'kontroll tad-driegħ ta' fuq u ta 'isfel: is-sinjali ta' fuq tad-driegħ ta 'MA, MB, u MC huma rappreżentati minn AT, BT, u CT rispettivament, u s-sinjali ta' driegħ t'isfel huma rappreżentati minn AB, BB, u CB.

Bħala konklużjoni
F'konformità mal-mekkaniżmu tal-produzzjoni tal-ossiġnu tas-separazzjoni tal-membrana, din ir-riċerka tfassal sistema ta 'kontroll tal-ġeneratur tal-ossiġnu tas-separazzjoni tal-membrana kompatta li tieħu l-mikrokompjuter b'ċippa waħda STM32F407 bħala l-unità ċentrali ta' kontroll, filwaqt li tifformula wkoll ċirkwiti ta 'kontroll periferali korrispondenti u algoritmi ta' kontroll. Is-setup tal-kontroll kollu juri l-merti li jkun faċli għall-utent, faċli biex topera, stabbli ħafna, u estremament affidabbli, flimkien ma 'kapaċitajiet eċċellenti ta' interazzjoni bejn il-bniedem u l-magna. Il-prototip tal-ġeneratur tal-ossiġnu żviluppat taħt dan ir-reġim ta 'kontroll huwa ta' daqs diminuttiv u għandu piż notevolment ħafif. Meta r-rata tal-ħruġ tal-ossiġnu tolqot 0.8 L/min, il-purità tal-ossiġnu tista 'tilħaq sa 93.2%, u tissodisfa l-punti ta' referenza tad-disinn issettjati minn qabel. B'ħarsa 'l quddiem, hemm pjanijiet biex tiġi esplorata r-regolamentazzjoni intelliġenti tal-proċess tal-produzzjoni tal-ossiġnu. Billi taġġusta b'mod preċiż parametri bħall-veloċità tal-pompa, il-ħin tal-permeazzjoni u l-pressjoni tal-membrana, ir-rata tal-ħruġ tal-ossiġnu u l-purità tal-ġeneratur tal-ossiġnu jistgħu jiġu rranġati awtomatikament skont il-bidliet fit-temperatura ambjentali u jinżammu f'livell relattivament kostanti.