【摘要】：針對(duì)基于開環(huán)控制的粉塵采樣器存在采樣誤差較大的問題,設(shè)計(jì)了基于流量閉環(huán)控制的粉塵采樣器。該采樣器采用微型氣體流量傳感器采集流量,采用帶死區(qū)的增量PID控制算法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采樣流量的變化并進(jìn)行及時(shí)調(diào)整,消除了流量隨負(fù)載變化引起的誤差,確保了粉塵采樣計(jì)量的準(zhǔn)確性。
文內(nèi)圖片：
圖片說明： 樣泵；②為適應(yīng)不同粉塵濃度環(huán)境及不同粉塵濃度監(jiān)測(cè)設(shè)備的采樣流量的變化，粉塵采樣器應(yīng)能實(shí)現(xiàn)采樣流量在一定范圍內(nèi)的設(shè)定，即要求采樣泵具有較大的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)范圍�；诹髁块]環(huán)控制的粉塵采樣器以單片機(jī)為控制核心，通過單片機(jī)控制采樣泵運(yùn)行，對(duì)含塵氣體進(jìn)行采樣；通過氣體流量傳感器進(jìn)行流量采樣，并與設(shè)定流量比較，通過控制算法處理后，對(duì)采樣泵氣泵進(jìn)行調(diào)整，使抽氣流量恒定在設(shè)定的誤差范圍內(nèi)。在負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，能自動(dòng)調(diào)整抽氣泵功率，使流量保持恒定。控制原理如圖１所示。圖１基于流量閉環(huán)控制的粉塵采樣器控制原理２硬件選型及電路設(shè)計(jì)２．１硬件選型流量傳感器及采樣泵的參數(shù)選擇直接影響流量的快速調(diào)節(jié)及恒定控制。本設(shè)計(jì)采用ＦＳ４００８系列流量傳感器，測(cè)量范圍為０～３０Ｌ／ｍｉｎ，測(cè)量精度為±１．５％Ｆ．Ｓ。采樣泵是粉塵采樣器的動(dòng)力源，采樣泵連續(xù)、可靠、穩(wěn)定工作是采樣器的基本要求。目前常用的薄膜泵周期性波動(dòng)較大、噪聲大，因此，采樣泵采用體積孝波動(dòng)慢、負(fù)載強(qiáng)的微型刮片泵。微型刮片泵利用嵌在軸上的碳片的往復(fù)旋轉(zhuǎn)排除氣體，負(fù)壓來自于刮片與腔體的緊密摩擦。微型刮片泵允許輸入調(diào)節(jié)電壓為０～１２Ｖ，當(dāng)輸入調(diào)節(jié)電壓為６．１Ｖ時(shí)，就可以達(dá)到設(shè)計(jì)的流量及負(fù)載要求。２．２電路設(shè)計(jì)采樣器硬件電路設(shè)計(jì)框圖如圖２所示。電源軟開關(guān)電路：對(duì)所有電路進(jìn)行供電；刮片泵數(shù)字控制及驅(qū)動(dòng)電路：根據(jù)流量傳感器的數(shù)值，對(duì)采樣泵進(jìn)行調(diào)節(jié)，減少因負(fù)載變化引起的氣體流量誤差；核心處理電路：對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，并給出顯示、驅(qū)動(dòng)的信號(hào)輸出；流量采樣電路：采集采樣泵的抽氣流量，并將信號(hào)反饋給單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；其他電路：包括日歷時(shí)鐘及存儲(chǔ)
文內(nèi)圖片：
圖片說明： 系列流量傳感器，測(cè)量范圍為０～３０Ｌ／ｍｉｎ，測(cè)量精度為±１．５％Ｆ．Ｓ。采樣泵是粉塵采樣器的動(dòng)力源，，采樣泵連續(xù)、可靠、穩(wěn)定工作是采樣器的基本要求。目前常用的薄膜泵周期性波動(dòng)較大、噪聲大，因此，采樣泵采用體積孝波動(dòng)慢、負(fù)載強(qiáng)的微型刮片泵。微型刮片泵利用嵌在軸上的碳片的往復(fù)旋轉(zhuǎn)排除氣體，負(fù)壓來自于刮片與腔體的緊密摩擦。微型刮片泵允許輸入調(diào)節(jié)電壓為０～１２Ｖ，當(dāng)輸入調(diào)節(jié)電壓為６．１Ｖ時(shí)，就可以達(dá)到設(shè)計(jì)的流量及負(fù)載要求。２．２電路設(shè)計(jì)采樣器硬件電路設(shè)計(jì)框圖如圖２所示。電源軟開關(guān)電路：對(duì)所有電路進(jìn)行供電；刮片泵數(shù)字控制及驅(qū)動(dòng)電路：根據(jù)流量傳感器的數(shù)值，對(duì)采樣泵進(jìn)行調(diào)節(jié)，減少因負(fù)載變化引起的氣體流量誤差；核心處理電路：對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，并給出顯示、驅(qū)動(dòng)的信號(hào)輸出；流量采樣電路：采集采樣泵的抽氣流量，并將信號(hào)反饋給單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；其他電路：包括日歷時(shí)鐘及存儲(chǔ)電路、顯示電路等。２．３刮片泵數(shù)字控制及驅(qū)動(dòng)電路刮片泵采用驅(qū)動(dòng)源驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，采用直流電壓可進(jìn)行直接調(diào)速。數(shù)字調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)采用８位數(shù)字電位器ＡＤ８４００，可以進(jìn)行２５６級(jí)速度調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)刮片泵的精細(xì)調(diào)節(jié)，電路原理如圖３所示。圖２采樣器硬件電路框圖圖３刮片泵數(shù)字控制及驅(qū)動(dòng)電路原理３控制軟件算法采樣控制軟件主要包括流量的閉環(huán)控制及采樣體積的計(jì)算，如圖４所示。圖４采樣控制軟件流程３．１增量ＰＩＤ控制流量的閉環(huán)控制常采用ＰＩＤ算法，即將輸出量偏差的比例（Ｐ）、積分（Ｉ）、微分（Ｄ）通過線性組合構(gòu)成控制量，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出量的跟蹤調(diào)節(jié)［７］。由于采樣泵選用直流電動(dòng)機(jī)控制的
【作者單位】： 中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(U1261205) 重慶市科技人才培養(yǎng)(新產(chǎn)品研發(fā)團(tuán)隊(duì)建設(shè))項(xiàng)目(cstc2013kjrc-tdjs20003)
【分類號(hào)】：TD714.3

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 范龍保;粉塵采樣器空氣恒流量控制方法[J];常熟高專學(xué)報(bào);2002年02期

2 董海運(yùn);肖航;;積分分離與變速積分PID算法的比較研究[J];儀器儀表用戶;2009年02期

3 羅天資;陳衛(wèi)兵;鄒豪杰;李忠良;;直線電機(jī)模糊增量PID控制算法的研究[J];測(cè)控技術(shù);2011年02期

4 徐保華,姚鴻熙,俞建平,王梅;單片機(jī)在粉塵采樣器穩(wěn)定流量中的應(yīng)用[J];江蘇煤炭;1997年02期

5 黃河;孫俠生;陳建國(guó);;一種PID多指標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及實(shí)現(xiàn)[J];計(jì)算機(jī)仿真;2013年01期

6 陳少潔;;粉塵采樣器流量計(jì)量示值誤差的測(cè)量不確定度評(píng)定[J];計(jì)量與測(cè)試技術(shù);2010年06期

7 李玉國(guó);;粉塵采樣器的誤差分析[J];計(jì)量技術(shù);1993年02期

8 時(shí)延申;侯傳之;韓增毅;李阿妮;趙圣文;;粉塵采樣過程中應(yīng)注意的問題[J];職業(yè)與健康;2009年05期

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 杜新杰;祝連慶;婁小平;常海濤;孟曉辰;郭陽寬;;基于模糊PID的酶免分析儀加樣臂運(yùn)動(dòng)控制[J];電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào);2014年03期

2 廖志遠(yuǎn);郭杰;;JT200型卷紙筒機(jī)紙帶張力的數(shù)學(xué)建模及PID控制[J];包裝與食品機(jī)械;2014年03期

3 曲敏彰;尉莉莉;王U

本文編號(hào)：2513674