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石油液化氣(以下簡稱液化氣)作為一種燃料，應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。液化氣具有較低的爆炸下限、較低的閃點(diǎn)和燃點(diǎn)，如果泄漏到空氣中極易引起爆燃，造成破壞。預(yù)防液化氣站發(fā)生事故是至關(guān)重要的。對液化氣的泄漏進(jìn)行實時監(jiān)測，并根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行自動強(qiáng)制排風(fēng)可以很好地預(yù)防由于液化氣泄漏引起的事故。筆者根據(jù)某液化氣站的實際情況，利用PICl6F870單片機(jī)設(shè)計了一套液化氣泄漏自動控制系統(tǒng)，并在實際中使用，效果良好。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計

PIC系列單片機(jī)硬件系統(tǒng)(圖1)設(shè)計簡潔，指令系統(tǒng)設(shè)計精練。

圖1. 系統(tǒng)框圖

1．1 傳感器電路

1)傳感器的選用目前在可燃?xì)怏w探測方面應(yīng)用的傳感器主要有2大類：一類是基于半導(dǎo)體機(jī)理和催化機(jī)理的點(diǎn)型氣體傳感器；另一類是基于紅外光譜吸收機(jī)理的線性氣體傳感器。2類傳感器各有優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)市場元件供應(yīng)情況和承受能力，選擇了MQK系列點(diǎn)型氣敏傳感器。MQK系列氣敏元件采用半導(dǎo)體敏感材料。用該系列元件組裝成易燃易爆和有毒氣體泄漏報警器及檢測裝置，可廣泛運(yùn)用于礦山、油田、化工、國防、醫(yī)藥及家庭。根據(jù)某液化氣站的實際情況，采用6只半導(dǎo)體點(diǎn)型傳感器進(jìn)行重點(diǎn)部位檢測。

2)傳感器的溫度補(bǔ)償在確定傳感器后，要解決傳感器的溫度漂移問題。如何處理好氣體傳感器溫度補(bǔ)償問題是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。氣體傳感器在不同環(huán)境溫度下輸出的靈敏度會有不同，特別是在低溫情況下，靈敏度會變差。如果設(shè)定的報警閾值電壓不當(dāng)?shù)脑挘�就會在環(huán)境溫度低時遇到氣體泄漏超過報警濃度不報警，在環(huán)境溫度高時達(dá)不到報警濃度反而誤報警。以前的做法是根據(jù)環(huán)境溫度調(diào)整報警閾值電壓進(jìn)行補(bǔ)償，這樣電路比較簡單，但補(bǔ)償?shù)男Ч�不太理想，主要是在低溫環(huán)境里，氣體傳感器的表面溫度降低導(dǎo)致氣體傳感器的性能變差。考慮地處北方，液化氣站又是開放布置，環(huán)境溫度低。解決的方法是在低溫環(huán)境里提高氣體傳感器的加熱功率，使氣體傳感器的表面溫度維持相對恒定，達(dá)到穩(wěn)定氣體傳感器工作的目的。

3)傳感器加熱電壓控制電路傳感器加熱電壓控制電路原理如圖2所示。利用PIC單片機(jī)的CCP模塊的脈沖寬度調(diào)節(jié)輸出功能(簡稱PWM)及A／D轉(zhuǎn)換輸入功能實現(xiàn)傳感器加熱電壓的監(jiān)控與調(diào)整，達(dá)到穩(wěn)定加熱電壓符合預(yù)定值的目的。

圖2. 傳感器加熱電壓控制電路原理

利用高速電子開關(guān)TWH8778作為開關(guān)管的降壓式開關(guān)電源。其中，Vi為輸入電壓，V0為輸出電壓。二極管D和電感L、電容C構(gòu)成積分電路，對TWH8778輸出的方波電壓進(jìn)行積分。由于TWH8778輸出的方波電壓的占空比受PICl6F870輸出的PWM控制，所以根據(jù)不同的占空比就可以得到不同的輸出電壓值V0。

該電路的工作原理是：PICl6F870根據(jù)檢測的環(huán)境溫度，設(shè)定傳感器加熱電壓目標(biāo)值，輸出到PWM，啟動開關(guān)電源工作，通過A／D轉(zhuǎn)換電路將、廠。電壓值讀人單片機(jī)。如果電壓值偏離給定值，則調(diào)整PWM輸出，這樣形成一個電壓調(diào)整的閉合環(huán)路，直到電壓值維持在給定值并恒定。從而達(dá)到隨外界溫度的改變而改變加熱功率的目的，以補(bǔ)償氣體傳感器的溫度變化。

1．2 控制電路

如圖3所示，用LM224構(gòu)成控制電路。當(dāng)泄露的液化氣濃度達(dá)到一定濃度時，報警裝置將產(chǎn)生一個階躍報警觸發(fā)信號。將該信號(若沒有配備報警器，可增設(shè)氣敏傳感器及相應(yīng)電路)同步引到LM224的同相輸入端，使其輸出高電平開通源極輸出器，直流繼電器JD得到工作電流，其3個常開觸電J₁，J₂，J₃被吸合。此時，如2圖3所示3組晶閘管被開通，電動機(jī)三相繞組得到交流電壓開始工作，排風(fēng)扇向室外排風(fēng)。從而實現(xiàn)排風(fēng)與報警的聯(lián)動。D1引入正反饋，使比較器輸出的高電平得以保持，以免排風(fēng)扇誤停。當(dāng)確認(rèn)排風(fēng)扇可以停止工作時，由工作人員觸按一下按鈕開關(guān)S，即可解除排風(fēng)狀態(tài)。電容C1的作用是為了避免因停電后恢復(fù)供電可能引起的控制電路的錯誤輸出和排風(fēng)扇的誤動作。S₁，S₂，S₃為原手動開關(guān)。

圖3. 控制電路原理

該電路用晶閘管實現(xiàn)了電機(jī)的無觸電開關(guān)，不需要防爆密封；通過繼電器觸點(diǎn)對兩個控制極的連接，使每組開關(guān)的兩個晶閘管中的控制極、陰極之間的電壓互為觸發(fā)電壓，這樣解決了外加觸發(fā)信號時交直流共地的問題；繼電器的工作電流小于20mA，符合有關(guān)安全要求。

2 軟件設(shè)計

程序框圖如圖4所示。系統(tǒng)上電后，對單片機(jī)的各個接口的工作方式、CCP模塊等進(jìn)行初始化。啟動環(huán)境溫度測試程序，檢測環(huán)境溫度，根據(jù)環(huán)境溫度設(shè)定傳感器加熱電壓，確定PWM控制脈寬，開啟開關(guān)電源對傳感器進(jìn)行加熱。同時檢測傳感器加熱電壓與給定值是否相符，如果不相符，對PWM控制脈寬進(jìn)行調(diào)整。形成傳感器加熱電壓的閉環(huán)控制，使傳感器得到穩(wěn)定的加熱功率。不斷檢測環(huán)境溫度，根據(jù)環(huán)境溫度不斷調(diào)整傳感器加熱電壓。程序的另一個主要分支是執(zhí)行上電延時程序，避免傳感器誤報警。對設(shè)置的6路傳感器進(jìn)行巡回檢測，并顯示正在檢測的傳感器標(biāo)號。將傳感器信號與設(shè)定的報警濃度信號進(jìn)行對比，判斷是否達(dá)到報警限度。如沒有達(dá)到，則不斷進(jìn)行巡回檢測。如果達(dá)到報警限度，鎖定傳感器標(biāo)號顯示，指出泄漏方位，同時執(zhí)行強(qiáng)制排風(fēng)程序，控制排風(fēng)電機(jī)強(qiáng)制排風(fēng)，并發(fā)出聲光報警信號。

3 結(jié)語

該設(shè)計硬件電路簡單，便于在線開發(fā)和調(diào)試，十分適合現(xiàn)場應(yīng)用。系統(tǒng)集檢測、報警和控制為一體，功能齊全。全部采用防爆設(shè)計，安全可靠。特別是較好地解決了氣體傳感器的溫度補(bǔ)償問題，提高了系統(tǒng)的工作可靠性。如果液化氣站是半封閉或處于南方溫度較高地區(qū)，也可以利用系統(tǒng)資源擴(kuò)充輸出控制功能，如有條件可以增加儲瓶間噴灑水霧裝置。現(xiàn)在該系統(tǒng)正在某液化氣站使用，并通過了當(dāng)?shù)叵�防部門的安全認(rèn)定，使用效果理想。