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石油液化氣(以下簡稱液化氣)作為一種燃料，應用范圍相當廣泛。液化氣具有較低的爆炸下限、較低的閃點和燃點，如果泄漏到空氣中極易引起爆燃，造成破壞。預防液化氣站發(fā)生事故是至關重要的。對液化氣的泄漏進行實時監(jiān)測，并根據(jù)檢測結(jié)果進行自動強制排風可以很好地預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單片機設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)設計

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

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氣體探測方面應用的傳感器主要有2大類：一類是基于半導體機理和催化機理的點型氣體傳感器；另一類是基于紅外光譜吸收機理的線性氣體傳感器。2類傳感器各有優(yōu)缺點。根據(jù)市場元件供應情況和承受能力，選擇了MQK系列點型氣敏傳感器。MQK系列氣敏元件采用半導體敏感材料。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只半導體點型傳感器進行重點部位檢測。

2)傳感器的溫度補償在確定傳感器后，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償問題是系統(tǒng)設計的關鍵。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。如果設定的報警閾值電壓不當?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)整報警閾值電壓進行補償，這樣電路比較簡單，但補償?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，達到穩(wěn)定加熱電壓符合預定值的目的。

圖2. 傳感器加熱電壓控制電路原理

利用高速電子開關TWH8778作為開關管的降壓式開關電源。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，設定傳感器加熱電壓目標值，輸出到PWM，啟動開關電源工作，通過A／D轉(zhuǎn)換電路將、廠。電壓值讀人單片機。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。從而達到隨外界溫度的改變而改變加熱功率的目的，以補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。當泄露的液化氣濃度達到一定濃度時，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，可增設氣敏傳感器及相應電路)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，電動機三相繞組得到交流電壓開始工作，排風扇向室外排風。從而實現(xiàn)排風與報警的聯(lián)動。D1引入正反饋，使比較器輸出的高電平得以保持，以免排風扇誤停。當確認排風扇可以停止工作時，由工作人員觸按一下按鈕開關S，即可解除排風狀態(tài)。電容C1的作用是為了避免因停電后恢復供電可能引起的控制電路的錯誤輸出和排風扇的誤動作。S₁，S₂，S₃為原手動開關。

圖3. 控制電路原理

該電路用晶閘管實現(xiàn)了電機的無觸電開關，不需要防爆密封；通過繼電器觸點對兩個控制極的連接，使每組開關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，符合有關安全要求。

2 軟件設計

程序框圖如圖4所示。系統(tǒng)上電后，對單片機的各個接口的工作方式、CCP模塊等進行初始化。啟動環(huán)境溫度測試程序，檢測環(huán)境溫度，根據(jù)環(huán)境溫度設定傳感器加熱電壓，確定PWM控制脈寬，開啟開關電源對傳感器進行加熱。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。對設置的6路傳感器進行巡回檢測，并顯示正在檢測的傳感器標號。將傳感器信號與設定的報警濃度信號進行對比，判斷是否達到報警限度。如沒有達到，則不斷進行巡回檢測。如果達到報警限度，鎖定傳感器標號顯示，指出泄漏方位，同時執(zhí)行強制排風程序，控制排風電機強制排風，并發(fā)出聲光報警信號。

3 結(jié)語

該設計硬件電路簡單，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。全部采用防爆設計，安全可靠。特別是較好地解決了氣體傳感器的溫度補償問題，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?shù)叵�防部門的安全認定，使用效果理想。