पोर्टेबल दबाव स्विंग सोखना ऑक्सीजन जनरेटर के लिए नियंत्रण प्रणाली का डिजाइन

पोर्टेबल दबाव स्विंग सोखना ऑक्सीजन जनरेटर के लिए नियंत्रण प्रणाली का डिजाइन
 

 

ऑक्सीजन मानव जीवन की गतिविधियों को बनाए रखने के लिए एक बुनियादी तत्व है और विभिन्न चिकित्सा उपचारों और आपातकालीन बचावों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। ऑक्सीजन उत्पादन उपकरण एक महत्वपूर्ण चिकित्सा सहायता उपकरण है। कम ऊर्जा खपत, कोई प्रदूषण नहीं और कम निवेश के फायदे के कारण छोटे और मध्यम आकार के ऑक्सीजन उत्पादन उपकरणों में दबाव स्विंग सोखना (पीएसए) ऑक्सीजन उत्पादन विधि का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। दबाव स्विंग सोखना विधि का कार्य सिद्धांत है: आणविक छलनी की ऑक्सीजन और नाइट्रोजन के सोखने की विशेषताओं में अंतर के माध्यम से, नाइट्रोजन को ऑक्सीजन को अलग करने के लिए दबाव की स्थिति में सोख लिया जाता है; कम दबाव की स्थिति में, ऑक्सीजन और नाइट्रोजन पृथक्करण प्राप्त करने के लिए आणविक छलनी के सोखने के प्रदर्शन को बहाल करने के लिए नाइट्रोजन को अवशोषित किया जाता है। अधिकांश वर्तमान दबाव स्विंग सोखना ऑक्सीजन उत्पादन उपकरण आकार में बड़े और वजन में भारी हैं, जो क्षेत्र में या वाहनों पर पोर्टेबिलिटी की जरूरतों को पूरा नहीं कर सकते हैं। पोर्टेबल दबाव स्विंग सोखना ऑक्सीजन जनरेटर उन ऑक्सीजन उत्पादन उपकरणों को संदर्भित करते हैं जिन्हें हल्के ढंग से ले जाया जा सकता है, उनकी अपनी बिजली आपूर्ति होती है, और वजन में हल्के होते हैं। हालाँकि, चीन में इस क्षेत्र में अपेक्षाकृत कम शोध हुआ है, और मौजूदा नियंत्रण प्रणालियाँ आम तौर पर आकार में बड़ी, स्वचालन में कम और स्थिरता में खराब हैं। इस अध्ययन में, दबाव स्विंग सोखना ऑक्सीजन उत्पादन प्रक्रिया के साथ संयुक्त, पोर्टेबल दबाव स्विंग सोखना ऑक्सीजन जनरेटर के लिए उपयुक्त एक नियंत्रण प्रणाली को पोर्टेबल ऑक्सीजन जनरेटर के आगे के अनुसंधान और अनुप्रयोग के लिए तकनीकी सहायता प्रदान करने के लिए डिजाइन और विकसित किया गया था।

दबाव स्विंग सोखना ऑक्सीजन उत्पादन प्रक्रिया

एक पोर्टेबल दबाव स्विंग सोखना ऑक्सीजन जनरेटर विकसित करने के लिए, इस अध्ययन ने दबाव स्विंग सोखना ऑक्सीजन उत्पादन के सिद्धांत को जोड़ा और सबसे पहले ऑक्सीजन उत्पादन की मूल प्रक्रिया प्रवाह को निर्धारित किया, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। पोर्टेबल ऑक्सीजन जनरेटर की मात्रा और वजन को कम करने के लिए, इस प्रयोग में दो-टावर ऑक्सीजन उत्पादन प्रक्रिया को अपनाया गया। दो-टावर ऑक्सीजन उत्पादन प्रक्रिया का उपयोग इसकी सरल संरचना, सुविधाजनक रखरखाव और कम लागत के कारण छोटे ऑक्सीजन उत्पादन उपकरणों में व्यापक रूप से किया जाता है। दो सोखना टावरों के संचालन को वैकल्पिक करके, उपकरण की मात्रा और द्रव्यमान को प्रभावी ढंग से कम करते हुए निरंतर और स्थिर ऑक्सीजन उत्पादन प्राप्त किया जा सकता है। ऑक्सीजन की पैदावार बढ़ाने और ऊर्जा की खपत को कम करने के लिए, इस प्रयोग ने एक समान प्रक्रिया के साथ एक प्रक्रिया को डिजाइन और अपनाया। समकारी प्रक्रिया ऑक्सीजन उत्पादन दक्षता में और सुधार करती है और दबाव अंतर को अनुकूलित करके सिस्टम की ऊर्जा खपत को कम करती है। इस प्रक्रिया का संयोजन न केवल पोर्टेबल दबाव स्विंग सोखना ऑक्सीजन जनरेटर के प्रदर्शन में सुधार करता है, बल्कि ऑक्सीजन की शुद्धता सुनिश्चित करते हुए उपकरण की ऊर्जा खपत और मात्रा को प्रभावी ढंग से नियंत्रित करता है।



लोड ड्राइव सर्किट डिज़ाइन
पोर्टेबल पीएसए ऑक्सीजन सांद्रक के मुख्य कार्य भार में एयर कंप्रेसर और सोलनॉइड वाल्व शामिल हैं। एक संयुक्त सोलनॉइड वाल्व का उपयोग करके, सिस्टम की स्थिरता को बढ़ाते हुए ऑक्सीजन सांद्रक की मात्रा और वजन को प्रभावी ढंग से कम किया जा सकता है। हालाँकि, चूंकि एयर कंप्रेसर और सोलनॉइड वाल्व का ऑपरेटिंग वोल्टेज DC 12V है, जबकि माइक्रोकंट्रोलर का ऑपरेटिंग वोल्टेज DC 3.3V है, इसलिए इन भारों को सीधे चलाना मुश्किल है। इसलिए, एयर कंप्रेसर और सोलनॉइड वाल्व के संचालन को चलाने के लिए माइक्रोकंट्रोलर द्वारा सिग्नल आउटपुट को 74LVC04 इन्वर्टर द्वारा उलटा किया जाता है और ULN2003 डार्लिंगटन ट्यूब द्वारा बढ़ाया जाता है।
ULN2003 अच्छे उच्च तापमान और उच्च दबाव प्रतिरोध और मजबूत भार क्षमता वाला एक उच्च प्रदर्शन मिश्रित ट्रांजिस्टर सरणी है। यह एक फ्रीव्हीलिंग डायोड को एकीकृत करता है और रिले सहित उच्च वर्तमान भार को सीधे चला सकता है। एयर कंप्रेसर और सोलनॉइड वाल्व का ड्राइविंग सर्किट योजनाबद्ध चित्र में दिखाया गया है।



एयर कंप्रेसर ड्राइव सर्किट डिजाइन
एयर कंप्रेसर पोर्टेबल प्रेशर स्विंग सोखना (पीएसए) ऑक्सीजन जनरेटर का मुख्य पावर घटक है। यह परिवेशीय वायु को अंदर लेकर ऑक्सीजन को अलग करता है और इसे सोखने वाले टॉवर में भेजने के लिए दबाव डालता है, जो ऑक्सीजन उत्पादन प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण कड़ी है। पोर्टेबल उपकरणों की कुशल और स्थिर प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, यह प्रणाली थॉमस माइक्रो ब्रशलेस डीसी कंप्रेसर का उपयोग करती है, जिसमें सुचारू संचालन, बड़े प्रवाह, कम कंपन, कम शोर और कम ऊर्जा खपत के फायदे हैं, और यह बहुत उपयुक्त है ऑक्सीजन जनरेटर का अनुप्रयोग परिदृश्य।
ब्रशलेस डीसी मोटर को अपने सामान्य संचालन को सुनिश्चित करने के लिए इलेक्ट्रॉनिक कम्यूटेशन को पूरा करने के लिए एक समर्पित ड्राइव सर्किट की आवश्यकता होती है। इसलिए, JY01 नियंत्रण चिप पर आधारित मोटर ड्राइव सर्किट का एक सेट डिज़ाइन किया गया है। सिद्धांत चित्र में दिखाया गया है। अनुकूलित सर्किट डिज़ाइन के माध्यम से, एयर कंप्रेसर की ऑपरेटिंग गति और स्थिरता को सटीक रूप से नियंत्रित किया जा सकता है।
सर्किट डिजाइन और सिद्धांत
JY01 एक नियंत्रण चिप है जो विशेष रूप से ब्रशलेस डीसी मोटर्स के लिए उपयोग की जाती है, जिसके निम्नलिखित मुख्य कार्य हैं:
गति रैखिक विनियमन: मोटर गति का सटीक नियंत्रण प्राप्त करने के लिए;
एकाधिक सुरक्षा तंत्र: सुरक्षित सर्किट संचालन सुनिश्चित करने के लिए ओवरकरंट सुरक्षा, अंडरवोल्टेज सुरक्षा और शॉर्ट सर्किट सुरक्षा सहित;
साइनसॉइडल पल्स चौड़ाई मॉड्यूलेशन (एसपीडब्ल्यूएम) आउटपुट: ड्राइविंग दक्षता में सुधार और मोटर कंपन और शोर को कम करने के लिए।
ड्राइविंग सर्किट JY01 पर आधारित है, और रोटर स्थिति सिग्नल (Ha, Hb, Hc) हॉल सेंसर के माध्यम से प्राप्त किया जाता है, और चिप संबंधित ड्राइविंग सिग्नल उत्पन्न करता है। JY01 द्वारा SPWM सिग्नल आउटपुट ड्राइविंग मॉड्यूल IR2021 को नियंत्रित करता है, जिससे ऊपरी और निचले ब्रिज आर्म्स के फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर (FET) को चलाया जाता है। ड्राइविंग सिग्नल को ऊपरी और निचले बांह नियंत्रण संकेतों में विभाजित किया गया है: एमए, एमबी और एमसी के ऊपरी बांह संकेतों को क्रमशः एटी, बीटी और सीटी द्वारा दर्शाया जाता है, और निचले बांह के संकेतों को एबी, बीबी और सीबी द्वारा दर्शाया जाता है।

निष्कर्ष के तौर पर
झिल्ली पृथक्करण ऑक्सीजन उत्पादन के तंत्र के अनुरूप, यह शोध एक कॉम्पैक्ट झिल्ली पृथक्करण ऑक्सीजन जनरेटर नियंत्रण प्रणाली तैयार करता है जो STM32F407 सिंगल-चिप माइक्रो कंप्यूटर को केंद्रीय नियंत्रण इकाई के रूप में लेता है, साथ ही संबंधित परिधीय नियंत्रण सर्किट भी तैयार करता है और नियंत्रण एल्गोरिदम. संपूर्ण नियंत्रण सेटअप उत्कृष्ट मानव-मशीन संपर्क क्षमताओं के साथ-साथ उपयोगकर्ता के अनुकूल, संचालित करने में आसान, अत्यधिक स्थिर और अत्यंत विश्वसनीय होने के गुणों को प्रदर्शित करता है। इस नियंत्रण व्यवस्था के तहत विकसित ऑक्सीजन जनरेटर का प्रोटोटाइप छोटे आकार का है और इसका वजन उल्लेखनीय रूप से हल्का है। जब ऑक्सीजन उत्पादन दर 0.8 एल/मिनट तक पहुंच जाती है, तो पूर्व निर्धारित डिज़ाइन बेंचमार्क को पूरा करते हुए, ऑक्सीजन की शुद्धता 93.2% तक पहुंच सकती है। आगे देखते हुए, ऑक्सीजन उत्पादन प्रक्रिया के बुद्धिमान विनियमन का पता लगाने की योजना है। पंप गति, पारगमन समय और झिल्ली दबाव जैसे मापदंडों को सटीक रूप से समायोजित करके, ऑक्सीजन उत्पादन दर और ऑक्सीजन जनरेटर की शुद्धता को परिवेश के तापमान परिवर्तन के अनुसार स्वचालित रूप से ट्यून किया जा सकता है और अपेक्षाकृत स्थिर स्तर पर बनाए रखा जा सकता है।