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富氧火花點燃試驗裝置的自動化控制系統(tǒng)是實現(xiàn)精準試驗與安全運行的核心，通過多模塊協(xié)同實現(xiàn)參數(shù)調(diào)控、過程監(jiān)控與安全聯(lián)鎖的一體化管理。其設(shè)計需兼顧控制精度與抗干擾能力，以適應富氧環(huán)境下的復雜燃燒試驗需求。
傳感層采用多參數(shù)同步采集設(shè)計。核心傳感器包括：激光氧氣分析儀（精度±0.1%）實時監(jiān)測混合氣體氧濃度；紅外氣體傳感器同步采集甲烷、丙烷等燃料組分濃度，響應時間＜1秒；高頻壓力傳感器（采樣率1kHz）記錄燃燒腔體壓力變化；熱電偶陣列（精度±0.5℃）監(jiān)測不同區(qū)域溫度分布。所有傳感器信號經(jīng)屏蔽線傳輸至數(shù)據(jù)采集卡，通過光電隔離模塊消除電磁干擾，確保在高壓點火瞬間數(shù)據(jù)采集不受影響。
控制核心采用PLC+嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)。西門子S7-1200 PLC負責執(zhí)行邏輯控制，通過PID算法調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥開度，將氧-燃比控制在±0.5%誤差范圍內(nèi)。嵌入式系統(tǒng)搭載ARM Cortex-A9處理器，運行自定義燃燒分析算法，可實時計算點火延遲時間、燃燒速率等特征參數(shù)。兩者通過以太網(wǎng)通訊實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，控制周期達10ms，滿足動態(tài)調(diào)節(jié)需求。系統(tǒng)內(nèi)置100組標準試驗方案，支持用戶自定義參數(shù)序列，如設(shè)置氧氣濃度從21%階梯式升至90%，每階段停留30秒并自動觸發(fā)點火。
執(zhí)行機構(gòu)注重響應速度與可靠性。選用直動式電磁換向閥控制燃氣通路，切換時間＜50ms；高壓點火器采用可控硅觸發(fā)方式，點火能量（5-30mJ）連續(xù)可調(diào)，點火時刻同步性誤差＜1ms。為保障富氧環(huán)境安全，執(zhí)行系統(tǒng)集成三重防護：超壓時0.1秒內(nèi)觸發(fā)爆破片與緊急排氣閥聯(lián)動；氧濃度超上限（95%）自動切斷氣源并啟動氮氣吹掃；火焰?zhèn)鞲衅鳈z測到意外燃燒時立即切斷所有能源輸入。
人機交互與數(shù)據(jù)管理功能完善。10.1英寸觸摸屏實時顯示16路參數(shù)曲線，支持局部放大與數(shù)據(jù)標注；配備緊急停止按鈕與鑰匙開關(guān)，防止非法操作。數(shù)據(jù)存儲采用本地SD卡+云端備份模式，自動記錄試驗全過程數(shù)據(jù)（包括時間戳、參數(shù)值、報警信息），可導出為Excel或PDF格式報告。系統(tǒng)還支持遠程監(jiān)控，通過4G模塊將關(guān)鍵數(shù)據(jù)推送至移動端，實現(xiàn)無人值守狀態(tài)下的安全預警。
富氧火花點燃試驗裝置的自動化控制系統(tǒng)通過硬件冗余設(shè)計與軟件容錯算法，將試驗參數(shù)控制精度提升至±1%，單次試驗周期縮短至傳統(tǒng)手動操作的1/3，同時將安全事故響應時間壓縮至0.5秒內(nèi)，為富氧燃燒機理研究、燃料燃爆特性分析提供了高效可靠的試驗平臺。
