富氧火花点燃试验装置的自动化控制系统设计

　　富氧火花点燃试验装置的自动化控制系统是实现精准试验与安全运行的核心，通过多模块协同实现参数调控、过程监控与安全联锁的一体化管理。其设计需兼顾控制精度与抗干扰能力，以适应富氧环境下的复杂燃烧试验需求。

　　传感层采用多参数同步采集设计。核心传感器包括：激光氧气分析仪（精度±0.1%）实时监测混合气体氧浓度；红外气体传感器同步采集甲烷、丙烷等燃料组分浓度，响应时间＜1秒；高频压力传感器（采样率1kHz）记录燃烧腔体压力变化；热电偶阵列（精度±0.5℃）监测不同区域温度分布。所有传感器信号经屏蔽线传输至数据采集卡，通过光电隔离模块消除电磁干扰，确保在高压点火瞬间数据采集不受影响。

　　控制核心采用PLC+嵌入式系统架构。西门子S7-1200 PLC负责执行逻辑控制，通过PID算法调节电动调节阀开度，将氧-燃比控制在±0.5%误差范围内。嵌入式系统搭载ARM Cortex-A9处理器，运行自定义燃烧分析算法，可实时计算点火延迟时间、燃烧速率等特征参数。两者通过以太网通讯实现数据交互，控制周期达10ms，满足动态调节需求。系统内置100组标准试验方案，支持用户自定义参数序列，如设置氧气浓度从21%阶梯式升至90%，每阶段停留30秒并自动触发点火。

　　执行机构注重响应速度与可靠性。选用直动式电磁换向阀控制燃气通路，切换时间＜50ms；高压点火器采用可控硅触发方式，点火能量（5-30mJ）连续可调，点火时刻同步性误差＜1ms。为保障富氧环境安全，执行系统集成三重防护：超压时0.1秒内触发爆破片与紧急排气阀联动；氧浓度超上限（95%）自动切断气源并启动氮气吹扫；火焰传感器检测到意外燃烧时立即切断所有能源输入。

　　人机交互与数据管理功能完善。10.1英寸触摸屏实时显示16路参数曲线，支持局部放大与数据标注；配备紧急停止按钮与钥匙开关，防止非法操作。数据存储采用本地SD卡+云端备份模式，自动记录试验全过程数据（包括时间戳、参数值、报警信息），可导出为Excel或PDF格式报告。系统还支持远程监控，通过4G模块将关键数据推送至移动端，实现无人值守状态下的安全预警。

　　富氧火花点燃试验装置的自动化控制系统通过硬件冗余设计与软件容错算法，将试验参数控制精度提升至±1%，单次试验周期缩短至传统手动操作的1/3，同时将安全事故响应时间压缩至0.5秒内，为富氧燃烧机理研究、燃料燃爆特性分析提供了高效可靠的试验平台。