专利名称：用于气体分析的气体自动进样控制装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种气体自动进样装置，它可用于气体分析过程中的气体自动进样。尤其是自动在线的气体分析如在线气相色谱分析中必不可少的气体自动进样环节。
背景技术：
在实验室的气相色谱分析中通常的气体进样方式为手动进样方式。手动进样方式必须靠人去定时操作进样，人工操作往往给气体进样带来了一定的人为因素误差，如进样时间的不一致会造成气体出峰谱图重复性不好。另外现在越来越多的在线气体分析中，是不能靠手工来操作而必须完全由计算机来控制完成气体的自动进样，过去手动操作的气体进样方式满足不了气体在线分析的需要。
另外国外有类似的气体自动进样装置如电动六通阀，阀的本身内部不带智能控制部分，它的动作是靠通上电后由外部接点的开/闭来驱动的。这种电动六通阀不能由计算机来直接控制它的动作，如要用计算机来控制还必须外带一台能输出开/闭接点的外部装置才能控制，使用起来不是很方便。
发明内容
技术问题为了解决在线气体分析过程中气体自动进样的问题，同时改善手动进样方式给分析结果带来的人为误差，本发明提供一种能由计算机直接控制，且价格较低的用于气体分析的气体自动进样控制装置及其控制方法。
技术方案本发明解决了一种能由计算机直接控制的气体自动进样方法并实现了装置，该装置整个气体进样过程不需要人工去操作，直接插上工作电源即可由计算机来控制完成工作。它的控制方式分软件控制方式和外部接点控制方式两种，软件控制方式直接通过RS232通讯口接受计算机指令来完成；外部接点控制方式与进口电动六通阀一样用外部接点开/闭状态来驱动它。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为用于气体分析的气体自动进样控制装置由控制电路、电机、受控阀所组成，控制电路由微控制器芯片“80C32”和通讯接口芯片“MAX232”所组成，该控制装置的计算机通过“RS232”通讯接口与微控制器的输入端相接，微控制器的IO端口分别接电机驱动器的输入端和跳线开关、外部控制器的输出端，电机驱动器的输出端接步进电机的输入端，步进电机的转轴直接与六通阀的转轴连接。
微控制器的“RXD”端和“TXD”端分别接“MAX232”的“TIN”端和“ROUT”端；由通讯接口芯片“MAX232”的“TIN、ROUT”端和“GND”端组成“RS232”通讯接口；微控制器的“IO1、IO2”端对应接电机驱动器的“DIR、CP”端，“IO3、IO4”端对应接外部控制器的输出端OUT1，“IO5”端接跳线开关的输出端OUT2；电机驱动器的“A、A-、B、B-”端分别对应接步进电机上的“A、A-、B、B-”端。
由计算机通过“RS232”通讯接口进行控制的步骤为a、上电初始化，使进样装置复位在“LOAD”位置，b、判断跳线开关是否在软件控制方式，c、若跳线开关在软件控制方式，则等待计算机建立通信，d、判断计算机通信是否正常，若不正常则返回以上步骤c，等待计算机建立通信；若正常则等待接受到INJECT命令，e、置位IO1电机正转，向IO2发送50个脉冲，f、电机正转45度，带动六通阀完成进样，g、等待接受到LOAD命令，h、清IO1电机反转，向IO2发送50个脉冲，i、电机反转45度，六通阀恢复LOAD状态，完成一次气体进样过程；在以上步骤b判断跳线开关是否在软件控制方式中，若跳线开关不在软件控制方式，则是外部接点控制方式，并进行如下操作j、等待外部接点动作，k、判断IO3是否为低电平若IO3是低电平，则转入步骤c；若IO3不是低电平，则继续判断IO4是否为低电平，
1、若IO4是低电平，则转入步骤h，若IO4不是低电平，则转入步骤k继续判断IO3是否为低电平。
该气体自动进样装置包括平面进样六通阀、步进电机、步进电机驱动电路、控制电路、电源模块、跳线开关组成。把平面进样六通阀的转轴与步进电机的转轴连接固定牢固，当计算机控制步进电机在顺时针或逆时针转动一定角度时，步进电机带动六通阀转动相同角度，从而使阀从取样状态转换到进样状态或由进样状态恢复到取样状态，从而完成气体的自动进样过程。
装置中有一微控制器，微控制器自带IO接口和外扩展RS232通讯接口。IO口上分别连接跳线开关、外部控制器的输出端OUT1、OUT2、步进电机驱动器DIR、CP信号输入端。步进电机驱动器四个驱动线A、A-、B、B-分别对应连接步进电机上A、A-、B、B-四根线。当跳线开关设置为0时，进样方式为软件控制方式，实现气体的自动进样流程为由计算机发送命令“INJECT”给微控制器，微控制器接受到命令后，置IO1口为高电平使电机转动方向为顺时针方向，由IO2发送一定数量的正脉冲，使步进电机带动六通阀顺时针方向转动一定角度从而实现阀由取样状态动作到进样状态。当气体分析过程完成后，由计算机发送命令“load”，装置接受到命令后置IO1口为低电平使电机转动方向为逆时针方向，由IO2发送相同数量的正脉冲，使步进电机带动六通阀逆时针方向转动相同角度从而实现阀由进样状态恢复到取样状态。这便是一次在线的气体分析中完整的气体自动进样过程。
当装置上跳线开关设置为1时，进样方式为外部接点控制方式。外部控制器中OUT1输出接点的一端接低电平，另一端连接到控制电路4的IO3、IO4口。当控制电路4的IO3口接收到低电平时，装置执行相当于软件控制方式中接受到“INJIECT”命令后的流程，从而实现气体自动进样。当控制电路4的IO4口接受到低电平时，装置执行相当于软件控制方式中接受到“load”命令后的流程，装置从进样状态恢复到取样状态。
有益效果在实验室的气相色谱分析中通常的手动进样方式必须依靠人去操作进样，人工操作往往给气体进样带来了一定的人为因素误差，如进样时间的不一致会造成气体出峰谱图重复性不好。由于传统的气相色谱分析中手动进样阀是一机械部件，它本身不通电，不带电动的执行机构。阀的动作不能采用电脑控制而只能靠手来控制。本发明的气体自动进样装置通过用微控制器控制的步进电机来带动机械阀的转动，从而解决了手动机械阀不能带电，不能用电脑控制的问题。用该装置和方法实现的气体自动进样可以消除试验过程中人工操作带来的人为误差，试验中每次气体进样后气体的出峰谱图一致性很好。另外现在越来越多的在线气体分析中，是不能靠手工来操作而必须完全由计算机来控制完成气体的自动进样，过去手动操作的气体进样方式已经满足不了气体在线分析的需要。本发明解决了国内在线气体分析中气体自动进样的技术问题而不用完全依赖于进口产品。
国外的电动六通阀产品内部不带微控制器，即它没有通讯接口，不能接受或发送计算机指令。这种电动六通阀不能由计算机通过通讯指令来直接控制它的动作，如要用计算机来控制还必须外带一台能输出开/闭接点的外部装置才能控制，使用起来不是很方便。本发明的气体自动进样装置中自带微控制器和扩展通讯接口，有了通讯接口该装置就可以接受或发送计算机指令，直接与计算机对话。该装置可以很方便地用计算机来直接控制实现气体的自动进样，用本发明实现的气体自动进样装置气体进样效果与进口电动六通阀是相同的，而本发明的气体自动进样装置由于多了一种计算机直接控制方式使用起来更为方便。
另外进口的电动六通阀在国内售价昂贵，影响了该类产品的大面积推广运用。而本发明选用的手动六通阀、微控制器、通迅接口芯片和步进电机等部件成本相对较低，用他们实现的气体自动进样装置能达到较高的性能价格比。
本发明提供一种能由计算机直接控制，且价格较低的用于气体分析的气体自动进样控制装置及其控制方法。
下面结合附图和实施例对发明进一步说明。
图1是本发明的总体结构图。
图2是六通阀气体进样示意图。其中图2a是取气状态示意图；图2b是进样状态示意图。
图3是自动进样装置电路原理图。
图4是自动进样装置软件流程图。
以上的图中有平面进样六通阀1，步进电机2，步进电机驱动器3，微控制器4，RS232通讯接口5，电源6，跳线开关7、计算机8、外部控制器9。
具体实施例方式
用于气体分析的气体自动进样控制装置，由控制电路、电机、受控阀所组成，控制电路由微控制器“80C32”4和通讯接口芯片“MAX232”所组成。该控制装置的计算机8通过“RS232”通讯接口5与微控制器4的输入端相接，微控制器4的IO端口分别接电机驱动器3的输入端和跳线开关7、外部控制器9的输出端，电机驱动器3的输出端接步进电机2的输入端，步进电机2的转轴直接与六通阀1的转轴连接。微控制器的RXD端和TXD端分别接MAX232的TIN和ROUT端，由MAX232的TIN、ROUT和GND端组成RS232通讯接口5，微控制器的“IO1、IO2”端对应接电机驱动器3的“DIR、CP”端，“IO3、IO4”端对应接外部控制器9的OUT1输出端，“IO5”端接跳线开关7的OUT2输出端；电机驱动器3的“A、A-、B、B-”端分别对应与步进电机2上的“A、A-、B、B-”端。
在图1中，平面进样六通阀1中转动手柄上螺帽去掉，它的活动轴与步进电机的转轴连接固定牢固，使步进电机能平稳带动六通阀转动实现气体进样。
图1中的步进电机选用两相混合式步进电机，步进电机与步进电机驱动器相连接，它的连接关系为步进电机的四根引出线A、A-、B、B-分别与步进电机驱动器上的A、A-、B、B-四根线对应连接。
步进电机驱动器除与步进电机四个线连接外，其他端子连接为图3中步进电机驱动器的V+，GND接入电源模块，电压范围在直流18V至40V之间。DIR为电机转动方向控制信号输入端，连接微控制器4的IO1口；CP为脉冲信号输入端，连接微控制器4的IO2口。OPTO为输入控制信号的公共阳端，连接电源+5V。
图3中微控制器的IO1、IO2分别连接步进电机驱动器3的DIR和CP信号输入端，IO5连接一跳线开关，该开关输出端可分别输出高电平1和低电平0；RS232通讯接口5为一通讯接口，对外可连接计算机232接口或其他通迅接口；图3中IO3、IO4为一外部接点输入接口，可连接外部控制器。
六通阀实现气体自动进样的外部气路连接方法为图2中六通阀有六个气路接头，当面向接头方向时，任选一个接头编号定为1，按顺时针方向接头编号分别为2至6。3和6号接头安装气体分析用的取样定量管；1和2号接头分别为样气的入口和出口；4号接头可统入气体分析用的载气，5号接头接入气体分析机构。在图2的左示图中为装置的取样状态，要分析的气体可由接头1、2通入定量管中保存。当步进电机转动带动六通阀一起转动一定的角度时，六通阀成为图2右示图中的气体进样状态，这时定量管中气体在载气的带动下流入气体分析机构从而实现了气体的自动进样过程。
按图2所示连接好气体定量管和外部气路，装置实现气体自动进样的具体流程如图，进样装置中的步进电机驱动器3上选择半步方式，用通讯线连接装置与计算机通讯接口，跳线开关设置为低电平0时，进样方式设置为软件控制方式。当计算机与装置建立通讯连接后，由计算机发送命令“INJIECT”，装置接受到命令后置控制电路4中IO1口为高电平使电机转动方向为顺时针方向，由IO2发送50个正脉冲，使步进电机2带动平面进样六通阀1顺时针方向转动45度从而实现阀由取样状态动作到进样状态。当气体分析过程完成后，由计算机发送命令“load”，装置接受到命令后置微控制器4中IO1口为低电平使电机转动方向为逆时针方向，由IO2发送50个正脉冲，使步进电机2带动平面进样六通阀1逆时针方向转动45度从而实现阀由进样状态恢复到取样状态。
当装置上跳线开关设置为1时，进样方式为外部接点控制方式。外部控制器中OUT1输出接点的一端接低电平，另一端连接到装置中控制电路4的IO3、IO4口，在任何状态下只能有一付接点跟低电平接通，而另一付接点跟高电平接通。当IO3口接收到低电平时，装置执行相当于软件控制方式中接受到“INJIECT”命令后的流程，从而实现气体自动进样。当IO4口接受到的低电平时，装置执行相当于软件控制方式中接受到“load”命令后的流程，装置从进样状态恢复到取样状态。
由计算机8通过“RS232”通讯接口5进行控制的步骤为a、上电初始化，使进样装置复位在“LOAD”位置，
b、判断跳线开关是否在软件控制方式，c、若跳线开关在软件控制方式，则等待计算机建立通信，d、判断计算机通信是否正常，若不正常则返回以上步骤c，等待计算机建立通信；若正常则等待接受到INJECT命令，e、置位IO1电机正转，向IO2发送50个脉冲，f、电机正转45度，带动六通阀完成进样，g、等待接受到LOAD命令，h、清IO1电机反转，向IO2发送50个脉冲，i、电机反转45度，六通阀恢复LOAD状态，完成一次气体进样过程；在以上步骤b判断跳线开关是否在软件控制方式中，若跳线开关不在软件控制方式，则是外部接点控制方式，并进行如下操作j、等待外部接点动作，k、判断IO3是否为低电平若IO3是低电平，则转入步骤c；若IO3不是低电平，则继续判断IO4是否为低电平，1、若IO4是低电平，则转入步骤h，若IO4不是低电平，则转入步骤k继续判断IO3是否为低电平。
权利要求
1.一种用于气体分析的气体自动进样控制装置，由控制电路、电机、受控阀所组成，其特征在于该控制装置的计算机(8)通过“RS232”通讯接口(5)与微控制器(4)的输入端相接，微控制器(4)的IO端口分别接电机驱动器(3)的输入端和跳线开关(7)、外部控制器(9)的输出端，电机驱动器(3)的输出端接步进电机(2)的输入端，步进电机(2)的转轴直接与六通阀(1)的转轴连接。
2.根据权利要求1所述的用于气体分析的气体自动进样控制装置，其特征在于控制电路由微控制器“80C32”(4)和通讯接口芯片“MAX232”所组成，微控制器的“RXD”端和“TXD”端分别接“MAX232”的“TIN””端和“ROUT”端；由通讯接口芯片“MAX232”的“TIN、ROUT”端和“GND”端组成“RS232”通讯接口(5)；微控制器的“IO1、IO2”端对应接电机驱动器(3)的“DIR、CP”端，“IO3、IO4”端对应接外部控制器(9)的输出端OUT1，“IO5”端接跳线开关(7)的输出端OUT2；电机驱动器(3)的“A、A-、B、B-”端分别对应接步进电机(2)上的“A、A-、B、B-”端。
3.一种如权利要求1所述的用于气体分析的气体自动进样控制装置的控制方法，其特征在于由计算机(8)通过“RS232”通讯接口(5)进行控制的步骤为a、上电初始化，使进样装置复位在“LOAD”位置，b、判断跳线开关是否在软件控制方式，c、若跳线开关在软件控制方式，则等待计算机建立通信，d、判断计算机通信是否正常，若不正常则返回以上步骤c，等待计算机建立通信；若正常则等待接受到INJECT命令，e、置位IO1电机正转，向IO2发送50个脉冲，f、电机正转45度，带动六通阀完成进样，g、等待接受到LOAD命令，h、清IO1电机反转，向IO2发送50个脉冲，i、电机反转45度，六通阀恢复LOAD状态，完成一次气体进样过程；在以上步骤b判断跳线开关是否在软件控制方式中，若跳线开关不在软件控制方式，则是外部接点控制方式，并进行如下操作j、等待外部接点动作，k、判断IO3是否为低电平若IO3是低电平，则转入步骤c；若IO3不是低电平，则继续判断IO4是否为低电平，l、若IO4是低电平，则转入步骤h，若IO4不是低电平，则转入步骤k继续判断IO3是否为低电平。
全文摘要
用于气体分析的气体自动进样控制装置及其控制方法涉及一种气体自动进样装置，它可用于气体分析过程中的气体自动进样。尤其是自动在线的气体分析如在线气相色谱分析中必不可少的气体自动进样环节。该控制装置的计算机(8)通过“RS232”通讯接口(5)与微控制器(4)的输入端相接，微控制器(4)的IO端口分别接电机驱动器(3)的输入端和跳线开关(7)、外部控制器(9)的输出端，电机驱动器(3)的输出端接步进电机(2)的输入端，步进电机(2)的转轴直接与六通阀(1)的转轴连接。其控制方法为由计算机(8)通过“RS232”通讯接口(5)进行控制。
文档编号G01N30/24GK1598567SQ200410041759
公开日2005年3月23日 申请日期2004年8月20日 优先权日2004年8月20日
发明者许坤, 唐平, 程鹏, 张广春 申请人:南京南自科技发展有限公司