一种气相色谱仪的控制系统及控制方法
【专利摘要】本发明一种气相色谱仪的控制系统及控制方法，属于分析仪器领域，本发明以可编程控制器做气相色谱仪的控制系统的优点是稳定性好，抗干扰能力强，无需焊接主电路板，接线方便，易于功能扩展，其中的自检功能方便仪器的维护和使用，温度控制精度高，升温控温的阶数较多，气体压强和气体质量流量的控制精度较高。
【专利说明】一种气相色谱仪的控制系统及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于分析仪器领域，具体涉及一种气相色谱仪的控制系统及控制方法。
【背景技术】
[0002]气相色谱(gas chromatography简称GC)是二十世纪五十年代出现的一项重大科学技术成就，这是一种新的分离、分析技术，它在工业、农业、国防、建设、科学研究中都得到了广泛应用，在石油化学工业中大部分的原料和产品都可采用气相色谱法来分析；在电力部门中可用来检查变压器的潜伏性故障；在环境保护工作中可用来监测城市大气和水的质量；在农业上可用来监测农作物中残留的农药；在商业部门可用来检验及鉴定食品质量的好坏；在医学上可用来研究人体新陈代谢、生理机能；在临床上用于鉴别药物中毒或疾病类型；在宇宙舱中可用来自动监测飞船密封仓内的气体等等。
[0003]GC的工作原理主要是利用物质的沸点、极性及吸附性质的差异来实现混合物的分离；待分析样品在汽化室汽化后被惰性气体(即载气，也叫流动相)带入色谱柱，柱内含有液体或固体固定相，由于样品中各组分的沸点、极性或吸附性能不同，每种组分都倾向于在流动相和固定相之间形成分配或吸附平衡；但由于载气是流动的，这种平衡实际上很难建立起来；也正是由于载气的流动，使样品组分在运动中进行反复多次的分配或吸附/解吸附，结果是在载气中浓度大的组分先流出色谱柱，而在固定相中分配浓度大的组分后流出；当组分流出色谱柱后，立即进入检测器；检测器能够将样品组分转变为电信号，而电信号的大小与被测组分的量或浓度成正比。当将这些信号放大并记录下来时，就是气相色谱图了。
[0004]GC在结构上由TK大系统组成:气路系统、进样系统、分尚系统、温控系统、检测记录系统和控制系统，其中控制系统好比GC的大脑，由它来控制其他五个系统协调工作，以达到最佳分离检测效果。
[0005]目前气相色谱仪的控制系统多采用单片微型计算机(单片机)技术，这种技术的缺点是主控制板受制版工艺、布局结构、器件质量等因素的影响，从而导致以单片机开发的气相色谱控制系统的抗干扰能力差，故障率高，不易扩展，对环境的依赖性强。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的缺点，本发明提出一种气相色谱仪的控制系统及控制方法，以达到提高稳定性和抗干扰能力，无需焊接主电路板，接线方便，易于功能扩展的目的。
[0007]—种气相色谱仪的控制系统，该系统包括可编程控制器、温度模块、模拟量输入输出模块和触摸屏或计算机，其中，
[0008]所述的可编程控制器的第一输出端连接气相色谱仪的220V电源继电器输入端，可编程控制器的第二输出端连接气相色谱仪的柱室继电器输入端，可编程控制器的第三输出端连接气相色谱仪的气化室继电器输入端，可编程控制器的第四输出端连接气相色谱仪的检测器继电器输入端，可编程控制器的第五输出端连接气相色谱仪的后开门电机驱动器输入端，可编程控制器的第六输出端连接触摸屏的输入端；气相色谱仪的后开门限位传感器输出端连接可编程控制器的第一输入端，温度模块的输出端连接可编程控制器的第二输入端，气路的气体压力开关输出端连接可编程控制器的第三输入端，模拟量输入输出模块的第一输出端连接温度模块的第一输入端，气相色谱仪的气化室温度传感器输出端连接温度模块的第二输入端，气相色谱仪的检测器温度传感器输出端连接温度模块的第三输入端，气相色谱仪的柱室温度传感器输出端连接温度模块的第四输入端，气相色谱仪的气路上的气体压强传感器或气体质量流量传感器的输出端连接模拟量输入输出模块的输入端，气相色谱仪的气路比例电磁阀门输入端连接模拟量输入输出模块的第二输出端。
[0009]采用气相色谱仪的控制系统进行的控制方法，包括以下步骤:
[0010]步骤1、启动气相色谱仪；
[0011]步骤2、对气相色谱仪的气化室内的温度传感器、气化室内的加热电阻、柱室内的温度传感器、柱室内的热电阻、检测器内的温度传感器、检测器内的加热电阻、柱室后开门定位传感器、驱动后开门转动的电机、后开门电机驱动器、气路中气体压力开关、气路中气体压强传感器或气体质量流量传感器和气路中比例电磁阀进行检验，若存在故障，则通过触摸屏或计算机提示用户，若正常，则执行步骤3 ；
[0012]具体包括如下步骤:
[0013]步骤2-1、对气相色谱仪的气化室内的温度传感器和气化室内的加热电阻进行检验;
[0014]步骤2-2、对气相色谱仪的柱室内的温度传感器和柱室内的加热电阻进行检验；
[0015]步骤2-3、对气相色谱仪的检测器内的温度传感器和检测器内的加热电阻进行检验;
[0016]步骤2-4、对气相色谱仪的柱室后开门定位传感器、驱动后开门转动的电机和后开门电机驱动器进行检验；
[0017]步骤2-5、对气相色谱仪的气路中气体压力开关、气路中气体压强传感器或气体质量流量传感器和气路中比例电磁阀进行检验；
[0018]步骤3、采用PID控制算法对气相色谱仪的气化室内温度、检测器内温度和柱室内温度进行实时控制，包括如下步骤:
[0019]步骤3-1、采用气化室温度传感器采集气化室内部的实际温度值，并将实际温度值发送至温度模块中，温度模块将模数转换后的实际温度值发送至可编程控制器，可编程控制器根据气化室温度设定值和实际温度值，采用PID控制算法获得单位周期时间内输出高电平信号，即获得脉冲信号，并将脉冲信号发送至气化室继电器，从而控制气化室加热电阻进行加热，使气化室内温度达到设定值误差范围内；
[0020]步骤3-2、采用检测器温度传感器采集检测器内部的实际温度值，并将实际温度值发送至温度模块中，温度模块将模数转换后的温度值发送至可编程控制器，可编程控制器根据检测器温度设定值和实际温度值，采用PID控制算法获得单位周期时间内输出高电平信号，即获得脉冲信号，并将脉冲信号发送至检测器继电器，从而控制检测器加热电阻进行加热，使检测器内温度达到设定值误差范围内；
[0021]步骤3-3、选择控制模式对柱室内温度进行实时控制，所述的温度控制模式包括恒温控制模式和升温控制模式；
[0022]具体步骤如下:
[0023]步骤3-3-1、判断所采用的温度控制模式，若采用恒温控制模式，则执行步骤3-3-3 ;若采用升温控制模式，则执行步骤3-3-2 ；
[0024]步骤3-3-2、在可编程控制器内设置多个升温时段，并设置第一时段的起始点柱室温度设定值、不同时段的升温速率、时段初始温度设定值的保持时间和时段结束温度设定值的保持时间，即构建不同时段的温度设定值与时间的线性关系，实现温度设定值的自动设定；
[0025]步骤3-3-3、采用柱室温度传感器采集柱室内部的实际温度值，并将实际温度值发送至温度模块中，温度模块将模数转换后的实际温度值发送至可编程控制器中；
[0026]步骤3-3-4、采用可编程控制器判断柱室温度设定值是否大于实际温度值，若是，则可编程控制器发送脉冲信号至后开门电机驱动器，驱动电机带动后开门关闭，并执行步骤3-3-5 ;否则，执行步骤3-3-6 ；
[0027]步骤3-3-5、采用PID控制算法获得单位周期时间内输出高电平的信号，即获得脉冲信号，并将脉冲信号发送至柱室继电器，从而控制柱室加热电阻进行加热，使柱室内温度达到设定值误差范围内；
[0028]步骤3-3-6、判断柱室温度设定值是否小于实际温度值，并且实测温度值与柱室温度设定值之间的差值是否大于G值，若是，则可编程控制器发送脉冲信号至后开门电机驱动器，驱动电机带动后开门开启，并当柱室温度设定值与实际温度值相等时，可编程控制器发送脉冲信号至后开门电机驱动器，驱动电机带动后开门关闭；否则，返回执行步骤3-3-4 ；
[0029]步骤4、对气相色谱仪的气路中气体压强或气体质量流量进行控制；
[0030]当采用气体压强传感器采集气路中压强值时，具体步骤如下:
[0031]步骤4-1、气体压强传感器将气体压强值转化成电信号传输至模拟量输入模块,模拟量输入模块将气体压强的电信号转化成气体压强数值，并发送至可编程控制器中；
[0032]步骤4-2、可编程控制器将气体压强设定值与气体压强实测值进行比较，并发送模拟量电压控制信号至气路中比例电磁阀；
[0033]若气体压强设定值与气体压强实测值的差值大于d Mpa,则可编程控制器以每间隔η秒递增输出m毫伏电信号至气路中比例电磁阀；若气体压强设定值与气体压强实测值的差值大于OMpa且小于d Mpa,则可编程控制器以每间隔η秒递增输出I毫伏电信号至气路中比例电磁阀，当气体压强设定值与气体压强实测值的差值小于0.0OOlMpa时，可编程控制器停止上述电信号的递增；
[0034]若气体压强设定值与气体压强实测值的差值小于-d Mpa,则可编程控制器以每间隔η秒递减输出m毫伏电信号至气路比例电磁阀；若气体压强设定值与气体压强实测值的差值大于-d Mpa且小于OMpa，则可编程控制器以每间隔η秒递减输出I毫伏电信号至气路比例电磁阀，当气体压强设定值与气体压强实测值的差值大于-0.0OOlMpa时，可编程控制器停止上述电信号的递减；
[0035]当采用气体质量流量传感器采集气路中气体质量流量值时，具体步骤如下:
[0036]步骤4_a、气体质量流量传感器将气体质量流量值转化成电信号传输至模拟量输入模块，模拟量输入模块将气体质量流量的电信号转化成相应的气体质量流量数值量，并发送至可编程控制器中；
[0037]步骤4_b、可编程控制器将气体质量流量设定值与气体质量流量实测值比较，并发送控制信号值气路比例电磁阀；
[0038]若气体质量流量设定值与气体质量流量实测值的差值大于D ml/min，则可编程控制器以每间隔η秒递增输出m毫伏电信号至气路比例电磁阀；若气体质量流量设定值与气体质量流量实测值的差值大于Oml/min且小于D ml/min，则可编程控制器以每间隔η秒递增输出I毫伏电信号至气路比例电磁阀，当气体质量流量设定值与气体质量流量实测值的差值小于0.0lml/min时，可编程控制器停止上述电信号的递增；
[0039]若气体质量流量设定值与气体质量流量实测值的差值小于-D ml/min,则可编程控制器以每间隔η秒递减输出m毫伏电信号至气路比例电磁阀；若气体质量流量设定值与气体质量流量实测值的差值大于-D ml/min且小于OMpa，则可编程控制器以每间隔η秒递减输出I毫伏电信号至气路比例电磁阀，当气体质量流量设定值与气体质量流量实测值的差值大于-0.0lml/min时，可编程控制器停止上述电信号的递减；
[0040]步骤5、当气相色谱仪完成对样品的分析时，关闭控制系统。
[0041]步骤2-1所述的对气相色谱仪的气化室内的温度传感器和气化室内的加热电阻进行检验，具体如下:
[0042]步骤2-1-1、采用气化室内的温度传感器采集气化室内部实际温度，并将实际温度值转成电信号发送至温度模块，温度模块将数据进行模数转换并发送至可编程控制器；
[0043]步骤2-1-2、采用可编程控制器判断所采集的实际温度值所属范围，若实际温度值大于1000°C，则通过触摸屏或计算机提示气化室温度传感器断路或损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；若实际温度值小于0°C，则通过触摸屏或计算机提示气化室温度传感器短路或损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；若实际温度值大于等于0°C且小于等于1000°C，则气化室温度传感器处于正常状态，并执行步骤2_1_3 ；
[0044]步骤2-1-3、设定气化室的温度值为开机前实际温度值增加0.5?5°C，并采用温度传感器实时采集气化室内部温度，若在5?60秒内气化室内部实际温度值达到温度设定值，则加热电阻处于正常状态，并执行步骤2-2;否则，通过触摸屏或计算机提示气化室加热电阻断路或气化室继电器损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；
[0045]步骤2-2所述的对气相色谱仪的柱室内的温度传感器和柱室内的加热电阻进行检验，具体如下:
[0046]步骤2-2-1、采用柱室内的温度传感器采集柱室内部实际温度，并将实际温度值转成电信号发送至温度模块，温度模块将数据进行模数转换并发送至可编程控制器；
[0047]步骤2-2-2、采用可编程控制器判断所采集的实际温度值所属范围，若实际温度值大于1000°C，则通过触摸屏或计算机提示柱室温度传感器断路或损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；若实际温度值小于(TC，则通过触摸屏或计算机提示柱室温度传感器短路或损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；若实际温度值大于等于0°C且小于等于1000°C，则柱室内的温度传感器处于正常状态，并执行步骤2-2-3 ；
[0048]步骤2-2-3、设定柱室的温度值为开机前实际温度值增加0.5?5°C，并采用温度传感器实时采集柱室内部温度，若在5?60秒内柱室内部温度达到温度设定值，则柱室内加热电阻处于正常状态，并执行步骤2-3 ;否则，通过触摸屏或计算机提示柱室加热电阻断路或柱室继电器损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；
[0049]步骤2-3所述的对气相色谱仪的检测器内的温度传感器和检测器内的加热电阻进行检验，具体如下:
[0050]步骤2-3-1、采用检测器内的温度传感器采集检测器内部实际温度，并将实际温度值转成电信号发送至温度模块，温度模块将数据进行模数转换并发送至可编程控制器；
[0051]步骤2-3-2、采用可编程控制器判断所采集的实际温度值所属范围，若实际温度值大于1000°C，则通过触摸屏或计算机提示检测器温度传感器断路或损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；若实际温度值小于0°C，则通过触摸屏或计算机提示检测器温度传感器短路或损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；若实际温度值大于等于0°C且小于等于1000°C，则检测器内的温度传感器处于正常状态，并执行步骤2-3-3 ；
[0052]步骤2-3-3、设定检测器的目标温度值为开机前实际温度值增加0.5?5°C，并采用温度传感器实时采集检测器内部温度，若在5?60秒内检测器内部温度达到温度设定值，则检测器内的加热电阻处于正常状态，并执行步骤2-4;否则，通过触摸屏或计算机提示检测器加热电阻断路或检测器继电器损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；
[0053]步骤2-4所述的对气相色谱仪的柱室后开门定位传感器、驱动后开门转动的电机和后开门电机驱动器进行检验，具体如下:
[0054]步骤2-4-1、采用可编程控制器发送脉冲信号至后开门电机驱动器，驱动器驱动电机带动柱室后开门先开启再关闭；
[0055]步骤2-4-2、采用可编程控制器判断后开门碰触后开门限位传感器的时间是否在3?10秒内，若是，则柱室后开门定位传感器和驱动后开门转动的电机处于正常状态，并执行步骤2-5，否则，通过触摸屏或计算机提示柱室后开门定位传感器或驱动后开门转动的电机或后开门电机驱动器损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；
[0056]步骤2-5所述的对气相色谱仪的气路中气体压力开关、气路中气体压强传感器或气体质量流量传感器和气路中比例电磁阀进行检验，具体如下:
[0057]步骤2-5-1、采用可编程控制器判断气体压力开关发送的信号是否为低电平信号，若是，则通过触摸屏或计算机提示气路中气体压力不足，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；否则，气路中气体压力处于正常状态，并执行步骤2-5-2 ；
[0058]步骤2-5-2、采用气路中气体压强传感器采集气体压强值，或采用气体质量流量传感器采集气体质量流量数值，若气体压强数值大于20MPa或气体质量流量数值大于1000ml/min，则通过触摸屏或计算机提示气体压强传感器或气体质量流量传感器断路或损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；否则，气路中气体压强传感器或气体质量流量传感器处于正常状态；
[0059]步骤2-5-3、若气体压强传感器处于正常状态，则设定气路中的目标气体压强设定值为PMpa，可编程控制器发送信号调节比例电磁阀，并采用气体压强传感器采集气路中的气体压强值，若采集的气体压强值在5?60秒的时间内达到设定值，则气路中比例电磁阀处于正常状态，并执行步骤3 ;否则，通过触摸屏或计算机提示比例电磁阀损坏或断路，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源。
[0060]步骤2-5-3所述的P取值范围为0.005?0.1。
[0061]步骤3-1、步骤3-2、步骤3-3-5所述的单位周期时间取值范围为0.1?10秒，实测温度和设定温度近似相等的误差范围为±0.01°C。
[0062]步骤3-3-6所述的G值取值范围为5?15°C。
[0063]步骤4-2所述的η取值范围为I?10，m的取值范围为10?100 ;d的取值范围为0.001 ?0.01。
[0064]步骤4-b所述的D的取值范围为I?10。
[0065]本发明优点:
[0066]本发明一种气相色谱仪的控制系统及控制方法，以可编程控制器做气相色谱仪的控制系统的优点是稳定性好，抗干扰能力强，无需焊接主电路板，接线方便，易于功能扩展，其中的自检功能方便仪器的维护和使用，温度控制精度高，升温控温的阶数较多，气体压强和气体质量流量的控制精度较高。
【专利附图】
【附图说明】
[0067]图1是本发明一种实施例的可编程器连接示意图；
[0068]图2是本发明一种实施例的气相色谱仪气化室、柱室、检测器示意图；
[0069]图3是本发明一种实施例的柱室后开门示意图；
[0070]图4是本发明一种实施例的气相色谱气路示意图；
[0071]图5是本发明一种实施例的采用气相色谱仪的控制方法流程图；
[0072]图6是本发明一种实施例的对气相色谱仪的气化室内的温度传感器和气化室内的加热电阻进行检验流程图；
[0073]图7是本发明一种实施例的选择控制模式对柱室内温度进行实时控制方法流程图；
[0074]图8是本发明一种实施例的采用气体压强传感器对气相色谱仪的气路中气体压强进行控制方法流程图。
【具体实施方式】
[0075]下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。
[0076]如图1所示，本发明实施例中，气相色谱仪的控制系统包括可编程控制器、温度模块和模拟量输入输出模块，还包括人机交互界面(触摸屏、带按键的显示屏或计算机)；所述的可编程控制器采用西门子S7-200系列:主机型号CPU224 ;温度模块采用EM231型号，模拟量输入RTD，4路输入；模拟量输入输出模块采用EM235型号，模拟量组合，4路输入I输出，辽宁东科分析仪器有限公司生产的GC-8890 ;在可编程控制器主机上A通信口连接触摸屏；B通信口连接微型计算机；可编程控制器的数字量输出端子Q0.0?Ql.5 ;可编程控制器的数字量输入端子10.0?I1.3 ;温度模块的接线端子A+、A-、B+、B-、C+、C-;模拟量输入/输出模块，模拟量电压输出接线端子V0.3、M0.3，模拟量电压输入接线端子V0.0、M0.0、V0.UM0.1。
[0077]如图2所示，其中，5为气化室；6为气化室加热电阻，气化室加热电阻6 —根引线接交流电源220V的N (零线)，另一根引线接固态继电器8的交流220V接线端子；8为气化室加热用固态继电器，气化室加热用固态继电器8的另一个交流220V接线端子接交流电源220V的L (火线)，气化室加热用固态继电器8的直流低压的高电势接线端子接可编程控制器的Q0.1 (如图1所示)，低电势接线端子接24V电源负极M ;7为气化室温度传感器，气化室温度传感器7引线A+、A-通过导线连接至可编程控制器温度模块A+、A-端子；9为柱室；10为柱室加热电阻；柱室加热电阻10 —根引线接交流电源220V的N(零线)，另一根引线接固态继电器14的交流220V接线端子；14为气化室加热用固态继电器，气化室加热用固态继电器14的另一个交流220V接线端子接交流电源220V的L (火线)，气化室加热用固态继电器14的直流低压的高电势端接可编程控制器的Q0.2(如图1所示)，低电势端接24V电源负极M ; 11为柱室温度传感器，柱室温度传感器11引线C+、C-通过导线连接至可编程控制器温度模块C+、C-端子；12为柱室内风扇；13为气相色谱柱；15为检测器；17为检测器加热电阻，检测器加热电阻17—根引线接交流电源220V的N(零线)，另一根引线接检测器加热用固态继电器18的交流220V接线端子；18为检测器加热用固态继电器，检测器加热用固态继电器18的另一个交流220V接线端子接交流电源220V的L (火线)，检测器加热用固态继电器18的直流低压高电势端子接可编程控制器的Q0.3(如图1所示)，低电势端子接24V电源负极M ;16为检测器温度传感器，检测器温度传感器16引线B+、B-通过导线连接至可编程控制器温度模块B+、B-端子；23为控制交流220V电源通、断的继电器。
[0078]如图3所示，其中I为柱室后开门；2为驱动后开门转动的步进电机，步进电机转轴与柱室后开门同轴联接；3为步进电机驱动器，步进电机驱动器3通过四根导线连接步进电机2，步进电机驱动器3的脉冲接线端子连接可编程控制器输出端子Q0.4 (如图1所示)，方向接线端子连接可编程控制器输出端子Q0.5 (如图1所示)，脱机接线端子连接可编程控制器输出端子Q0.6 (如图1所示)；4为后开门定位传感器，定位传感器的两个引线，一个引线接可编程控制器输入端子10.0 (如图1所示)，另一个引线接24V电源负极M。
[0079]如图4所示，其中19为压力开关，压力开关19有两个引线，一个引线接可编程控制器输入端子10.1 (如图1所示)，另一个引线接24V电源负极M ；20为气体压力稳压阀；21为比例电磁阀，比例电磁阀21有两个引线，一个引线接可编程控制器模拟量模块中的模拟量输出端子V0.3 (如图1所示)，另一个引线接可编程控制器模拟量模块中的模拟量输出端子M0.3 (如图1所示)；22为压力传感器(或气体质量流量传感器)，压力传感器的有两个引线，一个引线接可编程控制器模拟量模块中的模拟量输入端子V0.1 (如图1所示)，另一个引线接可编程控制器模拟量模块中的模拟量输入端子M0.1 (如图1所示)；
[0080]本发明实施例中，气相色谱仪的控制系统包括基于可编程器的气相色谱仪的自检系统(以下简称自检系统)、基于可编程控制器的气相色谱仪的温度控制系统(以下简称温度控制系统)和基于可编程控制器的气路控制系统(以下简称气路控制系统)；气相色谱仪通电开机后，气相色谱仪首先进入自检状态，自检系统将在10?60秒内检测气相色谱仪各部件是否损坏，如果气相色谱仪有损坏部件，自检系统将通过可编程控制系统的人机交互界面报告相关的损坏部件名称及可能的原因，如果气相色谱仪一切正常，气相色谱仪通过自检，进入人机交互界面的设定界面，在该设定界面可以设定气相色谱仪的气化室的温度，柱室的温度控制模式(恒温模式或程序升温模式)和温度，检测器的温度，可以设定气相色谱仪气路中的气体压强或气体质量流量；温度控制系统将在I?6分钟的时间内控制气相色谱仪的气化室、柱室和检测器的温度达到设定值，实际温度值与设定温度值的误差范围为±0.01°C，气路控制系统将在I?6分钟的时间内控制气相色谱仪的气路(载气，氢气和空气)中的气体压强或气体质量流量达到设定值，气路中实测气体压强值与设定气体压强值的误差范围为±0.0OOlMPa或气路中实测气体质量流量值与设定气体质量流量值的误差范围为±0.0lml/min。
[0081]采用气相色谱仪的控制系统进行的控制方法，方法流程图如图5所示，包括以下步骤:
[0082]步骤1、启动气相色谱仪；
[0083]步骤2、对气相色谱仪的气化室内的温度传感器、气化室内的加热电阻、柱室内的温度传感器、柱室内的热电阻、检测器内的温度传感器、检测器内的加热电阻、柱室后开门定位传感器、驱动后开门转动的电机、后开门电机驱动器、气路中气体压力开关、气路中气体压强传感器或气体质量流量传感器和气路中比例电磁阀进行检验，若存在故障，则通过触摸屏或计算机提示用户，若正常，则执行步骤3 ；
[0084]具体包括如下步骤:
[0085]步骤2-1、对气相色谱仪的气化室内的温度传感器和气化室内的加热电阻进行检验，方法流程图如图6所示，具体如下:
[0086]步骤2-1-1、采用气化室内的温度传感器采集气化室内部实际温度，并将实际温度值转成电信号发送至温度模块，温度模块将数据进行模数转换为可编程控制器主机能识别的温度数值，并发送至可编程控制器；
[0087]步骤2-1-2、采用可编程控制器判断所采集的实际温度值所属范围，若实际温度值大于1000°C，则通过触摸屏或计算机提示气化室温度传感器断路或损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；若实际温度值小于0°C，则通过触摸屏或计算机提示气化室温度传感器短路或损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；若实际温度值大于等于0°C且小于等于1000°C，则气化室温度传感器处于正常状态，并执行步骤2_1_3 ；
[0088]本发明实施例中，温度传感器出现故障现象有两种:a，自检中气化室内的温度数值大于1000°C时，为温度传感器断路或损坏；b，自检中气化室内的温度数值小于o°c时，为温度传感器短路或损坏，当出现a或b现象时，气相色谱仪的可编程器控制系统将通过人机交互界面给出文字提示并发出声、光报警信号，并通过可编程控制器的数字量输出端子输出低电平信号，该低电平信号通过导线连接至控制交流220V电源通、断的继电器，继电器断开，整个仪器停止工作，可以达到保护仪器和操作人员的目的。当不出现a或b的情况时，表明气化室内的温度传感器正常，可编程器控制系统的人机交互界面不给出提示信号。
[0089]步骤2-1-3、在气化室温度传感器正常的情况下，设定气化室的温度值为开机前实际温度值增加0.5?5°C,并米用温度传感器实时米集气化室内部温度，若在5?60秒内气化室内部实际温度值达到温度设定值，则加热电阻处于正常状态，停止自检中对气化室的加热，并执行步骤2-2;否则，通过人机交互界面给出文字提示并发出声、光报警信号，并通过可编程控制器的数字量输出端子输出低电平信号，该低电平信号通过导线连接至控制交流220V电源通、断的继电器，继电器断开，整个仪器停止工作，可以达到保护仪器和操作人员的目的；
[0090]步骤2-2、对气相色谱仪的柱室内的温度传感器和柱室内的加热电阻进行检验，具体如下:
[0091]步骤2-2-1、采用柱室内的温度传感器采集柱室内部实际温度，并将实际温度值转成电信号发送至温度模块，温度模块将数据进行模数转换，转换为可编程控制器主机能识别的温度数值并发送至可编程控制器；
[0092]步骤2-2-2、采用可编程控制器判断所采集的实际温度值所属范围，若实际温度值大于1000°C，则通过触摸屏或计算机提示柱室温度传感器断路或损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；若实际温度值小于(TC，则通过触摸屏或计算机提示柱室温度传感器短路或损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；若实际温度值大于等于0°C且小于等于1000°C，则柱室内的温度传感器处于正常状态，并执行步骤2-2-3 ；
[0093]本发明实施例中，温度传感器出现故障现象有两种:a，自检中柱室内的温度数值大于1000°C时，为温度传感器断路或损坏；b，自检中柱室内的温度数值小于o°c时，为温度传感器短路或损坏，当出现a或b现象时，气相色谱仪的可编程器控制系统将通过人机交互界面给出文字提示并发出声、光报警信号，并通过可编程控制器的数字量输出端子输出低电平信号，该低电平信号通过导线连接至控制交流220V电源通、断的继电器，继电器断开，整个仪器停止工作，可以达到保护仪器和操作人员的目的。当不出现a或b的情况时，表明柱室内的温度传感器正常，可编程器控制系统的人机交互界面不给出提示信号。
[0094]步骤2-2-3、设定柱室的温度值为开机前实际温度值增加0.5?5°C，并采用温度传感器实时采集柱室内部温度，若在5?60秒内柱室内部温度达到温度设定值，则柱室内加热电阻处于正常状态，停止自检中对柱室的加热并执行步骤2-3 ;否则，表明柱室加热电阻断路或控制气化室加热电阻用继电器损坏，气相色谱仪的可编程器控制系统将通过人机交互界面给出文字提示，并发出声光报警信号，并通过可编程控制器的数字量输出端子输出低电平信号，该低电平信号通过导线连接至控制交流220V电源通、断的继电器，继电器断开，整个仪器停止工作，可以达到保护仪器和操作人员的目的；
[0095]步骤2-3、对气相色谱仪的检测器内的温度传感器和检测器内的加热电阻进行检验，具体如下:
[0096]步骤2-3-1、采用检测器内的温度传感器采集检测器内部实际温度，并将实际温度值转成电信号发送至温度模块，温度模块将数据进行模数转换，转换为可编程控制器主机能识别的温度数值并发送至可编程控制器；
[0097]步骤2-3-2、采用可编程控制器判断所采集的实际温度值所属范围，若实际温度值大于1000°C，则通过触摸屏或计算机提示检测器温度传感器断路或损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；若实际温度值小于0°C，则通过触摸屏或计算机提示检测器温度传感器短路或损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；若实际温度值大于等于0°C且小于等于1000°C，则检测器内的温度传感器处于正常状态，并执行步骤
2-3-3 ；
[0098]本发明实施例中，温度传感器出现故障现象有两种:a，自检中检测器内的温度数值大于1000°C时，为温度传感器断路或损坏；b，自检中检测器内的温度数值小于o°c时，为温度传感器短路或损坏，当出现a或b现象时，气相色谱仪的可编程器控制系统将通过人机交互界面给出文字提示并发出声、光报警信号，并通过可编程控制器的数字量输出端子输出低电平信号，该低电平信号通过导线连接至控制交流220V电源通、断的继电器，继电器断开，整个仪器停止工作，可以达到保护仪器和操作人员的目的。当不出现a或b的情况时，表明检测器内的温度传感器正常，可编程器控制系统的人机交互界面不给出提示信号。
[0099]步骤2-3-3、设定检测器的目标温度值为开机前实际温度值增加0.5?5°C，并采用温度传感器实时采集检测器内部温度，若在5?60秒内检测器内部温度达到温度设定值，则检测器内的加热电阻处于正常状态，停止自检中对检测器的加热并执行步骤2-4 ;否贝U，表明检测器加热电阻断路或控制检测器加热电阻用继电器损坏，气相色谱仪的可编程器控制系统将通过人机交互界面给出文字提示，并发出声、光报警信号，并通过可编程控制器的数字量输出端子输出低电平信号，该低电平信号通过导线连接至控制交流220V电源通、断的继电器，继电器断开，整个仪器停止工作，可以达到保护仪器和操作人员的目的。
[0100]步骤2-4、对气相色谱仪的柱室后开门定位传感器、驱动后开门转动的电机和后开门电机驱动器进行检验，具体如下:
[0101]步骤2-4-1、采用可编程控制器发送脉冲信号至后开门电机驱动器，驱动器驱动电机带动柱室后开门先开启再关闭；
[0102]本发明实施例中，柱室后开门定位传感器通过导线连接至可编程控制器主机数字量输入端子，可编程控制器主机数字量输出端子通过导线连接至步进电机的驱动器，步进电机驱动器通过导线连接至驱动后开门转动的步进电机。气相色谱开启后自检系统自动通过连接驱动器(为驱动步进电机后开门的驱动器)的可编程控制器的数字量输出端子发出脉冲信号，驱动器将驱动步进电机带动柱室后开门向外开启I?5度，然后再关闭柱室后开门；
[0103]步骤2-4-2、采用可编程控制器判断后开门碰触后开门限位传感器的时间是否在3?10秒内，若是，则柱室后开门定位传感器和驱动后开门转动的电机处于正常状态，并执行步骤2-5，否则，通过人机交互界面给出文字提示，并发出声、光报警信号，并通过可编程控制器的数字量输出端子输出低电平信号，该低电平信号通过导线连接至控制交流220V电源通、断的继电器，继电器断开，整个仪器停止工作，可以达到保护仪器和操作人员的目的；
[0104]步骤2-5、对气相色谱仪的气路中气体压力开关、气路中气体压强传感器或气体质量流量传感器和气路中比例电磁阀进行检验，具体如下:
[0105]步骤2-5-1、采用可编程控制器判断气体压力开关发送的信号是否为低电平信号，若是，则通过触摸屏或计算机提示气路中气体压力不足，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；否则，气路中气体压力处于正常状态，并执行步骤2-5-2 ；
[0106]本发明实施例中，气路中在气体稳压阀前装有气体压力开关，气体压力开关的两根引线连接到可编程控制器的数字量输入端子的，当气体压力小于XMpa (X为0.2?0.5范围内的一个数值)时，压力开关处于常开状态，可编程控制器的输入端检测到低电平信号，表明气路中气体压力不足，气相色谱仪的可编程器控制系统将通过人机交互界面给出文字提示，并发出声、光报警信号，并通过可编程控制器的数字量输出端子输出低电平信号，该低电平信号通过导线连接至控制交流220V电源通、断的继电器，继电器断开，整个仪器停止工作，可以达到保护仪器和操作人员的目的。否则表明气路中气体压力正常，可编程器控制系统的人机交互界面不给出提示信号。
[0107]步骤2-5-2、采用气路中气体压强传感器采集气体压强值，或采用气体质量流量传感器采集气体质量流量数值，若气体压强数值大于20MPa或气体质量流量数值大于1000ml/min,则通过人机交互界面给出文字提示，并发出声、光报警信号，并通过可编程控制器的数字量输出端子输出低电平信号，该低电平信号通过导线连接至控制交流220V电源通、断的继电器，继电器断开，整个仪器停止工作，可以达到保护仪器和操作人员的目的；否则，气路中气体压强传感器或气体质量流量传感器处于正常状态，可编程器控制系统的人机交互界面不给出提示信号；
[0108]本发明实施例中，气相色谱气路中的气体压强传感器，气体质量流量传感器将气路中的气体压强和气体质量流量转化成电信号通过导线连接至可编程控制的模拟量输入扩展模块的模拟量输入端子，经过模拟量输入扩展模块转化成可编程控制器主机能识别的气体压强数值和气体质量流量数值；
[0109]步骤2-5-3、若气体压强传感器处于正常状态，则设定气路中的目标气体压强设定值为PMpa，P取值范围为0.005?0.1，可编程控制器发送信号调节比例电磁阀，并采用气体压强传感器采集气路中的气体压强值，若采集的气体压强值在5?60秒的时间内达到设定值，则气路中比例电磁阀处于正常状态，并执行步骤3 ;否则，气相色谱仪的可编程器控制系统将通过人机交互界面给出文字提示，并发出声、光报警信号，并通过可编程控制器的数字量输出端子输出低电平信号，该低电平信号通过导线连接至控制交流220V电源通、断的继电器，继电器断开，整个仪器停止工作，可以达到保护仪器和操作人员的目的。
[0110]步骤3、采用PID控制算法对气相色谱仪的气化室内温度、检测器内温度和柱室内温度进行实时控制，包括如下步骤:
[0111]步骤3-1、气化室的温度传感器通过导线连接至可编程控制器的温度模块的输入端子，气化室的温度传感器将气化室的温度转化成电信号传输至温度模块，温度模块将气化室温度传感器传输来的电信号转成温度数值即气化室实测温度，温度模块将气化室实测温度数值传输至可编程控制器主机，可编程控制器将根据用户通过人机交互界面设定的气化室设定温度值和气化室实测温度值，采用PID算法，计算出单位周期时间(0.1?10秒)内输出高电平的时间即控制脉冲，该控制脉冲由可编程控制器的数字量输出端子输出，该控制脉冲通过导线传输至控制气化室内加热电阻通、断的继电器，从而控制该继电器的通、断时间，继电器的通、断时间就决定了 220V交流电通过气化室内加热电阻的时间，从而控制气化室内加热电阻的发热量，最终实现气化室的实测温度值与气化室的设定温度值接近相等，误差范围为±0.01°C ；
[0112]步骤3-2、检测器的温度传感器通过导线连接至可编程控制器的温度模块的输入端子，检测器的温度传感器将检测器的温度转化成电信号传输至温度模块，温度模块将检测器的温度传感器传输来的电信号转成温度数值即检测器实测温度，温度模块将检测器实测温度数值传输至可编程控制器主机，可编程控制器将根据用户通过人机交互界面设定的检测器设定温度值和检测器实测温度值，采用PID算法，计算出单位周期时间(0.1?10秒)内输出高电平的时间即控制脉冲，该控制脉冲由可编程控制器的数字量输出端子输出，该控制脉冲通过导线传输至控制检测器内加热电阻通、断的继电器，从而控制该继电器的通、断时间，继电器的通、断时间就决定了 220V交流电通过检测器内加热电阻的时间，从而控制检测器内加热电阻的发热量，最终实现检测器的实测温度值与检测器的设定温度值接近相等，误差范围为±0.01°C ；
[0113]步骤3-3、选择控制模式对柱室内温度进行实时控制，所述的温度控制模式包括恒温控制模式和升温控制模式；
[0114]方法流程图如图7所示，具体步骤如下:
[0115]步骤3-3-1、判断所采用的温度控制模式，若采用恒温控制模式，则执行步骤
3-3-3 ;若采用升温控制模式，则执行步骤3-3-2 ；
[0116]本发明实施例中，控温系统对柱室的温度控制过程，柱室内的温度控制包括恒温控制和升温控制两种模式；气相色谱仪通过开机自检后，柱室内的风扇将保持800?2400转/min的转速转动，以保证柱室内温度均勻分布。
[0117]步骤3-3-2、在可编程控制器内设置多个升温时段，并设置第一时段的起始点柱室温度设定值、不同时段的升温速率、时段初始温度设定值的保持时间和时段结束温度设定值的保持时间，即构建不同时段的温度设定值与时间的线性关系，实现温度设定值的自动设定；
[0118]本发明实施例中，柱室的升温可以在气相色谱的人机交互界面设定柱室的初始温度，设定值为ZJC (Z0为30?500范围内的一数值)，然后设定初始温度保持时间Ttl秒(I；为O?600范围内一个数值)，然后设定第一节升温的升温速率KJC /min (K0为O?60范围内一个数值)，然后设定第一节升温的结束温度ZrC (Z1为30?500范围内的一数值)，然后第一节升温的结束温度Z1的保持时间T1秒(T1为O?600范围内一个数值)；根据需要设定第二节升温的升温速率K1 °C /min (K1为O?60范围内一个数值)，然后设定第二节升温的结束温度Z2°C (Z2为30?500范围内的一数值)，然后第二节升温的结束温度Z2的保持时间！^秒(T2SO?600范围内一个数值)；以此类推设定第三阶升温、第四阶升温......，最多可以设定64阶升温；例如:对于第η阶升温，第η阶的初始温度Zn，Zn
的保持时间是Τη，第η阶的升温速率为Κη，在升温阶段的末了相对整个第η阶升温的初始时刻的时间为?；，第η阶的末了温度Ζη+1，Ζη+1的保持时间是Τη+1。以第η阶升温的初始时刻为0，第η阶升温O到Τη，温度设定值为Zn ;在Tn到Te内的任意时刻T，温度设定值为Zn+ (T-Tn)Kn ;在Te到Te+Tn时刻温度设定值为Zn+1。
[0119]步骤3-3-3、采用柱室温度传感器采集柱室内部的实际温度值，并将实际温度值发送至温度模块中，温度模块将模数转换后的实际温度值发送至可编程控制器中；
[0120]步骤3-3-4、采用可编程控制器判断柱室温度设定值是否大于实际温度值，若是，则可编程控制器发送脉冲信号至后开门电机驱动器，驱动电机带动后开门关闭，并执行步骤3-3-5 ;否则，执行步骤3-3-6 ；
[0121]步骤3-3-5、采用PID控制算法获得单位周期时间内输出高电平的信号，即获得脉冲信号，并将脉冲信号发送至柱室继电器，从而控制柱室加热电阻进行加热，使柱室内温度达到设定值误差范围内；
[0122]本发明实施例中，在升温控制中，柱室的温度传感器通过导线连接至可编程控制器的温度模块输入端子，柱室的温度传感器将柱室的温度转化成电信号传输至温度模块，温度模块将柱室的温度传感器传输来的电信号转成温度数值即柱室实测温度，温度模块将柱室实测温度数值传输至可编程控制器主机，可编程控制器将根据用户通过人机交互界面在第η阶升温中不同时刻的柱室设定温度值和柱室实测温度值，采用PID算法，计算出单位周期时间(0.1?10秒)内输出高电平的时间即控制脉冲，该控制脉冲由可编程控制器的数字量输出端子输出，该控制脉冲经过导线传输至控制柱室内加热电阻通断的继电器，从而控制该继电器的通、断时间，继电器的通、断时间就决定了 220V交流电通过柱室内加热电阻的时间，从而控制柱室内加热电阻的发热量，最终实现柱室在第η阶升温中不同时刻的柱室实测温度值与柱室的设定温度值接近相等。
[0123]本发明实施例中，在恒温控制中，柱室的温度传感器通过导线连接至可编程控制器的温度模块输入端子，柱室的温度传感器将柱室的温度转化成电信号传输至温度模块，温度模块将柱室的温度传感器传输来的电信号转成温度数值即柱室实测温度，温度模块将柱室实测温度数值传输至可编程控制器主机，可编程控制器将根据用户通过人机交互界面设定的柱室设定温度值和柱室实测温度值，采用PID算法，计算出单位周期时间(0.1?10秒)内输出高电平的时间即控制脉冲，该控制脉冲由可编程控制器的数字量输出端子输出，该控制脉冲经过导线传输至控制柱室内加热电阻通断的继电器，从而控制该继电器的通、断时间，继电器的通、断时间就决定了 220V交流电通过柱室内加热电阻的时间，从而控制柱室内加热电阻的发热量，最终实现柱室的实测温度值与柱室的设定温度值接近相等，误差范围为±0.01/C。
[0124]步骤3-3-6、判断柱室温度设定值是否小于实际温度值，并且实测温度值与柱室温度设定值之间的差值是否大于G值，G值取值范围为5?15°C ;若是，则可编程控制器发送脉冲信号至后开门电机驱动器，驱动电机带动后开门开启，并当柱室温度设定值与实际温度值相等时，可编程控制器发送脉冲信号至后开门电机驱动器，驱动电机带动后开门关闭；否则，返回执行步骤3-3-4;
[0125]本发明实施例中，如果柱室设定温度值大于柱室实测温度值，可编程控制器主机将通过数字量输出端子输出脉冲，该输出脉冲经过导线传输至柱室后开门步进电机的驱动器，柱室后开门步进电机的驱动器发出脉冲控制后开门步进电机转动，关闭柱室开门；如果柱室设定温度值小于柱室实测温度值，温度差值大于T°C (T为5?15范围内一数值)，可编程控制器主机将通过数字量输出端子输出脉冲，该输出脉冲经过导线传输至柱室后开门步进电机的驱动器，柱室后开门步进电机的驱动器发出脉冲控制后开门步进电机转动，打开柱室后开门，在柱室实测温度和柱室设定温度相等时，可编程控制器发出脉冲关闭柱室开门。
[0126]步骤4、对气相色谱仪的气路中气体压强或气体质量流量进行控制；
[0127]本发明实施例中，气路控制系统中的气体由气相色谱仪外部通过气体管道连接至气相色谱仪，在气相色谱仪内部通过气体管道连接至气体压力开关，由气体压力开关出来通过气体管道连接至气体稳压阀，由气体稳压阀出来通过气体管道连接至比例电磁阀，由比例电磁阀出来通过气体管道连接至压力传感器或气体质量流量传感器，由压力传感器或气体质量流量传感器出来通过气体管道连接至气化室做载气，或连接至检测器。
[0128]当采用气体压强传感器采集气路(包括载气、空气和氢气)中压强值时，方法流程图如图8所示，具体步骤如下:
[0129]步骤4-1、气体压强传感器将气体压强值转化成电信号传输至模拟量输入模块,模拟量输入模块将气体压强的电信号转化成气体压强数值，并发送至可编程控制器中；
[0130]步骤4-2、可编程控制器将气体压强设定值与气体压强实测值进行比较，并发送模拟量电压控制信号至气路中比例电磁阀；
[0131]若气体压强设定值与气体压强实测值的差值大于d Mpa，则可编程控制器以每间隔η秒递增输出m毫伏电信号至气路中比例电磁阀；若气体压强设定值与气体压强实测值的差值大于OMpa且小于d Mpa,则可编程控制器以每间隔η秒递增输出I毫伏电信号至气路中比例电磁阀，当气体压强设定值与气体压强实测值的差值小于0.0OOlMpa时，可编程控制器停止上述电信号的递增；
[0132]本发明实施例中，所述的η取值范围为I?10，m的取值范围为10?100 ;d的取值范围为0.001?0.01 ;
[0133]若气体压强设定值与气体压强实测值的差值小于-d Mpa，则可编程控制器以每间隔η秒递减输出m毫伏电信号至气路比例电磁阀；若气体压强设定值与气体压强实测值的差值大于-d Mpa且小于OMpa，则可编程控制器以每间隔η秒递减输出I毫伏电信号至气路比例电磁阀，当气体压强设定值与气体压强实测值的差值大于-0.0OOlMpa时，可编程控制器停止上述电信号的递减；
[0134]当采用气体质量流量传感器采集气路中气体质量流量值时，具体步骤如下:
[0135]步骤4_a、气体质量流量传感器将气体质量流量值转化成电信号传输至模拟量输入模块，模拟量输入模块将气体质量流量的电信号转化成相应的气体质量流量数值量，并发送至可编程控制器中；
[0136]步骤4_b、可编程控制器将气体质量流量设定值与气体质量流量实测值比较，并发送控制信号值气路比例电磁阀；
[0137]若气体质量流量设定值与气体质量流量实测值的差值大于D ml/min，则可编程控制器以每间隔η秒递增输出m毫伏电信号至气路比例电磁阀；若气体质量流量设定值与气体质量流量实测值的差值大于Oml/min且小于D ml/min，则可编程控制器以每间隔η秒递增输出I毫伏电信号至气路比例电磁阀，当气体质量流量设定值与气体质量流量实测值的差值小于0.0lml/min时，可编程控制器停止上述电信号的递增；
[0138]本发明实施例中，D的取值范围为I?10。
[0139]若气体质量流量设定值与气体质量流量实测值的差值小于-D ml/min，则可编程控制器以每间隔η秒递减输出m毫伏电信号至气路比例电磁阀；若气体质量流量设定值与气体质量流量实测值的差值大于-D ml/min且小于OMpa，则可编程控制器以每间隔η秒递减输出I毫伏电信号至气路比例电磁阀，当气体质量流量设定值与气体质量流量实测值的差值大于-0.0lml/min时，可编程控制器停止上述电信号的递减；
[0140]步骤5、当气相色谱仪完成对样品的分析时，关闭控制系统。
[0141]当气相色谱仪的气化室，柱室，检测器的温度达到设定值，气路中的气体压强或气体质量流量达到设定值后，待分析样品通过注射器注入气化室，经过色谱柱分离后，不同组份的化合物到达检测器的时间不同，检测器将化合物的量转化成电信号经过色谱工作站得到色谱图，通过色谱图可以分析每种化合物的含量，当气相色谱仪完成对样品的分析时，关闭控制系统。
【权利要求】
1.一种气相色谱仪的控制系统，其特征在于，该系统包括可编程控制器、温度模块、模拟量输入输出模块和触摸屏或计算机，其中， 所述的可编程控制器的第一输出端连接气相色谱仪的220V电源继电器输入端，可编程控制器的第二输出端连接气相色谱仪的柱室继电器输入端，可编程控制器的第三输出端连接气相色谱仪的气化室继电器输入端，可编程控制器的第四输出端连接气相色谱仪的检测器继电器输入端，可编程控制器的第五输出端连接气相色谱仪的后开门电机驱动器输入端，可编程控制器的第六输出端连接触摸屏的输入端；气相色谱仪的后开门限位传感器输出端连接可编程控制器的第一输入端，温度模块的输出端连接可编程控制器的第二输入端，气路的气体压力开关输出端连接可编程控制器的第三输入端，模拟量输入输出模块的第一输出端连接温度模块的第一输入端，气相色谱仪的气化室温度传感器输出端连接温度模块的第二输入端，气相色谱仪的检测器温度传感器输出端连接温度模块的第三输入端，气相色谱仪的柱室温度传感器输出端连接温度模块的第四输入端，气相色谱仪的气路上的气体压强传感器或气体质量流量传感器的输出端连接模拟量输入输出模块的输入端，气相色谱仪的气路比例电磁阀门输入端连接模拟量输入输出模块的第二输出端。
2.采用权利要求1所述的气相色谱仪的控制系统进行的控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、启动气相色谱仪； 步骤2、对气相色谱仪的气化室内的温度传感器、气化室内的加热电阻、柱室内的温度传感器、柱室内的热电阻、检测器内的温度传感器、检测器内的加热电阻、柱室后开门定位传感器、驱动后开门转动的电机、后开门电机驱动器、气路中气体压力开关、气路中气体压强传感器或气体质量流量传感器和气路中比例电磁阀进行检验，若存在故障，则通过触摸屏或计算机提示用户，若正常，则执行步骤3 ; 具体包括如下步骤: 步骤2-1、对气相色谱仪的气化室内的温度传感器和气化室内的加热电阻进行检验； 步骤2-2、对气相色谱仪的柱室内的温度传感器和柱室内的加热电阻进行检验； 步骤2-3、对气相色谱仪的检测器内的温度传感器和检测器内的加热电阻进行检验； 步骤2-4、对气相色谱仪的柱室后开门定位传感器、驱动后开门转动的电机和后开门电机驱动器进行检验； 步骤2-5、对气相色谱仪的气路中气体压力开关、气路中气体压强传感器或气体质量流量传感器和气路中比例电磁阀进行检验； 步骤3、采用PID控制算法对气相色谱仪的气化室内温度、检测器内温度和柱室内温度进行实时控制，包括如下步骤: 步骤3-1、采用气化室温度传感器采集气化室内部的实际温度值，并将实际温度值发送至温度模块中，温度模块将模数转换后的实际温度值发送至可编程控制器，可编程控制器根据气化室温度设定值和实际温度值，采用PID控制算法获得单位周期时间内输出高电平信号，即获得脉冲信号，并将脉冲信号发送至气化室继电器，从而控制气化室加热电阻进行加热，使气化室内温度达到设定值误差范围内； 步骤3-2、采用检测器温度传感器采集检测器内部的实际温度值，并将实际温度值发送至温度模块中，温度模块将模数转换后的温度值发送至可编程控制器，可编程控制器根据检测器温度设定值和实际温度值，采用PID控制算法获得单位周期时间内输出高电平信号，即获得脉冲信号，并将脉冲信号发送至检测器继电器，从而控制检测器加热电阻进行加热，使检测器内温度达到设定值误差范围内； 步骤3-3、选择控制模式对柱室内温度进行实时控制，所述的温度控制模式包括恒温控制模式和升温控制模式； 具体步骤如下: 步骤3-3-1、判断所采用的温度控制模式，若采用恒温控制模式，则执行步骤3-3-3 ;若采用升温控制模式，则执行步骤3-3-2 ； 步骤3-3-2、在可编程控制器内设置多个升温时段，并设置第一时段的起始点柱室温度设定值、不同时段的升温速率、时段初始温度设定值的保持时间和时段结束温度设定值的保持时间，即构建不同时段的温度设定值与时间的线性关系，实现温度设定值的自动设定; 步骤3-3-3、采用柱室温度传感器采集柱室内部的实际温度值，并将实际温度值发送至温度模块中，温度模块将模数转换后的实际温度值发送至可编程控制器中； 步骤3-3-4、采用可编程控制器判断柱室温度设定值是否大于实际温度值，若是，则可编程控制器发送脉冲信号至后开门电机驱动器，驱动电机带动后开门关闭，并执行步骤3-3-5 ;否则，执行步骤3-3-6 ； 步骤3-3-5、采用PID控制算法获得单位周期时间内输出高电平的信号，即获得脉冲信号，并将脉冲信号发送至柱室继电器，从而控制柱室加热电阻进行加热，使柱室内温度达到设定值误差范围内； 步骤3-3-6、判断柱室温度设定值是否小于实际温度值，并且实测温度值与柱室温度设定值之间的差值是否大于G值，若是，则可编程控制器发送脉冲信号至后开门电机驱动器，驱动电机带动后开门开启，并当柱室温度设定值与实际温度值相等时，可编程控制器发送脉冲信号至后开门电机驱动器，驱动电机带动后开门关闭；否则，返回执行步骤3-3-4 ；步骤4、对气相色谱仪的气路中气体压强或气体质量流量进行控制； 当采用气体压强传感器采集气路中压强值时，具体步骤如下: 步骤4-1、气体压强传感器将气体压强值转化成电信号传输至模拟量输入模块，模拟量输入模块将气体压强的电信号转化成气体压强数值，并发送至可编程控制器中； 步骤4-2、可编程控制器将气体压强设定值与气体压强实测值进行比较，并发送模拟量电压控制信号至气路中比例电磁阀； 若气体压强设定值与气体压强实测值的差值大于d Mpa，则可编程控制器以每间隔η秒递增输出m毫伏电信号至气路中比例电磁阀；若气体压强设定值与气体压强实测值的差值大于OMpa且小于d Mpa，则可编程控制器以每间隔η秒递增输出I毫伏电信号至气路中比例电磁阀，当气体压强设定值与气体压强实测值的差值小于0.0OOlMpa时，可编程控制器停止上述电信号的递增； 若气体压强设定值与气体压强实测值的差值小于-d Mpa，则可编程控制器以每间隔η秒递减输出m毫伏电信号至气路比例电磁阀；若气体压强设定值与气体压强实测值的差值大于-d Mpa且小于OMpa，则可编程控制器以每间隔η秒递减输出I毫伏电信号至气路比例电磁阀，当气体压强设定值与气体压强实测值的差值大于-0.0OOlMpa时，可编程控制器停止上述电信号的递减； 当采用气体质量流量传感器采集气路中气体质量流量值时，具体步骤如下: 步骤4-a、气体质量流量传感器将气体质量流量值转化成电信号传输至模拟量输入模块，模拟量输入模块将气体质量流量的电信号转化成相应的气体质量流量数值量，并发送至可编程控制器中； 步骤4-b、可编程控制器将气体质量流量设定值与气体质量流量实测值比较，并发送控制信号值气路比例电磁阀； 若气体质量流量设定值与气体质量流量实测值的差值大于D ml/min，则可编程控制器以每间隔η秒递增输出m毫伏电信号至气路比例电磁阀；若气体质量流量设定值与气体质量流量实测值的差值大于Oml/min且小于D ml/min,则可编程控制器以每间隔η秒递增输出I毫伏电信号至气路比例电磁阀，当气体质量流量设定值与气体质量流量实测值的差值小于0.0lml/min时，可编程控制器停止上述电信号的递增； 若气体质量流量设定值与气体质量流量实测值的差值小于-D ml/min，则可编程控制器以每间隔η秒递减输出m毫伏电信号至气路比例电磁阀；若气体质量流量设定值与气体质量流量实测值的差值大于-D ml/min且小于OMpa，则可编程控制器以每间隔η秒递减输出I毫伏电信号至气路比例电磁阀，当气体质量流量设定值与气体质量流量实测值的差值大于-0.0lml/min时，可编程控制器停止上述电信号的递减； 步骤5、当气相色谱仪完成对样品的分析时，关闭控制系统。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于: 步骤2-1所述的对气相色谱仪的气化室内的温度传感器和气化室内的加热电阻进行检验，具体如下: 步骤2-1-1、采用气化室内的温度传感器采集气化室内部实际温度，并将实际温度值转成电信号发送至温度模块，温度模块将数据进行模数转换并发送至可编程控制器； 步骤2-1-2、采用可编程控制器判断所采集的实际温度值所属范围，若实际温度值大于1000°C，则通过触摸屏或计算机提示气化室温度传感器断路或损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；若实际温度值小于0°C，则通过触摸屏或计算机提示气化室温度传感器短路或损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；若实际温度值大于等于0°C且小于等于1000°C，则气化室温度传感器处于正常状态，并执行步骤2-1-3 ；步骤2-1-3、设定气化室的温度值为开机前实际温度值增加0.5?5°C，并采用温度传感器实时采集气化室内部温度，若在5?60秒内气化室内部实际温度值达到温度设定值，则加热电阻处于正常状态，并执行步骤2-2 ;否则，通过触摸屏或计算机提示气化室加热电阻断路或气化室继电器损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源； 步骤2-2所述的对气相色谱仪的柱室内的温度传感器和柱室内的加热电阻进行检验，具体如下: 步骤2-2-1、采用柱室内的温度传感器采集柱室内部实际温度，并将实际温度值转成电信号发送至温度模块，温度模块将数据进行模数转换并发送至可编程控制器； 步骤2-2-2、采用可编程控制器判断所采集的实际温度值所属范围，若实际温度值大于1000°C，则通过触摸屏或计算机提示柱室温度传感器断路或损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；若实际温度值小于0°C，则通过触摸屏或计算机提示柱室温度传感器短路或损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；若实际温度值大于等于0°C且小于等于1000°C，则柱室内的温度传感器处于正常状态，并执行步骤2-2-3 ；步骤2-2-3、设定柱室的温度值为开机前实际温度值增加0.5?5°C，并采用温度传感器实时采集柱室内部温度，若在5?60秒内柱室内部温度达到温度设定值，则柱室内加热电阻处于正常状态，并执行步骤2-3 ;否则，通过触摸屏或计算机提示柱室加热电阻断路或柱室继电器损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源； 步骤2-3所述的对气相色谱仪的检测器内的温度传感器和检测器内的加热电阻进行检验，具体如下: 步骤2-3-1、采用检测器内的温度传感器采集检测器内部实际温度，并将实际温度值转成电信号发送至温度模块，温度模块将数据进行模数转换并发送至可编程控制器； 步骤2-3-2、采用可编程控制器判断所采集的实际温度值所属范围，若实际温度值大于1000°C，则通过触摸屏或计算机提示检测器温度传感器断路或损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；若实际温度值小于0°C，则通过触摸屏或计算机提示检测器温度传感器短路或损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；若实际温度值大于等于0°C且小于等于1000°C，则检测器内的温度传感器处于正常状态，并执行步骤2-3-3 ； 步骤2-3-3、设定检测器的目标温度值为开机前实际温度值增加0.5?5°C，并采用温度传感器实时采集检测器内部温度，若在5?60秒内检测器内部温度达到温度设定值，则检测器内的加热电阻处于正常状态，并执行步骤2-4 ;否则，通过触摸屏或计算机提示检测器加热电阻断路或检测器继电器损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；步骤2-4所述的对气相色谱仪的柱室后开门定位传感器、驱动后开门转动的电机和后开门电机驱动器进行检验，具体如下: 步骤2-4-1、采用可编程控制器发送脉冲信号至后开门电机驱动器，驱动器驱动电机带动柱室后开门先开启再关闭； 步骤2-4-2、采用可编程控制器判断后开门碰触后开门限位传感器的时间是否在3?10秒内，若是，则柱室后开门定位传感器和驱动后开门转动的电机处于正常状态，并执行步骤2-5，否则，通过触摸屏或计算机提示柱室后开门定位传感器或驱动后开门转动的电机或后开门电机驱动器损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源； 步骤2-5所述的对气相色谱仪的气路中气体压力开关、气路中气体压强传感器或气体质量流量传感器和气路中比例电磁阀进行检验，具体如下: 步骤2-5-1、采用可编程控制器判断气体压力开关发送的信号是否为低电平信号，若是，则通过触摸屏或计算机提示气路中气体压力不足，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；否则，气路中气体压力处于正常状态，并执行步骤2-5-2 ； 步骤2-5-2、采用气路中气体压强传感器采集气体压强值，或采用气体质量流量传感器采集气体质量流量数值，若气体压强数值大于20MPa或气体质量流量数值大于100ml/min,则通过触摸屏或计算机提示气体压强传感器或气体质量流量传感器断路或损坏，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源；否则，气路中气体压强传感器或气体质量流量传感器处于正常状态； 步骤2-5-3、若气体压强传感器处于正常状态，则设定气路中的目标气体压强设定值为P Mpa，可编程控制器发送信号调节比例电磁阀，并采用气体压强传感器采集气路中的气体压强值，若采集的气体压强值在5?60秒的时间内达到设定值，则气路中比例电磁阀处于正常状态，并执行步骤3 ;否则，通过触摸屏或计算机提示比例电磁阀损坏或断路，并发送低电平信号至220V电源继电器，切断电源。
4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于:步骤2-5-3所述的P取值范围为0.005 ?0.1。
5.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于:步骤3-1、步骤3-2、步骤3-3-5所述的单位周期时间取值范围为0.1?10秒，实测温度和设定温度近似相等的误差范围为±0.0l0Co
6.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于:步骤3-3-6所述的G值取值范围为5 ?15。。。
7.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于:步骤4-2所述的η取值范围为I?10，m的取值范围为10?100 ；d的取值范围为0.001?0.01。
8.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于:步骤4-b所述的D的取值范围为I?10。
【文档编号】G01N30/02GK104407073SQ201410723149
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】时迎国, 秦高梧, 杜明娟 申请人:沈阳东北金属材料研究院有限公司, 时迎国