FFU集成控制系統(tǒng)一般有什么特點(diǎn)
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高,,人們對產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越高,。而生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)環(huán)境決定了產(chǎn)品質(zhì)量,這就迫使廠家追求更好的生產(chǎn)技術(shù)和更高的生產(chǎn)環(huán)境,。特別是電子,、制藥、食品,、生物工程,、醫(yī)療、實(shí)驗(yàn)室等領(lǐng)域?qū)ιa(chǎn)環(huán)境有著苛刻的要求,,它綜合了工藝,、建筑,、裝飾、給排水,、空氣凈化,、暖通、空調(diào),、自動控制等多方面的技術(shù),。衡量這些行業(yè)生產(chǎn)環(huán)境質(zhì)量的主要技術(shù)指標(biāo)有溫度、濕度,、潔凈度,、風(fēng)量、室內(nèi)正壓等,。因此,,對生產(chǎn)環(huán)境的各個技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行合理的控制,以滿足特殊生產(chǎn)工藝的要求,,成為了現(xiàn)在潔凈工程的研究熱點(diǎn)之一,。FFU作為一種凈化設(shè)備,目前在各種潔凈工程中得到廣泛應(yīng)用,。FFU的全稱叫Fan Filter Unit“風(fēng)機(jī)過濾單元”,,也就是風(fēng)機(jī)和過濾器連接在一起,能自己提供動力的潔凈設(shè)備,,早在二十世紀(jì)六十年代,,世界上第一個層流潔凈室的建立就已經(jīng)開始出現(xiàn)FFU的應(yīng)用了。
2.FFU控制方式現(xiàn)狀
目前FFU一般采用單相多速交流電機(jī),、三相多速交流電機(jī)和直流電機(jī),。電機(jī)的供電電壓大致有110V、220V,、270V,、380V四種。其控制方式主要分為以下幾種:
◆ 多檔開關(guān)控制
◆ 連續(xù)速度調(diào)節(jié)控制
◆ 計(jì)算機(jī)控制
◆ 遙控控制
下面對以上四種控制方式做一簡單分析與比較:
2.1多檔開關(guān)控制
多檔開關(guān)控制系統(tǒng)只包括FFU自帶的一個調(diào)速開關(guān)和一個電源開關(guān),。由于控制元件為FFU自帶,,分布在潔凈室吊頂內(nèi)的各個位置,工作人員必須在現(xiàn)場通過撥擋開關(guān)來調(diào)節(jié)FFU,,控制起來極不方便,,而且FFU的風(fēng)速可調(diào)范圍有限,僅限于幾檔,。我們曾經(jīng)做過一個項(xiàng)目,,為了克服FFU控制操作不方便的因素,,經(jīng)過電氣線路的設(shè)計(jì),,把所有FFU的多檔開關(guān)集中起來,,放到地面上一個柜子內(nèi),實(shí)現(xiàn)集中操作,,但無論是從外觀還是功能上都存在其局限性,。采用多檔開關(guān)控制方式優(yōu)點(diǎn)是控制簡單、成本低,,但存在許多缺陷:比如:能耗大,、不能平滑調(diào)速、沒有反饋信號,、不能實(shí)現(xiàn)靈活的組群控制等,。
2.2連續(xù)速度調(diào)節(jié)控制
連續(xù)速度調(diào)節(jié)控制與多檔開關(guān)控制方式相比,多了一個連續(xù)速度調(diào)節(jié)器,,使FFU風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào),,但同時也犧牲了電機(jī)效率,使其能耗比多檔開關(guān)控制方式還要高,。
2.3計(jì)算機(jī)控制
計(jì)算機(jī)控制方式一般采用直流電機(jī),,與前面兩種方式相比,計(jì)算機(jī)控制方式具有以下先進(jìn)的功能:
◆ 采用集散型控制方式,,能夠很方便的實(shí)現(xiàn)FFU的集中監(jiān)測和控制,。
◆ 可方便的實(shí)現(xiàn)FFU的單臺、多臺及分區(qū)控制,。
◆ 智能化控制系統(tǒng)具有節(jié)能功能,。
◆ 可采用可選的遙控方式進(jìn)行監(jiān)測和控制。
◆ 控制系統(tǒng)預(yù)留通信接口,,可與上位機(jī)或網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊,,從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信和管理功能。
控制直流電機(jī)的突出優(yōu)點(diǎn)在于:容易控制,、調(diào)速范圍較寬,。但該控制方式也有一些致命的缺陷:
◆由于潔凈廠房不允許FFU電機(jī)帶有電刷,因此,,FFU的電機(jī)均采用無刷直流電動機(jī),,換相問題則由電子換相器解決,而電子換相器的壽命短使整控制系統(tǒng)的使用壽命也大大降低,。
◆ 整套系統(tǒng)造價昂貴,。
◆ 后期維護(hù)費(fèi)用高。
2.4遙控控制方式
遙控控制方式作為計(jì)算機(jī)控制方式的一種補(bǔ)充,,可使用遙控器對每臺FFU進(jìn)行控制,,與計(jì)算機(jī)控制方式相輔相成。
綜上所述:前兩種控制方式能耗高,、控制不方便,;后兩種控制方式壽命短,、成本高。那有沒有一種控制方式既能做到能耗低,、控制方便,,又能保證使用壽命、成本不高呢,?有,,那就是采用交流電機(jī)的計(jì)算機(jī)控制方式。
交流電動機(jī)同直流電動機(jī)相比較,,具有結(jié)構(gòu)簡單,、體積小、制造方便,、運(yùn)行可靠,、價格低謙等一系列的優(yōu)點(diǎn),由于其不存在換相問題,,其使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過直流電機(jī),。長期以來由于其調(diào)速性能很差,因此,,調(diào)速方式一直被直流調(diào)速方式所占領(lǐng),。但隨著新型電力電子器件與大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)和發(fā)展,以及新的控制理論不斷的出現(xiàn)及應(yīng)用,,交流控制方式也逐漸發(fā)展起來,,并將最終取代直流調(diào)速系統(tǒng)。
在FFU交流控制方式中,,又主要分為兩種控制方式:調(diào)壓控制方式和變頻控制方式,。所謂調(diào)壓控制方式,就是通過直接改變電動機(jī)定子電壓的大小來調(diào)整電動機(jī)的轉(zhuǎn)速,。調(diào)壓方式的缺點(diǎn)是:調(diào)速時的效率較低,,低速時,電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重,、調(diào)速范圍較窄等,。但是,調(diào)壓方式對于FFU風(fēng)機(jī)負(fù)載來說,,其缺陷不是很明顯,,并且在目前的情況下還有一些優(yōu)點(diǎn):
◆ 調(diào)速方案成熟,調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定,,能夠保證長時間無故障連續(xù)運(yùn)行,。
◆ 操作簡便,控制系統(tǒng)造價低。
◆ 由于FFU風(fēng)機(jī)負(fù)載很輕,,在低速時,,電機(jī)發(fā)熱不是很嚴(yán)重。
◆ 調(diào)壓方式特別適合于風(fēng)機(jī)負(fù)載,,由于FFU風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)曲線為獨(dú)特的阻尼曲線,,因此,,調(diào)速范圍可以做到很寬,。
因此,在今后的一段時期內(nèi),,調(diào)壓方式還將是一種主要的調(diào)速方式,。
變頻控制方式就是通過改變電源頻率f的方式來調(diào)速電動機(jī)的轉(zhuǎn)速,同時,,按一定比例調(diào)整整電動機(jī)的輸入電壓,。變頻控制方式具有優(yōu)異的性能,調(diào)速范圍大,,平滑性較高,,調(diào)速效率高等。變頻一般采用較先進(jìn)的SPWM控制方式,,并采用單片機(jī)生成SPWM波形,。SPWM變頻方式同其它變頻方式相比具有以下特點(diǎn):1)結(jié)構(gòu)簡單,控制方便,;2)輸入功率因數(shù)高,;3)系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)快;4)輸出諧波少,。在目前的情況下,,與調(diào)壓方式相比,變頻方式也有一些缺點(diǎn),,這主要體現(xiàn)在以下兩個方面:
◆ 變頻方式造價比較高,。為了使變頻器的輸出諧波盡可能的減少,逆變器的功率開關(guān)器件的開關(guān)頻率要盡可能的高,。因此,,一般采用GTR、GTO,、PMOSFET作為開關(guān)器件,。上述這些器件本身造價較高。因此,,變頻控制方式整體造價也比較高,。
◆使用壽命不如調(diào)壓方式長。由于異步電動機(jī)屬于感性負(fù)載,功率因數(shù)不會等于1.0,,故在中間直流環(huán)節(jié)與電動機(jī)之間總存在無功功率的交換,。由于逆變器中的電力電子開關(guān)無法儲能,所以無功能量只能靠直流環(huán)節(jié)中的儲能元件(電容器)來緩沖,。電容器的壽命大大限制了變頻器的使用壽命,。即使是最先進(jìn)的變頻器廠商,其變頻器壽命也受此限制,。
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展,,可以預(yù)料,一些簡單可靠,、性能優(yōu)異,、價格便宜的變頻調(diào)速系統(tǒng)將不斷出現(xiàn),異步電動機(jī)的變頻調(diào)速方法的應(yīng)用將日見廣泛,,并將最終取代直流調(diào)速方式和調(diào)壓調(diào)速方式,。
3.FFU智能化控制系統(tǒng)
目前,在FFU的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi),,其控制系統(tǒng)的應(yīng)用率還是比較低的,,而且在國際市場上流行的FFU智能化控制系統(tǒng)中,一般只針對配備無刷直流電機(jī)的FFU,。特別是在全球能源越趨緊張的今天,,控制系統(tǒng)的節(jié)能效益越來越被人所重視。每個潔凈室根據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝,,決定相應(yīng)的風(fēng)速,,同時又不得不考慮能耗問題。而一般的控制系統(tǒng)所能調(diào)節(jié)的風(fēng)速范圍有限,,不能根據(jù)具體的要求提供精確的風(fēng)速,,特別是在8小時之外的休息時間,仍然保持較高的風(fēng)速,,這無疑帶來了能源上的巨大浪費(fèi),。針對這種現(xiàn)狀,最近推出了能夠數(shù)字化調(diào)節(jié)風(fēng)速的HH-F系列FFU智能化控制系統(tǒng),。該系統(tǒng)操作簡單,,界面友好,特別是可根據(jù)潔凈室的具體風(fēng)速要求(例如0.37m/s,0.28m/s),,數(shù)字化設(shè)定,。
HH-F系列FFU控制系統(tǒng)是一套集散型控制系統(tǒng),能夠方便的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場分散控制和集中統(tǒng)一管理功能,??伸`活控制潔凈室每臺風(fēng)機(jī)的起停和風(fēng)速,,該控制系統(tǒng)利用中繼器技術(shù),解決了485驅(qū)動能力有限的問題,,可控制無限臺風(fēng)機(jī),。本控制系統(tǒng)包括以下四部分內(nèi)容:
◆ 現(xiàn)場智能控制器
◆ 有線集中控制方式
◆ 遙控控制方式
◆ 系統(tǒng)綜合功能
控制系統(tǒng)拓?fù)鋱D如下圖:
3.1現(xiàn)場智能控制模塊
現(xiàn)場智能控制模塊以單片機(jī)為核心處理器來實(shí)現(xiàn)控制功能。一臺智能模塊控制一臺FFU?,F(xiàn)場智能控制模塊分為調(diào)壓模塊和變頻模塊,,兩種智能控制模塊能夠?qū)崿F(xiàn)以下控制功能:
1)智能模塊具有很強(qiáng)的開放性,通過可選的手操器(可插拔式)可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制:通過預(yù)留的RS485接口可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制和故障診斷與設(shè)定:通過可選的遙控組件(可插拔式)可實(shí)現(xiàn)遙控控制,。
2)通過可插拔的手操器能夠?qū)崿F(xiàn)FFU的啟停和準(zhǔn)確的無級調(diào)速,,能夠顯示FFU出口風(fēng)速值。
3)該智能模塊使FFU具有節(jié)能功能,。
4)具有過載和短路保護(hù)功能:過載時,,提示報(bào)警單元報(bào)警,;短路時,,提示報(bào)警單元報(bào)警并自動切斷FFU電源。
3.2有線控制方式
有線控制方式為可選控制方式,,它通過現(xiàn)場智能模塊預(yù)留的RS485接口來實(shí)現(xiàn),。為了滿足不同用戶的需求我們采用控制盤和觸摸屏兩種控制方式,控制盤操作簡便,,但顯示不太直觀,,實(shí)現(xiàn)功能有限,;觸摸屏成本操作方便,,顯示畫面豐富,功能強(qiáng)大,。
觸摸屏控制方式主要由以下三部分組成:1)中央控制單元,;2)人機(jī)界面單元,;3)報(bào)警控制單元。
1)中央控制單元,,采用PLC控制器,。能夠?qū)崿F(xiàn)以下控制功能:
◆與現(xiàn)場智能控制模塊采用RS485總線制聯(lián)結(jié)方式,對采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,、處理,;實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制功能。從而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場所有FFU的集中監(jiān)測和控制,。
◆ 與報(bào)警控制單元進(jìn)行通訊,。
◆ 與人機(jī)界面單元進(jìn)行通訊。
2)人機(jī)界面單元,,采用觸摸屏實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離對FFU的監(jiān)控和調(diào)節(jié),。能夠?qū)崿F(xiàn)以下控制功能:
◆ 能夠方便的實(shí)現(xiàn)FFU的單臺、多臺及分區(qū)控制。也就是說,,能夠同時控制任意臺數(shù)的FFU,。
◆能夠?qū)崿F(xiàn)任意臺數(shù)FFU的啟停和調(diào)速功能,調(diào)速功能能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化,,即直接輸入預(yù)期的風(fēng)速值(如:0.25,、0.31等),以達(dá)到調(diào)速的目的,。
◆ 能夠?qū)θ我庖慌_FFU的風(fēng)速值進(jìn)行監(jiān)測,。
◆ 當(dāng)有故障FFU報(bào)警時,能實(shí)時的顯示故障FFU,。
3)報(bào)警控制單元,,采用聲光報(bào)警裝置,通過與中央處理單元的通訊,,當(dāng)有任何一臺或多臺FFU發(fā)生故障時,,該控制單元實(shí)時發(fā)出聲光報(bào)警,并與人機(jī)界面單元進(jìn)行配合,,迅速確定故障FFU,,確保監(jiān)控人員及時處理故障。
控制盤控制方式:根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的需要,,中繼器有相應(yīng)數(shù)量的485通訊插, 座,,每個插座對應(yīng)一組FFU控制器。通過控制盤可對每個控制器進(jìn)行控制,??刂乒δ苋缦拢?/span>
1)對整個潔凈室某一組風(fēng)機(jī)起停進(jìn)行控制,可對某一組風(fēng)機(jī)的風(fēng)速進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)置,。
2)對整個潔凈室的某一臺風(fēng)機(jī)起停進(jìn)行控制,,可對某一臺風(fēng)機(jī)的風(fēng)速進(jìn)行設(shè)置。
3)可對某一組風(fēng)機(jī)數(shù)量進(jìn)行設(shè)置,。(系統(tǒng)規(guī)定每組風(fēng)機(jī)數(shù)量最多位16臺),。
4)對整個潔凈室的某一臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行查詢,如風(fēng)機(jī)的起停狀態(tài),,風(fēng)機(jī)的運(yùn)行風(fēng)速,。
5)短路保護(hù)功能:當(dāng)發(fā)生短路時,能夠自動切斷FFU的電源以保護(hù)設(shè)備,。凈化工作臺
3.3遙控控制方式
遙控控制方式為可選控制方式,。它通過現(xiàn)場智能模塊預(yù)留接口,通過可插拔的通訊模塊來實(shí)現(xiàn)遙控控制方式,。具體功能由手操器實(shí)現(xiàn),,采用一對多的控制方式進(jìn)行控制,。手操器能實(shí)現(xiàn)以下控制功能:
1)能夠方便的實(shí)現(xiàn)每臺FFU的啟停和調(diào)速功能。調(diào)速功能能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化,,即直接輸入預(yù)期的風(fēng)速值,,以達(dá)到調(diào)速的目的。
2)能夠?qū)γ恳慌_FFU的風(fēng)速值進(jìn)行監(jiān)測,。
3.4系統(tǒng)綜合功能超凈工作臺
控制系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)如下功能:
1)交流調(diào)壓方式控制系統(tǒng)能夠保證正常使用條件下長時間無故障連續(xù)運(yùn)行,,正常使用條件下能保證8萬小時以上。
2)整套控制系統(tǒng)布局合理,、接線簡單,。
3)在滿足潔凈要求的前提下,可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定風(fēng)速轉(zhuǎn)速,,最大限度降低風(fēng)機(jī)功耗,,達(dá)到節(jié)能目的。
4)對風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行時序控制,,在非工作時間內(nèi),,自動降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速維持室內(nèi)潔凈要求,達(dá)到節(jié)能目的,。
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