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    洁净室FFU控制系统

    来宝网2007年4月25日 15:39 点击:1828

    【提要】 本文介绍了洁净室FFU控制的几种方式,并列举了其优缺点及采用交流电机的智能化FFU控制系统的功能特点。

    摘 要

    本文介绍了洁净室FFU控制的几种方式,并列举了其优缺点及采用交流电机的智能化FFU控制系统的功能特点。
    The advantages and disadvantages of several FFU control methods and characteristics of intelligent AC motor FFU control system.

    1.引言

    随着经济的发?#36141;?#20154;们生活水平的提高,人们对产品质量的要求也越来越高。而生产技术和生产环境决定了产品质量,这就迫使厂家追求更好的生产技术和更高的生产环境。特别是电子、制药、食品、生物工程、医疗、实验室等领域对生产环境有着?#37327;?#30340;要求,它综合了工艺、建筑、装饰、给排水、空气净化、暖通、空调、自动控制等多方面的技术。衡量这些行业生产环境质量的主要技术指标有温度、湿度、洁净度、风量、室内正压等。因此,对生产环境的各个技术指标进行合理的控制,?#26376;?#36275;特殊生产工艺的要求,成为了现在洁净工程的研究热点之一。FFU作为一种净化设备,目前在各种洁净工程中得到广泛应用。FFU的全?#24179;蠪an Filter Unit“风机过滤单元”,也就是风机和过滤器连接在一起,能自己提供动力的洁净设备,早在二十世纪六十年代,世界?#31995;?#19968;个层流洁净室的建立就已经开始出现FFU的应用了。

    2.FFU控制方式现状

    目前FFU一般采用单相多速交流电机、三相多速交流电机和直流电机。电机的供电电压大致有110V、220V、270V、380V四种。其控制方式主要分为以下几种:
    ◆ 多档开关控制
    ◆ 连续速度调节控制
    ◆ 计算机控制
    ◆ 遥控控制
    下面对以上四种控制方式做一简单分析与比较:

    2.1多档开关控制

    多档开关控制系统只包括FFU自带的一个调速开关和一个电源开关。由于控制元件为FFU自带,分布在洁净室吊顶内的各?#37995;?#32622;,工作人员必须在现场通过拨?#37096;?#20851;来调节FFU,控制起来极不方便,而且FFU的风速可调范围有限,仅限于几档。我们曾经做过一个项目,为了克服FFU控制操作不方便的因素,经过电气线路的设计,把所有FFU的多档开关集中起来,放到地面上一个柜子内,实现集中操作,但无论是从外观还是功能上都存在其局限性。采用多档开关控制方式优点是控制简单、成本低,但存在许多缺陷:比如:能耗大、不能?#20132;?#35843;速、没有反馈信号、不能实现灵活的组群控制等。

    2.2连续速度调节控制

    连续速度调节控制与多档开关控制方式相比,多了一个连续速度调节器,使FFU风机转速连续可调,但同时也牺牲了电机效率,使其能耗比多档开关控制方式还要高。

    2.3计算机控制

    计算机控制方式一般采用直流电机,与前面两种方式相比,计算机控制方式具有以下先进的功能:
    ◆ 采用集散型控制方式,能够很方便的实现FFU的集中监测和控制。
    ◆ 可方便的实现FFU的单台、多台及?#26234;?#25511;制。
    ◆ 智能化控制系统具有节能功能。
    ◆ 可采用可选的遥控方式进行监测和控制。
    ◆ 控制系统预留通信接口,可与上位机或网络进行通讯,从而实现远程通信和管理功能。
    控制直流电机的突出优点在于:容易控制、调速范围较宽。但该控制方式也有一些致命的缺陷:
    ◆ 由于洁净厂房不允许FFU电机带有电刷,因此,FFU的电机均采用无刷直流电动机,换相问题则由电子换相器解决,而电子换相器的寿命短使整控制系统的使用寿命也大大?#26723;汀?BR>◆ 整套系统造价昂贵。
    ◆ 后期维护费用高。

    2.4遥控控制方式

    遥控控制方式作为计算机控制方式的一种补充,可使用遥控器对?#21051;‵FU进行控制,与计算机控制方式相辅相成。

    综上所述:前两种控制方式能耗高、控制不方便;后两种控制方式寿命短、成本高。那有没有一种控制方式既能做到能耗低、控制方便,又能保证使用寿命、成本不高呢?有,那就是采用交流电机的计算机控制方式。

    交流电动机同直流电动机相比较,具有结构简单、体积小、制造方便、运行可靠、价格低谦等一系列的优点,由于其不存在换相问题,其使用寿命?#23545;?#36229;过直流电机。长期以来由于其调速性能很差,因此,调速方式一直被直流调速方式所占领。但随着新型电力电子器件与大规模集成电路的出现和发展,以及新的控制理论?#27426;系?#20986;现及应用,交流控制方式也逐渐发展起来,并将最终取代直流调速系统。

    在FFU交流控制方式中,?#31181;?#35201;分为两种控制方式:调压控制方式和变频控制方式。所谓调压控制方式,就是通过直接改变电动机定子电压的大小来调整电动机的转速。调压方式的缺点是:调速时的效?#24335;系停退?#26102;,电机发热?#29616;亍?#35843;速范围较窄等。但是,调压方式对于FFU风机负载来说,其缺陷不是很明显,并且在目前的情况下还有一些优点:

    ◆ 调速方案成熟,调速系统稳定,能够保证长时间无?#25910;?#36830;续运行。
    ◆ 操作简便,控制系统造价低。
    ◆ 由于FFU风机负载很轻,在?#36864;?#26102;,电机发热不是很?#29616;亍?BR>◆ 调压方式特别适合于风机负载,由于FFU风机负责曲线为独特的阻尼曲线,因此,调速范围可以做到很宽。

    因此,在今后的?#27426;?#26102;期内,调压方式还将是一种主要的调速方式。

    变频控制方式就是通过改变电源频率f的方式来调速电动机的转速,同时,按?#27426;?#27604;例调整整电动机的输入电压。变频控制方式具有优异的性能,调速范围大,?#20132;越?#39640;,调速效率高等。变频一般采用较先进的SPWM控制方式,并采用单片机生成SPWM波形。SPWM变频方式同其它变频方式相比具有以下特点:1)结构简单,控制方便;2)输入功?#23460;?#25968;高;3)系统动态响应快;4)输出谐波少。在目前的情况下,与调压方式相比,变频方式也有一些缺点,这主要体现在以下两个方面:
    ◆ 变频方式造价比较高。为了使变频器的输出谐波尽可能的减少,逆变器的功率开关器件的开关频?#23460;?#23613;可能的高。因此,一般采用GTR、GTO、PMOSFET作为开关器件。上述这些器件本身造价较高。因此,变频控制方式整体造价也比较高。
    ◆ 使用寿命不如调压方式长。由于异步电动机属于?#34892;?#36127;载,功?#23460;?#25968;不会等于1.0,故在中间直流?#26041;?#19982;电动机之间总存在无功功?#23454;?#20132;换。由于逆变器中的电力电子开关无法储能,所以无功能量只能靠直流?#26041;?#20013;的储能元件(电容器)来缓冲。电容器的寿命大大限制了变频器的使用寿命。?#35789;?#26159;最先进的变频器厂商,其变频器寿命也受此限制。

    随着半导体技术的?#27426;?#21457;展,可以预料,一些简单可靠、性能优异、价格便宜的变频调速系统将?#27426;?#20986;现,异步电动机的变频调速方法的应用将日见广泛,并将最终取代直流调速方式和调压调速方式。

    3.FFU智能化控制系统

    目前,在FFU的应用领域内,其控制系统的应用率还是比?#31995;?#30340;,而且在国?#36866;?#22330;上流行的FFU智能化控制系统中,一般只针对配备无刷直流电机的FFU。特别是在全球能源越趋紧张的今天,控制系统的节能效益越来越被人所重视。每个洁净室根据产品的生产工艺,决定相应的风速,同时又不得不考虑能耗问题。而一般的控制系统所能调节的风速范围有限,不能根据具体的要求提供精确的风速,特别是在8小时之外的休息时间,仍然保持较高的风速,这无疑带来了能源?#31995;?#24040;大浪费。针对这种现状,最近推出了能够数字化调节风速的HH-F系列FFU智能化控制系统。该系统操作简单,界面友好,特别是可根据洁净室的具体风速要求(例如0.37m/s,0.28m/s),数字化设定。

    HH-F系列FFU控制系统是一?#20934;?#25955;型控制系统,能够方便的实现现场分散控制和集中统一管理功能。可灵活控制洁净室?#21051;?#39118;机的起停和风速,该控制系统利用中继器技术,解决了485驱动能力有限的问题,可控制无限台风机。本控制系统包括以?#28388;?#37096;分内容:
    ◆ 现场智能控制器
    ◆ 有线集中控制方式
    ◆ 遥控控制方式
    ◆ 系统综合功能
    控制系统拓扑图如下图:



    3.1现场智能控制模块

    现场智能控制模块以单片机为核心处理器来实现控制功能。一台智能模块控制一台FFU。现场智能控制模块分为调压模块和变?#30340;?#22359;,两种智能控制模块能够实现以下控制功能:
    1)智能模块具有很强的开放性,通过可选的手操器(可插拔式)可实现现场控制?#21644;?#36807;预留的RS485接口可实现远程集中控制和?#25910;?#35786;断与设定?#21644;?#36807;可选的遥控组件(可插拔式)可实现遥控控制。
    2)通过可插拔的手操器能够实现FFU的启停和准确的无级调速,能够显示FFU出口风速值。
    3)该智能模块使FFU具有节能功能。
    4)具有过载和短路保护功能:过载时,提示报警单元报警?#27426;?#36335;时,提示报警单元报警并自动切断FFU电源。

    3.2有线控制方式

    有线控制方式为可选控制方式,它通过现场智能模块预留的RS485接口来实现。为了满足不同用户的需求我们采用控制盘和触摸屏两种控制方式,控制盘操作简便,但显示不太直观,实现功能有限;触摸屏成本操作方便,显?#20928;?#38754;丰富,功能?#30475;蟆?BR>触摸屏控制方式主要由以下三部分组成:1)中央控制单元;2)人机界面单元;3)报警控制单元。

    1)中央控制单元,采用PLC控制器。能够实现以下控制功能:
    ◆ 与现场智能控制模块采用RS485总线制联结方式,对采集到的现场数据进行分析、处理;实现对现场设备的控制功能。从而实现对现场所有FFU的集中监测和控制。
    ◆ 与报警控制单元进行通讯。
    ◆ 与人机界面单元进行通讯。

    2)人机界面单元,采用触摸屏实现远距离对FFU的监控和调节。能够实现以下控制功能:
    ◆ 能够方便的实现FFU的单台、多台及?#26234;?#25511;制。也就是说,能够同时控制?#25105;?#21488;数的FFU。
    ◆ 能够实现?#25105;?#21488;数FFU的启停和调速功能,调速功能能够实?#36136;?#23383;化,即直接输入预期的风速值(如:0.25、0.31等),以达到调速的目的。
    ◆ 能?#27426;勻我?#19968;台FFU的风速值进行监测。
    ◆ 当有?#25910;螰FU报警时,能实时的显示?#25910;螰FU。

    3)报警控制单元,采用声光报警装置,通过与中央处理单元的通讯,当有任何一台或多台FFU发生?#25910;?#26102;,该控制单元实时发出声光报警,并与人机界面单元进?#20449;?#21512;,迅速确定?#25910;螰FU,确保监控人员及?#36125;?#29702;?#25910;稀?BR>
    控制盘控制方式:根据实际系统的需要,中继器有相应数量的485通讯插座,每个插座对应一组FFU控制器。通过控制盘可对每个控制器进行控制。控制功能如下:
    1)对整个洁净室某一组风机起停进行控制,可对某一组风机的风速进行统一设置。
    2)对整个洁净室的某一台风机起停进行控制,可对某一台风机的风速进行设置。
    3)可对某一组风机数量进行设置。(系统规定每组风机数量最多位16台)。
    4)对整个洁净室的某一台风机运行状态进行查询,如风机的起停状态,风机的运行风速。
    5)短路保护功能:当发生短路时,能够自动切断FFU的电源?#21592;?#25252;设备。

    3.3遥控控制方式

    遥控控制方式为可选控制方式。它通过现场智能模块预留接口,通过可插拔的通讯模块来实现遥控控制方式。具体功能由手操器实现,采用?#27426;?#22810;的控制方式进行控制。手操器能实现以下控制功能:
    1)能够方便的实现?#21051;‵FU的启停和调速功能。调速功能能够实?#36136;?#23383;化,即直接输入预期的风速值,以达到调速的目的。
    2)能?#27426;?#27599;一台FFU的风速值进行监测。

    3.4系统综合功能

    控制系统还能够实现如下功能:
    1)交流调压方式控制系统能够保证正常使用条件下长时间无?#25910;?#36830;续运行,正常使用条件下能保证8万小时以上。
    2)整套控制系统布局合理、接线简单。
    3)在满足洁净要求的前提下,可根据实?#26159;?#20917;设定风速转速,最大限度?#26723;?#39118;机功耗,达到节能目的。
    4)对风机转速进行时序控制,在非工作时间内,自动?#26723;?#39118;机转速维持室内洁净要求,达到节能目的。

    4.结论

    综上所述,不难看出随着高科技产业的飞速发展,大规模应用FFU的洁净室也将越来越多。洁净室中FFU的集中控制也将是设计人员和业主们必须关注的问题。

    (来源: 来宝网 )


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