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FFU的控制方式的簡單分析與比較

更新時間:2013-08-30      點擊次數(shù):3312

FFU的控制方式的簡單分析與比較

FFU控制方式現(xiàn)狀
目前FFU一般采用單相多速交流電機、三相多速交流電機和直流電機。電機的供電電壓大致有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
◆ 計算機控制
◆ 遙控控制
下面對以上四種控制方式做一簡單分析與比較:
1.1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,控制起來不方便,而且FFU的風(fēng)速可調(diào)范圍有限,于幾檔。我們曾經(jīng)做過一個項目,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,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、不能實現(xiàn)靈活的組群控制等。
1.2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)機轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào),但同時也犧牲了電機效率,使其能耗比多檔開關(guān)控制方式還要高。
1.3計算機控制
計算機控制方式一般采用直流電機,與前面兩種方式相比,計算機控制方式具有以下的功能:
◆ 采用集散型控制方式,能夠很方便的實現(xiàn)FFU的集中監(jiān)測和控制。
◆ 可方便的實現(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行監(jiān)測和控制。
◆ 控制系統(tǒng)預(yù)留通信接口,可與上位機或網(wǎng)絡(luò)進行通訊,從而實現(xiàn)遠程通信和管理功能。
控制直流電機的優(yōu)點在于: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電機帶有電刷,因此,F(xiàn)FU的電機均采用無刷直流電動機,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。
◆ 后期維護費用高。
1.4遙控控制方式
遙控控制方式作為計算機控制方式的一種補充,可使用遙控器對每臺FFU進行控制,與計算機控制方式相輔相成。
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的計算機控制方式。
交流電動機同直流電動機相比較,具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、制造方便、運行可靠、低謙等一系列的優(yōu)點,由于其不存在換相問題,其使用壽命遠遠過直流電機。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定子電壓的大小來調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)速。調(diào)壓方式的缺點是:調(diào)速時的效率較低,低速時,電機發(fā)熱嚴重、調(diào)速范圍較窄等。但是,調(diào)壓方式對于FFU風(fēng)機負載來說,其缺陷不是很明顯,并且在目前的情況下還有一些優(yōu)點:
◆ 調(diào)速方案成熟,調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定,能夠保證長時間*連續(xù)運行。
◆ 操作簡便,控制系統(tǒng)造價低。
◆ 由于FFU風(fēng)機負載很輕,在低速時,電機發(fā)熱不是很嚴重。
◆ 調(diào)壓方式特別適合于風(fēng)機負載,由于FFU風(fēng)機負責(zé)曲線為*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)速電動機的轉(zhuǎn)速,同時,按一定比例調(diào)整整電動機的輸入電壓。變頻控制方式具有的性能,調(diào)速范圍大,平滑性較高,調(diào)*率高等。變頻一般采用較的SPWM控制方式,并采用單片機生成SPWM波形。SPWM變頻方式同其它變頻方式相比具有以下特點: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,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。由于異步電動機屬于感性負載,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、便宜的變頻調(diào)速系統(tǒng)將不斷出現(xiàn),異步電動機的變頻調(diào)速方法的應(yīng)用將日見廣泛,并將終取代直流調(diào)速方式和調(diào)壓調(diào)速方式。
2.FFU智能化控制系統(tǒng)
目前,在FFU的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)(如凈化工作臺),其控制系統(tǒng)的應(yīng)用率還是比較低的,而且在市場上流行的FFU智能化控制系統(tǒng)中,一般只針對配備無刷直流電機的FFU。特別是在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。針對這種現(xiàn)狀,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),能夠方便的實現(xiàn)現(xiàn)場分散控制和集中統(tǒng)一管理功能。可靈活控制潔凈室每臺風(fēng)機的起停和風(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。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)拓撲圖如下圖:
2.1現(xiàn)場智能控制模塊
現(xiàn)場智能控制模塊以單片機為核心處理器來實現(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)智能模塊具有很強的開放性,通過可選的手操器(可插拔式)可實現(xiàn)現(xiàn)場控制:通過預(yù)留的RS485接口可實現(xiàn)遠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功能:過載時,提示報警單元報警;短路時,提示報警單元報警并自動切斷FFU電源。
2.2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,實現(xiàn)功能有限;觸摸屏成本操作方便,顯示畫面豐富,功能強大。
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)人機界面單元;3)報警控制單元。
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)進行分析、處理;實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制功能。從而實現(xiàn)對現(xiàn)場所有FFU的集中監(jiān)測和控制。
◆ 與報警控制單元進行通訊。
◆ 與人機界面單元進行通訊。
2)人機界面單元,采用觸摸屏實現(xiàn)遠距離對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),以達到調(diào)速的目的。
◆ 能夠?qū)θ我庖慌_FFU的風(fēng)速值進行監(jiān)測。
◆ 當(dāng)有故障FFU報警時,能實時的顯示故障FFU。
3)報警控制單元,采用聲光報警裝置,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,該控制單元實時發(fā)出聲光報警,并與人機界面單元進行配合,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行控制??刂乒δ苋缦拢?br />1)對整個潔凈室某一組風(fēng)機起停進行控制,可對某一組風(fēng)機的風(fēng)速進行統(tǒng)一設(shè)置。
2)對整個潔凈室的某一臺風(fēng)機起停進行控制,可對某一臺風(fēng)機的風(fēng)速進行設(shè)置。
3)可對某一組風(fēng)機數(shù)量進行設(shè)置。(系統(tǒng)規(guī)定每組風(fēng)機數(shù)量多位16臺)。
4)對整個潔凈室的某一臺風(fēng)機運行狀態(tài)進行查詢,如風(fēng)機的起停狀態(tài),風(fēng)機的運行風(fēng)速。
5)短路保護功能:當(dāng)發(fā)生短路時,能夠自動切斷FFU的電源以保護設(shè)備。
2.3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現(xiàn)遙控控制方式。具體功能由手操器實現(xiàn),采用一對多的控制方式進行控制。手操器能實現(xiàn)以下控制功能:
1)能夠方便的實現(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,以達到調(diào)速的目的。
2)能夠?qū)γ恳慌_FFU的風(fēng)速值進行監(jiān)測。
2.4系統(tǒng)綜合功能
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*連續(xù)運行,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)實際情況設(shè)定風(fēng)速轉(zhuǎn)速,大限度降低風(fēng)機功耗,達到節(jié)能目的。
4)對風(fēng)機轉(zhuǎn)速進行時序控制,在非工作時間內(nèi),自動降低風(fēng)機轉(zhuǎn)速維持室內(nèi)潔凈要求,達到節(jié)能目的。

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