FFU集成控制系统一般有(yǒu)什么特点

       FFU集成控制系统一般有(yǒu)什么特点 
      随着经济的发展和人们生活水平的提高，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。特别是電(diàn)子、制药、食品、生物(wù)工程、医疗、实验室等领域对生产环境有(yǒu)着苛刻的要求，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(duō)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(yǒu)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(lǐ)的控制，以满足特殊生产工艺的要求，成為(wèi)了现在洁净工程的研究热点之一。FFU作為(wèi)一种净化设备，目前在各种洁净工程中得到广泛应用(yòng)。FFU的全称叫Fan Filter Unit“风机过滤单元”，也就是风机和过滤器连接在一起，能(néng)自己提供动力的洁净设备，早在二十世纪六十年代，世界上第一个层流洁净室的建立就已经开始出现FFU的应用(yòng)了。 

2.FFU控制方式现状 
目前FFU一般采用(yòng)单相多(duō)速交流電(diàn)机、三相多(duō)速交流電(diàn)机和直流電(diàn)机。電(diàn)机的供電(diàn)電(diàn)压大致有(yǒu)110V、220V、270V、380V四种。其控制方式主要分(fēn)為(wèi)以下几种： 
◆ 多(duō)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(fēn)析与比较： 
2.1多(duō)档开关控制 
多(duō)档开关控制系统只包括FFU自带的一个调速开关和一个電(diàn)源开关。由于控制元件為(wèi)FFU自带，分(fēn)布在洁净室吊顶内的各个位置，工作人员必须在现场通过拨挡开关来调节FFU，控制起来极不方便，而且FFU的风速可(kě)调范围有(yǒu)限，仅限于几档。我们曾经做过一个项目，為(wèi)了克服FFU控制操作不方便的因素，经过電(diàn)气線(xiàn)路的设计，把所有(yǒu)FFU的多(duō)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(néng)上都存在其局限性。采用(yòng)多(duō)档开关控制方式优点是控制简单、成本低，但存在许多(duō)缺陷：比如：能(néng)耗大、不能(néng)平滑调速、没有(yǒu)反馈信号、不能(néng)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(duō)档开关控制方式相比，多(duō)了一个连续速度调节器，使FFU风机转速连续可(kě)调，但同时也牺牲了電(diàn)机效率，使其能(néng)耗比多(duō)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(yòng)直流電(diàn)机，与前面两种方式相比，计算机控制方式具有(yǒu)以下先进的功能(néng)： 
◆ 采用(yòng)集散型控制方式，能(néng)够很(hěn)方便的实现FFU的集中监测和控制。 
◆ 可(kě)方便的实现FFU的单台、多(duō)台及分(fēn)區(qū)控制。 
◆ 智能(néng)化控制系统具有(yǒu)节能(néng)功能(néng)。 
◆ 可(kě)采用(yòng)可(kě)选的遥控方式进行监测和控制。 
◆ 控制系统预留通信接口，可(kě)与上位机或网络进行通讯，从而实现遠(yuǎn)程通信和管理(lǐ)功能(néng)
。 
控制直流電(diàn)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(yǒu)一些致命的缺陷： 
◆由于洁净厂房不允许FFU電(diàn)机带有(yǒu)電(diàn)刷，因此，FFU的電(diàn)机均采用(yòng)无刷直流電(diàn)动机，换相问题则由電(diàn)子换相器解决，而電(diàn)子换相器的寿命短使整控制系统的使用(yòng)寿命也大大降低。 
◆ 整套系统造价昂贵。 
◆ 后期维护费用(yòng)高。 
2.4遥控控制方式 
     遥控控制方式作為(wèi)计算机控制方式的一种补充，可(kě)使用(yòng)遥控器对每台FFU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(néng)耗高、控制不方便；后两种控制方式寿命短、成本高。那有(yǒu)没有(yǒu)一种控制方式既能(néng)做到能(néng)耗低、控制方便，又(yòu)能(néng)保证使用(yòng)寿命、成本不高呢(ne)？有(yǒu)，那就是采用(yòng)交流電(diàn)机的计算机控制方式。 

      交流電(diàn)动机同直流電(diàn)动机相比较，具有(yǒu)结构简单、體(tǐ)积小(xiǎo)、制造方便、运行可(kě)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(yòng)寿命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超过直流電(diàn)机。長(cháng)期以来由于其调速性能(néng)很(hěn)差，因此，调速方式一直被直流调速方式所占领。但随着新(xīn)型電(diàn)力電(diàn)子器件与大规模集成電(diàn)路的出现和发展，以及新(xīn)的控制理(lǐ)论不断的出现及应用(yòng)，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，又(yòu)主要分(fēn)為(wèi)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，就是通过直接改变電(diàn)动机定子電(diàn)压的大小(xiǎo)来调整電(diàn)动机的转速。调压方式的缺点是：调速时的效率较低，低速时，電(diàn)机发热严重、调速范围较窄等。但是，调压方式对于FFU风机负载来说，其缺陷不是很(hěn)明显，并且在目前的情况下还有(yǒu)一些优点： 
◆ 调速方案成熟，调速系统稳定，能(néng)够保证長(cháng)时间无故障连续运行。 
◆ 操作简便，控制系统造价低。 
◆ 由于FFU风机负载很(hěn)轻，在低速时，電(diàn)机发热不是很(hěn)严重。 
◆ 调压方式特别适合于风机负载，由于FFU风机负责曲線(xiàn)為(wèi)独特的阻尼曲線(xiàn)，因此，调速范围可(kě)以做到很(hěn)宽。
 
     因此，在今后的一段时期内，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電(diàn)源频率f的方式来调速電(diàn)动机的转速，同时，按一定比例调整整電(diàn)动机的输入電(diàn)压。变频控制方式具有(yǒu)优异的性能(néng)，调速范围大，平滑性较高，调速效率高等。变频一般采用(yòng)较先进的SPWM控制方式，并采用(yòng)单片机生成SPWM波形。SPWM变频方式同其它变频方式相比具有(yǒu)以下特点：1）结构简单，控制方便；2）输入功率因数高；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(yǒu)一些缺点，这主要體(tǐ)现在以下两个方面： 
◆ 变频方式造价比较高。為(wèi)了使变频器的输出谐波尽可(kě)能(néng)的减少，逆变器的功率开关器件的开关频率要尽可(kě)能(néng)的高。因此，一般采用(yòng)GTR、GTO、PMOSFET作為(wèi)开关器件。上述这些器件本身造价较高。因此，变频控制方式整體(tǐ)造价也比较高。 

◆使用(yòng)寿命不如调压方式長(cháng)。由于异步電(diàn)动机属于感性负载，功率因数不会等于1.0，故在中间直流环节与電(diàn)动机之间总存在无功功率的交换。由于逆变器中的電(diàn)力電(diàn)子开关无法储能(néng)，所以无功能(néng)量只能(néng)靠直流环节中的储能(néng)元件（電(diàn)容器）来缓冲。電(diàn)容器的寿命大大限制了变频器的使用(yòng)寿命。即使是最先进的变频器厂商(shāng)，其变频器寿命也受此限制。 

随着半导體(tǐ)技术的不断发展，可(kě)以预料，一些简单可(kě)靠、性能(néng)优异、价格便宜的变频调速系统将不断出现，异步電(diàn)动机的变频调速方法的应用(yòng)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(néng)化控制系统 
    目前，在FFU的应用(yòng)领域内，其控制系统的应用(yòng)率还是比较低的，而且在國(guó)际市场上流行的FFU智能(néng)化控制系统中，一般只针对配备无刷直流電(diàn)机的FFU。特别是在全球能(néng)源越趋紧张的今天，控制系统的节能(néng)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(yòu)不得不考虑能(néng)耗问题。而一般的控制系统所能(néng)调节的风速范围有(yǒu)限，不能(néng)根据具體(tǐ)的要求提供精确的风速，特别是在8小(xiǎo)时之外的休息时间，仍然保持较高的风速，这无疑带来了能(néng)源上的巨大浪费。针对这种现状，最近推出了能(néng)够数字化调节风速的HH-F系列FFU智能(néng)化控制系统。该系统操作简单，界面友好，特别是可(kě)根据洁净室的具體(tǐ)风速要求0.37m/s,0.28m/s），数字化设定。
 
HH-F系列FFU控制系统是一套集散型控制系统，能(néng)够方便的实现现场分(fēn)散控制和集中统一管理(lǐ)功能(néng)。可(kě)灵活控制洁净室每台风机的起停和风速，该控制系统利用(yòng)中继器技术，解决了485驱动能(néng)力有(yǒu)限的问题，可(kě)控制无限台风机。本控制系统包括以下四部分(fēn)内容： 
◆ 现场智能(néng)控制器 
◆ 有(yǒu)線(xiàn)集中控制方式 
◆ 遥控控制方式 
◆ 系统综合功能(néng) 
控制系统拓扑图如下图： 

3.1现场智能(néng)控制模块 
现场智能(néng)控制模块以单片机為(wèi)核心处理(lǐ)器来实现控制功能(néng)。一台智能(néng)模块控制一台FFU。现场智能(néng)控制模块分(fēn)為(wèi)调压模块和变频模块，两种智能(néng)控制模块能(néng)够实现以下控制功能(néng)： 
1）智能(néng)模块具有(yǒu)很(hěn)强的开放性，通过可(kě)选的手操器（可(kě)插拔式）可(kě)实现现场控制：通过预留的RS485接口可(kě)实现遠(yuǎn)程集中控制和故障诊断与设定：通过可(kě)选的遥控组件（可(kě)插拔式）可(kě)实现遥控控制。 
2）通过可(kě)插拔的手操器能(néng)够实现FFU的启停和准确的无级调速，能(néng)够显示FFU出口风速值。 
3）该智能(néng)模块使FFU具有(yǒu)节能(néng)功能(néng)。 
4）具有(yǒu)过载和短路保护功能(néng)：过载时，提示报警单元报警；短路时，提示报警单元报警并自动切断FFU電(diàn)源。 
3.2有(yǒu)線(xiàn)控制方式 
有(yǒu)線(xiàn)控制方式為(wèi)可(kě)选控制方式，它通过现场智能(néng)模块预留的RS485接口来实现。為(wèi)了满足不同用(yòng)户的需求我们采用(yòng)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(néng)有(yǒu)限；触摸屏成本操作方便，显示画面丰富，功能(néng)强大。
 
触摸屏控制方式主要由以下三部分(fēn)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(yòng)PLC控制器。能(néng)够实现以下控制功能(néng)： 
◆与现场智能(néng)控制模块采用(yòng)RS485总線(xiàn)制联结方式，对采集到的现场数据进行分(fēn)析、处理(lǐ)；实现对现场设备的控制功能(néng)。从而实现对现场所有(yǒu)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(yòng)触摸屏实现遠(yuǎn)距离对FFU的监控和调节。能(néng)够实现以下控制功能(néng)： 
◆ 能(néng)够方便的实现FFU的单台、多(duō)台及分(fēn)區(qū)控制。也就是说，能(néng)够同时控制任意台数的FFU。 
◆能(néng)够实现任意台数FFU的启停和调速功能(néng)，调速功能(néng)能(néng)够实现数字化，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(néng)够对任意一台FFU的风速值进行监测。 
◆ 当有(yǒu)故障FFU报警时，能(néng)实时的显示故障FFU。 

3）报警控制单元，采用(yòng)声光报警装置，通过与中央处理(lǐ)单元的通讯，当有(yǒu)任何一台或多(duō)台FFU发生故障时，该控制单元实时发出声光报警，并与人机界面单元进行配合，迅速确定故障FFU，确保监控人员及时处理(lǐ)故障。 

控制盘控制方式：根据实际系统的需要，中继器有(yǒu)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(kě)对每个控制器进行控制。控制功能(néng)如下： 
1）对整个洁净室某一组风机起停进行控制，可(kě)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(kě)对某一台风机的风速进行设置。 
3）可(kě)对某一组风机数量进行设置。（系统规定每组风机数量最多(duō)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(néng)：当发生短路时，能(néng)够自动切断FFU的電(diàn)源以保护设备。净化工作台 
3.3遥控控制方式 
遥控控制方式為(wèi)可(kě)选控制方式。它通过现场智能(néng)模块预留接口，通过可(kě)插拔的通讯模块来实现遥控控制方式。具體(tǐ)功能(néng)由手操器实现，采用(yòng)一对多(duō)的控制方式进行控制。手操器能(néng)实现以下控制功能(néng)： 
1）能(néng)够方便的实现每台FFU的启停和调速功能(néng)。调速功能(néng)能(néng)够实现数字化，即直接输入预期的风速值，以达到调速的目的。 
2）能(néng)够对每一台FFU的风速值进行监测。 
3.4系统综合功能(néng)超净工作台 
控制系统还能(néng)够实现如下功能(néng)： 
1）交流调压方式控制系统能(néng)够保证正常使用(yòng)条件下長(cháng)时间无故障连续运行，正常使用(yòng)条件下能(néng)保证8万小(xiǎo)时以上。 
2）整套控制系统布局合理(lǐ)、接線(xiàn)简单。 
3）在满足洁净要求的前提下，可(kě)根据实际情况设定风速转速，最大限度降低风机功耗，达到节能(néng)目的。 
4）对风机转速进行时序控制，在非工作时间内，自动降低风机转速维持室内洁净要求，达到节能(néng)目的。