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無塵車間FFU層流罩集中控制系統(tǒng)現(xiàn)狀
要想了解無塵車間FFU層流罩的集中控制系統(tǒng)如今在工業(yè)廠房的應該,就得先了解下什么是FFU層流罩:
FFU的全稱叫Fan Filter Unit“風機過濾單元”,也就是風機和高效空氣過濾器連接在一起,能自己提供動力的潔凈設備, FFU作為一種凈化設備,目前在各種潔凈工程中得到廣泛應用。特別是電子、制藥、食品、生物工程、醫(yī)療、實驗室等領域?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)。早在二十世紀六十年代,世界上第一個層流潔凈室的建立就已經(jīng)開始出現(xiàn)FFU的應用了,為什么FFU會得到廣泛的應用呢。
隨著經(jīng)濟的發(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。衡量這些行業(yè)生產(chǎn)環(huán)境質(zhì)量的主要技術(shù)指標有溫度、濕度、潔凈度、風量、室內(nèi)正壓等。因此,對生產(chǎn)環(huán)境的各個技術(shù)指標進行合理的控制,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之一,潔凈室FFU層流罩集中控制系統(tǒng)是眾多潔凈工作者想了解及掌握的技術(shù)之一。
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:
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,分布在無塵車間吊頂內(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的風速可調(diào)范圍有限,僅限于幾檔。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。
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。
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先進的功能:
◆ 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)預留通信接口,可與上位機或網(wǎng)絡進行通訊,從而實現(xiàn)遠程通信和管理功能。
控制直流電機的突出優(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。
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*、價格低謙等一系列的優(yōu)點,由于其不存在換相問題,其使用壽命遠遠超過直流電機。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。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,能夠保證長時間無故障連續(xù)運行。
◆ 操作簡便,控制系統(tǒng)造價低。
◆ 由于FFU風機負載很輕,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機負載,由于FFU風機負責曲線為獨特的阻尼曲線,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*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。即使是最先進的變頻器廠商,其變頻器壽命也受此限制。
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