一種基于FFU的無塵間潔凈度閉環控制系統

一種基于FFU的無塵間潔凈度閉環控制系統

技術領域

本發明涉及無塵加工輔助設備的技術領域，尤其是涉及一種基于FFU的無塵間潔凈度閉環控制系統。

背景技術

目前，FFU，即風機過濾單元，利用其內部的風機(電機+葉輪)將空氣(風)吸入，所吸收的空氣(風)經過FFU下面的HEPA(高效空氣過濾器)或者ULPA(超高效過濾器)濾網，將空氣中的大顆粒的塵埃微粒子過濾掉，最后把新風以0.45m/s±10％的風速均勻送到潔凈室。

FFU群控系統是用于控制多個FFU的系統，而目前FFU群控系統的除塵方式還只是單方面無反饋的，其無法獲取潔凈室或者廠房的潔凈度情況，因此難以根據實際潔凈度情況調節風機轉速或者提示更換過濾網，且現有的檢測潔凈度的方式普遍采用人工定時檢測。

上述中的現有技術方案存在以下缺陷：人工定時檢測具有較大的滯后性，進而可能在一段作業時間內出現潔凈度無法滿足要求的情況，從而導致相關設備損耗或者產品不良率升高等問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于FFU的無塵間潔凈度閉環控制系統，能減少潔凈度無法滿足要求的情況的出現時間，避免產生相關設備損耗或者產品不良率升高的情況。

本發明的上述發明目的是通過以下技術方案得以實現的：

一種基于FFU的無塵間潔凈度閉環控制系統，包括：

粒子計數器，設置于無塵間內，用于檢測無塵間空氣中的粉塵顆粒濃度并輸出顆粒濃度信號V1；

上位機，與粒子計數器電連接，用于接收顆粒濃度信號并與預設值進行對比，且當顆粒濃度信號與預設值產生差值時上位機輸出控制信號V2；

控制器，設置于無塵間內，與上位機電連接且與風機電連接，用于接收并響應控制信號V2以控制風機轉速升高。

通過采用上述技術方案，粒子計數器用于測量無塵間空氣內的粉塵顆粒濃度，上位機接收顆粒濃度信號并與預設值進行對比，且當顆粒濃度信號與預設值產生差值時上位機輸出控制信號V2，控制器接收到控制信號V2時控制風機轉速升高，從而提高FFU的除塵效果，使無塵間內的粉塵顆粒濃度降至正常范圍，且粒子計數器實時測量，控制器實時調節，從而減少潔凈度無法滿足要求的情況的出現時間，避免產生相關設備損耗或者產品不良率升高的情況。

本發明進一步設置為：所述無塵間各區域內均設置有粒子計數器，所述顆粒濃度信號V1對應的粉塵顆粒濃度等于多個所述粒子計數器輸出的粒子濃度的平均值。

通過采用上述技術方案，顆粒濃度信號對應的粉塵顆粒濃度取多個粒子計數器輸出的粒子濃度的平均值，以此減少外部因素對粒子計數器的干擾，減少誤差，從而提高粒子濃度檢測的準確度。

本發明進一步設置為：所述上位機上設置有用于檢測異常情況的告警電路，所述告警電路包括設置于所述風機上的用于檢測風機轉速的電機轉速檢測器以及設置于所述上位機上的用于指示過濾網狀態的指示燈。

通過采用上述技術方案，當控制系統中出現異常情況時告警電路觸發告警，以此提示操作人員排除故障，減少潔凈度無法滿足要求的情況的出現時間，避免產生相關設備損耗或者產品不良率升高的情況；當風機的轉速上升而粒子計數器檢測的粒子濃度未產生明顯變化時，判定為過濾網堵塞，此時指示燈亮起，以此提示操作人員及時更換過濾網，從而提高FFU的除塵效率。

本發明進一步設置為：粒子濃度ρ與風機轉速ω比公式為： ω為所述風機轉速，ρ為所述粒子計數器檢測的粒子濃度，ΔK為單位時間內K的變化量，C為預設值，當ΔK<C時，即風機轉速調節的成效低于預設值時所述指示燈亮起以指示操作人員更換過濾網。

通過采用上述技術方案，當ΔK<C時，即風機轉速調節后粉塵顆粒的濃度未降低至預估值，或電機的轉速未提高到預估值，此時ΔK未達到設定值C，以此表明過濾網產生堵塞現象而使粉塵顆粒無法過濾清除，此時指示燈亮起以指示操作人員及時更換過濾網，從而提高FFU的除塵效率。

本發明進一步設置為：所述無塵間內各區域劃分潔凈度等級，各區域分別對應設置有風機，α為當前區域的潔凈度等級所對應的預設粒子濃度值，當前區域的粒子濃度低于預設粒子濃度值時控制器觸發并調節當前區域的風機轉速。

通過采用上述技術方案，由于無塵間內各區域生產的產品對所處空氣環境的潔凈度要求不同，且單臺FFU的調節有效范圍有限，因此對無塵間內各區域劃分潔凈度等級，根據各區域產品所需的潔凈度要求調節預設粒子濃度值，以此減少局部區域的FFU負荷，從而節省能耗。

本發明進一步設置為：各區域的潔凈度等級所對應的預設粒子濃度值與其對應的粒子計數器設置數量的關系公式：α*γ＝β，γ為無塵間當前區域的粒子計數器數量，β為常數。

通過采用上述技術方案，由于無塵間內各區域生產的產品對所處空氣環境的潔凈度要求不同，且當前區域的潔凈度等級所對應的預設粒子濃度值較低時需要匹配數量更多的粒子計數器，以此減少部分粒子計數器由于局部范圍的外部因素影響而產生的誤差，從而避免因粉塵顆粒濃度高于該區域潔凈度要求所對應的的預設粒子濃度值而導致產品不合格或設備損壞的情況。

本發明進一步設置為：所述控制器與風機電連接以對風機進行供電，所述告警電路還包括：

電流檢測器，設置于控制器上，用于檢測控制器對風機供電的電流值且當供電電流值高于設定值時輸出過流信號；

控制組件，設置于控制器上且與電流檢測器電連接，用于接收并響應過流信號并控制控制器停止升高風機轉速；

報警燈，設置于上位機上，與控制組件電連接，用于接收并響應過流信號，當接收到過流信號時亮起。

通過采用上述技術方案，電流檢測器用于檢測風機的電流值，當風機的電流值大于設定值時控制組件控制控制器停止升高風機轉速，以此避免轉速升高使溫度繼續飆升而最終導致風機損毀的現象，從而達到保護風機的效果。

本發明進一步設置為：所述告警電路還包括：

定時器，設置于上位機上且與之電連接，用于接收并響應控制信號，當接收到控制信號時觸發定時，當定時器設定時間結束時輸出定時信號Z1；

反饋組件，與定時器電連接且與上位機電連接，用于接收并響應定時信號Z1與控制信號V2，當同時接收到定時信號Z1與控制信號V2時輸出警告信號Z2；警告燈，設置于上位機上，與反饋組件電連接，用于接收并響應警告信號，當接收到警告信號Z2時亮起。

通過采用上述技術方案，當控制器開始提高風機的轉速時，定時器觸發，經過一段設定時間后輸出定時信號，當反饋組件同時接收到定時信號Z1與控制信號V2時輸出警告信號Z2，以此使警告燈亮起，提示操作人員該區域的粉塵顆粒濃度在設定時間內未降低至預設濃度，從而指示該區域的FFU的時效性較差，從而提示操作人員對該區域的FFU進行維護，排除異常狀態。

本發明進一步設置為：所述反饋組件包括：

第一繼電器，其線圈一端耦接于VCC；

第一NPN型三極管，其發射極接地，其基極接收控制信號V2，其集電極耦接于第一繼電器線圈的另一端；

所述定時器的輸入端的一極通過第一繼電器的常開觸點KM1-1接地，其另一極耦接于VCC端，其輸出端的一極接地，其輸出端的另一極輸出定時信號Z1。

通過采用上述技術方案，NPN型三極管具有“基極輸入高電平導通”的特性，當第一NPN型三極管的基極接收到控制信號V2時，第一繼電器線圈得電，其常開觸點KM1-1閉合使定時器觸發開始計時，當經過設定時間段后定時器輸出定時信號Z1。

本發明進一步設置為：所述反饋組件還包括：

與門，其輸入端分別接收定時信號Z1與控制信號V2；

第二NPN型三極管，其基極耦接于與門的輸出端，其集電極連接于VCC端；警告燈的陽極耦接于第二NPN型三極管的發射極，其陰極接地。

通過采用上述技術方案，當定時器經過設定時間段后輸出定時信號Z1，由于與門具有“輸入全為高電平輸出才為高電平”的特性，因此當定時信號Z1與控制信號V2同時輸入時，與門輸出高電平，此時第二NPN型三極管基極輸入高電平導通，以此使照明件得電發光，從而發出告警，提示操作人員維護FFU。

綜上所述，本發明的有益技術效果為：

1.上位機接收顆粒濃度信號并與預設值進行對比，且當顆粒濃度信號與預設值產生差值時上位機輸出控制信號V2，控制器接收到控制信號V2時控制風機轉速升高，從而提高FFU的除塵效果，使無塵間內的粉塵顆粒濃度降至正常范圍，且粒子計數器實時測量，控制器實時調節，從而減少潔凈度無法滿足要求的情況的出現時間，避免產生相關設備損耗或者產品不良率升高的情況；

2.當風機的轉速上升而粒子計數器檢測的粒子濃度未產生明顯變化時，判定為過濾網堵塞，此時指示燈亮起，以此提示操作人員及時更換過濾網，從而提高FFU的除塵效率；

3.由于無塵間內各區域生產的產品對所處空氣環境的潔凈度要求不同，且當前區域的潔凈度等級所對應的預設粒子濃度值較低時需要匹配數量更多的粒子計數器，以此減少部分粒子計數器由于局部范圍的外部因素影響而產生的誤差，從而避免因粉塵顆粒濃度高于該區域潔凈度要求所對應的的預設粒子濃度值而導致產品不合格或設備損壞的情況。

附圖說明

圖1是本發明的整體原理框圖；

圖2是本發明的告警電路的整體原理框圖；

圖3是本發明的電路原理示意圖。

附圖標記：1、告警電路；2、反饋組件。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明作進一步詳細說明。

參照圖1，為本發明公開的一種基于FFU的無塵間潔凈度閉環控制系統，包括設置于無塵間內的粒子計數器、上位機以及控制器，粒子計數器優選為PGD-70粒子檢測儀，用于檢測無塵間空氣中的粉塵顆粒濃度并輸出顆粒濃度信號V1。粒子計數器有多個且分布于無塵間各個生產區域中，當前生產區域的顆粒濃度信號V1對應的顆粒濃度等于當前生產區域的多個粒子計數器輸出的粒子濃度的平均值，以此減少外部因素對粒子計數器的干擾，減少誤差，從而提高粒子濃度檢測的準確度。

上位機，采用工控電腦，與粒子計數器電連接，用于接收顆粒濃度信號并與預設值進行對比，且當顆粒濃度信號與預設值產生差值時上位機輸出控制信號V2�？刂破�，與上位機電連接且與風機電連接，用于接收并響應控制信號V2，當接收到控制信號V2時控制風機轉速升高。

由于無塵間內各區域生產的產品對所處空氣環境的潔凈度要求不同，且單臺FFU的調節有效范圍有限，因此將無塵間內各區域劃分潔凈度等級。各區域分別對應設置有FFU風機，α為當前區域的潔凈度等級所對應的預設粒子濃度值，當前區域的粒子濃度低于預設粒子濃度值時控制器觸發并調節當前區域的風機轉速。根據各區域產品所需的潔凈度要求調節預設粒子濃度值，以此減少局部區域的FFU負荷，從而節省能耗。

由于無塵車間部分區域對潔凈度的要求更高，其所對應的預設粒子濃度值更低，因此對于粒子濃度檢測的精確性要求更高。由此可知，當前區域的潔凈度等級所對應的預設粒子濃度值較低時需要匹配數量更多的粒子計數器，因此預設粒子濃度值與粒子計數器呈反比，則得出公式：α*γ＝β，γ為無塵間當前區域的粒子計數器數量，β為常數。粒子計數器數量的區分調節用以減少部分粒子計數器由于局部范圍的外部因素影響而產生的誤差，從而避免因粉塵顆粒濃度高于該區域潔凈度要求所對應的的預設粒子濃度值而導致產品不合格或設備損壞的情況。

參照圖2，上位機上設置有用于檢測異常情況的告警電路1，告警電路1包括設置于風機上的電機轉速檢測器以及設置于上位機上的用于指示過濾網狀態的指示燈。電機轉速檢測器優選為WH1300電機轉速檢測儀，用于檢測風機轉速ω。當風機的轉速上升而粒子計數器檢測的粒子濃度未產生明顯變化時，判定為過濾網堵塞，此時指示燈亮起，以此提示操作人員及時更換過濾網，從而提高FFU的除塵效率。

轉速ω已知，粒子計數器檢測的粒子濃度ρ由粒子計數器檢測所得，粒子濃度ρ與風機轉速ω比公式為： 由此得出，風機轉速提升對應的除塵成效比運算公式為： C為預設值，當ΔK<C時，即風機轉速調節的成效低于預設值時，表示風機轉速調節后粉塵顆粒的濃度未降低至預估值，或電機的轉速未提高到預估值。此時ΔK未達到設定值C，以此表明過濾網產生堵塞現象而使粉塵顆粒無法過濾清除，此時指示燈亮起以指示操作人員及時更換過濾網，從而提高FFU的除塵效率。

控制器采用SWE343型號的電機驅動板，控制器與風機電連接以對風機進行供電，告警電路1還包括設置于控制器上的電流檢測器、設置于控制器上的控制組件以及設置于上位機上的報警燈。常規的電機電流保護器在電機電流超過預設值時會切斷電機的供電以避免電機壽命削減，而無塵車間由于生產工藝嚴格，風機的停機會造成粉塵顆粒濃度失控，從而造成巨大的經濟損失。

因此電流檢測器優選為RCM470DY電流檢測器，當控制器供給風機的電流值大于預設值時，電流檢測器觸發并輸出過流信號�？刂平M件包括PLC控制器，PLC控制器用于控制控制器停止升高風機轉速，以此避免轉速升高使溫度繼續飆升而最終導致風機損毀的現象，從而達到保護風機的效果。同時PLC控制器與報警燈電連接以控制報警燈亮起。

參照圖2、圖3，告警電路1還包括設置于上位機上的定時器、反饋組件2以及警告燈。反饋組件2與定時器電連接且與上位機電連接，用于接收并響應定時信號Z1與控制信號V2，當同時接收到定時信號Z1與控制信號V2時輸出警告信號Z2。反饋組件2包括第一繼電器KM1、第一NPN型三極管Q1、與門以及第二NPN型三極管Q2。第一NPN型三極管Q1的發射極接地，其基極接收控制信號V2，其集電極耦接于第一繼電器KM1線圈的一端。第一繼電器KM1線圈的一端耦接于VCC端。

定時器與上位機電連接，用于接收并響應控制信號，當接收到控制信號時觸發定時，當定時器設定時間結束時輸出定時信號Z1。定時器采用KG316T定時器。定時器的輸入端的一極通過第一繼電器KM1的常開觸點KM1-1接地，其另一極耦接于VCC端，其輸出端的一極接地，其輸出端的另一極在設定時間段后輸出定時信號Z1。當控制信號V2輸出時，控制器開始提高風機的轉速時，且此時由于NPN型三極管具有“基極輸入高電平導通”的特性因而第一NPN型三極管Q1的基極在輸入控制信號V2時導通。此時第一繼電器KM1線圈得電，使其常開觸點KM1-1閉合，以此使定時器觸發開始計時，當經過設定時間段后定時器輸出定時信號Z1。

與門的輸入端分別接收定時信號Z1與控制信號V2，由于與門具有“輸入全為高電平輸出才為高電平”的特性，因此當定時信號Z1與控制信號V2同時輸入時，與門輸出高電平信號，即警告信號Z2。

第二NPN型三極管Q2的基極耦接于與門的輸出端，其集電極連接于VCC端，其發射極通過警報燈接地。第二NPN型三極管Q2基極輸入高電平信號，即警告信號Z2時導通，警告燈的陽極耦接于第二NPN型三極管Q2的發射極，其陰極接地。當第二NPN型三極管Q2導通時警告燈得電而亮起，從而發出告警，提示操作人員該區域的粉塵顆粒濃度在設定時間內未降低至預設濃度，從而指示該區域的FFU的時效性較差，從而提示操作人員對該區域的FFU進行維護，排除異常狀態。

本實施例的實施原理為：粒子計數器實時測量無塵間各區域空氣內的粉塵顆粒濃度，上位機接收顆粒濃度信號并與預設值進行對比，且當顆粒濃度信號與預設值產生差值時上位機輸出控制信號V2，控制器接收到控制信號V2時控制風機轉速升高，以此實時控制風機的轉速，提高FFU的除塵效果，使無塵間內的粉塵顆粒濃度降至正常范圍，從而減少潔凈度無法滿足要求的情況的出現時間，避免產生相關設備損耗或者產品不良率升高的情況。

本具體實施方式的實施例均為本發明的較佳實施例，并非依此限制本發明的保護范圍，故：凡依本發明的結構、形狀、原理所做的等效變化，均應涵蓋于本發明的保護范圍之內。