FFU的無(wú)塵間潔凈度閉環(huán)控制系統:
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及無(wú)塵加工輔助設備的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于FFU的無(wú)塵間潔凈度閉環(huán)控制系統。

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

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

中的現有技術(shù)方案存在以下缺陷：
FFU要人工定時(shí)檢測具有較大的滯后性，進(jìn)而可能在一段作業(yè)時(shí)間內出現潔凈度無(wú)法滿(mǎn)足要求的情況，從而導致相關(guān)設備損耗或者產(chǎn)品不良率升高等問(wèn)題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種基于FFU的無(wú)塵間潔凈度閉環(huán)控制系統，能減少潔凈度無(wú)法滿(mǎn)足要求的情況的出現時(shí)間，避免產(chǎn)生相關(guān)設備損耗或者產(chǎn)品不良率升高的情況。

本發(fā)明FFU目的是通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現的：

一種基于FFU的無(wú)塵間潔凈度閉環(huán)控制系統，包括：粒子計數器，設置于無(wú)塵間內，用于檢測無(wú)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(jìn)行對比，且當顆粒濃度信號與預設值產(chǎn)生差值時(shí)上位機輸出控制信號V2；

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

通過(guò)采用技術(shù)方案，粒子計數器用于測量無(wú)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(jìn)行對比，且當顆粒濃度信號與預設值產(chǎn)生差值時(shí)上位機輸出控制信號V2，控制器接收到控制信號V2時(shí)控制風(fēng)機轉速升高，從而提高FFU的除塵效果，使無(wú)塵間內的粉塵顆粒濃度降至正常范圍，且粒子計數器實(shí)時(shí)測量，控制器實(shí)時(shí)調節，從而減少潔凈度無(wú)法滿(mǎn)足要求的情況的出現時(shí)間，避免產(chǎn)生相關(guān)設備損耗或者產(chǎn)品不良率升高的情況。

本發(fā)明進(jìn)一步設置為：
FFU無(wú)塵間各區域內均設置有粒子計數器，顆粒濃度信號V1對應的粉塵顆粒濃度等于多個(gè)所述粒子計數器輸出的粒子濃度的平均值。
通過(guò)采用技術(shù)方案，顆粒濃度信號對應的粉塵顆粒濃度取多個(gè)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(fā)明進(jìn)一步設置為：
上位機上設置有用于檢測異常情況的告警電路，告警電路包括設置于所述風(fēng)機上的用于檢測風(fēng)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(guò)濾網(wǎng)狀態(tài)的指示燈。

通過(guò)采用技術(shù)方案，當控制系統中出現異常情況時(shí)告警電路觸發(fā)告警，以此提示操作人員排除故障，減少潔凈度無(wú)法滿(mǎn)足要求的情況的出現時(shí)間，避免產(chǎn)生相關(guān)設備損耗或者產(chǎn)品不良率升高的情況；當風(fēng)機的轉速上升而粒子計數器檢測的粒子濃度未產(chǎn)生明顯變化時(shí)，判定為過(guò)濾網(wǎng)堵塞，此時(shí)指示燈亮起，以此提示操作人員及時(shí)更換過(guò)濾網(wǎng)，從而提高FFU的除塵效率。

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

通過(guò)采用技術(shù)方案，當ΔK<C時(shí)，即風(fēng)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(shí)ΔK未達到設定值C，以此表明過(guò)濾網(wǎng)產(chǎn)生堵塞現象而使粉塵顆粒無(wú)法過(guò)濾清除，此時(shí)指示燈亮起以指示操作人員及時(shí)更換過(guò)濾網(wǎng)，從而提高FFU的除塵效率。

本發(fā)明進(jìn)一步設置為：
無(wú)塵間內各區域劃分潔凈度等級，各區域分別對應設置有風(fēng)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(shí)控制器觸發(fā)并調節當前區域的風(fēng)機轉速。

通過(guò)采用技術(shù)方案，由于無(wú)塵間內各區域生產(chǎn)的產(chǎn)品對所處空氣環(huán)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(wú)塵間內各區域劃分潔凈度等級，根據各區域產(chǎn)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(fā)明進(jìn)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(guān)系公式：α*γ＝β，γ為無(wú)塵間當前區域的粒子計數器數量，β為常數。

通過(guò)采用技術(shù)方案，由于無(wú)塵間內各區域生產(chǎn)的產(chǎn)品對所處空氣環(huán)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(shí)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(chǎn)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(chǎn)品不合格或設備損壞的情況。

本發(fā)明進(jìn)一步設置為：所述控制器與風(fēng)機電連接以對風(fēng)機進(jìn)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(fēng)機供電的電流值且當供電電流值高于設定值時(shí)輸出過(guò)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(guò)流信號并控制控制器停止升高風(fēng)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(guò)流信號，當接收到過(guò)流信號時(shí)亮起。

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

本發(fā)明進(jìn)一步設置為：告警電路還包括：

定時(shí)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(shí)觸發(fā)定時(shí)，當定時(shí)器設定時(shí)間結束時(shí)輸出定時(shí)信號Z1；

反饋組件，與定時(shí)器電連接且與上位機電連接，用于接收并響應定時(shí)信號Z1與控制信號V2，當同時(shí)接收到定時(shí)信號Z1與控制信號V2時(shí)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(shí)亮起。

通過(guò)采用技術(shù)方案，當控制器開(kāi)始提高風(fēng)機的轉速時(shí)，定時(shí)器觸發(fā)，經(jīng)過(guò)一段設定時(shí)間后輸出定時(shí)信號，當反饋組件同時(shí)接收到定時(shí)信號Z1與控制信號V2時(shí)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(shí)間內未降低至預設濃度，從而指示該區域的FFU的時(shí)效性較差，從而提示操作人員對該區域的FFU進(jìn)行維護，排除異常狀態(tài)。

本發(fā)明進(jìn)一步設置為：所述反饋組件包括：

一繼電器，其線(xiàn)圈一端耦接于VCC；

一NPN型三極管，其發(fā)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(xiàn)圈的另一端；

定時(shí)器的輸入端的一極通過(guò)第一繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)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(shí)信號Z1。

通過(guò)采用技術(shù)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(shí)，第一繼電器線(xiàn)圈得電，其常開(kāi)觸點(diǎn)KM1-1閉合使定時(shí)器觸發(fā)開(kāi)始計時(shí)，當經(jīng)過(guò)設定時(shí)間段后定時(shí)器輸出定時(shí)信號Z1。

本發(fā)明進(jìn)一步設置為：所述反饋組件還包括：

與門(mén)，其輸入端分別接收定時(shí)信號Z1與控制信號V2；

二NPN型三極管，其基極耦接于與門(mén)的輸出端，其集電極連接于VCC端；警告燈的陽(yáng)極耦接于第二NPN型三極管的發(fā)射極，其陰極接地。

通過(guò)采用技術(shù)方案，當定時(shí)器經(jīng)過(guò)設定時(shí)間段后輸出定時(shí)信號Z1，由于與門(mén)具有“輸入全為高電平輸出才為高電平”的特性，因此當定時(shí)信號Z1與控制信號V2同時(shí)輸入時(shí)，與門(mén)輸出高電平，此時(shí)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(fā)光，從而發(fā)出告警，提示操作人員維護FFU。

綜上，本發(fā)明的有益技術(shù)效果為：
1、上位機接收顆粒濃度信號并與預設值進(jìn)行對比，且當顆粒濃度信號與預設值產(chǎn)生差值時(shí)上位機輸出控制信號V2，控制器接收到控制信號V2時(shí)控制風(fēng)機轉速升高，從而提高FFU的除塵效果，使無(wú)塵間內的粉塵顆粒濃度降至正常范圍，且粒子計數器實(shí)時(shí)測量，控制器實(shí)時(shí)調節，從而減少潔凈度無(wú)法滿(mǎn)足要求的情況的出現時(shí)間，避免產(chǎn)生相關(guān)設備損耗或者產(chǎn)品不良率升高的情況；

2、當風(fēng)機的轉速上升而粒子計數器檢測的粒子濃度未產(chǎn)生明顯變化時(shí)，判定為過(guò)濾網(wǎng)堵塞，此時(shí)指示燈亮起，以此提示操作人員及時(shí)更換過(guò)濾網(wǎng)，從而提高FFU的除塵效率；

3、由于無(wú)塵間內各區域生產(chǎn)的產(chǎn)品對所處空氣環(huán)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(shí)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(chǎn)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(chǎn)品不合格或設備損壞的情況。

附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明的整體原理框圖；

圖2是本發(fā)明的告警電路的整體原理框圖；

圖3是本發(fā)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(shí)施方式
以下結合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細說(shuō)明。
參照圖1，為本發(fā)明公開(kāi)的一種基于FFU的無(wú)塵間潔凈度閉環(huán)控制系統，包括設置于無(wú)塵間內的粒子計數器、上位機以及控制器，粒子計數器優(yōu)選為PGD-70粒子檢測儀，用于檢測無(wú)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(gè)且分布于無(wú)塵間各個(gè)生產(chǎn)區域中，當前生產(chǎn)區域的顆粒濃度信號V1對應的顆粒濃度等于當前生產(chǎn)區域的多個(gè)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(jìn)行對比，且當顆粒濃度信號與預設值產(chǎn)生差值時(shí)上位機輸出控制信號V2?？刂破?，與上位機電連接且與風(fēng)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(shí)控制風(fēng)機轉速升高。

由于無(wú)塵間內各區域生產(chǎn)的產(chǎn)品對所處空氣環(huán)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(wú)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(fēng)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(shí)控制器觸發(fā)并調節當前區域的風(fēng)機轉速。根據各區域產(chǎn)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(wú)塵車(chē)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(shí)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(wú)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(chǎn)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(chǎn)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(fēng)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(guò)濾網(wǎng)狀態(tài)的指示燈。電機轉速檢測器優(yōu)選為WH1300電機轉速檢測儀，用于檢測風(fēng)機轉速ω。當風(fēng)機的轉速上升而粒子計數器檢測的粒子濃度未產(chǎn)生明顯變化時(shí)，判定為過(guò)濾網(wǎng)堵塞，此時(shí)指示燈亮起，以此提示操作人員及時(shí)更換過(guò)濾網(wǎng)，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(fēng)機轉速ω比公式為： 由此得出，風(fēng)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(shí)，即風(fēng)機轉速調節的成效低于預設值時(shí)，表示風(fēng)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(shí)ΔK未達到設定值C，以此表明過(guò)濾網(wǎng)產(chǎn)生堵塞現象而使粉塵顆粒無(wú)法過(guò)濾清除，此時(shí)指示燈亮起以指示操作人員及時(shí)更換過(guò)濾網(wǎng)，從而提高FFU的除塵效率。

控制器采用SWE343型號的電機驅動(dòng)板，控制器與風(fēng)機電連接以對風(fēng)機進(jìn)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(guò)預設值時(shí)會(huì )切斷電機的供電以避免電機壽命削減，而無(wú)塵車(chē)間由于生產(chǎn)工藝嚴格，風(fēng)機的停機會(huì )造成粉塵顆粒濃度失控，從而造成巨大的經(jīng)濟損失。

因此電流檢測器優(yōu)選為RCM470DY電流檢測器，當控制器供給風(fēng)機的電流值大于預設值時(shí)，電流檢測器觸發(fā)并輸出過(guò)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(fēng)機轉速，以此避免轉速升高使溫度繼續飆升而最終導致風(fēng)機損毀的現象，從而達到保護風(fēng)機的效果。同時(shí)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(shí)器、反饋組件2以及警告燈。反饋組件2與定時(shí)器電連接且與上位機電連接，用于接收并響應定時(shí)信號Z1與控制信號V2，當同時(shí)接收到定時(shí)信號Z1與控制信號V2時(shí)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(mén)以及第二NPN型三極管Q2。第一NPN型三極管Q1的發(fā)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(xiàn)圈的一端。一繼電器KM1線(xiàn)圈的一端耦接于VCC端。

定時(shí)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(shí)觸發(fā)定時(shí)，當定時(shí)器設定時(shí)間結束時(shí)輸出定時(shí)信號Z1。定時(shí)器采用KG316T定時(shí)器。定時(shí)器的輸入端的一極通過(guò)第一繼電器KM1的常開(kāi)觸點(diǎn)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(shí)間段后輸出定時(shí)信號Z1。當控制信號V2輸出時(shí)，控制器開(kāi)始提高風(fēng)機的轉速時(shí)，且此時(shí)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(shí)導通。此時(shí)第一繼電器KM1線(xiàn)圈得電，使其常開(kāi)觸點(diǎn)KM1-1閉合，以此使定時(shí)器觸發(fā)開(kāi)始計時(shí)，當經(jīng)過(guò)設定時(shí)間段后定時(shí)器輸出定時(shí)信號Z1。

與門(mén)的輸入端分別接收定時(shí)信號Z1與控制信號V2，由于與門(mén)具有“輸入全為高電平輸出才為高電平”的特性，因此當定時(shí)信號Z1與控制信號V2同時(shí)輸入時(shí)，與門(mén)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(mén)的輸出端，其集電極連接于VCC端，其發(fā)射極通過(guò)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(shí)導通，警告燈的陽(yáng)極耦接于第二NPN型三極管Q2的發(fā)射極，其陰極接地。當第二NPN型三極管Q2導通時(shí)警告燈得電而亮起，從而發(fā)出告警，提示操作人員該區域的粉塵顆粒濃度在設定時(shí)間內未降低至預設濃度，從而指示該區域的FFU的時(shí)效性較差，從而提示操作人員對該區域的FFU進(jìn)行維護，排除異常狀態(tài)。

本實(shí)施例的實(shí)施原理為：粒子計數器實(shí)時(shí)測量無(wú)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(jìn)行對比，且當顆粒濃度信號與預設值產(chǎn)生差值時(shí)上位機輸出控制信號V2，控制器接收到控制信號V2時(shí)控制風(fēng)機轉速升高，以此實(shí)時(shí)控制風(fēng)機的轉速，提高FFU的除塵效果，使無(wú)塵間內的粉塵顆粒濃度降至正常范圍，從而減少潔凈度無(wú)法滿(mǎn)足要求的情況的出現時(shí)間，避免產(chǎn)生相關(guān)設備損耗或者產(chǎn)品不良率升高的情況。

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