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

背景技術(shù)
目前，F(xiàn)FU，即風機過濾單元，利用其內(nèi)部的風機(電機+葉輪)將空氣(風)吸入，所吸收的空氣(風)經(jīng)過FFU下面的HEPA(高效空氣過濾器)或者ULPA(超高效過濾器)濾網(wǎng)，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(tǒng)是用于控制多個FFU的系統(tǒng)，而目前FFU群控系統(tǒng)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(jù)實際潔凈度情況調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速或者提示更換過濾網(wǎng)，且現(xiàn)有的檢測潔凈度的方式普遍采用人工定時檢測。

中的現(xiàn)有技術(shù)方案存在以下缺陷：
FFU要人工定時檢測具有較大的滯后性，進而可能在一段作業(yè)時間內(nèi)出現(xiàn)潔凈度無法滿足要求的情況，從而導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備損耗或者產(chǎn)品不良率升高等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于FFU的無塵間潔凈度閉環(huán)控制系統(tǒng)，能減少潔凈度無法滿足要求的情況的出現(xiàn)時間，避免產(chǎn)生相關(guān)設(shè)備損耗或者產(chǎn)品不良率升高的情況。

本發(fā)明FFU目的是通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)的：

一種基于FFU的無塵間潔凈度閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括：粒子計數(shù)器，設(shè)置于無塵間內(nèi)，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(shù)器電連接，用于接收顆粒濃度信號并與預(yù)設(shè)值進行對比，且當顆粒濃度信號與預(yù)設(shè)值產(chǎn)生差值時上位機輸出控制信號V2；

控制器，設(shè)置于無塵間內(nèi)，與上位機電連接且與風機電連接，用于接收并響應(yīng)控制信號V2以控制風機轉(zhuǎn)速升高。

通過采用技術(shù)方案，粒子計數(shù)器用于測量無塵間空氣內(nèi)的粉塵顆粒濃度，上位機接收顆粒濃度信號并與預(yù)設(shè)值進行對比，且當顆粒濃度信號與預(yù)設(shè)值產(chǎn)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(zhuǎn)速升高，從而提高FFU的除塵效果，使無塵間內(nèi)的粉塵顆粒濃度降至正常范圍，且粒子計數(shù)器實時測量，控制器實時調(diào)節(jié)，從而減少潔凈度無法滿足要求的情況的出現(xiàn)時間，避免產(chǎn)生相關(guān)設(shè)備損耗或者產(chǎn)品不良率升高的情況。

本發(fā)明進一步設(shè)置為：
FFU無塵間各區(qū)域內(nèi)均設(shè)置有粒子計數(shù)器，顆粒濃度信號V1對應(yīng)的粉塵顆粒濃度等于多個所述粒子計數(shù)器輸出的粒子濃度的平均值。
通過采用技術(shù)方案，顆粒濃度信號對應(yīng)的粉塵顆粒濃度取多個粒子計數(shù)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(shù)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)明進一步設(shè)置為：
上位機上設(shè)置有用于檢測異常情況的告警電路，告警電路包括設(shè)置于所述風機上的用于檢測風機轉(zhuǎn)速的電機轉(zhuǎn)速檢測器以及設(shè)置于所述上位機上的用于指示過濾網(wǎng)狀態(tài)的指示燈。

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

本發(fā)明進一步設(shè)置為：
粒子濃度ρ與風機轉(zhuǎn)速ω比公式為：ω為所述風機轉(zhuǎn)速，ρ為所述粒子計數(shù)器檢測的粒子濃度，ΔK為單位時間內(nèi)K的變化量，C為預(yù)設(shè)值，當ΔK<C時，即風機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的成效低于預(yù)設(shè)值時所述指示燈亮起以指示操作人員更換過濾網(wǎng)。

通過采用技術(shù)方案，當ΔK<C時，即風機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)后粉塵顆粒的濃度未降低至預(yù)估值，或電機的轉(zhuǎn)速未提高到預(yù)估值，此時ΔK未達到設(shè)定值C，以此表明過濾網(wǎng)產(chǎn)生堵塞現(xiàn)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(wǎng)，從而提高FFU的除塵效率。

本發(fā)明進一步設(shè)置為：
無塵間內(nèi)各區(qū)域劃分潔凈度等級，各區(qū)域分別對應(yīng)設(shè)置有風機，α為當前區(qū)域的潔凈度等級所對應(yīng)的預(yù)設(shè)粒子濃度值，當前區(qū)域的粒子濃度低于預(yù)設(shè)粒子濃度值時控制器觸發(fā)并調(diào)節(jié)當前區(qū)域的風機轉(zhuǎn)速。

通過采用技術(shù)方案，由于無塵間內(nèi)各區(qū)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(diào)節(jié)有效范圍有限，因此對無塵間內(nèi)各區(qū)域劃分潔凈度等級，根據(jù)各區(qū)域產(chǎn)品所需的潔凈度要求調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)粒子濃度值，以此減少局部區(qū)域的FFU負荷，從而節(jié)省能耗。

本發(fā)明進一步設(shè)置為：
各區(qū)域的潔凈度等級所對應(yīng)的預(yù)設(shè)粒子濃度值與其對應(yīng)的粒子計數(shù)器設(shè)置數(shù)量的關(guān)系公式：α*γ＝β，γ為無塵間當前區(qū)域的粒子計數(shù)器數(shù)量，β為常數(shù)。

通過采用技術(shù)方案，由于無塵間內(nèi)各區(qū)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(qū)域的潔凈度等級所對應(yīng)的預(yù)設(shè)粒子濃度值較低時需要匹配數(shù)量更多的粒子計數(shù)器，以此減少部分粒子計數(shù)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(qū)域潔凈度要求所對應(yīng)的的預(yù)設(shè)粒子濃度值而導(dǎo)致產(chǎn)品不合格或設(shè)備損壞的情況。

本發(fā)明進一步設(shè)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(shè)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(shè)定值時輸出過流信號；

控制組件，設(shè)置于控制器上且與電流檢測器電連接，用于接收并響應(yīng)過流信號并控制控制器停止升高風機轉(zhuǎn)速；

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

通過采用技術(shù)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(shè)定值時控制組件控制控制器停止升高風機轉(zhuǎn)速，以此避免轉(zhuǎn)速升高使溫度繼續(xù)飆升而最終導(dǎo)致風機損毀的現(xiàn)象，從而達到保護風機的效果。

本發(fā)明進一步設(shè)置為：告警電路還包括：

定時器，設(shè)置于上位機上且與之電連接，用于接收并響應(yīng)控制信號，當接收到控制信號時觸發(fā)定時，當定時器設(shè)定時間結(jié)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(yīng)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(shè)置于上位機上，與反饋組件電連接，用于接收并響應(yīng)警告信號，當接收到警告信號Z2時亮起。

通過采用技術(shù)方案，當控制器開始提高風機的轉(zhuǎn)速時，定時器觸發(fā)，經(jīng)過一段設(shè)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(qū)域的粉塵顆粒濃度在設(shè)定時間內(nèi)未降低至預(yù)設(shè)濃度，從而指示該區(qū)域的FFU的時效性較差，從而提示操作人員對該區(qū)域的FFU進行維護，排除異常狀態(tài)。

本發(fā)明進一步設(shè)置為：所述反饋組件包括：

一繼電器，其線圈一端耦接于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圈的另一端；

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。

通過采用技術(shù)方案，NPN型三極管具有“基極輸入高電平導(dǎo)通”的特性，當?shù)谝籒PN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(fā)開始計時，當經(jīng)過設(shè)定時間段后定時器輸出定時信號Z1。

本發(fā)明進一步設(shè)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；

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(fā)射極，其陰極接地。

通過采用技術(shù)方案，當定時器經(jīng)過設(shè)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(dǎo)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(yù)設(shè)值進行對比，且當顆粒濃度信號與預(yù)設(shè)值產(chǎn)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(zhuǎn)速升高，從而提高FFU的除塵效果，使無塵間內(nèi)的粉塵顆粒濃度降至正常范圍，且粒子計數(shù)器實時測量，控制器實時調(diào)節(jié)，從而減少潔凈度無法滿足要求的情況的出現(xiàn)時間，避免產(chǎn)生相關(guān)設(shè)備損耗或者產(chǎn)品不良率升高的情況；

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

3、由于無塵間內(nèi)各區(qū)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(qū)域的潔凈度等級所對應(yīng)的預(yù)設(shè)粒子濃度值較低時需要匹配數(shù)量更多的粒子計數(shù)器，以此減少部分粒子計數(shù)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(qū)域潔凈度要求所對應(yīng)的的預(yù)設(shè)粒子濃度值而導(dǎo)致產(chǎn)品不合格或設(shè)備損壞的情況。

附圖說明
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。

具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
參照圖1，為本發(fā)明公開的一種基于FFU的無塵間潔凈度閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括設(shè)置于無塵間內(nèi)的粒子計數(shù)器、上位機以及控制器，粒子計數(shù)器優(yōu)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(shù)器有多個且分布于無塵間各個生產(chǎn)區(qū)域中，當前生產(chǎn)區(qū)域的顆粒濃度信號V1對應(yīng)的顆粒濃度等于當前生產(chǎn)區(qū)域的多個粒子計數(shù)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(shù)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(shù)器電連接，用于接收顆粒濃度信號并與預(yù)設(shè)值進行對比，且當顆粒濃度信號與預(yù)設(shè)值產(chǎn)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(yīng)控制信號V2，當接收到控制信號V2時控制風機轉(zhuǎn)速升高。

由于無塵間內(nèi)各區(qū)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(diào)節(jié)有效范圍有限，因此將無塵間內(nèi)各區(qū)域劃分潔凈度等級。各區(qū)域分別對應(yīng)設(shè)置有FFU風機，α為當前區(qū)域的潔凈度等級所對應(yīng)的預(yù)設(shè)粒子濃度值，當前區(qū)域的粒子濃度低于預(yù)設(shè)粒子濃度值時控制器觸發(fā)并調(diào)節(jié)當前區(qū)域的風機轉(zhuǎn)速。根據(jù)各區(qū)域產(chǎn)品所需的潔凈度要求調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)粒子濃度值，以此減少局部區(qū)域的FFU負荷，從而節(jié)省能耗。

由于無塵車間部分區(qū)域?qū)崈舳鹊囊蟾?，其所對?yīng)的預(yù)設(shè)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(qū)域的潔凈度等級所對應(yīng)的預(yù)設(shè)粒子濃度值較低時需要匹配數(shù)量更多的粒子計數(shù)器，因此預(yù)設(shè)粒子濃度值與粒子計數(shù)器呈反比，則得出公式：α*γ＝β，γ為無塵間當前區(qū)域的粒子計數(shù)器數(shù)量，β為常數(shù)。粒子計數(shù)器數(shù)量的區(qū)分調(diào)節(jié)用以減少部分粒子計數(shù)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(qū)域潔凈度要求所對應(yīng)的的預(yù)設(shè)粒子濃度值而導(dǎo)致產(chǎn)品不合格或設(shè)備損壞的情況。

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

轉(zhuǎn)速ω已知，粒子計數(shù)器檢測的粒子濃度ρ由粒子計數(shù)器檢測所得，粒子濃度ρ與風機轉(zhuǎn)速ω比公式為： 由此得出，風機轉(zhuǎn)速提升對應(yīng)的除塵成效比運算公式為： C為預(yù)設(shè)值，當ΔK<C時，即風機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的成效低于預(yù)設(shè)值時，表示風機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)后粉塵顆粒的濃度未降低至預(yù)估值，或電機的轉(zhuǎn)速未提高到預(yù)估值。此時ΔK未達到設(shè)定值C，以此表明過濾網(wǎng)產(chǎn)生堵塞現(xiàn)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(wǎng)，從而提高FFU的除塵效率。

控制器采用SWE343型號的電機驅(qū)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(shè)置于控制器上的電流檢測器、設(shè)置于控制器上的控制組件以及設(shè)置于上位機上的報警燈。常規(guī)的電機電流保護器在電機電流超過預(yù)設(shè)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(chǎn)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(jīng)濟損失。

因此電流檢測器優(yōu)選為RCM470DY電流檢測器，當控制器供給風機的電流值大于預(yù)設(shè)值時，電流檢測器觸發(fā)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(zhuǎn)速，以此避免轉(zhuǎn)速升高使溫度繼續(xù)飆升而最終導(dǎo)致風機損毀的現(xiàn)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(shè)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(yīng)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(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線圈的一端。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(yīng)控制信號，當接收到控制信號時觸發(fā)定時，當定時器設(shè)定時間結(jié)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(shè)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(zhuǎn)速時，且此時由于NPN型三極管具有“基極輸入高電平導(dǎo)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(dǎo)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(fā)開始計時，當經(jīng)過設(shè)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(fā)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(dǎo)通，警告燈的陽極耦接于第二NPN型三極管Q2的發(fā)射極，其陰極接地。當?shù)诙﨨PN型三極管Q2導(dǎo)通時警告燈得電而亮起，從而發(fā)出告警，提示操作人員該區(qū)域的粉塵顆粒濃度在設(shè)定時間內(nèi)未降低至預(yù)設(shè)濃度，從而指示該區(qū)域的FFU的時效性較差，從而提示操作人員對該區(qū)域的FFU進行維護，排除異常狀態(tài)。

本實施例的實施原理為：粒子計數(shù)器實時測量無塵間各區(qū)域空氣內(nèi)的粉塵顆粒濃度，上位機接收顆粒濃度信號并與預(yù)設(shè)值進行對比，且當顆粒濃度信號與預(yù)設(shè)值產(chǎn)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(zhuǎn)速升高，以此實時控制風機的轉(zhuǎn)速，提高FFU的除塵效果，使無塵間內(nèi)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(xiàn)時間，避免產(chǎn)生相關(guān)設(shè)備損耗或者產(chǎn)品不良率升高的情況。

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