洁净室FFU控制系统

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。特别是电子、制药、食品、生物工程、医疗、实验室等领域对生产环境有着苛刻的要求，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的控制，以满足特殊生产工艺的要求，成为了现在洁净工程的研究热点之一。FFU作为一种净化设备，目前在各种洁净工程中得到广泛应用。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的应用了。

2.FFU控制方式现状
目前FFU一般采用单相多速交流电机、三相多速交流电机和直流电机。电机的供电电压大致有110V、220V、270V、380V四种。其控制方式主要分为以下几种：
◆ 多档开关控制
◆ 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析与比较：
2.1多档开关控制
多档开关控制系统只包括FFU自带的一个调速开关和一个电源开关。由于控制元件为FFU自带，分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的风速可调范围有限，仅限于几档。我们曾经做过一个项目，为了克服FFU控制操作不方便的因素，经过电气线路的设计，把所有FFU的多档开关集中起来，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上都存在其局限性。采用多档开关控制方式优点是控制简单、成本低，但存在许多缺陷：比如：能耗大、不能平滑调速、没有反馈信号、不能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档开关控制方式相比，多了一个连续速度调节器，使FFU风机转速连续可调，但同时也牺牲了电机效率，使其能耗比多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直流电机，与前面两种方式相比，计算机控制方式具有以下先进的功能：
◆ 采用集散型控制方式，能够很方便的实现FFU的集中监测和控制。
◆ 可方便的实现FFU的单台、多台及分区控制。
◆ 智能化控制系统具有节能功能。
◆ 可采用可选的遥控方式进行监测和控制。
◆ 控制系统预留通信接口，可与上位机或网络进行通讯，从而实现远程通信和管理功能。
控制直流电机的突出优点在于：容易控制、调速范围较宽。但该控制方式也有一些致命的缺陷：
◆ 由于洁净厂房不允许FFU电机带有电刷，因此，FFU的电机均采用无刷直流电动机，换相问题则由电子换相器解决，而电子换相器的寿命短使整控制系统的使用寿命也大大降低。
◆ 整套系统造价昂贵。
◆ 后期维护费用高。
2.4遥控控制方式
遥控控制方式作为计算机控制方式的一种补充，可使用遥控器对每台FFU进行控制，与计算机控制方式相辅相成。
综上所述：前两种控制方式能耗高、控制不方便；后两种控制方式寿命短、成本高。那有没有一种控制方式既能做到能耗低、控制方便，又能保证使用寿命、成本不高呢？有，那就是采用交流电机的计算机控制方式。
交流电动机同直流电动机相比较，具有结构简单、体积小、制造方便、运行可靠、价格低谦等一系列的优点，由于其不存在换相问题，其使用寿命远远超过直流电机。长期以来由于其调速性能很差，因此，调速方式一直被直流调速方式所占领。但随着新型电力电子器件与大规模集成电路的出现和发展，以及新的控制理论不断的出现及应用，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，又主要分为两种控制方式：调压控制方式和变频控制方式。所谓调压控制方式，就是通过直接改变电动机定子电压的大小来调整电动机的转速。调压方式的缺点是：调速时的效率较低，低速时，电机发热严重、调速范围较窄等。但是，调压方式对于FFU风机负载来说，其缺陷不是很明显，并且在目前的情况下还有一些优点：
◆ 调速方案成熟，调速系统稳定，能够保证长时间无故障连续运行。
◆ 操作简便，控制系统造价低。
◆ 由于FFU风机负载很轻，在低速时，电机发热不是很严重。
◆ 调压方式特别适合于风机负载，由于FFU风机负责曲线为独特的阻尼曲线，因此，调速范围可以做到很宽。
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电源频率f的方式来调速电动机的转速，同时，按一定比例调整整电动机的输入电压。变频控制方式具有优异的性能，调速范围大，平滑性较高，调速效率高等。变频一般采用较先进的SPWM控制方式，并采用单片机生成SPWM波形。SPWM变频方式同其它变频方式相比