CN101286052B - 离子风机智能化控制系统 - Google Patents

Abstract

一种离子风机智能化控制系统，属静电领域。包括多台离子风机，在各离子风扇出风口设置法拉第电荷检测装置，各法拉第电荷检测装置分别与其对应的单片机控制单元I/O端口对应连接，各单片机控制单元的I/O端口分别与其离子风机的正、负高压发生单元中的DC电源控制端对应连接，分别设置各离子风机的正、负电压调节单元，其输出端分别与其单片机控制单元的I/O端口对应连接，分别设置各离子风机的正、负电压状态显示装置，其输入端分别与其单片机控制单元的I/O端口对应连接，设置一上位控制计算机，其分别与各单台离子风机的单片机控制单元对应连接。其直接监控离子变化情况，能实现多台离子风机的自动化集中监控功能和/或远程控制功能。

Description

离子风机智能化控制系统

技术领域

本发明属于静电领域，尤其涉及一种用于消除静电的系统/装置。

背景技术

静电造成的故障与危害，通称静电障害。从传统的观点来看，它是火电、化工、石油行业引起火灾、爆炸的事故的主要诱发因素之一；也是亚麻、化钎等纺织业加工过程中质量及安全事故隐患因素；还是造成人体电击危害的重要原因。因此，工业生产过程中的静电防护正在成为各行业日益引起关注、重视的安全问题之一。

降低静电障害的最有效手段是实施静电防护。

静电防护的基本原则是：a、抑制静电荷的积聚；b、迅速、安全、有效地消除已经产生的静电荷。其具体措施如下：

1)接地：

接地就是直接将静电通过一条线的连接泄放到大地，这是防静电措施中最直接最有效的方法，对于导体通常用接地的方法，如有绳防静电手腕带、地板及工作台面接地等。

2)静电屏蔽：

静电敏感元件在储存或运输过程中会暴露于有静电的区域中，用静电屏蔽的方法可削弱外界静电对电子元件的影响，最通常的方法是用静电屏蔽袋和防静电周转箱作为保护；另外防静电衣对人体的衣服具有一定的屏蔽作用。

3)离子中和：

绝缘体往往是易产生静电，对绝缘体静电的消除，用接地方法是无效的，通常采用的方法是离子中和，即在工作环境中用离子风机等，提供一个等电位的工作区域。

作为离子中和重要的技术实现手段之一，离子风机正在得到日益广泛的采用。

目前国内应用于工业防静电的离子风机主要有两大类，一类是工频交流离子风机，一类是低压直流离子风机。

工频交流离子风机的工作原理是：将AC220V 50HZ的交流电通过工频升压变压器，在变压器的输出端产生3500V～5000V不等的高压电，此电压经过放电电极对空气放电，使之产生正负离子晕，轴流风机将其输送至被消静电物体表面，达到中和正负离子消除静电的目的。

由于其工作原理/过程的特点，此类风机工作时没有自检工作状态的功能，亦无法在风机运行过程中对运行电压或所产生的电场强度进行调节。

直流离子风机的工作原理是：将AC220V 50HZ的交流电降压整流为稳定的12V或24V直流电，经振荡推动小型高频变压器升压，再倍压整流至5000V～7000V，形成一组正负高压，供电极放电，电离空气，产生正负离子晕，轴流风机将其输送至被消静电物体表面，达到消除静电的目的。

由于其工作原理/过程的特点，此类风机往往配备自检工作状态的功能，自检功能大多通过监测正、负高压的电位差，或者检测正、负高压的电压值是否正常，来自我判断离子风机工作状况正常与否。

上述自检方案在放电电极尖端锐利时有效，然而随着放电电极在工作时的不断损耗，尖端变得越来越圆钝，所产生的电离离子的量会不断减少，所以不能持续真实地反映离子风机性能的改变。另外上述自检方案是以正负高压电压差或正负高压电压的电压值是否有变化来间接判断离子量的多少，当电压差或高压电压值在正常值范围内或没有变化，而放电电极损耗使离子量不断减少，即离子风机性能下降时，此方案不能作出正确判断，会影响到静电消除的效果，进而影响到所生产的产品的质量。

此外，在现有技术中，各个离子风机均是作为单独的个体存在和进行工作的，相互之间无控制和运行状态信号的传送或运行命令的传递，不能满足大工业化流水作业生产的需要，也无法满足集中监控的自动化运行要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种通过直接监控放电电极产生离子的变化情况来检测离子量的大小，能真实地反映各台离子风机当前的工作状态，使离子风机工作状态直观、真实、操作方便，工作可靠性高，同时又能够实现多台离子风机的自动化集中监控功能和/或远程控制功能的离子风机智能化控制系统。

本发明的技术方案是：提供一种离子风机智能化控制系统，包括多个由轴流风扇、正、负高压发生单元和高压放电装置的正、负高压电极构成的单台自检式离子风机，其中，各离子风机正、负高压发生单元的输出端分别与其高压放电装置的正、负高压电极对应连接，其特征是：在各轴流风扇出风口的正中部位，分别设置一法拉第电荷检测装置；对各台离子风机，分别对应设置一单片机控制单元；各法拉第电荷检测装置的输出端，分别与其对应的单片机控制单元的I/O端口对应连接；在各法拉第电荷检测装置的周围，均等分布设置各台离子风机的正、负高压电极；各单片机控制单元的I/O端口分别与其离子风机的正、负高压发生单元中的DC电源控制端对应连接；对各台离子风机，分别设置正、负电压调节单元，其输出端分别与其单片机控制单元的I/O端口对应连接；对各台离子风机，分别设置正、负电压状态显示装置，其输入端分别与其单片机控制单元的I/O端口对应连接；设置一上位控制计算机，其分别与各单台离子风机的单片机控制单元对应连接。

进一步的，其上位控制计算机的I/O端口与各单台离子风机单片机控制单元的I/O端口对应连接，接收各台离子风机的运行数据和/或状态参数。

或者，其上位控制计算机的通讯端口与各单台离子风机单片机控制单元的通讯端口对应连接，用于传送各台离子风机的运行数据和/或状态参数，或用于传送上位控制计算机对各台离子风机的运行控制指令。

其各单片机控制单元通过接收其对应的法拉第电荷检测装置所感应到的正、负离子平衡后的残余电压值，对各离子风机的工作运行状态进行监控。

进一步的，各法拉第电荷检测装置可以分别经过一个模/数转换电路与其单片机控制单元的I/O端口对应连接。

具体的，其各个单片机控制单元为单片机、微控制器、CPLD或FPGA可编程逻辑器电路或嵌入式处理器电路。

其上位控制计算机为微控制器、CPLD或FPGA可编程逻辑器电路、嵌入式处理器电路、工业可编程逻辑控制器或PC机。

其正、负电压调节单元为可调电阻调压电路，其正、负电压状态显示装置为多色LED显示模块、信号灯显示模块或液晶数码显示模块。

其法拉第电荷检测装置可以为法拉第筒或法拉第杯；其法拉第筒或法拉第杯的开口端，朝向轴流风扇的出风口。

其正、负高压电极为放电针。

关于正、负高压电极的具体结构或设置方式，可以参见本申请人此前申请且获得授权的中国实用新型专利“直流离子风机放电装置”(授权公告号CN 200997719Y，授权公告日期2007年12月26日)，该专利文件可以作为有助于理解本申请技术方案的参考文件，其中所涉及到的相关内容在此不再叙述。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.将间接判别改变为直接测定，直接监控放电电极产生离子的变化情况来检测离子量的大小，能更好地、真实地反映离子风机当前的工作状态，使离子风机工作状态直观、真实、可靠；

2.通过正、负电压状态显示装置显示实际输出正、负离子量的大小，使得离子风机的工作状态直观、真实，便于操作人员直接参照，及时调节；

3.采用人工手动调节方式进行调节，便于实现，其机械/电路结构简洁，无需复杂的线路或程序设计，操作方便，工作可靠性高，有助于降低整个离子风机的制造和使用成本，便于产品的普及和推广。

4.采用上位机与各单片机控制单元构建成一个大的控制系统结构，分层管理；通过各离子风机的单片机控制单元监控其自身所在离子风机的运行，通过上位机与各离子风机单片机控制单元之间的联系，实现多台离子风机的集中控制、运行参数的统一汇总、显示，实现了自动化集中监控功能和/或远程控制功能，使得集约化静电消除技术的自动化水平得以大大提高。

附图说明

图1是本发明单台离子风机的结构示意图；

图2是本发明单台离子风机的侧视结构示意图；

图3为单台离子风机实施例的电路模块方框图；

图4是整个离子风机智能化控制系统的电路结构方框图。

图中1为离子风机，11为离子风机的风扇，2、3为放电针，4为法拉第桶，41为法拉第桶的外桶，42为法拉第桶的内桶，a1、a2、……an为各个单台离子风机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

在图1和图2中，本发明中的单台离子风机，包括轴流风扇11、正、负高压发生单元(图中未示出)和高压放电装置的正、负高压电极2、3，其正、负高压发生单元的输出端分别与高压放电装置的正、负高压电极对应连接，其在轴流风扇出风口的正中部位，设置一法拉第电荷检测装置4。

法拉第电荷检测装置的输出端，与单片机控制单元的I/O端口对应连接。

所述的法拉第电荷检测装置为法拉第筒(Faraday Cage)或法拉第杯(Faraday Cup)。

进一步的，法拉第筒或法拉第杯的开口端，朝向轴流风扇的出风口。

在法拉第电荷检测装置的周围，均等分布设置正、负高压电极，其正、负高压电极为放电针。

图3中，各个单台离子风机的正、负高压发生单元的输出端分别与其高压放电装置的正、负高压电极对应连接，其正、负高压产生电路由两个DC12V电源对应供电，各自分别经一个多谐振荡器输出交流信号，再通过开关推动级使高频变压器升压，再经倍压整流，使高压升压至需要的正、负高压，供放电电极电离空气使用。

在轴流风扇出风口的正中部位，设置一法拉第电荷检测装置，法拉第电荷检测装置的输出端，与单片机控制单元的I/O端口对应连接，在法拉第电荷检测装置的周围，均等分布设置正、负高压电极。

单片机控制单元的I/O端口分别与正、负高压发生单元中的DC电源控制端连接。

设置正、负电压状态显示装置，其输入端分别与单片机控制单元的I/O端口对应连接。

设置正、负电压调节单元，其输出端分别与单片机控制单元的I/O端口对应连接。

进一步的，法拉第电荷检测装置可直接与单片机控制单元的I/O端口对应连接，或者经过模/数转换电路(亦可先经过放大电路后再经过模/数转换电路)与单片机控制单元的I/O端口对应连接。

其单片机控制单元可以为单片机、微控制器、CPLD或FPGA可编程逻辑器电路或嵌入式处理器电路。

其正、负电压状态显示装置可以为多色LED显示模块、信号灯显示模块或液晶数码显示模块。

其正、负电压调节单元可以为常规的可调电阻调压电路。

实际工作时，法拉第筒安装在轴流风扇出风口的正中部位，正、负高压电极均等分布在法拉第筒周围，当高压电极电离空气产生正、负离子时，法拉第筒同时感应到正、负离子量的大小，并以电压的形式输入单片机的检测部分，检测部分即时获得正负离子状况，通过单片机五组不同颜色的发光二极管组成的状态条，可以直观地显示当前风机的工作状态。

经过实测，单片机显示法拉第筒感应正、负离子平衡后的残余电压值，与3M公司生产的711型静电检测表(符合ESD、ST3.1-2000标准)校准误差＜±1.5％，完全可以满足使用需要。

采用多色LED显示模块作为正、负电压状态显示装置，可以方便地进行显示和便于使用者判断风机的工作状态，例如：绿色发光二极管显示残余电压值为0～±10V，表明风机处于正常工作状态，黄色发光二极管显示残余电压值为±10～±50V，表明风机处于需维护或调整状态；红色发光二极管显示残余电压值≥±50V，表明风机应进行维修。

这样，当黄灯亮时，说明离子风机的性能降低，这时可通过手动调整正、负高压主电路的供电电压，使正、负高压升高或降低，正、负高压电极产生的正、负离子量达到新的平衡，恢复正常工作状态；当红灯亮时，说明离子风机已不能使用，必须停止使用并维修。

由于法拉第筒或法拉第杯现多用于静电计、电荷仪等测量仪器仪表，且有市售产品，故其具体结构或接线方式在此不再叙述，可参阅生产厂家的相关说明资料。

上述诸如多色LED显示模块、单片机控制单元、多谐振荡器、开关推动高频变压器升压，倍压整流等均为现有技术，具体实施时亦可参考公开日为2006年6月21日，公开号为CN101094556A的中国发明专利申请“平衡电压无偏移的离子风机”中的相关电路资料；且上述功能模块或电路已有很多市售产品可供选择，故其具体工作原理和之间的具体连接方式在此不再叙述，本领域的普通技术人员，只要领会和掌握了本申请技术方案的发明思路，完全可以不经过创造性的劳动，再现本技术方案，实现其发明目的。

图4中，多台具有如上述图1至图3的机械/电气结构的离子风机a1、a2、……an，其各个单片机控制单元中单片机1#、2#……n#的I/O端口或者通讯接口，分别与上位控制计算机的I/O端口或者通讯接口对应连接，构成了一个完整的离子风机智能化控制系统。

在该系统中，实行分层管理：通过各离子风机的单片机控制单元监控其自身所在离子风机的运行；通过上位机与各离子风机单片机控制单元之间的联系，实现多台离子风机的集中控制、运行参数的统一汇总、显示。

通过程序的不同设置，可以实现各离子风机单片机控制单元与上位机之间的运行数据传递/交换，也可实现各离子风机的启/停控制，考虑到制造成本和方便维修，对各个离子风机的具体参数调节仍采用现场人工手动调节方式完成。

因为计算机之间的数据通讯和/或数据交换以及上位机对下位机的控制，均为现有技术，故在此不再叙述其具体工作过程或连接方式。

由于本技术方案采用法拉第电荷检测装置直接对离子风机所产生/输出的正、负离子平衡后的残余电压值进行测定，采用多色LED显示模块作为正、负电压状态显示，同时采用最简洁的手动电压调节方式对正、负高压主电路的供电电压进行调节，故而能更好地、真实地反映离子风机当前的实际工作状态，离子风机工作状态的显示直观、真实，便于操作人员直接参照，及时调节，其机械/电路结构简洁，无需复杂的线路或程序设计，操作方便，工作可靠性高，有助于降低整个离子风机的制造和使用成本，便于产品的普及和推广。

同时，在本发明的技术方案中，由于各台离子风机的控制系统中设置了单片机控制单元，利用其与上位控制计算机之间的通讯和控制信号的传递，进而实现了整个多台离子风机(即离子风机组或群)的自动化集中监控功能和/或远程控制功能，使得集约化静电消除技术的自动化水平得以大大提高。

本发明可广泛用于各种大规模工业生产过程中的防静电或静电消除领域。

Claims (10)

1.一种离子风机智能化控制系统，包括多个由轴流风扇、正、负高压发生单元和高压放电装置的正、负高压电极构成的单台自检式离子风机，其中，各离子风机正、负高压发生单元的输出端分别与其高压放电装置的正、负高压电极对应连接，其特征是：

在各轴流风扇出风口的正中部位，分别设置一法拉第电荷检测装置；

对各台离子风机，分别对应设置一单片机控制单元；

各法拉第电荷检测装置的输出端，分别与其对应的单片机控制单元的I/O端口对应连接；

在各法拉第电荷检测装置的周围，均等分布设置各台离子风机的正、负高压电极；

各单片机控制单元的I/O端口分别与其离子风机的正、负高压发生单元中的DC 电源控制端对应连接；

对各台离子风机，分别设置正、负电压调节单元，其输出端分别与其单片机控制单元的I/O端口对应连接；

对各台离子风机，分别设置正、负电压状态显示装置，其输入端分别与其单片机控制单元的I/O端口对应连接；

设置一上位控制计算机，其分别与各单台离子风机的单片机控制单元对应连接。

2.按照权利要求1所述的离子风机智能化控制系统，其特征是所述上位控制计算机的I/O端口与各单台离子风机单片机控制单元的I/O端口对应连接，接收各台离子风机的运行数据和/或状态参数。

3.按照权利要求1所述的离子风机智能化控制系统，其特征是所述上位控制计算机的通讯端口与各单台离子风机单片机控制单元的通讯端口对应连接，用于传送各台离子风机的运行数据和/或状态参数，或用于传送上位控制计算机对各台离子风机的运行控制指令。

4.按照权利要求1所述的离子风机智能化控制系统，其特征是所述各单片机控制单元通过接收其对应的法拉第电荷检测装置所感应到的正、负离子平衡后的残余电压值，对各离子风机的工作运行状态进行监控。

5.按照权利要求1所述的离子风机智能化控制系统，其特征是所述各法拉第电荷检测装置分别经过一个模/数转换电路与其单片机控制单元的I/O端口对应连接。

6.按照权利要求1所述的离子风机智能化控制系统，其特征是所述的单片机控制单元为单片机、微控制器、CPLD或FPGA可编程逻辑器电路或嵌入式处理器电路。

7.按照权利要求1所述的离子风机智能化控制系统，其特征是所述的上位控制计算机为微控制器、CPLD或FPGA可编程逻辑器电路、嵌入式处理器电路、工业可编程逻辑控制器或PC机。

8.按照权利要求1所述的离子风机智能化控制系统，其特征是所述的正、负电压调节单元为可调电阻调压电路；所述的正、负电压状态显示装置为多色LED显示模块、信号灯显示模块或液晶数码显示模块。

9.按照权利要求6所述的离子风机智能化控制系统，其特征是所述的法拉第电荷检测装置为法拉第筒或法拉第杯。

10.按照权利要求1所述的离子风机智能化控制系统，其特征是所述的法拉第筒或法拉第杯的开口端，朝向轴流风扇的出风口。

Images