CN102226565B

CN102226565B - 新型智能通风变频控制器

Info

Publication number: CN102226565B
Application number: CN 201110089820
Authority: CN
Inventors: 李聪; 刘鲁宁; 张瑞芳; 申元明; 赵文青
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2031-04-12
Also published as: CN102226565A

Abstract

一种新型智能通风变频控制器，通过变频器控制风机，实现对X个通风房间的控制，包括：通风房间干接点输入电路，ST单片机，以及与ST单片机连接的下述装置：继电器控制装置，输出电路，光电隔离电路和RS485电路，铁电存储器，时钟电路，液晶显示器，输入键。本发明具有如下优点：在保证电路图设计合理、器件选择上可靠、制作工艺考究的情况下；完全取代传统的PLC，且较传统的PLC在硬件上，大大降低了成本；软件上可实现诸多的功能，达到充分的节能，操作方便，适合各风道控制中具有数量不同的通风房间，风道控制系统可根据实际情况，考虑到成本，任意改装，现场不需要用户编程，且便于以后通风房间的改造调整。

Description

新型智能通风变频控制器

技术领域：

本发明涉及一种新型智能通风变频控制器。

背景技术：

在大专院校和研究所的化学和材料的实验室中，存在或者在实验的过程产生大量的有毒物质和气体。如果毒气超标，对人体有伤害。因此，很多实验室需设置通风设施。传统的通风设施，其控制风机的方法是利用风门挡板的开度来调节风量，在这种情况下电机是以恒定转速、恒定输出功率(最大输出功率)运行，大量的能量消耗在风阀上，达不到节能的目的。

目前，通风控制系统一般都用PLC来控制变频器进行通风控制，以便实现节能。具体是：每个通风房间的迎面风速根据所使用的实验药品事先予以确定，即确定了风量；如果主风道所带的通风房间的数量可知，则风机的功率就可知。变频控制的策略则可根据所开启通风房间的风阀的数量占该控制系统总通风量的百分比来确定。这种方案相对目前其他控制方案相比能最大限度地节约能源。楼或楼层的结构不同，每个主风道的风机所带的通风房间的数量也不同，所以，一座楼房如果有M个主风道，也就是有M套风机控制系统，如果有N(N＜M)套控制系统所带通风房间数量不同，如果实现最大程度节能，那么N套控制系统都需要单独编程。实际的楼房设计中主风道所带通风房间数量不相同的情况很多。另，如果以后通风房间需要变动，比如说扩大或减少面积，还需要通风房间在满足要求下达到节能，则需要对控制系统重新编程。

这种用PLC作控制器核心的方案基本能实现节能，缺点是要针对每组主风道风机的PLC控制系统进行单独编程，操作起来很麻烦，。如果再想增加其他的辅助功能，则需要增加相应的硬件，软件编程也相应复杂了，对软件编程人员要求也就高了，这样软硬件成本的提高造成工程成本的相应提高。

发明内容：

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供了一种成本低廉、节能、操作方便、通用性强、功能丰富的新型的智能通风变频控制器。

一种新型智能通风变频控制器，通过变频器控制风机，实现对X个通风房间的控制，包括：

通风房间干接点输入电路，输入通风房间的干接点信号，并通过光电隔离电路输出该信号给ST单片机；一个干接点通常代表一个标准通风房间，如果多个标准房间是连通的，则也可以设计一个代表多个标准间(但通风阀数量不变)，干接点闭合表示通风房间需要进行通风，干接点关闭表示通风房间停止通风，输入电路实时反应通风房间的干接点信号的增减情况；

ST单片机，接收干接点信号、进行程序滤波确认，梳理出有效信号，根据干接点信号数量的变化，按比例或程序预先设定的值通过控制输出电路给变频器输入电流值：干接点数量增大则单片机通过输出电路给变频器的电流增大，干接点数量减小则单片机通过输出电路给变频器的电流相应的减小；干接点一旦有变化，则单片机即可实时记录发生变化的时间等信息，并马上储存到铁电存储器；空闲单片机实现键盘扫描，获取通过键盘得到的信息量；实时开放上位机的中断申请，上位机可以随时调取存储的数据；ST单片机系列其抗电磁干扰能力极强，满足将强电控制、弱电控制放置在一起的环境内所需要的控制芯片的要求；

以及与ST单片机连接的下述装置：

继电器控制装置，ST单片机通过光电隔离电路以及输出编码电路来实现对变频器强电输入控制，当有一个以上通风房间需要通风时，则继电器动作，带动强电控制回路给变频器送电，其间则继电器一直闭合，直到所有通风房间都不需要通风时，继电器才断开，继电器开关按一定规范；

输出电路，输出电流给变频器；得到第一个通风房间需要通风信号，则继电器马上闭合，延时一段时间(例如10秒钟)后，输出的电流的初始值(预先设定：根据仅有一通风房间需要通风时，在满足通风条件下需要的电流初值)给变频器，以后每增加一个通风信号则可立即输出相应的电流值，如果减少一个通风信号则延时十几秒后减少相应的电流值，所有通风信号关闭，则延时十几秒后，电流输出和继电器全部闭关。这种规范起到保护设备和节能目的；

光电隔离电路和RS485电路，用于连接上位机；

铁电存储器，记录各干接点(或各通风房间)的开停日期、时间、累计时间；

时钟电路，提供时钟；

液晶显示器，显示功能数值，包括变频器输出的初值、各通风房间需要通风量所占总通风量的百分比；

输入键，包括设置、增、减和确定，用于在线或离线设置控制的总接点数、需要输出的初始值以及和各接点即通风房间需要通风的输出量的百分比。举例说明：如果一套主风道的控制设备有X个干接点，且各房间通风量相同，那么在接到第一个干接点(房间需要通风信号)，开度为一定的初值D(假设最大开度为E)，以后每接到一个干接点开启信号，变频器输出量增加(E-D)/(X-1)量。

在通风房间的设计中，如果一个房间的面积是另一个房间的两倍，则需要两个风阀，为了节省干接点信号的联线、输入电路路数以及风阀的控制箱，可以将两个风阀的电气控制部分并联成一体，即一个干接点，该大房间里用一个控制器箱。这种情况下，如果风机控制系统得到这个干接点信号，则变频器输出量增加2(E-D)/(X-1)。这情况需要预先设定好。

所述通风房间干接点输入电路包括5组，每组8路，共40路。基本满足各主风道所带通风房间数量的要求。

进一步的，还包括与ST单片机连接的报警电路，进行报警。

所述通风房间干接点输入电路外接12V-48V直流电源。

进一步的，还包括电源，采用基于TOP246的单端反激式双输出开关电源，用于交流85～265V的宽电压输入，实现直流5V/3A、24V/1A双输出。

所述通风房间接点输入电路与光电隔离电路之间设有稳压电路；在光电隔离电路与ST单片机之间设有反馈比较电路，确保信号变化时候的准确性。

所述ST单片机通过地质编码电路和光电隔离电路连接到继电器控制装置。所述ST单片机通过光电隔离电路连接到输出电路。输出电路输出电流给变频器，继电器控制装置则控制继电器，最终达到控制风机的目的。

本发明具有如下优点：在保证电路图设计合理、器件选择上可靠、制作工艺考究的情况下；较传统的PLC在硬件上，大大降低了成本；软件上可实现诸多的功能，使用方便，不需要用户自己编程，只需要设置一下即可；同时增加了实验室人员工作情况和设备运行状况的管理功能；可以通过此功能来考证各实验室(房间)设备的开启次数，实现了用电计量管理的功能；可通过模板的键设置初始值、通风房间数量，各房间通风的百分比量等(两种设置方法：一是平均分配设置，一是一对一得设置)，甚至当通风房间需要改造时候(房间需要更换风阀或大房间进行隔断或通风房间用作办公室情况)，再根据实际情况重新设置。该控制器在运用我们增加开停及运行过程中程序运行规范后(开停规范来自实际现场)，可做到最大的节能效果，完全适合推广使用。

附图说明：

图1为本发明具体实施方式的电气原理图。

具体实施方式

下面以非限定性的实施例来进一步解释、说明本技术方案。

一种新型智能通风变频控制器，如图1所示，通过变频器控制风机，实现对X个通风房间的控制，包括：

通风房间干接点输入电路，本例中通风房间干接点输入电路包括5组，每组8路，共40路；通风房间干接点输入电路输入通风房间的干接点信号，并通过光电隔离电路输出该信号给ST单片机；一个干接点通常代表一个标准通风房间数量，干接点闭合表示通风房间需要进行通风，干接点关闭表示通风房间停止通风，输入电路实时反应通风房间的干接点信号的增减情况；

以及与ST单片机连接的下述装置：

继电器控制装置，ST单片机通过光电隔离电路以及输出编码电路来实现对变频器强电输入控制，当有一个以上通风房间需要通风时，则继电器动作，带动强电控制回路给变频器送电，其间则继电器一直闭合，直到所以通风房间都不需要通风时，继电器才断开，继电器开关按一定规范；

光电隔离电路和RS485电路，用于连接上位机；

时钟电路，提供时钟；

输入键，包括设置、增、减和确定，用于在线或离线设置控制的总接点数、需要输出的初始值以及各通风房间需要通风量所占总通风量的百分比。如果一套主风道的控制设备有X个干接点，且各房间通风量相同，那么在接到第一个干接点(房间需要通风信号)，开度为一定的初值D(假设最大开度为E)，以后每接到一个干接点开启信号，变频器输出量增加(E-D)/(X-1)量。

在通风房间的设计中，如果一个房间的面积是另一个房间的两倍，则需要两个风阀，为了节省干接点信号的联线、输入电路路数以及风阀的控制箱，可以将两个风阀电气控制部分并联成一体，即一个干接点，该房间里用一个控制器箱。这种情况下，如果风机控制系统得到这个干接点信号，则变频器输出量增加2(E-D)/(X-1)，这情况需要预先设定好。

ST单片机通过地址编码电路和光电隔离电路连接到继电器控制装置。所述ST单片机通过光电隔离电路连接到输出电路，输出电路输出电流给变频器，变频器根据电流大小输出相应的频率，来控制风机风量的大小；所述ST单片机通过地址编码(在继电器动作时，单片机要输出一个4位数的编码，这样就防止了单片机在死机重启过程中或遇到强干扰下，造成误动作)和光电隔离电路控制继电器的开停；两路继电器，一路做辅助功能用(或做备用)，另一路是控制交流接触器(或固态继电器等)来给变频器送电。当需要通风时候，继电器动作，则电源接通，给变频器送电，不需要通风时候则继电器断开，电源断开，于是切断变频器电源，起到节能和保护变频器作用。

Claims

1.一种新型智能通风变频控制器，通过变频器控制风机，实现对X个通风房间的控制，其特征在于包括：

通风房间干接点输入电路，输入通风房间的干接点信号，并通过光电隔离电路输出该信号给ST单片机；

ST单片机，接收干接点信号、进行滤波，根据干接点信号数量的变化控制输出电路给变频器的电流的大小，实时记录发生时间；实现键盘扫描，实时开放上位机的中断申请；

以及与ST单片机连接的下述装置：

继电器控制装置，ST单片机通过地址编码电路和光电隔离电路控制该装置实现对风机的控制；

输出电路，输出电流给变频器；

光电隔离电路和RS485电路，用于连接上位机；

铁电存储器，记录各干接点的开停日期、时间、累计时间；

时钟电路，提供时钟；

输入键，包括设置、增、减和确定，用于在线或离线设置控制的总干接点数和各通风房间需要通风量所占总通风量的百分比。

2.根据权利要求1所述的新型智能通风变频控制器，其特征在于：所述通风房间干接点输入电路包括5组，每组8路，共40路。

3.根据权利要求1或2所述的新型智能通风变频控制器，其特征在于：还包括与ST单片机连接的报警电路。

4.根据权利要求3所述的新型智能通风变频控制器，其特征在于：所述通风房间干接点输入电路外接12V-48V直流电源。

5.根据权利要求4所述的新型智能通风变频控制器，其特征在于：还包括电源，采用基于TOP246的单端反激式双输出开关电源，用于交流85～265V的宽电压输入，实现直流5V/3A、24V/1A双输出。

6.根据权利要求1或5所述的新型智能通风变频控制器，其特征在于：通风房间干接点输入电路与光电隔离电路之间设有稳压电路；在光电隔离电路与ST单片机之间设有反馈比较电路。

7.根据权利要求6所述的新型智能通风变频控制器，其特征在于：所述ST单片机通过地址编码电路和光电隔离电路连接到继电器控制装置。

8.根据权利要求6所述的新型智能通风变频控制器，其特征在于：所述ST单片机通过光电隔离电路连接到输出电路。