CN105955126A - 基于模糊控制的焊接车间排烟设备节能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于模糊控制的焊接车间排烟设备节能控制系统，包括电性依次连接的电焊机、电流信号采集与处理单元、无线发射模块；所述电流信号采集与处理单元用以测量电焊机电焊机电流大小，并将电流采集信号由无线发射模块进行远程发送，还包括电性依次连接的无线接收模块，DSP微处理器、DA转换器、变频器和风机，各个电焊机的工作电流信号通过无线接收模块传给DSP微处理器，通过DSP微处理器计算后经DA转换器输出给电机调速装置，由电机调速装置进而控制风机的运行。本发明创造性的提出采用电流传感器检测焊机的电流，进而知道多少焊机工作。各个节点通过无线模块传给中央处理单元，中央处理单元经过计算后经DA输出给变频器进而控制风机。

Description

基于模糊控制的焊接车间排烟设备节能控制系统

技术领域

本发明涉及基于模糊控制的焊接车间排烟设备节能控制系统。

背景技术

现有的工厂排烟系统，往往都是上班工作时就打开，下班结束工作时关闭。虽然能起到排烟效果，但整个工作时间段都开着浪费了电能。

现有的技术是不能随着烟量的大小控制排风机的开启时间、排风机开启的数量及排烟速度。

中国专利申请号201320519630.0，公开了一种车间通风系统，它涉及一种车间通风系统。本实用新型要解决目前集中通风的风机压力高、功率大、通风效率低，局部排烟效果差，现场排风不可控制，浪费了大量能源的问题。车间通风系统包括排风管道、风机和止回阀，风机为离心排风机、斜流风机和屋顶风机，所述的排风管道由排风主管道和排风支管道构成，所述的离心排风机或斜流风机设置在各用户需要排风入口附近主管道和排风支管道交接点下方，其中屋顶风机设置在主要总管道上，所述的止回阀设置在各用户风机的上下两端。本实用新型的车间通风系统的保护系统功能完善，减少仅靠一台风机工作的危险性，其节电率可达30～60％。本发明结构复杂，也未能解决所述问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于模糊控制的焊接车间排烟设备节能控制系统，能够根据焊机的工作电流状况，利用模糊控制原理动态控制排风机的转速和启动数量，从而达到良好的排烟效果和节能的目的。

本发明要解决的技术问题的技术方案是：

基于模糊控制的焊接车间排烟设备节能控制系统，包括电性依次连接的电焊机、电流信号采集与处理单元、无线发射模块；所述电流信号采集与处理单元用以测量电焊机电焊机电流大小，并将电流采集信号由无线发射模块进行远程发送，还包括电性依次连接的无线接收模块，DSP微处理器、DA转换器、变频器和风机，各个电焊机的工作电流信号通过无线接收模块传给DSP微处理器，通过DSP微处理器计算后经DA转换器输出给电机调速装置，由电机调速装置进而控制风机的运行。

优选的，所述的电流信号采集与处理单元中电流信号的采集传感器为霍尔电流传感器。

优选的，无线发射模块和无线接收模块为基于CC2530的ZIGBEE射频收发模块。

优选的，所述电机调速装置为变频器，由变频器进而控制风机的变频电机运行。

优选的，所述电机调速装置为开关磁阻电机控制器，由开关磁阻电机控制器进而控制风机的开关磁阻电机运行。

本发明的优异效果：

本项目创造性的提出采用电流传感器检测焊机的电流，进而知道多少焊机工作。各个节点通过无线模块传给中央处理单元，中央处理单元经过计算后经DA输出给变频器进而控制风机。

本发明根据焊机的工作电流状况，通过模糊控制原理计算出需要的合理风量及开启的排风机数量，通过变频器控制风机转速，达到排风效果好、节能的效果。此系统可以很好地利用在焊接工厂及需要换气的工厂。

附图说明

此处所说明的附图用以提供对本发明的进一步理解，构成本发明申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

本设计采用检测焊机电流的方法，综合启动的焊机台数，利用模糊控制算法计算出合适的电机转速及风机启动台数和工作时间。达到了节能的效果。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图是本发明一种实施例的原理框图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的技术内容，本领域的技术人员可由本说明书揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点和功效。本发明亦可通过其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同的观点和应用，在不违背本发明的精神下进行各种修饰和变更。

以下结合附图对本发明作进一步详细的说明。

为避免歧义，便于理解，定义如下：

此外,需要说明的是,除非特别说明或者指出,否则说明书中的术语“第一”“第二”“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等,而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等；

基于模糊控制的焊接车间排烟设备节能控制系统，包括电性依次连接的电焊机、电流信号采集与处理单元、无线发射模块；所述电流信号采集与处理单元用以测量电焊机电焊机电流大小，并将电流采集信号由无线发射模块进行远程发送，优选的，所述的电流信号采集与处理单元中电流信号的采集传感器为霍尔电流传感器。

各个检测焊接工作电流的电流信号采集与处理单元通过霍尔电流传感器采集电焊机电源端的工作电流，经过信号调理电路，送给AD转换电路。AD转换电路采用TLC2543，12位AD转换器，变成数字量以后经光耦隔离后送给单片机，单片机计算出工作电流后经ZIGBEE模块CC2530进行无线远程发送。

本发明还包括电性依次连接的无线接收模块，DSP微处理器、DA转换器、变频器和风机，各个电焊机的工作电流信号通过无线接收模块传给DSP微处理器，通过DSP微处理器计算后经DA转换器输出给电机调速装置，由电机调速装置进而控制风机的运行。

无线接收模块为基于CC2530的ZIGBEE射频接收模块，ZIGBEE射频接收模块将接收信号传给DSP微处理器进行处理，总的处理器是一块DSP，运行模糊控制算法计算出此时刻对应的风速及启动的风机数量，经DA转换器变成0-5V或0-10V的模拟量送给电机调速装置的控制输入端。电机调速装置的输出端接风机的电机，完成排烟任务。

优选的，所述电机调速装置为常规的变频器，由变频器进而控制风机的变频电机运行，相应的，DA转换器变成0-5V的模拟量。

优选的，所述电机调速装置为开关磁阻电机控制器，由开关磁阻电机控制器进而控制风机的开关磁阻电机运行。DA转换器变成0-5V或0-10V模拟量。

下面对高中过程给予详述：

上述本发明提出根据焊机的工作数量，利用理论计算出需要的合理风量，通过变频器控制风机转速，达到节能的效果。传统的焊机工作检测方法采用弧光检测，这种传感器在使用时易受环境影响产生输出饱和。本项目创造性的提出采用电流传感器检测焊机的电流，进而知道多少焊机工作。

考虑焊接车间的防爆要求，设备加装防爆盒。各个节点通过无线模块传给中央处理单元，中央处理单元经过计算后经DA输出给变频器进而控制风机。

(1)定义变量：模糊逻辑控制器包含2个输入变量和一个输出变量。以焊机的工作电流I及焊机工作数量N为模糊控制器的输入。电机转速n为输出变量。合成推理算法采用Mamdani推理，2个前提条件取最小化因子，结论部分取最大化因子，解模糊采用重心法(COA)。输入输出的论域为I＝{LE ME GE}；N＝{LE ME GE}；输出的转速n＝{LE ME GE}；成员函数正小(LE，Little),中(ME，Middle),大(GE，Great)。

模糊控制规则如表1所示

表1控制规则表

(2)各个检测焊接工作电流的模块通过霍尔电流传感器采集电机电源端的工作电流，经过信号调理电路，送给AD转换电路。AD转换电路采用TLC2543，12位AD转换器，变成数字量以后经光耦隔离后送给单片机，单片机计算出工作电流后经ZIGBEE模块CC2530送给总的处理器。

(3)微处理器DSP，运行模糊控制算法计算出此时刻对应的风速及启动的风机数量，经DA转换器变成0-5V的模拟量送给电机调速装置的控制输入端，电机调速装置的输出端接风机。完成排烟任务。

ZigBee是一种基于标准的远程监控、控制和传感器网络应用技术。为满足人们对支持低数据速率、低功耗、安全性和可靠性，而且经济高效的标准型无线网络解决方案的需求，ZigBee标准应运而生。核心市场是消费类电子产品、能源管理和效率、医疗保健、家庭自动化、电信服务、楼宇自动化以及工业自动化。围绕ZigBee芯片技术推出的外围电路，称之为“ZigBee模块”，常见的ZigBee模块都是遵循IEEE802.15.4的国际标准，并且运行在2.4GHZ的频段上，另外，欧洲的标准是868MHZ、北美是915MHZ。

数据传输速率低：10Kb/s～250Kb/s，专注于低速率传输应用

功耗低：在低功耗待机模式下，两节普通5号电池可使用6～24个月

成本低：Zigbee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本

网络容量大：网络可容纳65,000个设备

延时短：典型搜索设备时延为30ms，休眠激活时延为15ms，活动设备信道接入时延为15ms。

网络的自组织、自愈能力强，通信可靠

数据安全：Zigbee提供了数据完整性检查和健全功能，采用AES-128加密算法(美国新加密算法，是目前最好的文本加密算法之一)，各个应用可灵活确定其安全属性

ZigBee技术在低功耗、低成本和组网能力具有无可比拟的应用优势

CC2530是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统(SoC)解决方案。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。

CC2530结合了领先的RF收发器的优良性能，业界标准的增强型8051CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM和许多其它强大的功能。

本发明主要应用于工厂车间的换风系统，焊接车间会排出大量的有害气体及异味，通常在焊接车间都会安装排烟设备。为了保证全面通风除去污染物的效果，利用吹吸式通风原理，在车间内每跨配置了诱导风机,这样做使室内的焊烟及有害气体的层流运动受到破坏，顺应向上的诱导气流，再通过屋顶风机抽吸将有害物排至室外。从而大大减少工作区污染物的浓度。应用于节能环保领域。

本发明保证在提供焊接车间工人安全舒适的工作环境的前提下有效的节约能源。能够通过自动智能控制风机的转速来达到节约能源的目的。利用无线通讯及比弧光传感器更有效的检测手段，系统适用范围广,安装方便。

虽然本专利已参照较佳的实施例及附图予以说明，然而上述的说明应视为举例性而非限制性，熟悉此项技术者根据本发明的精神所做的变化及修改，均应属于本专利的保护范围。

Claims (5)

1.基于模糊控制的焊接车间排烟设备节能控制系统，其特征在于：

包括电性依次连接的电焊机、电流信号采集与处理单元、无线发射模块；所述电流信号采集与处理单元用以测量电焊机电焊机电流大小，并将电流采集信号由无线发射模块进行远程发送，

还包括电性依次连接的无线接收模块，DSP微处理器、DA转换器、变频器和风机，各个电焊机的工作电流信号通过无线接收模块传给DSP微处理器，通过DSP微处理器计算后经DA转换器输出给电机调速装置，由电机调速装置进而控制风机的运行。

2.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制的焊接车间排烟设备节能控制系统，其特征在于：

所述的电流信号采集与处理单元中电流信号的采集传感器为霍尔电流传感器。

3.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制的焊接车间排烟设备节能控制系统，其特征在于：

无线发射模块和无线接收模块为基于CC2530的ZIGBEE射频收发模块。

4.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制的焊接车间排烟设备节能控制系统，其特征在于：

所述电机调速装置为变频器，由变频器进而控制风机的变频电机运行。

5.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制的焊接车间排烟设备节能控制系统，其特征在于：

所述电机调速装置为开关磁阻电机控制器，由开关磁阻电机控制器进而控制风机的开关磁阻电机运行。