TWI530645B - 風機控制系統 - Google Patents
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Description
本案係關於一種風機控制系統，尤指一種硬體、軟體介面與方法整合之風機控制系統及其控制方法。
隨著科技的演進，各式各樣的風機系統，例如小型風力發電系統已被廣泛地應用於一般家庭中，以用於透過風力發電獲得能源。
一般而言，小型風力發電系統之轉速係隨外在風速之高低產生變化，其轉速與風速的比例乃根據風機的發電機扭力與扇葉匹配而決定，故不同設計的風機轉速將不相同。當外在風速提高時，風機轉速隨之提高，伴隨之扇葉風切噪音及結構上塔柱之低頻震動噪音等，往往因音量過大而影響鄰近環境。此外，由於外在風速之出現，相對於太陽能系統於時間上較不固定，導致使用者在應用上易因噪音造成麻煩與不便，故通常配備有風機停機裝置。
常見的風機停機裝置，其作用之原理大致可分為三類：其一是透過將風機的發電機輸出的三相電路短路；其二係以機構元件對風機採取物理特性的煞車動作；其三則是以搭配之電源轉換器手動執行發電機短路，由於該等方式皆仰賴以人工進行操作，當出現較高分貝之噪音時，技術人員必須要接近風機方可進行操作，具有安全上之疑慮。
舉例而言，習知的風機控制系統係可如美國專利號US 8,433,425 B2中所示之風機控制系統。請參閱第1圖，其係為習知風機控制系統之系統架構圖。如第1圖所示，於該先前技術中，係提供使用者輸入控制規則，並根據實際數據採集系統(Supervisory Control And Data Acquisition System,SCADA System)402作為規則引擎408的計算輸入。就實際應用面言之，由於使用者對於風機系統並不熟悉，致使規則之建立不夠完整，或建構之時間過長，進而使風機414在控制機制未完備前出現安全上的顧慮。
同時，由於小型風力發電系統用於家庭時，常因噪音與安全性問題影響生活習慣並造成困擾，而降低大眾安裝之意願，且由於自動化之控制系統成本較高，難以應用於一般家庭中，而使家庭應用之小型風力發電系統仍須採用人工之方式進行緊急停機或維護，存在一定程度之危險，實有進一步改進之必要。
本案之主要目的為提供一種風機控制系統及其控制方法，俾解決習知風機系統持續產生大量噪音，造成使用者之不便，且欲降低噪音或停止噪音時降低風機轉速之方式易造成安全上的顧慮，以及使用者必須自行建立規則以進行風機之控制而可能輸入不當控制參數至風機系統等缺點。
本案之另一目的為提供一種風機控制系統及其控制方法，藉由使用人機介面之圖形化介面進行設定，可使風機於指定之時間區段內自動地以較低轉速運轉，以降低噪音的產生或符合法律規範，能降低調整風機轉速之安全顧慮，且因操作簡單更可進一步地達到避免不當控制參數被輸入至風機控制系統等情形之功效。
本案之另一目的為提供一種風機控制系統及其控制方法，透過控制資料之高低層級設計，可優先選用較高層級使用者設定之控制資料，以達到避免操作錯
誤造成之能量損耗與成本浪費，以及防止危安問題等功效。
為達上述目的，本案之一較廣實施態樣為提供一種風機控制系統，包括：至少一風機；至少一電源轉換裝置，與該風機相連接；一控制裝置，與該電源轉換裝置相連接，且包括一儲存模組，其中該儲存模組具有一第一資料庫，且該第一資料庫係儲存有一第一控制資料；以及一人機介面，與該控制裝置相連接，且具有一圖形化介面；其中，透過該人機介面之該圖形化介面設定一第二控制資料，並儲存於該儲存模組之該第一資料庫中，俾使該控制裝置自動地根據該第一控制資料及該第二控制資料控制該風機於該第一時間區段以一第一轉速運轉，且於該第二時間區段以一第二轉速運轉。
為達上述目的，本案之另一較廣實施態樣為提供一種控制方法，包括步驟：提供至少一風機、至少一電源轉換裝置、一控制裝置及一人機介面，其中該控制裝置係儲存有一第一控制資料；將該電源轉換裝置與該風機及該控制裝置相連接；將該人機介面與該控制裝置相連接；以及透過該人機介面之一圖形化介面設定一第二控制資料料，並儲存於該控制裝置，俾使該控制裝置自動地根據該第一控制資料及該第二控制資料控制該風機於一第一時間區段以一第一轉速運轉，且於該第二時間區段以一第二轉速運轉。
5、6、7‧‧‧風機控制系統
51、61、71‧‧‧風機
52、62、72‧‧‧電源轉換裝置
520‧‧‧控制單元
521‧‧‧訊號收發單元
522‧‧‧通訊單元
53、63、73‧‧‧控制裝置
530‧‧‧控制模組
531‧‧‧儲存模組
5311‧‧‧第一資料庫
5312‧‧‧第二資料庫
532‧‧‧通訊模組
533‧‧‧監控模組
54、64、74‧‧‧人機介面
540‧‧‧圖形化介面
541‧‧‧第一虛擬圖標
542‧‧‧第二虛擬圖標
543‧‧‧第三虛擬圖標
544‧‧‧緊急停機圖標
545‧‧‧第一參數
546‧‧‧第二參數
547‧‧‧第三參數
548‧‧‧第四參數
55、65、75‧‧‧三相電源通道
56、66、76‧‧‧訊號通道
S100~S400‧‧‧步驟
第1圖係為習知風機控制系統之系統架構圖。
第2圖係為本案較佳實施例之風機控制系統之架構圖。
第3圖係為本案較佳實施例之電源轉換裝置之架構圖。
第4圖係為本案較佳實施例之控制裝置之架構圖。
第5圖係為本案另一較佳實施例之風機控制系統之架構圖。
第6圖係為本案又一較佳實施例之風機控制系統之架構圖。
第7圖係為本案較佳實施例之人機介面之圖形化介面示意圖。
第8圖係為本案另一較佳實施例之人機介面之圖形化介面示意圖。
第9圖係為本案較佳實施例之控制方法之流程圖。
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。
請參閱第2圖、第3圖及第4圖，其中第2圖係為本案較佳實施例之風機控制系統之架構圖，第3圖係為本案較佳實施例之電源轉換裝置之架構圖，以及第4圖係為本案較佳實施例之控制裝置之架構圖。如第2圖、第3圖及第4圖所示，本案較佳實施例之風機控制系統5係可應用於光觸媒系統、過濾系統、空調系統或空氣交換設備等，且包括至少一風機51、至少一電源轉換裝置52、控制裝置53及人機介面54。其中，電源轉換裝置52係與風機51相連接，控制裝置53係與電源轉換裝置52相連接，亦即電源轉換裝置52係同時與風機51及控制裝置53相連接。控制裝置53係可為例如但不限於個人電腦(PC)、微控制器(MCU)與電子抹除式可複寫唯讀記憶體(EEPROM)之組成或掛載任意作業系統之微處理器，且包括儲存模組531，儲存模組531具有第一資料庫5311，且第一資料庫5311係儲存有第一控制資料。人機介面54，係可為但不限為顯示器、電視、智慧型手機或筆記型電腦等，與控制裝置53相連接並具有
圖形化介面，且人機介面54與控制裝置53之連接方式係可為有線或無線連接，但不以此為限。其中，透過人機介面54之圖形化介面設定第二控制資料，並儲存於控制裝置53之儲存模組531之第一資料庫5311中，俾使控制裝置53自動地根據該第一控制資料及該第二控制資料控制風機51於第一時間區段以第一轉速運轉，且於第二時間區段以第二轉速運轉。藉此，本案以人機介面54之圖形化介面進行設定，可使風機51於指定之時間區段內自動地以較低轉速運轉，以降低噪音的產生或符合法律規範，能降低調整風機51轉速之安全顧慮，且因操作簡單更可進一步地達到避免不當控制參數被輸入至風機控制系統5等情形之功效。
於一些實施例中，本案之電源轉換裝置52係同時透過三相電源通道55及訊號通道56與風機51相連接，且電源轉換裝置52之數量係可與風機51之數量相匹配，亦即每一電源轉換裝置52皆係對應連接於一風機51，但不以此為限。其中，三相電源通道55係可為三相電源結合橋式整流器、三相功率因數校正電路或三相直流電路等，且訊號通道56係可為一般電纜、電路或串列通訊纜線(例如：RS485)等，然皆不以此為限。
根據本案之構想，電源轉換裝置52係包括控制單元520、訊號收發單元521及通訊單元522。其中，控制單元520係架構於控制電源轉換裝置52之運作，訊號收發單元521係與控制單元520相連接，並透過訊號通道56與風機51相連接，且通訊單元522係與控制單元520及控制裝置53相連接。於此實施例中，電源轉換裝置52之控制單元520係與一電源相連接，包括但不限於直流電源、交流電源或市電等，並於轉換該電源後透過三相電源通道55供電至風機51。至於通訊單元522，係當本案欲根據第一控制資料及第二控制資料分別控制風機51於第一時間區段以第一轉速運轉或於第二時間區段以第二轉速運轉時，接收控制裝置53所傳送之一命令訊號，控制
單元520遂於通訊單元522接收該命令訊號後，對風機51進行控制，以實現使風機51於第一時間區段以第一轉速運轉或於第二時間區段以第二轉速運轉。
於一些實施例中，控制裝置53除包括儲存模組531外，係更包括控制模組530、通訊模組532及監控模組533。其中，控制模組530係架構於控制控制裝置53之運作，且儲存模組531係與控制模組530相連接，通訊模組532係與控制模組530及人機介面54相連接，且係透過例如但不限於行動通訊、Ad Hoc、Bluetooth、Zigbee、Wi-Fi、USB、IEEE 1394、Firewire或Thunderbolt等連接方式與人機介面54相連接，亦即本案之人機介面54係可於近端或遠端以有線或無線之方式與控制裝置53之通訊模組532相連接，俾進行控制。
此外，監控模組533亦與控制模組530相連接，主要用以監控電源轉換裝置52傳送出之資訊，並將該等資訊儲存於儲存模組531之第二資料庫5312中，此第二資料庫5312與第一資料庫5311不同，僅用以儲存記錄資料，而非儲存任何設定資料。當然，於收集電源轉換裝置52傳送之資訊的同時，監控模組533亦一併收集風機51之相關運作資料，並可透過監控到之風機51之轉速數值，經過與風機51規格資料比對後，回推得到風機51運轉音量之分貝值，並儲存於儲存模組531之第二資料庫5312中。簡言之，本案控制裝置53之監控模組533係實質上記錄風機51及電源轉換裝置52運作之相關數據及資訊，以供使用者查詢，高階使用者亦可根據相關數據及資訊對應調整風機運作參數。
於一些實施例中，當使用者透過人機介面54之圖形化介面設定對應一特定時間區段之第二控制資料後，控制裝置53自動化根據第一控制資料及第二控制資料分別控制風機51於第一時間區段以第一轉速運轉及於第二時間區段以第二轉速運轉，其中第一轉速與第二轉速之實際轉速數值，係可由高階使用者(如安裝人員、風機
系統設計者、控制器設計人員或維護人員等)進行預先設定或進階設定，其主要係需符合法律規範，例如環保局訂定之環境噪音管制標準，視本案之風機控制系統5之風機51所處之環境需符合第一類管制區、第二類管制區、第三類管制區或第四類管制區所規定之日、夜分貝上限值進行調整。
根據本發明之構思，風機51及電源轉換裝置52係可如第2圖所示整合為第一整合裝置，亦可各自獨立或整合成第二整合裝置或第三整合裝置，茲詳述如下。請參閱第5圖及第6圖，其中第5圖係為本案另一較佳實施例之風機控制系統之架構圖，以及第6圖係為本案又一較佳實施例之風機控制系統之架構圖。如第5圖及第6圖所示，本案另一較佳實施例之風機控制系統6係可應用於光觸媒系統、過濾系統、空調系統或空氣交換設備等，且包括至少一風機61、至少一電源轉換裝置62、控制裝置63及人機介面64，且本案又一較佳實施例之風機控制系統7亦可應用於光觸媒系統、過濾系統、空調系統或空氣交換設備等，且包括至少一風機71、至少一電源轉換裝置72、控制裝置73及人機介面74。其中，風機61、電源轉換裝置62、控制裝置63、人機介面64以及風機71、電源轉換裝置72、控制裝置73、人機介面74係與前述實施例之風機51、電源轉換裝置52、控制裝置53、人機介面54相似，且其連接關係及技術特徵亦與前述實施例相同，故於此不再贅述。惟於風機控制系統6中，電源轉換裝置62係與控制裝置63整合為第二整合裝置；另於風機控制系統7中，風機71、電源轉換裝置72與控制裝置73係整合為第三整合裝置。
請參閱第7圖及第8圖並配合第2圖，其中第7圖係為本案較佳實施例之人機介面之圖形化介面示意圖，以及第8圖係為本案另一較佳實施例之人機介面之圖形化介面示意圖。如第2圖、第7圖及第8圖所示，本案風機控制系統5之人機介面54之圖形化介面540，係可為例如應用程式介面、網頁設定介面、Java程式語言寫
成之介面或C#程式語言寫成之介面等，可將所設定之第二控制資料之相關訊息顯示為第一虛擬圖標541，且第二時間區段之時間範圍較佳係以數值直接顯示於第一虛擬圖標541中，但不以此為限。當然，若使用者使用本案之風機控制系統5之人機介面54之人機介面540設定其他組對應不同時間區段之控制資料後，該等資料亦可顯示為第二虛擬圖標542或第三虛擬圖標543等，然亦不以此為限。
於一些實施例中，本案之圖形化介面540更提供一高層級設定介面，以供較高階之使用者應用，且於此高層級設定介面中，高階使用者如安裝人員、風機系統設計者、控制器設計人員或維修人員等，係可直接修改或設定第一控制資料，甚至其進一步之轉速數值、電流值等，該等參數係顯示為例如但不限於第一參數545、第二參數546、第三參數547或第四參數548等。經高階使用者設定後之第一控制資料，係具有第一優先層級；而於前述實施例中普通使用者所設定之第二控制資料係具有第二優先層級，且第一控制資料之該第一優先層級係大於第二控制資料之該第二優先層級，亦即當第二控制資料所設定之內容與第一控制資料所設定之內容有所牴觸時，係以第一控制資料所設定之內容為準。舉例而言，於一些實施例中，第一控制資料係對應於一第三時間區段，第二控制資料係對應於一第四時間區段，且第三時間區段與第四時間區段係具有重疊之時間區段，或稱第五時間區段，由於第一控制資料之第一優先層級大於第二控制資料之第二優先層級，故於第五時間區段係以第一控制資料所設定之內容為準。換言之，第一時間區段係與第三時間區段相同，且第二時間區段係為第四時間區段扣除第五時間區段，然皆不以此為限。藉此，透過不同控制資料間之高低層級設計，可優先選用較高層級使用者設定之控制資料，以達到避免操作錯誤造成之能量損耗與成本浪費，以及防止危安問題等功效。
此外，不論於高階使用者所使用之高層級設定介面或普通使用者所使
用之低層級設定介面之中，圖形化介面540皆顯示有虛擬之緊急停機圖標544，以供使用者於危險發生時或欲手動停止風機51運轉時，直接透過點擊或觸發緊急停機圖標544，以強制停止風機51之運轉。
請參閱第9圖並配合第2圖，其係為本案較佳實施例之控制方法之流程圖。如第2圖及第9圖所示，本案較佳實施例之控制方法之流程係開始於步驟S100，提供至少一風機51、至少一電源轉換裝置52、控制裝置53及人機介面54，其中控制裝置53係儲存有第一控制資料；其次，如步驟S200所示，將電源轉換裝置52與風機51及控制裝置53相連接，其中電源轉換裝置52係透過三相電源通道55及訊號通道56與風機51相連接；然後，如步驟S300所示，將人機介面54與控制裝置53相連接，亦即以人機介面54近端或遠端以有線或無線之方式連線至控制裝置53；最後，如步驟S400所示，透過人機介面54之圖形化介面540設定第二控制資料，並儲存於控制裝置53，俾使控制裝置53自動地根據第一控制資料及第二控制資料控制風機51於第一時間區段以第一轉速運轉，且於第二時間區段以第二轉速運轉。
綜上所述，本案提供一種風機控制系統及其控制方法，藉由使用人機介面之圖形化介面進行設定，可使風機於指定之時間區段內自動地以較低轉速運轉，以降低噪音的產生或符合法律規範，能降低調整風機轉速之安全顧慮，且因操作簡單更可進一步地達到避免不當控制參數被輸入至風機控制系統等情形之功效。同時，透過控制資料之高低層級設計，可優先選用較高層級使用者設定之控制資料，以達到避免操作錯誤造成之能量損耗與成本浪費，以及防止危安問題等功效。
縱使本發明已由上述之實施例詳細敘述而可由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
5‧‧‧風機控制系統
51‧‧‧風機
52‧‧‧電源轉換裝置
53‧‧‧控制裝置
54‧‧‧人機介面
55‧‧‧三相電源通道
56‧‧‧訊號通道
Claims (7)
- 一種風機控制系統，包括：至少一風機；至少一電源轉換裝置，與該風機相連接；一控制裝置，與該電源轉換裝置相連接，且包括一儲存模組，其中該儲存模組具有一第一資料庫，且該第一資料庫係儲存有一第一控制資料；以及一人機介面，與該控制裝置相連接，且具有一圖形化介面；其中，透過該人機介面之該圖形化介面設定一第二控制資料，並儲存於該儲存模組之該第一資料庫中，俾使該控制裝置自動地根據該第一控制資料及該第二控制資料控制該風機於一第一時間區段以一第一轉速運轉，且於一第二時間區段以一第二轉速運轉；該第一控制資料係由一高階使用者透過該圖形化介面之一高層級設定介面設定並儲存於該第一資料庫中，且該第一控制資料具有一第一優先層級；該第二控制資料係由一普通使用者透過該圖形化介面之一低層級設定介面設定並儲存於該第一資料庫中，該第二控制資料具有一第二優先層級，且該第一優先層級係大於該第二優先層級。
- 如申請專利範圍第1項所述之風機控制系統，其中該電源轉換裝置係透過一三相電源通道及一訊號通道與該風機相連接。
- 如申請專利範圍第2項所述之風機控制系統，其中該電源轉換裝置係包括： 一控制單元，係架構於控制該電源轉換裝置之運作；一訊號收發單元，係與該控制單元相連接並透過該訊號通道與該風機相連接；以及一通訊單元，係與該控制單元及該控制裝置相連接，用以接收該控制裝置之一命令訊號，俾使該控制單元實現使該風機於該第一時間區段以該第一轉速運轉或於該第二時間區段以該第二轉速運轉。
- 如申請專利範圍第1項所述之風機控制系統，其中該控制裝置更包括：一控制模組，係架構於控制該控制裝置之運作，且該儲存模組係與該控制模組相連接；一通訊模組，係與該控制模組及該人機介面相連接，用以進行遙控控制；以及一監控模組，與該控制模組相連接，用以監控並記錄該電源轉換裝置及該風機運作之數據及資訊。
- 如申請專利範圍第4項所述之風機控制系統，其中該儲存模組更具有一第二資料料庫，用以儲存該監控模組記錄之該數據及資訊。
- 如申請專利範圍第1項所述之風機控制系統，其中該電源轉換裝置之數量係與該風機之數量相匹配。
- 一種風機控制系統，包括：至少一風機；至少一電源轉換裝置，與該風機相連接； 一控制裝置，與該電源轉換裝置相連接，且包括一儲存模組，其中該儲存模組具有一第一資料庫，且該第一資料庫係儲存有一第一控制資料；以及一人機介面，與該控制裝置相連接，且具有一圖形化介面；其中，透過該人機介面之該圖形化介面設定一第二控制資料，並儲存於該儲存模組之該第一資料庫中，俾使該控制裝置自動地根據該第一控制資料及該第二控制資料控制該風機於一第一時間區段以一第一轉速運轉，且於一第二時間區段以一第二轉速運轉；該第一控制資料係由一高階使用者透過該圖形化介面之一高層級設定介面設定並儲存於該第一資料庫中，且該第一控制資料具有一第一優先層級；該第二控制資料係由一普通使用者透過該圖形化介面之一低層級設定介面設定並儲存於該第一資料庫中，該第二控制資料具有一第二優先層級，且該第一優先層級係大於該第二優先層級；該第一控制資料係對應於一第三時間區段，該第二控制資料係對應於一第四時間區段，且該第三時間區段與該第四時間區段係具有重疊之一第五時間區段，其中該第一時間區段係與該第三時間區段相同，且該第二時間區段係為該第四時間區段扣除該第五時間區段。
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