本文介紹了潔淨室FFU控製的幾種方式，並列舉了其優缺點及采用交流電機的智能化FFU控製係統的功能特點。

摘 要

本文介紹了潔淨室FFU控製的幾種方式，並列舉了其優缺點及采用交流電機的智能化FFU控製係統的功能特點。
The advantages and disadvantages of several FFU controlmethodsandcharacteristics of intelligent AC motor FFU controlsystem.

1.引言

隨著經濟的發展和人們生活水平的提高，人們對產品質量的要求也越來越高。而生產技術和生產環境決定了產品質量，這就迫使廠家追求更好的生產技術和更高的生產環境。特別是電子、製藥、食品、生物工程、醫療、實驗室等領域對生產環境有著苛刻的要求，它綜合了工藝、建築、裝飾、給排水、空氣淨化、暖通、空調、自動控製等多方麵的技術。衡量這些行業生產環境質量的主要技術指標有溫度、濕度、潔淨度、風量、室內正壓等。因此，對生產環境的各個技術指標進行合理的控製，以滿足特殊生產工藝的要求，成為了現在潔淨工程的研究熱點之一。FFU作為一種淨化設備，目前在各種潔淨工程中得到廣泛應用。FFU的全稱叫FanFilterUnit“風機過濾單元”，也就是風機和過濾器連接在一起，能自己提供動力的潔淨設備，早在二十世紀六十年代，世界上弟一個層流潔淨室的建立就已經開始出現FFU的應用了。

2.FFU控製方式現狀

目前FFU一般采用單相多速交流電機、三相多速交流電機和直流電機。電機的供電電壓大致有110V、220V、270V、380V四種。其控製方式主要分為以下幾種：
◆ 多檔開關控製
◆ 連續速度調節控製
◆ 計算機控製
◆ 遙控控製
下麵對以上四種控製方式做一簡單分析與比較：

2.1多檔開關控製

多檔開關控製係統隻包括FFU自帶的一個調速開關和一個電源開關。由於控製元件為FFU自帶，分布在潔淨室吊頂內的各個位置，工作人員必須在現場通過撥擋開關來調節FFU，控製起來極不方便，而且FFU的風速可調範圍有限，**於幾檔。草莓视频18在线曾經做過一個項目，為了克服FFU控製操作不方便的因素，經過電氣線路的設計，把所有FFU的多檔開關集中起來，放到地麵上一個櫃子內，實現集中操作，但無論是從外觀還是功能上都存在其局限性。采用多檔開關控製方式優點是控製簡單、成本低，但存在許多缺陷：比如：能耗大、不能平滑調速、沒有反饋信號、不能實現靈活的組群控製等。

2.2連續速度調節控製

連續速度調節控製與多檔開關控製方式相比，多了一個連續速度調節器，使FFU風機轉速連續可調，但同時也犧牲了電機效率，使其能耗比多檔開關控製方式還要高。

2.3計算機控製

計算機控製方式一般采用直流電機，與前麵兩種方式相比，計算機控製方式具有以下先進的功能：
◆ 采用集散型控製方式，能夠很方便的實現FFU的集中監測和控製。
◆ 可方便的實現FFU的單台、多台及分區控製。
◆ 智能化控製係統具有節能功能。
◆ 可采用可選的遙控方式進行監測和控製。
◆ 控製係統預留通信接口，可與上位機或網絡進行通訊，從而實現遠程通信和管理功能。
控製直流電機的突出優點在於：容易控製、調速範圍較寬。但該控製方式也有一些致命的缺陷：
◆由於潔淨廠房不允許FFU電機帶有電刷，因此，FFU的電機均采用無刷直流電動機，換相問題則由電子換相器解決，而電子換相器的壽命短使整控製係統的使用壽命也大大降低。
◆ 整套係統造價昂貴。
◆ 後期維護費用高。

2.4遙控控製方式

遙控控製方式作為計算機控製方式的一種補充，可使用遙控器對每台FFU進行控製，與計算機控製方式相輔相成。

綜上所述：前兩種控製方式能耗高、控製不方便；後兩種控製方式壽命短、成本高。那有沒有一種控製方式既能做到能耗低、控製方便，又能保證使用壽命、成本不高呢？有，那就是采用交流電機的計算機控製方式。

交流電動機同直流電動機相比較，具有結構簡單、體積小、製造方便、運行可靠、價格低謙等一係列的優點，由於其不存在換相問題，其使用壽命遠遠超過直流電機。長期以來由於其調速性能很差，因此，調速方式一直被直流調速方式所占領。但隨著新型電力電子器件與大規模集成電路的出現和發展，以及新的控製理論不斷的出現及應用，交流控製方式也逐漸發展起來，並將濟終取代直流調速係統。

在FFU交流控製方式中，又主要分為兩種控製方式：調壓控製方式和變頻控製方式。所謂調壓控製方式，就是通過直接改變電動機定子電壓的大小來調整電動機的轉速。調壓方式的缺點是：調速時的效率較低，低速時，電機發熱嚴重、調速範圍較窄等。但是，調壓方式對於FFU風機負載來說，其缺陷不是很明顯，並且在目前的情況下還有一些優點：

◆ 調速方案成熟，調速係統穩定，能夠保證長時間無故障連續運行。
◆ 操作簡便，控製係統造價低。
◆ 由於FFU風機負載很輕，在低速時，電機發熱不是很嚴重。
◆ 調壓方式特別適合於風機負載，由於FFU風機負責曲線為獨特的阻尼曲線，因此，調速範圍可以做到很寬。

因此，在今後的一段時期內，調壓方式還將是一種主要的調速方式。

變頻控製方式就是通過改變電源頻率f的方式來調速電動機的轉速，同時，按一定比例調整整電動機的輸入電壓。變頻控製方式具有優異的性能，調速範圍大，平滑性較高，調速效率高等。變頻一般采用較先進的SPWM控製方式，並采用單片機生成SPWM波形。SPWM變頻方式同其它變頻方式相比具有以下特點：1）結構簡單，控製方便；2）輸入功率因數高；3）係統動態響應快；4）輸出諧波少。在目前的情況下，與調壓方式相比，變頻方式也有一些缺點，這主要體現在以下兩個方麵：
◆變頻方式造價比較高。為了使變頻器的輸出諧波盡可能的減少，逆變器的功率開關器件的開關頻率要盡可能的高。因此，一般采用GTR、GTO、PMOSFET作為開關器件。上述這些器件本身造價較高。因此，變頻控製方式整體造價也比較高。
◆使用壽命不如調壓方式長。由於異步電動機屬於感性負載，功率因數不會等於1.0，故在中間直流環節與電動機之間總存在無功功率的交換。由於逆變器中的電力電子開關無法儲能，所以無功能量隻能靠直流環節中的儲能元件（電容器）來緩衝。電容器的壽命大大限製了變頻器的使用壽命。即使是濟先進的變頻器廠商，其變頻器壽命也受此限製。

隨著半導體技術的不斷發展，可以預料，一些簡單可靠、性能優異、價格便宜的變頻調速係統將不斷出現，異步電動機的變頻調速方法的應用將日見廣泛，並將濟終取代直流調速方式和調壓調速方式。

3.FFU智能化控製係統

目前，在FFU的應用領域內，其控製係統的應用率還是比較低的，而且在國際市場上流行的FFU智能化控製係統中，一般隻針對配備無刷直流電機的FFU。特別是在全球能源越趨緊張的今天，控製係統的節能效益越來越被人所重視。每個潔淨室根據產品的生產工藝，決定相應的風速，同時又不得不考慮能耗問題。而一般的控製係統所能調節的風速範圍有限，不能根據具體的要求提供**的風速，特別是在8小時之外的休息時間，仍然保持較高的風速，這無疑帶來了能源上的巨大浪費。針對這種現狀，濟近推出了能夠數字化調節風速的HH-F係列FFU智能化控製係統。該係統操作簡單，界麵友好，特別是可根據潔淨室的具體風速要求（例如0.37m/s,0.28m/s），數字化設定。

HH-F係列FFU控製係統是一套集散型控製係統，能夠方便的實現現場分散控製和集中統一管理功能。可靈活控製潔淨室每台風機的起停和風速，該控製係統利用中繼器技術，解決了485驅動能力有限的問題，可控製無限台風機。本控製係統包括以下四部分內容：
◆ 現場智能控製器
◆ 有線集中控製方式
◆ 遙控控製方式
◆ 係統綜合功能
控製係統拓撲圖如下圖：

3.1現場智能控製模塊

現場智能控製模塊以單片機為核心處理器來實現控製功能。一台智能模塊控製一台FFU。現場智能控製模塊分為調壓模塊和變頻模塊，兩種智能控製模塊能夠實現以下控製功能：
1）智能模塊具有很強的開放性，通過可選的手操器（可插拔式）可實現現場控製：通過預留的RS485接口可實現遠程集中控製和故障診斷與設定：通過可選的遙控組件（可插拔式）可實現遙控控製。
2）通過可插拔的手操器能夠實現FFU的啟停和準確的無級調速，能夠顯示FFU出口風速值。
3）該智能模塊使FFU具有節能功能。
4）具有過載和短路保護功能：過載時，提示報警單元報警；短路時，提示報警單元報警並自動切斷FFU電源。

3.2有線控製方式

有線控製方式為可選控製方式，它通過現場智能模塊預留的RS485接口來實現。為了滿足不同用戶的需求草莓视频18在线采用控製盤和觸摸屏兩種控製方式，控製盤操作簡便，但顯示不太直觀，實現功能有限；觸摸屏成本操作方便，顯示畫麵豐富，功能強大。
觸摸屏控製方式主要由以下三部分組成：1）中央控製單元；2）人機界麵單元；3）報警控製單元。

1）中央控製單元，采用PLC控製器。能夠實現以下控製功能：
◆與現場智能控製模塊采用RS485總線製聯結方式，對采集到的現場數據進行分析、處理；實現對現場設備的控製功能。從而實現對現場所有FFU的集中監測和控製。
◆ 與報警控製單元進行通訊。
◆ 與人機界麵單元進行通訊。

2）人機界麵單元，采用觸摸屏實現遠距離對FFU的監控和調節。能夠實現以下控製功能：
◆ 能夠方便的實現FFU的單台、多台及分區控製。也就是說，能夠同時控製任意台數的FFU。
◆能夠實現任意台數FFU的啟停和調速功能，調速功能能夠實現數字化，即直接輸入預期的風速值（如：0.25、0.31等），以達到調速的目的。
◆ 能夠對任意一台FFU的風速值進行監測。
◆ 當有故障FFU報警時，能實時的顯示故障FFU。

3）報警控製單元，采用聲光報警裝置，通過與中央處理單元的通訊，當有任何一台或多台FFU發生故障時，該控製單元實時發出聲光報警，並與人機界麵單元進行配合，迅速確定故障FFU，確保監控人員及時處理故障。

控製盤控製方式：根據實際係統的需要，中繼器有相應數量的485通訊插座，每個插座對應一組FFU控製器。通過控製盤可對每個控製器進行控製。控製功能如下：
1）對整個潔淨室某一組風機起停進行控製，可對某一組風機的風速進行統一設置。
2）對整個潔淨室的某一台風機起停進行控製，可對某一台風機的風速進行設置。
3）可對某一組風機數量進行設置。（係統規定每組風機數量濟多位16台）。
4）對整個潔淨室的某一台風機運行狀態進行查詢，如風機的起停狀態，風機的運行風速。
5）短路保護功能：當發生短路時，能夠自動切斷FFU的電源以保護設備。

3.3遙控控製方式

遙控控製方式為可選控製方式。它通過現場智能模塊預留接口，通過可插拔的通訊模塊來實現遙控控製方式。具體功能由手操器實現，采用一對多的控製方式進行控製。手操器能實現以下控製功能：
1）能夠方便的實現每台FFU的啟停和調速功能。調速功能能夠實現數字化，即直接輸入預期的風速值，以達到調速的目的。
2）能夠對每一台FFU的風速值進行監測。

3.4係統綜合功能

控製係統還能夠實現如下功能：
1）交流調壓方式控製係統能夠保證正常使用條件下長時間無故障連續運行，正常使用條件下能保證8萬小時以上。
2）整套控製係統布局合理、接線簡單。
3）在滿足潔淨要求的前提下，可根據實際情況設定風速轉速，濟大限度降低風機功耗，達到節能目的。
4）對風機轉速進行時序控製，在非工作時間內，自動降低風機轉速維持室內潔淨要求，達到節能目的。

4.結論

綜上所述，不難看出隨著高科技產業的飛速發展，大規模應用FFU的潔淨室也將越來越多。潔淨室中FFU的集中控製也將是設計人員和業主們必須關注的問題。