风机风量自动控制方法研究.pdf

论坛 FOr um 风机风量自动控制方法研究 数 据 通信2 0 1 4． 6 程辉 戴曙光 上海理工大学 上海市2 0 0 0 9 3 摘要本文研究设计了一种通过测量风机运行时自身的参数， 当风机外排口过滤网堵塞或其他原因造 成风机 外排风压增 大时，通过 自动调 节转速 以使 外排风 量维持在 固定风量的方法 。实验采 用F r e e s c a l e 的 MC 9 S 0 8 A C 1 2 8 单片机实时采样风机工作时的参数， 实现风机风量的自动控制。实验结果表明该方法能够实现 风量的 自动控制 ， 并拥有较高的精度。 关键词恒风量； 运行参数； 实时； 自 动控制 1 引言 随着社会的发展 ，人们对生产和生活的环境有 了更高 的要求 ， 舒适的空调系统成为人们的首选。恒 风量控制是一种在通风空调系统管网阻力变化 的情 况下 ，控制风机转速 以维持恒定 的风量输 出的控制 方法。运用此技术的新型空调系统正在高速发展 中。 2 控制方法的提出 为了得到风机风量控制 的方法 ，通过测量风机 工作时的参数并进行分析。采用压电传感器测量风 机工作时的风压 ，光 电器件得到风机工作 时的脉冲 信号， 用来计算风机转速。 使用信号发生器产生可调 占空 比的P WM波控制风机 的转速。 对设定 的恒风量 ， 当风机 出风 口由于堵塞或其 他原 因导致风压增 大 时 ，手动控制风机的P WM波 的占空 比来 改变转速以 使风机风量保持不变，并记录下不同风压状况下风 机工作时的参数 ，对同型号不 同的风机进行大量测 试得到以下数据。 分析以上数据可以看出 ， 当出风 口风压增大时 ， 为了保持恒风量 ， 转速应相应的增大 。 通过测试并记 录分析多台风机工作时的参数，可以得到为了维持 恒风量转速和风压增加幅度近似成正比关系。 对不同设定风量下风机工作时的参数进行测量 分析 ， 可以得到在恒风量工作情况下 ， 出风 口风压增 表 1恒风量情况下 出风 口风压改变时风机工作参数 风压fV 1 转Jl [ r ／ m i n 1 N , m 3／ h 1 ．9 6 l 2 1 5 4 9 5 2 1 2 2 0 4 9 5 2． 04 1 2 29 495 2O8 1 2 51 4 95 2 ． 1 4 l 2 6 2 4 9 5 2 ． 2 4 1 2 9 3 4 9 5 2 ．4 8 1 3 7 2 4 9 5 2 ．6 4 1 4 l 5 4 9 5 2 ． 8 4 1 4 7 5 4 9 5 3 ．0 8 1 5 4 8 4 9 5 风 机 2 风压f V、 转 速 r ／ mi n 1 “ m3 ／ h 2 1 2】l 49 5 2 1 21 9 4 95 2 ． 0 6 1 2 2 6 4 9 5 2 ． 1 l 2 3 6 4 9 5 2 ． 1 8 1 2 6 0 4 9 5 2 ． 2 4 1 2 8 2 4 9 5 2 ． 4 8 l 3 6 4 4 9 5 2 ． 6 2 1 4 0 7 4 9 5 2 ． 8 4 1 4 6 1 4 9 5 3 ． O 6 l 5 2 6 4 9 5 风 机 3 风压fV 1 转速f r ／ m i n 1 ／5 I, m 3 ／ h 2 ． 1 l 2 4 0 4 9 5 2． 1 5 1 2 5 2 4 95 2 ． 1 8 1 2 6 2 4 9 5 2 ．2 4 1 2 8 2 4 9 5 2． 28 l 2 9 4 495 2 ．3 6 1 3 4 l 4 9 5 2 ．4 8 1 3 6 6 4 9 5 2 ．6 3 l 4 1 2 4 9 5 2 ．8 1 4 6 8 4 9 5 3 ．O 8 1 5 3 4 4 9 5 20 1 4 ． 6 数 据通 信 图1 转速与风压的关 系 大幅度与转速增加幅度也近似成正 比， 且 比例常数k 基本相 同。因此可以使用这种方法来控制风机风量 稳定在预设值。当出风口由于堵塞或其他原因造成 风压增大时， 风机转速会减小， 风量会降低。为了维 持风量恒定 ， 应控制增加风机的转速 ， 这时风压会相 应 的增加 。采用闭环控制直到由测量 的风压根据转 速风压关系曲线计算得到的转速与实际测得的转速 在一定误差范围内， 风机达到稳定工作状态。 3自动控 制研 究 根据以上提出的恒风量控制方法 ，本文设计了 一 套以单片机为控制器的恒风量控制系统。单片机 采用1 0 位A ／ D 采样风压信息。 输人捕捉模块得到风机 工作时光电器件产生的脉冲信号的频率，并计算风 机的转速。使用风量检测仪测量不 同风压下控制达 到稳定状态后风机的风量。 单 片机控制模块 1 时钟发生模块 ， 通过外部 晶振产生8 M的总线 频率 ， 具有较高的运算能力 ， 从而能快速完成较为复 杂的控制计算。 2 1 2 通道和1 6 通道 1 6 B i t 计时器 可以用来 捕捉光电器件产生的频率 ，不占用M C U 核心处理器 的运行时间。 3 1 6 通道 1 0 B i t A D转换 ， 转换 时 间2 ． 5 u s ， 可 以 快速完成 由压 电值传感器得到的的测定 。由于压电 传感器输出的电压不大于5 V ， A ／ D 模块可使用5 V 参 考电压， 可以得到较高的精度， 从而得到较高的控制 效果 。 4 每个计时器模块都可以配置产生P WM。 P WM占空 比可采用变步长控制来控制风机转速。当 实际转速与计算转速相差较大时， 占空比调节步长 论坛 F Or um 增大 ， 当实际转速与计算转速相差较小时调节步长 减小 ， 可以实现转速的快速准确 的控制。 当风机开始运行时 ， 记录下风机初始 的风量值 ， 以及风压和转速的初始值 。利用 以上实验得到的 比 例常数k 3 0 3 ．3 ， 拟合得到转速和风压的关系曲线。 利 用该 曲线来进行控制。当因堵塞造成风压增大时计 算得到相应 的转速 的数值 。采用闭环控制直到实际 的转 速 值 与 由风 压 计 算得 到 的转速 值 误差 小 于 1 0 r ／ mi n 时 由实验得到风机转速误差1 0 r ／ mi n 时风量 几乎不变 ，即为该风压下风机 的稳定工作状态 ， 测 量该状态下的风量值检验该方法用 于控制风机风量 的精度。软件流程图如下 用该方法验证风量控制精度 ， 得到结果如下 表2 预设风量为4 9 5 m3 ／ h 时的控制效果 实际转速 实测风压 计算转速 预设风量 控制风量 风量差 误差 1 1 9 9 1 ．9 2 1 l 9 9 4 9 5 4 9 5 O O l 2 1 4 1 ．9 7 l 2 1 5 4 9 5 5 o o 5 l 0 1 ％ 1 2 5 8 2 ． 1 2 1 2 5 9 4 9 5 5 o 4 9 1 ． 8 1 ％ l 2 9 2 2 ．2 O 1 2 8 3 4 9 5 4 9 3 2 o ． 4 0 ％ 1 3 8 1 2 ．5 5 l 3 9 1 4 9 5 5 1 8 2 3 4 6 5 ％ 1 4 21 2 ．6 3 1 4 1 4 4 9 5 4 9 7 2 o ． 4 0 ％ 1 4 6 o 2 ．7 6 1 4 5 5 4 9 5 4 9 3 2 o ． 4 0 ％ 该方法简单方便， 能够实时自动控制风机风量。 由以上的控制结果可 以看出，风机达到稳定状态后 风量误差小于5 ％， 具有较高的控制精度。该方法对 45 一 于不同的预设风量均有较好 的控制效果。 参考文献 表3预设风量为5 2 5 m3 ／ h 时的控制效果 实 际转速 实测风压 计算转速 预设风量 控制 风量 风量差 误差 1 2 3 6 2 ． 1 0 1 2 3 6 5 2 5 5 2 2 3 O 5 7 ％ l 2 53 2． 1 1 2 4 9 52 5 5 0 4 2l 4． o 0％ 1 2 97 23 1 3 o 0 52 5 518 7 1 3 3％ l 38 3 2． 6 1 3 8 4 52 5 5 15 1 0 1 ． 9 0％ 1 47 7 3 1 4 9 7 52 5 51 5 1 0 1 ． 9 O％ 4结论 本文提出了一种恒风量 的控制方法 ，通过实验 测量风机在工作时的参数 ，根据这些参数 的关系进 行恒风量控制。采用闭环控制的方式进行风量的 自 动控制实验来验证本文提 出的方法 。结果表明该方 法用于恒风量控制达到了较好的效果 ，风量误差小 于 5 ％ 数 据 通 信2 01 4 ． 6 [ 1 ]徐勇．通风与空气调节工程[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 5 【 2 ]吴玉林， 陈庆光， 刘树红． 通风机与压缩机[ M ] ． 北京 清华大学 出版社 ， 2 0 0 5 【 3 ]电子工业部第十设计研究院． 空气调节设计手册[ M] ．北京 中国建筑工业出版社， 1 9 9 5 【 4 ]彭士梅． 空调风机 的变风量调节【 J J ． 暖通空调． 2 0 0 1 1 5 0 5 1 [ 5 】龚光彩． 流体输配管网． 机械工业出版社． 2 0 0 5 f 6 ]俞炳丰． 供暖通风及空气调节一 分析与设计． 化学上业出版 社 ． 2 0 0 5 作者简介 程辉 1 9 8 9 一 ， 男， 硕士研 究生， 上海理X - 大学， 主 要研 究 方 向 信 号 与 信 息 处理 。■ 上 接 第 2 8页 林科技 大学 ． 2 0 1 3 [ 9 】曹英 ． 大数据 环境 H a d o o p 性能优 化 的研究 [ D ] 大连 海事 大学 ． 2 0 1 3 1 0 o ] 陈娜． 基 l H a d o o p 平 台的海 量数据处理 应用 [ D ] ． 吉林大学 ． 2 0 1 2 [ 1 1 ]吴金虎． 基 J Ha d o o p 的大型网站海量数据的统计与应用 [ D 】 ．南京大学． 2 0 1 2 [ 1 2 ] 胡光民， 周亮， 柯立新．基H a d o o p 的网络 日志分析系统研 究『 J 1 ． 电脑知识 与技 术． 2 0 1 0 2 2 [ 1 3 ] 章伟星 ． H a d o o p 的海量广告 日志分 析系统的设计 与实 现[ D ] ．哈尔滨工业大学． 2 0 1 3 作者简介 潘毅 ， 中国移动通信集团广东有限公司． 从事I T支 撑 系统 软 件 架构 设 计 与 研 究 。 成 静 静 ． 广 东省 电信 规 划设 计 院 从事通信 系统 、 通信软件 架构的设 计研 究。■