空气净化系统的进风机构及控制方法
【专利摘要】一种空气净化系统的进风机构，包括多个风机组、入口空气环境质量检测仪表、入口风压风速传感器；每个风机组包括多台变频风机，同一组的多台变频风机沿进风路径依次间隔排布，不同风机组分布在风道周向的不同方位。进风机构的进风控制方法是，采用三环PID控制策略，即速度环、压力环和空气环境质量环。本发明由多组变频风机全方位布置，组成并联的变频风机组，可满足进风参数设计需求。各变频风机的进风口分别设置了电动或手动百叶操控装置，可以有效防止漏风情况的发生，并且，在外界环境发生恶化时，对空气净化系统及其内部环境起到保护作用；变频风机阶梯式开启，能够迅速、有序地选择合适的风机，将风道中的风压和风速调整到标准值。
【专利说明】空气净化系统的进风机构及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及环境治理，尤其涉及一种空气净化系统的进风机构及控制方法。
【背景技术】
[0002]现有空气净化系统的进风机构存在以下问题:
[0003]1、进风口位置在空间布置单一，不能多点全方向进风，这样降低了进风效率。
[0004]2、进风驱动电机多为单个变频电机或工频电机构成，在时滞、大惯性、非线性系统中调节风量、风压、风速的手段单一，且在无热备冗余的工况下，一旦主风机故障，会影响整个空气净化系统的正常工作。
[0005]3、进风单元的进风量设定值的关联变量较为简单，多为人工按时定量进风，缺乏自动按需的调节进风参数，无进风口空气环境质量检测及出风口空气环境质量检测反馈等变量实时参与控制，整个系统属于开环控制，容易造成能源浪费。
【发明内容】
[0006]本发明的目的，就是为了解决上述问题，提供一种新型结构的空气净化系统的进风机构及其控制方法。
[0007]为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案:一种空气净化系统的进风机构，设置在空气净化系统的风道前部，包括至少两个风机组、入口风压传感器和入口风速传感器；其中，每个风机组包括至少两台变频风机，同一组的至少两台变频风机沿进风路径依次间隔排布，不同风机组分布在风道周向的不同方位；入口风压传感器与入口风速传感器设置在风道内。
[0008]作为进一步改进，上述空气净化系统的进风机构，还包括轴流变频风机，该轴流变频风机设置在各风机组后的风道内，与各风机组串联，组成冗余热备工作模式。
[0009]作为进一步改进，上述空气净化系统的进风机构，还包括入口空气环境质量检测仪表，其设置在风道外。
[0010]作为进一步改进，上述空气净化系统的进风机构，其中，所述入口空气环境质量检测仪表包括用于检测PM10、PM2.5、一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、臭氧或环境噪音的检测探头中一种或多种的组合。
[0011 ] 作为进一步改进，上述空气净化系统的进风机构，其中，所述风机组的每台变频风机的进风口分别设置有活动百叶装置。该活动百叶装置可以是电动控制，也可以是手动控制。
[0012]上述任意一项进风机构的控制方法，包括以下步骤:
[0013]阶梯式逐级开启所述风机组的各变频风机，并检测当前风道内的整体风速和风压，如果检测到的风速和风压达到预设的目标值，则停止进一步开启所述风机组中其余的变频风机，反之则进一步开启下一级变频风机；
[0014]检测已开启的风机组中各变频风机的状态，判断各变频风机处于正常进风状态或是漏风状态；如果至少一个变频风机处于漏风状态，则降低所述处于漏风状态的变频风机的转速，或者关闭所述处于漏风状态的变频风机并关闭其进风口的百叶装置。
[0015]作为进一步改进，上述进风机构的控制方法，其中，在阶梯式逐级开启所述风机组的各变频风机的过程中，每开启下一级变频风机后，执行所述检测已开启的风机组中各变频风机的状态的步骤。
[0016]作为进一步改进，上述进风机构的控制方法，其中，在阶梯式逐级开启所述风机组的各变频风机的步骤之后，定期检测已开启的风机组中各变频风机的状态。
[0017]作为进一步改进，上述进风机构的控制方法，其中，所述检测已开启的风机组中各变频风机的状态的方式为:
[0018]预先保存所述风机组中各变频风机在一般环境下、不同电机转速对应的正常电流值；
[0019]在变频风机电机转速已确定的情况下，对已开启的变频风机实际的电流值进行检测，如果检测到的电流值超出所保存的该转速对应的正常电流值，且超出部分达到预设差值，则判定该变频风机处于漏风状态。
[0020]作为进一步改进，上述进风机构的控制方法，其中，在风机组的每个变频风机后，分别设置一个风压传感器和风速传感器，所述检测已开启的风机组中各变频风机的状态的方式为:
[0021]在风机阶梯式逐级开启的过程中，每开启下一级变频风机后，读取该级变频风机对应的风速传感器和风压传感器的检测值，如果检测得到的风速值和风压值低于或者等于上一级的风速值和风压值，则判定该变频风机处于漏风状态。
[0022]作为进一步改进，上述进风机构的控制方法，还包括以下步骤:
[0023]采用速度环、压力环和空气环境质量环三环PID控制策略，对所述进风机构进行控制；速度环通过调节所述风机组的各变频风机的电机转速来调节风道中的风速，风速与电机转速成正比；压力环通过调节变频风机的电机转速来调节风道中的风压，风压与电机转速平方成正比；空气环境质量环通过入口空气环境质量检测参数值来控制风道中的风速及风压的目标值，空气环境质量检测参数值在不同范围内对应不同的风速及风压目标值，空气环境质量检测参数值所表征的空气环境质量越差，所述风速及风压的目标值越高。
[0024]作为进一步改进，上述进风机构的控制方法，其中，所述采用速度环、压力环和空气环境质量环三环PID控制策略，对所述进风机构进行控制的具体步骤如下:
[0025]A、为风道中风速及风压的目标值预设多个档次，不同档次的风速风压目标值对应不同的空气环境质量参数值范围，将所述对应关系保存在一配方表中；
[0026]B、根据当前入口空气环境质量检测参数值和所述配方表，调整风道中的风速及风压的目标值；
[0027]C、根据当前设定的风速及风压的目标值，对变频风机的电机转速进行调整，先根据风速标准值，调整电机转速，然后在调整后电机转速的基础上，结合风压目标值进行微调，调整后的风速值和风压值与标准值相当。
[0028]本发明由于采用了以上技术方案，使其与现有技术相比，具有以下的优点和特占-
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[0029]1、进风机构包括至少两个风机组，每个风机组包括至少两台变频风机，同一组的至少两台变频风机沿进风路径依次间隔排布。该进风机构采用多点全向进风方式，将多个变频风机组成并联的变频风机组，并联后等效为一个新的合成风机特性曲线，使其满足进风参数设计需求，其风量是若干个变频风机风量的叠加，风压保持不变。
[0030]2、各变频风机的进风口分别设置了电动或手动的活动百叶装置，用于打开、关闭进风口。其优势在于:D、在风速、风压等参数达到或者超出控制要求时，可以动态调节各个变频电机，停止其中一个或几个变频电机，为使管道中的回风不透过停止工作风机的进风口泄漏，将自动关闭其相应的进风口的活动百叶装置，以达到节能的效果。2)、在部分变频电机处于漏风状态时，可以关闭这些变频电机进风口的活动百叶装置，来保障风道中的风速风压满足标准值，同时达到节能的效果。3)、在外界环境发生恶化时，如外界发生火灾时，可以通过及时关闭活动百叶装置，对空气净化系统及其内部环境起到保护作用。
[0031]3、阶梯式逐级开启所述风机组的各变频风机，并检测当前风道内的整体风速和风压，如果检测到的风速和风压达到预设的目标值，则停止进一步开启所述风机组中其余的变频风机，反之则进一步开启下一级变频风机；通过该方式能够迅速、有序地选择合适的风机，将通风管道中的风压和风速快速调整到标准值，而不需要工作人员凭借经验进行反复测试和调整。
[0032]4、检测已开启的风机组中各变频风机的状态，判断各变频风机处于正常进风状态或是漏风状态；如果至少一个变频风机处于漏风状态，则降低所述处于漏风状态的变频风机的转速，或者关闭所述处于漏风状态的变频风机并关闭其进风口的百叶装置。一方面防止因漏风而造成不必要的电能浪费，达到节能效果；另一方面，有效防止在漏风情况比较严重时，变频风机的电机过热烧毁。
[0033]5、采用三环PID控制策略，即速度环、压力环和空气环境质量环三环PID控制策略，对进风机构进行控制。空气环境质量检测参数值在不同范围内对应不同的风速及风压目标值，空气环境质量检测参数值所表征的空气环境质量越差，风速及风压的目标值越高，从而能够在空气环境质量较差时，自动加快空气净化的速度，对恶劣的空气质量自动进行应急处理。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1是本发明空气净化系统的进风机构的基本结构示意图。
【具体实施方式】
[0035]实施方式1:
[0036]参见图1，本发明的空气净化系统的进风机构，设置在空气净化系统的风道I前部，包括多个风机组2、入口空气环境质量检测仪表3、入口风压传感器4和入口风速传感器5 ;其中，每个风机组包括多台变频风机，使得进风量在6000m3/h—30000m3/h可调，变频风机的型号可以是T35-11-2.8。同一组的多台变频风机沿进风路径依次间隔排布，不同风机组分布在风道周向的不同方位，以保证沿进风单元路径可以全向吸入不同空间区域的待处理空气,该进风机构采用多点全向进风方式,将多个变频风机组成并联的变频风机组,并联后等效为一个新的合成风机特性曲线，使其满足进风参数设计需求，其风量是若干个变频风机风量的叠加，风压保持不变。
[0037]在每个变频风机的进风口设置有电动或手动操控的百叶装置，用于打开、关闭进风口。其优势在于:D、在风速、风压等参数达到或者超出控制要求时，可以动态调节各个变频电机，停止其中一个或几个变频电机，为使管道中的回风不透过停止工作风机的进风口泄漏，将自动关闭其相应的进风口的活动百叶装置，以达到节能的效果。2)、在部分变频电机处于漏风状态时，可以关闭这些变频电机进风口的活动百叶装置，来保障风道中的风速风压满足标准值，同时达到节能的效果。3)、在外界环境发生恶化时，如外界发生火灾时，可以通过及时关闭活动百叶装置，对空气净化系统及其内部环境起到保护作用。
[0038]入口空气环境质量检测仪表3设置在风道外，该入口空气环境质量检测仪表包括用于检测PM10、PM2.5、一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、臭氧和环境噪音的检测探头中的一种或多种，用于采集进风口外的环境空气质量参数。入口风压传感器4与入口风速传感器5分别设置在风道内；入口风压传感器负责采集风道内的风压参数；入口风速传感器负责采集风道内的风速参数。本进风单元还可以包括轴流变频风机6，如型号HTF (GYF) -1-8，该轴流变频风机设置在风道内的进风单元末端。前述小型变频风机组与轴流变频风机前后串联设置，组成冗余热备工作模式。在风量不变的前提下，可以提高风道中的风压，克服管道中长时间运转时的累积风阻，增强了进风效率。
[0039]实施方式2:
[0040]上述进风机构的进风控制方法包括以下步骤:
[0041]在风机开启时，阶梯式逐级开启所述风机组的各变频风机，并检测当前风道内的整体风速和风压，如果检测到的风速和风压达到预设的目标值，则停止进一步开启所述风机组中其余的变频风机，反之则进一步开启下一级变频风机；通过该方式能够迅速、有序地选择合适的风机，将通风管道中的风压和风速快速调整到标准值，而不需要工作人员凭借经验进行反复测试和调整。
[0042]在阶梯式逐级开启所述风机组的各变频风机的过程中，每开启下一级变频风机后，检测已开启的风机组中各变频风机的状态，判断各变频风机处于正常进风状态或是漏风状态；如果至少一个变频风机处于漏风状态，则降低所述处于漏风状态的变频风机的转速，或者关闭所述处于漏风状态的变频风机并关闭其进风口的百叶装置。从而有效防止风道内的风外泄，一方面防止因漏风而造成不必要的电能浪费，达到节能效果；另一方面，有效防止在漏风情况比较严重时，变频风机的电机负载过大，导致电机过热烧毁。
[0043]具体的说，在风机所处位置处于漏风状态时，如果仍然正常开启该风机，并按照正常情况设置其转速，则风机为了满足预设的转速，需要加大其负载，即增大风机电流。如果漏风情况严重，可能存在类似情况:风机电流增加到最大，也无法抵御漏风的风力，该风机存在漏风情况，风机由于一直无法达到目标转速，所以始终维持在最大电流，电流持续过大，导致电机过热损坏或者烧毁；或者，风机的风力勉强与漏风的风力相抵消情况，在这种情况下，风机同样会应为电流持续过大，而电机过热损坏；或者，即便没有烧毁，但浪费大量电力，且未达到预期的进风效果。
[0044]本实施方式中，在阶梯式逐级开启所述风机组的各变频风机的步骤之后，仍然可以定期检测已开启的风机组中各变频风机的状态，判断各变频风机处于正常进风状态或是漏风状态；如果至少一个变频风机处于漏风状态，则降低所述处于漏风状态的变频风机的转速，或者关闭所述处于漏风状态的变频风机并关闭其进风口的百叶装置。可见，在风速、风压等参数达到控制要求时，同样可以定期检测各风机的状态，动态调节各个变频风机，保障每个风机的进风效果达到最佳，将运行过程中的能量损耗降到最低，降低了系统的运行成本，延长了风机的使用寿命。
[0045]所述检测已开启的风机组中各变频风机的状态的方式可以为:
[0046]预先保存所述风机组中各变频风机在一般环境下、不同电机转速对应的正常电流值；
[0047]在变频风机电机转速已确定的情况下，对已开启的变频风机实际的电流值进行检测，如果检测到的电流值超出所保存的该转速对应的正常电流值，且超出部分比较明显，达到预设差值，则判定该变频风机处于漏风状态。
[0048]上述进风机构的控制方法还包括以下步骤:
[0049]采用速度环、压力环和空气环境质量环三环PID控制策略，对所述进风机构进行控制；速度环通过调节所述风机组的各变频风机的电机转速来调节风道中的风速，风速与电机转速成正比；压力环通过调节变频风机的电机转速来调节风道中的风压，风压与电机转速平方成正比；空气环境质量环通过入口空气环境质量检测参数值来控制风道中的风速及风压的目标值，空气环境质量检测参数值在不同范围内对应不同的风速及风压目标值，空气环境质量检测参数值所表征的空气环境质量越差，所述风速及风压的目标值越高。
[0050]具体步骤如下:
[0051]A、为风道中风速及风压的目标值预设多个档次，不同档次的风速风压目标值对应不同的空气环境质量参数值范围，将所述对应关系保存在一配方表中；
[0052]B、根据当前入口空气环境质量检测参数值和所述配方表，调整风道中的风速及风压的目标值；
[0053]C、根据当前设定的风速及风压的目标值，对变频风机的电机转速进行调整，先根据风速标准值，调整电机转速，然后在调整后电机转速的基础上，结合风压目标值进行微调，调整后的风速值和风压值与标准值相当。
[0054]实施方式3:
[0055]本实施方式与实施方式2大致相同，其区别在于，检测已开启的风机组中各变频风机的状态的方式不同，即判断变频风机漏风的方式不同。
[0056]本实施方式中，在风机组的每个变频风机后，分别设置一个风压传感器和风速传感器，所述检测已开启的风机组中各变频风机的状态的方式为:
[0057]在风机阶梯式逐级开启的过程中，每开启下一级变频风机后，读取该级变频风机对应的风速传感器和风压传感器的检测值，如果检测得到的风速值和风压值低于或者等于上一级的风速值和风压值，则判定该变频风机处于漏风状态。通过该方式，同样能够迅速、有序地选择合适的风机，将通风管道中的风压和风速快速调整到标准值，而不需要工作人员凭借经验进行反复测试和调整。
[0058]并且，可以有效防止风道内的风外泄，一方面防止因漏风而造成不必要的电能浪费，达到节能效果；另一方面，有效防止在漏风情况比较严重时，变频风机的电机负载过大，导致电机过热烧毁。
[0059]实施方式4
[0060]本实施方式与实施方式2相类似，其区别在于，采用速度环、压力环和空气环境质量环三环PID控制的方式略有区别。
[0061] 本实施方式中，当进风口的空气环境质量检测参数值劣于预设值I时，如检测到PM10/PM2.5浓度值高于最大预设值(预设值I)时，表示进风口的颗粒物浓度大，将并联的变频风机组(以及与之串联的轴流变频风机)调节到最大风速以及风压模式，将沿进风管道方向的污染空气快速吸入进风管道(即风道)中进行净化处理；当进风口的空气环境质量检测到空气环境质量检测参数值优于预设值2时，如检测到PM10/PM2.5浓度值低于最小预设值(预设值2)时，表示进风口的颗粒物浓度符合空气环境质量指标，关闭并联风机组中的一个或几个变频风机以及相应的百叶装置，动态调节风机组中工作的变频风机(以及与之串联布置的轴流变频风机)的转速，保证进风管道中的最低风速、最低风压值，使进风单元中的变频风机工作在最佳节能模式；当进风口的空气环境质量检测参数值在预设值I和预设值2之间时，如检测到PM10/PM2.5浓度值在最小值和最大值之间时，将最大值与最小值的差值等比例N等分，为风道中风速及风压的目标值预设N个档次，不同档次的风速风压目标值对应不同的空气环境质量参数值范围，将所述对应关系保存在一配方表中；根据当前检测到的空气环境质量检测参数值(如PM10/PM2.5浓度值)，检索该配方表，确定当前风道中的风速及风压的目标值。根据当前设定的风速及风压的目标值，对变频风机的电机转速进行调整，先根据风速标准值，调整电机转速，然后在调整后电机转速的基础上，结合风压目标值进行微调，调整后的风速值和风压值与标准值相当。
【权利要求】
1.一种空气净化系统的进风机构，设置在空气净化系统的风道前部，其特征在于，包括至少两个风机组、入口风压传感器和入口风速传感器；其中，每个风机组包括至少两台变频风机，同一组的至少两台变频风机沿进风路径依次间隔排布，不同风机组分布在风道周向的不同方位；入口风压传感器与入口风速传感器设置在风道内。
2.如权利要求1所述的空气净化系统的进风机构，其特征在于:还包括轴流变频风机，该轴流变频风机设置在各风机组后的风道内，与各风机组串联，组成冗余热备工作模式。
3.如权利要求1所述的空气净化系统的进风机构，其特征在于:还包括入口空气环境质量检测仪表，其设置在风道外。
4.如权利要求3所述的空气净化系统的进风机构，其特征在于:所述入口空气环境质量检测仪表包括用于检测PM10、PM2.5、一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、臭氧或环境噪音的检测探头中一种或多种的组合。
5.如权利要求1所述的空气净化系统的进风机构，其特征在于:所述风机组的每台变频风机的进风口分别设置有活动百叶装置。
6.如权利要求1至5中任意一项所述进风机构的控制方法，其特征在于:包括以下步骤: 阶梯式逐级开启所述风机组的各变频风机，并检测当前风道内的整体风速和风压，如果检测到的风速和风压达到预设的目标值，则停止进一步开启所述风机组中其余的变频风机，反之则进一步开启下一级变频风机； 检测已开启的风机组中各变频风机的状态，判断各变频风机处于正常进风状态或是漏风状态；如果至少一个变频风机处于漏风状态，则降低所述处于漏风状态的变频风机的转速，或者关闭所述处于漏风状态的变频风机并关闭其进风口的百叶装置。
7.如权利要求6所述的进风机构的控制方法，其特征在于，在阶梯式逐级开启所述风机组的各变频风机的过程中，每开启下一级变频风机后，执行所述检测已开启的风机组中各变频风机的状态的步骤。
8.如权利要求6所述的进风机构的控制方法，其特征在于，在阶梯式逐级开启所述风机组的各变频风机的步骤之后，定期检测已开启的风机组中各变频风机的状态。
9.如权利要求6所述的进风机构的控制方法，其特征在于，所述检测已开启的风机组中各变频风机的状态的方式为: 预先保存所述风机组中各变频风机在一般环境下、不同电机转速对应的正常电流值； 在变频风机电机转速已确定的情况下，对已开启的变频风机实际的电流值进行检测，如果检测到的电流值超出所保存的该转速对应的正常电流值，且超出部分达到预设差值，则判定该变频风机处于漏风状态。
10.如权利要求7所述的进风机构的控制方法，其特征在于，在风机组的每个变频风机后，分别设置一个风压传感器和风速传感器，所述检测已开启的风机组中各变频风机的状态的方式为: 在风机阶梯式逐级开启的过程中，每开启下一级变频风机后，读取该级变频风机对应的风速传感器和风压传感器的检测值，如果检测得到的风速值和风压值低于或者等于上一级的风速值和风压值，则判定该变频风机处于漏风状态。
11.如权利要求6所述的进风机构的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤: 采用速度环、压力环和空气环境质量环三环PID控制策略，对所述进风机构进行控制；速度环通过调节所述风机组的各变频风机的电机转速来调节风道中的风速，风速与电机转速成正比；压力环通过调节变频风机的电机转速来调节风道中的风压，风压与电机转速平方成正比；空气环境质量环通过入口空气环境质量检测参数值来控制风道中的风速及风压的目标值，空气环境质量检测参数值在不同范围内对应不同的风速及风压目标值，空气环境质量检测参数值所表征的空气环境质量越差，所述风速及风压的目标值越高。
12.如权利要求11所述的进风机构的控制方法，其特征在于，所述采用速度环、压力环和空气环境质量环三环PID控制策略，对所述进风机构进行控制的具体步骤如下: A、为风道中风速及风压的目标值预设多个档次，不同档次的风速风压目标值对应不同的空气环境质量参数值范围，将所述对应关系保存在一配方表中； B、根据当前入口空气环境质量检测参数值和所述配方表，调整风道中的风速及风压的目标值； C、根据当前设定的风速及风压的目标值，对变频风机的电机转速进行调整，先根据风速标准值，调整电机转速，然后在调整后电机转速的基础上，结合风压目标值进行微调，调整后的风速值和风压值与标准值相当。
【文档编号】F24F11/02GK104132437SQ201410401364
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年8月14日 优先权日:2014年8月14日
【发明者】史和平, 赵忠 申请人:上海嘉成轨道交通安全保障系统股份公司