一种变风量通风控制系统及控制方法与流程

1.本发明涉及通风柜领域，特别是涉及一种变风量通风控制系统及控制方法。


背景技术：

2.通风柜是实验室重要的安全设备，主要用于排出室内各种废气。在日常的实验时，经常需要进行如倾倒、混合、配置、消化等操作，而这些操作常产生一些有毒、有害的气体、烟雾等，会对实验室工作人员的健康造成一定的危害。通风柜能高效率地将烟雾、气体排放出去，为实验室工作人员提供一个更安全的操作空间。因此，工作人员每天都有很多时间跟通风柜打交道，良好的系统交互对工作人员来说很重要。
3.通风柜的柜面风速在接近0.5m/s的时候，可以很好的防止有害气体的外逸，过低的柜面风速无法有效捕捉排放的有害物质，过高的柜面风速会导致通风柜内气流形成紊流或涡流，同样可能导致有害物质逸出。为确保排风效果，通风柜通常采用vav变风量控制方式，使柜面风速稳定在0.5m/s
±
5%的范围内。在视窗上升和下降的过程中，需要通过位移传感器来获取视窗高度的参数，从而计算出当前视窗高度所需要的风量，根据所需的风量来调节风阀的开度，以获得稳定的柜面速度。这种控制方法可以在一定的响应时间内将柜面风速调整到所需的范围，但是在调节的过程中会有一段时间因为风量不足而导致面风速无法达到理想的风速。例如，当视窗快速拉到最高位置时，在拉升的过程中，高度传感器存在采样周期δt，因而在对应的这段时间δt内柜面风速达不到理想数值。在视窗快速下降的过程中，手部动作和视窗运行会干扰气流的走向，如果风速不足的话，也容易导致有害气体的外逸。因而，需要对现有的变风量通风控制系统的控制方法进行改进。


技术实现要素：

4.本发明的第一个发明目的在于针对背景技术中所述的现有的变风量通风柜的控制系统在响应时间段，柜面风速无法达到理想数值的问题，提供一种能够解决前述问题的变风量通风控制系统。
5.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种变风量通风控制系统，包括控制器、高精度位移传感器和执行器和风阀，高精度位移传感器用于检测变风量通风柜的视窗的位移速度，并将检测到的视窗的位移速度信号传输至控制器，高精度位移传感器与控制器信号连接；风阀用于连接抽风装置，通过调节风阀的开度能够调节通风柜内风量的大小；执行器与风阀连接，执行器与控制器信号连接，执行器能根据控制器发送来的控制信号调节风阀的开度；控制器用于对高精度位移传感器发送来的视窗的位移速度信号进行计算，计算出视窗的高度值，并对视窗的位移速度与临界速度v进行比较，如果视窗的上升速度大于临界速度v，则判定视窗处于快速拉升状态，控制器向执行器发送控制信号，执行器先将风阀的开度调节至最大，待到视窗上升结束后，控制器根据视窗的高度向执行器发送控制信号，使
执行器将风阀的开度调节至与视窗的高度对应的开度；如果视窗的下降速度大于临界速度v，则判定视窗处于快速下降状态，控制器向执行器发送控制信号，执行器缓慢减小风阀的开度，待到视窗下降结束后，控制器根据视窗的高度，向执行器发送控制信号，将风阀开度调节至与视窗的高度对应的开度。
6.在上述方案中，所述的执行器优选电动快速风阀执行器。通过这种设置，能通过控制器快速自动调节风阀的开度，满足风量控制的要求。
7.在上述方案中，所述的高精度位移传感器为高精度拉绳位移传感器。通过这种设置，能使对视窗高度的检测精度更高，响应速度更快。
8.在上述方案中，所述的风阀优选蝶阀。风阀的类型可以根据风量控制的需要来进行选择，优选蝶阀，通过蝶阀可以与执行器配合，实现快速的开度调节。
9.本发明的第二个发明目的在于提供一种变风量通风控制系统的控制方法，包括以下方法：s1、通过高精度位移传感器检测变风量通风柜的视窗的位移速度，并将检测的信号发送至控制器；s2、控制器用于对高精度位移传感器发送来的视窗的位移速度信号进行计算，计算出视窗的高度值，并对视窗的位移速度与临界速度v进行比较，当高精度位移传感器检测到视窗的上升速度大于临界速度v时，则判定视窗处于快速拉升状态，控制器先向执行器发送控制信号，执行器控制风阀的开度开启到最大，待到视窗的高度稳定后，控制器再根据视窗的高度，向执行器发送相应的控制信号，将风阀调整至与视窗的高度相对应的开度；s3、当高精度位移传感器检测到视窗的下降速度大于临界速度v时，则判定视窗处于快速下降状态，控制器向执行器发送控制信号，执行器控制风阀的开度缓慢减小，使风阀开度逐渐减小至与视窗的最后高度相对应的开度，保证在视窗下降的过程中，柜面风速保持充足的状态，以抵消视窗下降造成的气流扰动。
10.在上述方案中，所述的视窗上升速度和下降速度的临界值为0.5m/s。
11.本发明具有积极的效果：本发明的变风量通风控制系统用控制方法，通过检测视窗的上升或下降的速度，来控制风阀的开度，当视窗以较慢的速度上升或下降时，只要根据高精度位移传感器检测的视窗位移速度换算得到的视窗的高度来调节风阀的开度即可，这种状态下，风量的大小能够保障柜面风速达到理想的风速，当视窗快速上升时，先将风阀的开度调节至最大，能使风量达到最大，满足视窗上升过程中的风量需求，防止风量不足导致有害气体的外逸，而当视窗的高度稳定后，再根据视窗的高度来调节风阀的开度，使风量大小与视窗的高度相适应；当视窗快速下降时，所需风量逐渐减小，但是视窗下降时会造成气流扰动，本发明采用了缓慢减小风阀开度的方法，来消除视窗下降造成的气流扰动，防止有害气体的外逸。通过本发明的改进，很好地解决了现有的变风量通风柜的风量控制缺陷，能有效防止有害气体的外逸，提升通风柜的性能。
12.说明书附图图1为本发明的变风量通风控制系统的结构示意图。
13.图2为现有技术中变风量通风控制方法的响应时间曲线图。
14.图3为本发明的变风量通风控制方法的响应时间曲线图。
15.图中，高精度位移传感器1，控制器2，执行器3，风阀4。
具体实施方式
16.下面通过实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.如图1所示，本发明的一种变风量通风控制系统，包括控制器2、高精度位移传感器1、执行器3和风阀4。
18.高精度位移传感器1可以优选为高精度拉绳位移传感器，高精度位移传感器1用于检测变风量通风柜的视窗的位移速度，并将检测到的视窗的位移速度信号传输至控制器2，高精度位移传感器1与控制器2信号连接。
19.风阀4用于连接抽风装置，通过调节风阀4的开度能够调节通风柜内风量的大小。风阀4的类型可以根据风量控制的需要来进行选择，优选蝶阀，例如可以选择250/315的蝶阀。通过蝶阀可以与执行器配合，实现快速的开度调节。执行器与风阀连接，执行器与控制器信号连接，执行器能根据控制器发送来的控制信号调节风阀的开度。
20.执行器3优选电动快速风阀执行器。例如可以选择belimo的lmq24a-sr。通过这种设置，能通过控制器快速自动调节风阀的开度，满足风量控制的要求。
21.控制器2用于对高精度位移传感器1发送来的视窗的位移速度信号进行计算，计算出视窗的高度值，并对视窗的位移速度与临界速度v进行比较，如果视窗的上升速度或下降速度小于临界速度v，则控制器2根据视窗高度向执行器3发送控制信号，使执行器3将风阀4的开度调节至与视窗的高度对应的开度。
22.如果视窗的上升速度大于临界速度v，则判定视窗处于快速拉升状态，控制器2向执行器3发送控制信号，执行器3先将风阀4的开度调节至最大，待到视窗上升结束后，控制器2根据视窗高度，向执行器3发送控制信号，使执行器3将风阀4的开度调节至与视窗的高度对应的开度。
23.如果视窗的下降速度大于临界速度v，则判定视窗处于快速下降状态，控制器2向执行器3发送控制信号，执行器3缓慢减小风阀4的开度，待到视窗下降结束后，控制器2根据视窗高度，向执行器3发送控制信号，将风阀4开度调节至与视窗的高度对应的开度。
24.本发明的变风量通风控制系统的控制方法，包括以下方法：s1、通过高精度位移传感器1检测变风量通风柜的视窗的位移速度，并将检测的信号发送至控制器2；s2、控制器2对高精度位移传感器1发送来的信号进行判断，当高精度位移传感器检测到视窗的上升速度大于临界速度v时，则判定视窗处于快速拉升状态，临界值可以设置为0.5m/s，控制器2先向执行器3发送控制信号，执行器3控制风阀4的开度开启到最大，待到视窗的高度稳定后，控制器2再根据视窗高度，向执行器3发送相应的控制信号，将风阀4调整至与视窗的高度相对应的开度；s3、当高精度位移传感器1检测到视窗的下降速度大于临界速度v时，则判定视窗处于快速下降状态，临界值可以设置为0.5m/s，控制器2向执行器3发送控制信号，执行器3控制风阀4的开度缓慢减小，使风阀4开度逐渐减小至与视窗的最后高度相对应的开度，保证在视窗下降的过程中，柜面风速保持充足的状态，以抵消视窗下降造成的气流扰动。
25.本发明具有积极的效果：本发明的变风量通风控制系统用控制方法，通过检测视窗的上升或下降的速度和视窗的高度两方面参数来共同控制风阀的开度，当视窗以较慢的速度上升或下降时，只要根据视窗高度来调节风阀的开度即可，这种状态下，视窗高度传感器的响应时间δt内,风量的大小调整能够保障柜面风速达到理想的风速，达到很好的通风效果。
26.如图2所示，在现有技术中，当视窗高度快速上升时，在视窗高度传感器的响应时间δt内,风量无法升高到所需的风量，会导致柜面风速的下降，在实验时可能会使有害气体外逸。
27.如图3中的位置1所示，本发明中，当视窗快速上升时，先将风阀的开度调节至最大，能使风量达到最大，满足视窗上升过程中的风量需求，防止风量不足导致有害气体的外逸，而当视窗的高度稳定后，再根据视窗的高度来调节风阀的开度，使风量大小与视窗的高度相适应，这样就避免了视窗高度传感器的采样周期δt时间段内的风量不足的问题，保障了通风柜内的通风效果。
28.如图2所示，在现有技术中，当视窗高度快速下降时，根据视窗的高度来调节风量的变化，如果视窗快速关闭，风阀也会快速关闭。因为视窗快速下降时会产生气流扰动，可能会导致有害气体的外逸。
29.如图3中的位置2所示，在本发明中，当视窗快速下降时，所需风量逐渐减小，本发明采用了缓慢减小风阀开度的方法，来消除视窗下降造成的气流扰动，能有效防止有害气体的外逸。
30.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。