技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及風(fēng)機(jī)控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于LoRa技術(shù)的FFU群控系統(tǒng)。
背景技術(shù)
FFU（風(fēng)機(jī)過(guò)濾機(jī)組）被廣泛應(yīng)用于潔凈車間的空氣凈化。FFU群控系統(tǒng)，是指通過(guò)一個(gè)軟件來(lái)控制所有風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，一般至少包括定時(shí)開(kāi)關(guān)、速度控制、故障報(bào)警、能耗監(jiān)控等功能。FFU群控系統(tǒng)一般由FFU控制器、通訊設(shè)備、群控服務(wù)器構(gòu)成。現(xiàn)有的群控系統(tǒng)，比較常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用485總線加串口服務(wù)器的二層結(jié)構(gòu)。這種系統(tǒng)在實(shí)施時(shí)面臨如下兩個(gè)問(wèn)題：
（1）這些項(xiàng)目施工時(shí)，需要將各個(gè)控制器與串口服務(wù)器通過(guò)485連接起來(lái)，再將串口服務(wù)器連接與群控服務(wù)器連接到同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，施工時(shí)面臨大量的電氣線路連接工作，維護(hù)起來(lái)工作量也很大。
（2）根據(jù)RS485標(biāo)準(zhǔn)，一條485總線最多連接32個(gè)設(shè)備，也就是說(shuō)串口服務(wù)器的一個(gè)485接口只能連接31個(gè)設(shè)備。因此對(duì)于上萬(wàn)臺(tái)FFU的大型系統(tǒng)，就需要大量的串口服務(wù)器。而工業(yè)級(jí)串口服務(wù)器的價(jià)格較高，大量的串口服務(wù)器推高了系統(tǒng)的成本。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于LoRa技術(shù)的FFU群控系統(tǒng)，采用LoRa網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的485網(wǎng)絡(luò)，從而大大減少了大型FFU控制系統(tǒng)的建設(shè)施工工作量，同時(shí)也相應(yīng)減少了后期維修維護(hù)的工作量。
一種基于LoRa技術(shù)的FFU群控系統(tǒng)，其特征在于：
本系統(tǒng)由FFU及FFU控制器、LoRa網(wǎng)關(guān)和FFU群控服務(wù)器構(gòu)成；
所述FFU控制器控制FFU電機(jī)的運(yùn)行并收發(fā)相關(guān)運(yùn)行信息，所述FFU控制器的硬件電路主要包含四部分，電源部分、通信部分、MCU部分和電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分；
所述FFU群控服務(wù)器控制和診斷所有的FFU的運(yùn)行；
所述LoRa網(wǎng)關(guān)作為通訊中介，負(fù)責(zé)FFU群控服務(wù)器與FFU控制器之間的消息傳遞。
進(jìn)一步地，一臺(tái)FFU群控服務(wù)器和多臺(tái)LoRa網(wǎng)關(guān)通過(guò)局域網(wǎng)相連，LoRa網(wǎng)關(guān)的數(shù)量取決于系統(tǒng)規(guī)模。
進(jìn)一步地，F(xiàn)FU控制器中的電源部分將220VAC的市電轉(zhuǎn)化為直流電供各個(gè)部分使用，包括一個(gè)整流濾波電路和兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源模塊；整流濾波電路中的整流橋采用KBPC1510全波整流，濾波電容采用450V，10000μF的電解電容，輸出300VDC左右的電壓供電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分作為直流母線；開(kāi)關(guān)電源模塊選用HIECUBE的AP3.3N03和AP15N03，產(chǎn)生3.3VDC的電壓供MCU部分的單片機(jī)和通信部分使用，產(chǎn)生的15VDC的電壓供電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分中的IPM使用。
進(jìn)一步地，F(xiàn)FU控制器中的通信部分選用基于SX1268芯片的億佰特E22-400T22S模塊，該模塊在本FFU控制器中作為MCU部分的單片機(jī)的收發(fā)器，與單片機(jī)之間進(jìn)行UART通訊。
進(jìn)一步地，F(xiàn)FU控制器中的MCU部分是整個(gè)控制器的核心，選用STM32F103C86T單片機(jī)。該單片機(jī)基于ARM 32-bit Cortex?-M3構(gòu)架，LQFP48封裝，包括32個(gè)IO和3個(gè)UART。單片機(jī)程序主要包含電機(jī)控制和邏輯控制部分。電機(jī)控制部分包含了一套基于無(wú)速度傳感器控制技術(shù)的感應(yīng)電機(jī)控制算法，用于接受控制調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩；邏輯部分主要是與接收與處理服務(wù)器發(fā)過(guò)來(lái)的命令，包括電機(jī)啟停、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、自我診斷。
進(jìn)一步地，F(xiàn)FU控制器中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)由一個(gè)Infineon公司的IRAMS06UP60B智能功率模塊以及外圍的電流采樣電路構(gòu)成；該智能功率模塊接收單片機(jī)發(fā)出的PWM控制信號(hào)，控制六個(gè)內(nèi)置的IGBT，驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述電流采樣電路采集電機(jī)三相電流信；根據(jù)基爾霍夫定律任意時(shí)刻三相電流和為零，實(shí)際只需要采集其中的兩相。
進(jìn)一步地，LoRa網(wǎng)關(guān)與FFU群控服務(wù)器通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)連接，與FFU控制器通過(guò)無(wú)線射頻信號(hào)通訊；LoRa網(wǎng)關(guān)由一個(gè)主控芯片、一個(gè)以太網(wǎng)芯片以及一個(gè)LoRa模塊，外加電源電路以及其他輔助電路構(gòu)成；以太網(wǎng)芯片選用江蘇沁恒的CH395Q；LoRa模塊選用億佰特的E22-400T22S模塊，負(fù)責(zé)控制命令的收發(fā)；主控芯片選用意法半導(dǎo)體的STM32F103C8T6單片機(jī)，用于對(duì)CH395Q和E22-400T22S的初始化、配置以及診斷。
進(jìn)一步地，所述FFU群控服務(wù)器中安裝群控軟件，對(duì)所有的FFU進(jìn)行管理，所述群控軟件采用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server；主要分成配置軟件和運(yùn)行軟件兩部分。
進(jìn)一步地，所述配置軟件配置運(yùn)行畫(huà)面和控制策略；用戶導(dǎo)入車間布局圖，根據(jù)實(shí)際位置在布局圖上安放FFU，完成運(yùn)行畫(huà)面配置；用戶將FFU分組，根據(jù)日期、星期、時(shí)刻制定各組FFU的開(kāi)關(guān)或運(yùn)行速度，完成控制策略的配置。
所述運(yùn)行軟件提供運(yùn)行監(jiān)控畫(huà)面，顯示各組FFU的運(yùn)行情況，包括工作狀態(tài)以及當(dāng)前轉(zhuǎn)速；對(duì)于大型FFU系統(tǒng)通過(guò)配置多顯示器監(jiān)控多組FFU的運(yùn)行情況，或通過(guò)設(shè)定時(shí)間切換顯示。
進(jìn)一步地，所述群控軟件提供數(shù)據(jù)庫(kù)接口，第三方軟件可以通過(guò)該接口隨時(shí)調(diào)用各個(gè)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況，以與其他系統(tǒng)相集成。
本發(fā)明的有益效果為：采用LoRa網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的485網(wǎng)絡(luò)，從而大大減少了大型FFU控制系統(tǒng)的建設(shè)施工工作量，同時(shí)也相應(yīng)減少了后期維修維護(hù)的工作量。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例中所述群控的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例中FFU控制器硬件電路框圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例中FFU控制器的電源部分原理圖。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例中FFU控制器的MCU部分原理圖。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例中FFU控制器的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分原理圖。
圖6為本發(fā)明實(shí)施例中FFU控制器的通信部分原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
本系統(tǒng)由FFU控制器、LoRa網(wǎng)關(guān)、FFU群控服務(wù)器構(gòu)成。其中FFU控制器主要負(fù)責(zé)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)以及收發(fā)信息；FFU群控服務(wù)器里面安裝群控軟件，負(fù)責(zé)控制和診斷所有的FFU的運(yùn)行；LoRa網(wǎng)關(guān)作為通訊中介，負(fù)責(zé)群控服務(wù)器與控制器之間的消息傳遞。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。在該系統(tǒng)中，一臺(tái)安裝了群控軟件的FFU服務(wù)器和多臺(tái)LoRa網(wǎng)關(guān)通過(guò)局域網(wǎng)相連，LoRa網(wǎng)關(guān)的數(shù)量取決于系統(tǒng)規(guī)模。一般小規(guī)模諸如幾百臺(tái)FFU的群控系統(tǒng)僅需1臺(tái)網(wǎng)關(guān)即可，大規(guī)模群控需要根據(jù)潔凈室的布局情況設(shè)計(jì)LoRa網(wǎng)關(guān)的數(shù)量，當(dāng)FFU數(shù)量較多時(shí)一臺(tái)網(wǎng)關(guān)盡量不要超過(guò)連接500臺(tái)FFU控制器。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大容量是可以控制10萬(wàn)臺(tái)FFU。
FFU控制器的主要作用有兩個(gè)，一是驅(qū)動(dòng)FFU電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，二是負(fù)責(zé)通訊信息的收發(fā)。常見(jiàn)的FFU電機(jī)有感應(yīng)電機(jī)和直流無(wú)刷電機(jī)，針對(duì)不同類型的電機(jī)需要設(shè)計(jì)不同的控制電路。本發(fā)明僅以感應(yīng)電機(jī)為例介紹FFU控制器的設(shè)計(jì)。
FFU控制器硬件電路主要包含四部分：電源部分、通信部分、MCU部分和電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分。系統(tǒng)框圖如圖2所示。
其中電源部分的作用是將220VAC的市電轉(zhuǎn)化為直流電供各個(gè)部分使用。主要包括一個(gè)整流濾波電路和兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源模塊。整流濾波電路中的整流橋采用KBPC1510全波整流，濾波電容采用450V，10000μF的電解電容，輸出300VDC左右的電壓供電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分作為直流母線。開(kāi)關(guān)電源模塊選用HIECUBE的AP3.3N03和AP15N03，產(chǎn)生3.3VDC的電壓供單片機(jī)和通信模塊使用，產(chǎn)生的15VDC的電壓供IPM使用。
通信部分選用的是億佰特的E22-400T22S模塊，該模塊是一款基于SX1268芯片的LoRa擴(kuò)頻解決方案。該模塊在本控制器中作為單片機(jī)的收發(fā)器而存在，與單片機(jī)之間進(jìn)行UART通訊。
MCU部分是整個(gè)控制器的核心，選用STM32F103C86T單片機(jī)。該單片機(jī)基于ARM 32-bit Cortex?-M3構(gòu)架，LQFP48封裝，包括32個(gè)IO和3個(gè)UART。單片機(jī)程序主要包含電機(jī)控制和邏輯控制部分。電機(jī)控制部分包含了一套基于無(wú)速度傳感器控制技術(shù)的感應(yīng)電機(jī)控制算法，用于接受控制調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩；邏輯部分主要是與接收與處理服務(wù)器發(fā)過(guò)來(lái)的命令，包括電機(jī)啟停、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、自我診斷等。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分由一個(gè)Infineon公司的IRAMS06UP60B智能功率模塊以及外圍的電流采樣電路構(gòu)成。IRAMS06UP60B是一款專為感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速而設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)模塊，內(nèi)部集成了三相IGBT逆變電路，耐壓600V，單相最大電流6A。該模塊接收單片機(jī)發(fā)出的PWM控制信號(hào)，控制六個(gè)內(nèi)置的IGBT，驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。由于無(wú)速度傳感器控制算法需要采集三相電流信息，所以還設(shè)計(jì)了一個(gè)電流采樣電路，采集三相電流信號(hào)。根據(jù)基爾霍夫定律任意時(shí)刻三相電流和為零，所以實(shí)際只需要采集其中的兩相。
FFU控制器的原理圖和PCB如圖3至6所示。
LoRa網(wǎng)關(guān)的作用是作為FFU群控服務(wù)器與FFU控制器的消息收發(fā)中介。LoRa網(wǎng)關(guān)與FFU群控服務(wù)器通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)連接，與FFU控制器通過(guò)無(wú)線射頻信號(hào)通訊。LoRa網(wǎng)關(guān)主要由一個(gè)主控芯片、一個(gè)以太網(wǎng)芯片以及一個(gè)LoRa模塊，外加電源電路以及其他輔助電路構(gòu)成。以太網(wǎng)芯片選用江蘇沁恒的CH395Q，該芯片自帶10M/100M以太網(wǎng)MAC層和物理層，內(nèi)置了包括IP、TCP、UDP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧固件，單片機(jī)系統(tǒng)可以方便地通過(guò)該芯片進(jìn)行以太網(wǎng)通訊。LoRa模塊仍然選用億佰特的E22-400T22S模塊，作用和在FFU控制器中一樣，負(fù)責(zé)控制命令的收發(fā)。主控芯片選用意法半導(dǎo)體的STM32F103C8T6單片機(jī)，用于對(duì)CH395Q和E22-400T22S的初始化、配置以及診斷。
群控軟件主要作用是對(duì)所有的FFU進(jìn)行管理，采用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQLServer。主要分成兩部分，一是配置軟件，二是運(yùn)行軟件。
配置軟件主要作用是配置運(yùn)行畫(huà)面和控制策略。用戶導(dǎo)入車間布局圖，根據(jù)實(shí)際位置在布局圖上安放FFU，完成運(yùn)行畫(huà)面配置；用戶將FFU分組，根據(jù)日期、星期、時(shí)刻制定各組FFU的開(kāi)關(guān)或運(yùn)行速度，完成控制策略的配置。
運(yùn)行軟件主要提供運(yùn)行監(jiān)控畫(huà)面，顯示各組FFU的運(yùn)行情況，包括狀態(tài)（運(yùn)行、停止、故障、離線等）以及當(dāng)前轉(zhuǎn)速。對(duì)于大型FFU系統(tǒng)可以通過(guò)配置多顯示器監(jiān)控多組FFU的運(yùn)行情況，也可以通過(guò)設(shè)定時(shí)間切換顯示。
除此以外，本軟件提供數(shù)據(jù)庫(kù)接口，第三方軟件可以通過(guò)該接口隨時(shí)調(diào)用各個(gè)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況，便于與其他系統(tǒng)相集成。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書(shū)中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。
本發(fā)明涉及風(fēng)機(jī)控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于LoRa技術(shù)的FFU群控系統(tǒng)。
背景技術(shù)
FFU（風(fēng)機(jī)過(guò)濾機(jī)組）被廣泛應(yīng)用于潔凈車間的空氣凈化。FFU群控系統(tǒng)，是指通過(guò)一個(gè)軟件來(lái)控制所有風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，一般至少包括定時(shí)開(kāi)關(guān)、速度控制、故障報(bào)警、能耗監(jiān)控等功能。FFU群控系統(tǒng)一般由FFU控制器、通訊設(shè)備、群控服務(wù)器構(gòu)成。現(xiàn)有的群控系統(tǒng)，比較常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用485總線加串口服務(wù)器的二層結(jié)構(gòu)。這種系統(tǒng)在實(shí)施時(shí)面臨如下兩個(gè)問(wèn)題：
（1）這些項(xiàng)目施工時(shí)，需要將各個(gè)控制器與串口服務(wù)器通過(guò)485連接起來(lái)，再將串口服務(wù)器連接與群控服務(wù)器連接到同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，施工時(shí)面臨大量的電氣線路連接工作，維護(hù)起來(lái)工作量也很大。
（2）根據(jù)RS485標(biāo)準(zhǔn)，一條485總線最多連接32個(gè)設(shè)備，也就是說(shuō)串口服務(wù)器的一個(gè)485接口只能連接31個(gè)設(shè)備。因此對(duì)于上萬(wàn)臺(tái)FFU的大型系統(tǒng)，就需要大量的串口服務(wù)器。而工業(yè)級(jí)串口服務(wù)器的價(jià)格較高，大量的串口服務(wù)器推高了系統(tǒng)的成本。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于LoRa技術(shù)的FFU群控系統(tǒng)，采用LoRa網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的485網(wǎng)絡(luò)，從而大大減少了大型FFU控制系統(tǒng)的建設(shè)施工工作量，同時(shí)也相應(yīng)減少了后期維修維護(hù)的工作量。
一種基于LoRa技術(shù)的FFU群控系統(tǒng)，其特征在于：
本系統(tǒng)由FFU及FFU控制器、LoRa網(wǎng)關(guān)和FFU群控服務(wù)器構(gòu)成；
所述FFU控制器控制FFU電機(jī)的運(yùn)行并收發(fā)相關(guān)運(yùn)行信息，所述FFU控制器的硬件電路主要包含四部分，電源部分、通信部分、MCU部分和電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分；
所述FFU群控服務(wù)器控制和診斷所有的FFU的運(yùn)行；
所述LoRa網(wǎng)關(guān)作為通訊中介，負(fù)責(zé)FFU群控服務(wù)器與FFU控制器之間的消息傳遞。
進(jìn)一步地，一臺(tái)FFU群控服務(wù)器和多臺(tái)LoRa網(wǎng)關(guān)通過(guò)局域網(wǎng)相連，LoRa網(wǎng)關(guān)的數(shù)量取決于系統(tǒng)規(guī)模。
進(jìn)一步地，F(xiàn)FU控制器中的電源部分將220VAC的市電轉(zhuǎn)化為直流電供各個(gè)部分使用，包括一個(gè)整流濾波電路和兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源模塊；整流濾波電路中的整流橋采用KBPC1510全波整流，濾波電容采用450V，10000μF的電解電容，輸出300VDC左右的電壓供電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分作為直流母線；開(kāi)關(guān)電源模塊選用HIECUBE的AP3.3N03和AP15N03，產(chǎn)生3.3VDC的電壓供MCU部分的單片機(jī)和通信部分使用，產(chǎn)生的15VDC的電壓供電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分中的IPM使用。
進(jìn)一步地，F(xiàn)FU控制器中的通信部分選用基于SX1268芯片的億佰特E22-400T22S模塊，該模塊在本FFU控制器中作為MCU部分的單片機(jī)的收發(fā)器，與單片機(jī)之間進(jìn)行UART通訊。
進(jìn)一步地，F(xiàn)FU控制器中的MCU部分是整個(gè)控制器的核心，選用STM32F103C86T單片機(jī)。該單片機(jī)基于ARM 32-bit Cortex?-M3構(gòu)架，LQFP48封裝，包括32個(gè)IO和3個(gè)UART。單片機(jī)程序主要包含電機(jī)控制和邏輯控制部分。電機(jī)控制部分包含了一套基于無(wú)速度傳感器控制技術(shù)的感應(yīng)電機(jī)控制算法，用于接受控制調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩；邏輯部分主要是與接收與處理服務(wù)器發(fā)過(guò)來(lái)的命令，包括電機(jī)啟停、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、自我診斷。
進(jìn)一步地，F(xiàn)FU控制器中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)由一個(gè)Infineon公司的IRAMS06UP60B智能功率模塊以及外圍的電流采樣電路構(gòu)成；該智能功率模塊接收單片機(jī)發(fā)出的PWM控制信號(hào)，控制六個(gè)內(nèi)置的IGBT，驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述電流采樣電路采集電機(jī)三相電流信；根據(jù)基爾霍夫定律任意時(shí)刻三相電流和為零，實(shí)際只需要采集其中的兩相。
進(jìn)一步地，LoRa網(wǎng)關(guān)與FFU群控服務(wù)器通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)連接，與FFU控制器通過(guò)無(wú)線射頻信號(hào)通訊；LoRa網(wǎng)關(guān)由一個(gè)主控芯片、一個(gè)以太網(wǎng)芯片以及一個(gè)LoRa模塊，外加電源電路以及其他輔助電路構(gòu)成；以太網(wǎng)芯片選用江蘇沁恒的CH395Q；LoRa模塊選用億佰特的E22-400T22S模塊，負(fù)責(zé)控制命令的收發(fā)；主控芯片選用意法半導(dǎo)體的STM32F103C8T6單片機(jī)，用于對(duì)CH395Q和E22-400T22S的初始化、配置以及診斷。
進(jìn)一步地，所述FFU群控服務(wù)器中安裝群控軟件，對(duì)所有的FFU進(jìn)行管理，所述群控軟件采用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server；主要分成配置軟件和運(yùn)行軟件兩部分。
進(jìn)一步地，所述配置軟件配置運(yùn)行畫(huà)面和控制策略；用戶導(dǎo)入車間布局圖，根據(jù)實(shí)際位置在布局圖上安放FFU，完成運(yùn)行畫(huà)面配置；用戶將FFU分組，根據(jù)日期、星期、時(shí)刻制定各組FFU的開(kāi)關(guān)或運(yùn)行速度，完成控制策略的配置。
所述運(yùn)行軟件提供運(yùn)行監(jiān)控畫(huà)面，顯示各組FFU的運(yùn)行情況，包括工作狀態(tài)以及當(dāng)前轉(zhuǎn)速；對(duì)于大型FFU系統(tǒng)通過(guò)配置多顯示器監(jiān)控多組FFU的運(yùn)行情況，或通過(guò)設(shè)定時(shí)間切換顯示。
進(jìn)一步地，所述群控軟件提供數(shù)據(jù)庫(kù)接口，第三方軟件可以通過(guò)該接口隨時(shí)調(diào)用各個(gè)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況，以與其他系統(tǒng)相集成。
本發(fā)明的有益效果為：采用LoRa網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的485網(wǎng)絡(luò)，從而大大減少了大型FFU控制系統(tǒng)的建設(shè)施工工作量，同時(shí)也相應(yīng)減少了后期維修維護(hù)的工作量。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例中所述群控的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例中FFU控制器硬件電路框圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例中FFU控制器的電源部分原理圖。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例中FFU控制器的MCU部分原理圖。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例中FFU控制器的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分原理圖。
圖6為本發(fā)明實(shí)施例中FFU控制器的通信部分原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
本系統(tǒng)由FFU控制器、LoRa網(wǎng)關(guān)、FFU群控服務(wù)器構(gòu)成。其中FFU控制器主要負(fù)責(zé)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)以及收發(fā)信息；FFU群控服務(wù)器里面安裝群控軟件，負(fù)責(zé)控制和診斷所有的FFU的運(yùn)行；LoRa網(wǎng)關(guān)作為通訊中介，負(fù)責(zé)群控服務(wù)器與控制器之間的消息傳遞。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。在該系統(tǒng)中，一臺(tái)安裝了群控軟件的FFU服務(wù)器和多臺(tái)LoRa網(wǎng)關(guān)通過(guò)局域網(wǎng)相連，LoRa網(wǎng)關(guān)的數(shù)量取決于系統(tǒng)規(guī)模。一般小規(guī)模諸如幾百臺(tái)FFU的群控系統(tǒng)僅需1臺(tái)網(wǎng)關(guān)即可，大規(guī)模群控需要根據(jù)潔凈室的布局情況設(shè)計(jì)LoRa網(wǎng)關(guān)的數(shù)量，當(dāng)FFU數(shù)量較多時(shí)一臺(tái)網(wǎng)關(guān)盡量不要超過(guò)連接500臺(tái)FFU控制器。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大容量是可以控制10萬(wàn)臺(tái)FFU。
FFU控制器的主要作用有兩個(gè)，一是驅(qū)動(dòng)FFU電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，二是負(fù)責(zé)通訊信息的收發(fā)。常見(jiàn)的FFU電機(jī)有感應(yīng)電機(jī)和直流無(wú)刷電機(jī)，針對(duì)不同類型的電機(jī)需要設(shè)計(jì)不同的控制電路。本發(fā)明僅以感應(yīng)電機(jī)為例介紹FFU控制器的設(shè)計(jì)。
FFU控制器硬件電路主要包含四部分：電源部分、通信部分、MCU部分和電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分。系統(tǒng)框圖如圖2所示。
其中電源部分的作用是將220VAC的市電轉(zhuǎn)化為直流電供各個(gè)部分使用。主要包括一個(gè)整流濾波電路和兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源模塊。整流濾波電路中的整流橋采用KBPC1510全波整流，濾波電容采用450V，10000μF的電解電容，輸出300VDC左右的電壓供電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分作為直流母線。開(kāi)關(guān)電源模塊選用HIECUBE的AP3.3N03和AP15N03，產(chǎn)生3.3VDC的電壓供單片機(jī)和通信模塊使用，產(chǎn)生的15VDC的電壓供IPM使用。
通信部分選用的是億佰特的E22-400T22S模塊，該模塊是一款基于SX1268芯片的LoRa擴(kuò)頻解決方案。該模塊在本控制器中作為單片機(jī)的收發(fā)器而存在，與單片機(jī)之間進(jìn)行UART通訊。
MCU部分是整個(gè)控制器的核心，選用STM32F103C86T單片機(jī)。該單片機(jī)基于ARM 32-bit Cortex?-M3構(gòu)架，LQFP48封裝，包括32個(gè)IO和3個(gè)UART。單片機(jī)程序主要包含電機(jī)控制和邏輯控制部分。電機(jī)控制部分包含了一套基于無(wú)速度傳感器控制技術(shù)的感應(yīng)電機(jī)控制算法，用于接受控制調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩；邏輯部分主要是與接收與處理服務(wù)器發(fā)過(guò)來(lái)的命令，包括電機(jī)啟停、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、自我診斷等。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分由一個(gè)Infineon公司的IRAMS06UP60B智能功率模塊以及外圍的電流采樣電路構(gòu)成。IRAMS06UP60B是一款專為感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速而設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)模塊，內(nèi)部集成了三相IGBT逆變電路，耐壓600V，單相最大電流6A。該模塊接收單片機(jī)發(fā)出的PWM控制信號(hào)，控制六個(gè)內(nèi)置的IGBT，驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。由于無(wú)速度傳感器控制算法需要采集三相電流信息，所以還設(shè)計(jì)了一個(gè)電流采樣電路，采集三相電流信號(hào)。根據(jù)基爾霍夫定律任意時(shí)刻三相電流和為零，所以實(shí)際只需要采集其中的兩相。
FFU控制器的原理圖和PCB如圖3至6所示。
LoRa網(wǎng)關(guān)的作用是作為FFU群控服務(wù)器與FFU控制器的消息收發(fā)中介。LoRa網(wǎng)關(guān)與FFU群控服務(wù)器通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)連接，與FFU控制器通過(guò)無(wú)線射頻信號(hào)通訊。LoRa網(wǎng)關(guān)主要由一個(gè)主控芯片、一個(gè)以太網(wǎng)芯片以及一個(gè)LoRa模塊，外加電源電路以及其他輔助電路構(gòu)成。以太網(wǎng)芯片選用江蘇沁恒的CH395Q，該芯片自帶10M/100M以太網(wǎng)MAC層和物理層，內(nèi)置了包括IP、TCP、UDP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧固件，單片機(jī)系統(tǒng)可以方便地通過(guò)該芯片進(jìn)行以太網(wǎng)通訊。LoRa模塊仍然選用億佰特的E22-400T22S模塊，作用和在FFU控制器中一樣，負(fù)責(zé)控制命令的收發(fā)。主控芯片選用意法半導(dǎo)體的STM32F103C8T6單片機(jī)，用于對(duì)CH395Q和E22-400T22S的初始化、配置以及診斷。
群控軟件主要作用是對(duì)所有的FFU進(jìn)行管理，采用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQLServer。主要分成兩部分，一是配置軟件，二是運(yùn)行軟件。
配置軟件主要作用是配置運(yùn)行畫(huà)面和控制策略。用戶導(dǎo)入車間布局圖，根據(jù)實(shí)際位置在布局圖上安放FFU，完成運(yùn)行畫(huà)面配置；用戶將FFU分組，根據(jù)日期、星期、時(shí)刻制定各組FFU的開(kāi)關(guān)或運(yùn)行速度，完成控制策略的配置。
運(yùn)行軟件主要提供運(yùn)行監(jiān)控畫(huà)面，顯示各組FFU的運(yùn)行情況，包括狀態(tài)（運(yùn)行、停止、故障、離線等）以及當(dāng)前轉(zhuǎn)速。對(duì)于大型FFU系統(tǒng)可以通過(guò)配置多顯示器監(jiān)控多組FFU的運(yùn)行情況，也可以通過(guò)設(shè)定時(shí)間切換顯示。
除此以外，本軟件提供數(shù)據(jù)庫(kù)接口，第三方軟件可以通過(guò)該接口隨時(shí)調(diào)用各個(gè)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況，便于與其他系統(tǒng)相集成。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書(shū)中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。
