一种空气悬浮离心风机的控制系统
技术领域
本发明涉及空气悬浮离心风机控制技术领域，具体涉及一种空气悬浮离心风机的控制系统。
背景技术
现实生活生产中，操作人员主要采用手动控制方式去空气悬浮离心风机的工作状态，即操作人员只能根据经验手动调节鼓风机静叶角度去改变风机系统出口的流量压力以满足生产需要，该方式控制精度差，工作量大。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种空气悬浮离心风机的控制系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种空气悬浮离心风机的控制系统，该控制系统包括：数据采集模块、PLC主控模块和变频器；其中，所述数据采集模块、PLC主控模块和变频器依次连接，所述变频器的输出端与空气悬浮离心风机的电机连接；
所述数据采集模块，用于实时采集所述空气悬浮离心风机的运行参数，并将采集的运行参数发送至所述PLC主控模块；
所述PLC主控模块，用于对接收到的运行参数进行处理，并将处理后的运行参数和对应的预设的风机运行参数进行比较，若|X-X0|＞λ，则控制调整所述变频器至相应的输出频率，从而改变所述空气悬浮离心风机的电机转速，实现对所述空气悬浮离心风机工作状态的调节，其中，X为处理后的运行参数，X0为预设的风机运行参数，λ为预设的阈值。
优选地，所述数据采集模块包括：
用于实时采集所述空气悬浮离心风机工作时电流值的电流传感器，
用于实时采集所述空气悬浮离心风机工作时电压值的电压传感器，
用于实时采集所述空气悬浮离心风机工作时功率值的功率传感器，
用于实时采集所述空气悬浮离心风机工作时转速值的转速传感器，
用于实时采集所述空气悬浮离心风机工作时温度值的温度传感器，
用于实时采集所述空气悬浮离心风机工作时出风口压力值的压力传感器，
和，用于实时采集所述空气悬浮离心风机工作时出风口流量值的流量传感器。
优选地，该控制系统还包括：与所述PLC主控模块连接的预警模块，和，与所述预警模块连接的显示模块；
所述PLC主控模块，还用于在所述空气悬浮离心风机的转速达到设定的转速阈值，但其出风口压力值低于设定的压力阈值，
和/或，
其出风口流量值低于设定的流量阈值时，发送第一驱动指令至所述预警模块，所述预警模块根据接收到的第一驱动指令发出预警信息，并由所述显示模块予以显示。
优选地，该控制系统还包括：与所述PLC主控模块连接的风机制动模块；
所述PLC主控模块，还用于在所述空气悬浮离心风机的转速达到设定的转速阈值，但其出风口压力值低于设定的停机压力阈值，和/或，其出风口流量值低于设定的停机流量阈值时，分别发送第二驱动指令至所述预警模块和风机制动模块，所述预警模块根据接收到的第二驱动指令发出预警信息，所述风机制动模块根据接收到的第二驱动指令对所述空气悬浮离心风机执行停机操作。
优选地，该控制系统还包括：与所述PLC主控模块连接的外部信号获取模块，所述外部信号获取模块，用于获取外部输入的预设的风机运行参数，并发送至所述PLC主控模块。
本发明的有益效果为：本发明的目的在于提供一种空气悬浮离心风机的控制系统，可以实现对空气悬浮离心风机运行状态进行控制，进而调节空气悬浮离心风机的风量、风压的输出大小，实现对空气悬浮离心风机的智能化控制。该控制系统控制精度高，减轻了操作人员的工作负担，能够满足生产需要，适合推广应用。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的一种空气悬浮离心风机的控制系统的框架结构图；
图2是本发明实施例提供的空气悬浮离心风机的立体图。
附图标记：数据采集模块1、PLC主控模块2、变频器3、预警模块4、显示模块5、风机制动模块6、外部信号获取模块7、机壳11、电机12、压缩机13、入风口14、出风口15、过滤结构16、电控箱17。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1-2，一种空气悬浮离心风机的控制系统，该控制系统包括：数据采集模块1、PLC主控模块2和变频器3；其中，所述数据采集模块1、PLC主控模块2和变频器3依次连接，所述变频器3的输出端与空气悬浮离心风机的电机12连接；
所述数据采集模块1，用于实时采集所述空气悬浮离心风机的运行参数，并将采集的运行参数发送至所述PLC主控模块2；
所述PLC主控模块2，用于对接收到的运行参数进行处理，并将处理后的运行参数和对应的预设的风机运行参数进行比较，若|X-X0|＞λ，则控制调整所述变频器至相应的输出频率，从而改变所述空气悬浮离心风机的电机转速，实现对所述空气悬浮离心风机工作状态的调节，其中，X为处理后的运行参数，X0为预设的风机运行参数，λ为预设的阈值。所述运行参数包括：空气悬浮离心风机运行时的电流值、功率值、转速值、压力值和流量值。
优选地，所述数据采集模块1包括：
用于实时采集所述空气悬浮离心风机工作时电流值的电流传感器，
用于实时采集所述空气悬浮离心风机工作时电压值的电压传感器，
用于实时采集所述空气悬浮离心风机工作时功率值的功率传感器，
用于实时采集所述空气悬浮离心风机工作时转速值的转速传感器，
用于实时采集所述空气悬浮离心风机工作时温度值的温度传感器，
用于实时采集所述空气悬浮离心风机工作时出风口压力值的压力传感器，
和，用于实时采集所述空气悬浮离心风机工作时出风口流量值的流量传感器。
优选地，该控制系统还包括：与所述PLC主控模块连接的预警模块4，和，与所述预警模块4连接的显示模块5；
所述PLC主控模块2，还用于在所述空气悬浮离心风机的转速达到设定的转速阈值，但其出风口压力值低于设定的压力阈值，
和/或，
其出风口流量值低于设定的流量阈值时，发送第一驱动指令至所述预警模块4，所述预警模块4根据接收到的第一驱动指令发出预警信息，并由所述显示模块5予以显示。
优选地，该控制系统还包括：用于显示所述预警信息的显示模块5。
优选地，该控制系统还包括：与所述PLC主控模块2连接的风机制动模块6；
所述PLC主控模块2，还用于在所述空气悬浮离心风机的转速达到设定的转速阈值，但其出风口压力值低于设定的停机压力阈值，和/或，其出风口流量值低于设定的停机流量阈值时，分别发送第二驱动指令至所述预警模块4和风机制动模块6，所述预警模块4根据接收到的第二驱动指令发出预警信息，所述风机制动模块6根据接收到的第二驱动指令对所述空气悬浮离心风机执行停机操作。
优选地，所述电流传感器、电压传感器、功率传感器、转速传感器、温度传感器、压力传感器和流量传感器通过有线方式与所述PLC主控模块2连接。
优选地，该控制系统还包括：与所述PLC主控模块2连接的外部信号获取模块7，所述外部信号获取模块7，用于获取外部输入的预设的风机运行参数，并发送至所述PLC主控模块2。通过外部信号获取模块7，可以根据客户需求自行设置相应的预设的风机运行参数，满足客户实际需求。
图2示出了空气悬浮离心风机的立体图，该空气悬浮离心风机包括：机壳11、电机12、压缩机13、入风口14、出风口15、过滤结构16和电控箱17；其中，所述电机12的转子连接压缩机13的叶轮，所述叶轮从入风口14吸气，气体经所述过滤结构16后进入所述压缩机13，被叶轮做功，压力、速度发生改变后，从所述出风口15流出。
本发明实施例提供了一种空气悬浮离心风机的控制系统，可以实现对空气悬浮离心风机运行状态进行控制，进而调节空气悬浮离心风机的风量、风压的输出大小，实现对空气悬浮离心风机的智能化控制。该控制系统控制精度高，减轻了操作人员的工作负担，能够满足生产需要，适合推广应用。
在一种可选的实施方式中，所述数据采集模块1包括：多个传感器节点和一个基站设备；
所述传感器节点，部署于监测区域内，其用于采集其监测位置处的运行数据；
所述基站设备，部署于监测区域的中心位置，用于汇聚各传感器节点采集的运行数据，经压缩处理后转发至所述通讯基站。
在一种可选的实施方式中，所述传感器节点包括：用于实时采集所述空气悬浮离心风机工作时电流值的电流传感器，
用于实时采集所述空气悬浮离心风机工作时电压值的电压传感器，
用于实时采集所述空气悬浮离心风机工作时功率值的功率传感器，
用于实时采集所述空气悬浮离心风机工作时转速值的转速传感器，
用于实时采集所述空气悬浮离心风机工作时温度值的温度传感器，
用于实时采集所述空气悬浮离心风机工作时出风口压力值的压力传感器，
和，用于实时采集所述空气悬浮离心风机工作时出风口流量值的流量传感器。
在一种可选的实施方式中，所述多个传感器节点和一个基站设备通过自组织方式构成一个无线传感器网络。
在一种可选的实施方式中，所述传感器节点和基站设备构成的无线传感器网络为分簇网络结构；其构建过程如下：
(1)传感器节点和基站设备部署完成后，以基站设备为中心，将监测区域划分为N个监测子区域，具体是：以基站设备为中心，分别以[R0+(n-1)·ΔR]为半径绘制圆形区域，得到N个同心圆，n＝1，2，3，..，N；其中，将第n个同心圆和第(n-1)个同心圆所围成的环形区域记为第n个监测子区域，将n＝1时的圆形区域记为第一个监测子区域；R0为预设的第1个圆形区域的半径，ΔR为相邻两个同心圆的变径间隔；优选地，所述N的大小可通过下式具体确定：
式中，
(2)所述基站设备进行全网广播，各传感器节点接到广播后，将携带有自身信息的数据包回传至所述基站设备，所述基站设备根据接收到的数据包，计算各传感器节点能够成为汇聚簇首节点的概率值，从各监测子区域中指定概率值最大的传感器节点作为汇聚簇首节点，其中，传感器节点si能够成为汇聚簇首节点的概率值可通过下式计算得到：
式中，P(si)为传感器节点si能够成为汇聚簇首节点的概率值，J为传感器节点si邻居节点数，其中，所述邻居节点是指位于传感器节点si最优通信半径内的传感器节点，Z总为该无线传感器网络中传感器节点总数，Eres(si)、Eres(sj)分别为传感器节点si、传感器节点sj的当前剩余能量值，Con(si)为传感器节点si的节点拥塞系数，其用于表征传感器节点si的拥塞程度，χ(si)为传感器节点si的综合性能指标值，即所述综合性能指标值是根据传感器节点自身的硬件属性，如传感器节点的容错率、感知数据的能力等而预设的数值；dis(si，sj)为传感器节点si与传感器节点sj之间的空间距离，dis(si，sink)为传感器节点si与基站设备sink之间的空间距离，α、β、γ为权重系数，其满足：α+β+γ＝1；
(3)汇聚簇首节点确定后，所述基站设备根据确定的汇聚簇首节点以及剩余传感器节点的数据包信息，从各监测子区域中指定一传感器节点作为簇间转发节点；
(4)当选为汇聚簇首节点的传感器节点进行全网广播，其所在监测子区域内的未当选为簇间转发节点的传感器节点作为簇成员节点，加入到该汇聚簇首节点中，最终实现分簇。
有益效果：通过上述方式构建分簇结构的无线传感器网络，首先基于部署好的传感器节点和基站设备，将监测区域划分成N个监测子区域，然后基于划分好的监测子区域，确定各监测子区域的汇聚簇首节点和簇间转发节点，其中，汇聚簇首节点承担着汇聚和和转发簇内成员节点感知的运行数据的任务，簇间转发节点承担着转发来自其他监测子区域的汇聚簇首节点发送过来的运行数据的任务，通过监测子区域内汇聚簇首节点和簇间转发节点的分工合作，可以很好的将各传感器节点感知的运行数据转发至基站设备，同时选择分工合作，而不是汇聚簇首节点也充当簇间转发的任务，也减轻了汇聚簇首节点的负担，保证其簇内运行数据的可靠性和稳定性。其中，在确定传感器节点能否担任汇聚簇首节点时，考虑了其邻居节点数、其自身传感器节点当前剩余能量值、其邻居节点当前剩余能量值、其节点拥塞系数以及距离等多方面的影响，从而能够对传感器节点能否作为汇聚簇首节点的全面评估，保证选择出最适合的传感器节点作为汇聚簇首节点，达到均衡无线传感器网络的目的。
在一种可选的实施方式中，所述的汇聚簇首节点确定后，所述基站设备根据确定的汇聚簇首节点以及剩余传感器节点的数据包信息，从各监测子区域中指定一传感器节点作为簇间转发节点，具体是：计算各监测子区域内传感器节点能够作为簇间转发节点的概率值，从中选择概率值最大的传感器节点作为簇间转发节点，其中，传感器节点能够作为簇间转发节点的概率值的计算公式如下：
式中，PL(sa)为传感器节点sa能够作为簇间转发节点的概率值，K为传感器节点sa的邻居节点中属于汇聚簇首节点的个数，N为汇聚簇首节点个数，Eres(sa)为传感器节点sa的当前剩余能量值，Eres(Headk)为汇聚簇首节点Headk的当前剩余能量值，Link(sa)为传感器节点sa的链路连通度值，其计算式子为：
有益效果：由于簇间转发节点承担着转发来自汇聚簇首节点运行数据的重担，其性能的好坏直接回影响到后续该控制系统的可靠性。因此，通过计算各监测子区域内传感器节点能否作为簇间转发节点的概率值，从而选择出高可靠性的传感器节点作为簇间转发节点。其中，在计算传感器节点能够作为簇间转发节点的概率值，考虑了其邻居节点中的汇聚簇首节点个数及其能量的影响，还考虑了其自身的链路连通度、综合性能指标，从而能够选择出当前剩余能量值大、链路连通度搞、综合性能指标高的传感器节点作为簇间转发节点，保障整个无线传感器网络能够可靠稳定的运行，并同时达到均衡无线传感器网络能量的目的。
在一种可选的实施方式中，各传感器节点的最优通信半径可通过下式计算得到：
式中，R(sb)为传感器节点sb的最优通信半径，
有益效果：在确定传感器节点的最优通信半径时，考虑了无线传感器网络中各传感器节点距离基站设备的最远空间距离、最近空间距离以及自身的最大感知半径等因素的影响，从而能够根据各传感器节点的实际情况得到相应的传感器节点的最优通信半径，便于后续构建一个高可靠性的、分簇结构的无线传感器网络。
以下结合具体实施例对本发明提供的空气悬浮离心风机的控制系统做进一步说明。
本发明上述实施例给出的空气悬浮离心风机的控制系统有五种工作模式，下面是针对该五种工作模式进行的展开说明；
(1)在定电流控制模式下，PLC主控模块2对接收到的来自数据采集模块1实时采集的电流值，经处理后和预设的风机运行电流值进行比较，若|I-I0|＞λI，则控制调整所述变频器3至相应的输出频率，从而改变所述空气悬浮离心风机的电机转速，实现对所述空气悬浮离心风机工作状态的调节，具体是：变频器3根据运行指令，改变自身输出频率，进而改变空气悬浮离心风机的电机转速，从而改变电机的电流；通过将采集的电机电流值和预设的风机运行电流值进行反复比较，最终使得空气悬浮立即风机运行电流与预设的风机运行电流值接近或者相等，其中，I为处理后的电流值，I0为预设的风机运行电流值，λI为预设的电流绝对值阈值。PLC主控模块2还用于在所述空气悬浮离心风机的转速达到设定的转速阈值，但其出风口压力值低于设定的压力阈值，和/或，其出风口流量值低于设定的流量阈值时，发送第一驱动指令至所述预警模块4，所述预警模块4根据接收到的第一驱动指令发出预警信息，并由显示模块5显示该预警信息，PLC主控模块2还用于在所述空气悬浮离心风机的转速达到设定的转速阈值，但其出风口压力值低于设定的停机压力阈值，和/或，其出风口流量值低于设定的停机流量阈值时，分别发送第二驱动指令至所述预警模块4和风机制动模块6，所述预警模块4根据接收到的第二驱动指令发出预警信息，并由显示模块5进行显示，所述风机制动模块6根据接收到的第二驱动指令对所述空气悬浮离心风机执行停机操作，以对风机进行保护。
(2)在定功率控制模式下，PLC主控模块2对接收到的来自数据采集模块1实时采集的功率值，经处理后和预设的风机运行功率值进行比较，若|P-P0|＞λP，则PLC主控模块2生成相应的运行指令，并发送该运行指令至变频器3，变频器3根据接收到的运行指令执行相应的操作控制调整所述变频器至相应的输出频率，从而改变所述空气悬浮离心风机的电机转速，实现对所述空气悬浮离心风机工作状态的调节，具体是：变频器3根据运行指令，改变自身输出频率，进而改变空气悬浮离心风机的电机转速，从而改变电机功率；通过将采集的电机功率值和预设的风机运行功率值进行反复比较，最终使得空气悬浮离心风机运行电流功率与预设的风机运行功率值接近或者相等，P为处理后的功率值，P0为预设的风机运行功率值，λP为预设的功率绝对值阈值。PLC主控模块2还用于在所述空气悬浮离心风机的转速达到设定的转速阈值，但其出风口压力值低于设定的压力阈值，和/或，其出风口流量值低于设定的流量阈值时，发送第一驱动指令至所述预警模块4，所述预警模块4根据接收到的第一驱动指令发出预警信息，并由显示模块5显示该预警信息，PLC主控模块2还用于在所述空气悬浮离心风机的转速达到设定的转速阈值，但其出风口压力值低于设定的停机压力阈值，和/或，其出风口流量值低于设定的停机流量阈值时，分别发送第二驱动指令至所述预警模块4和风机制动模块6，所述预警模块4根据接收到的第二驱动指令发出预警信息，并由显示模块5进行显示，所述风机制动模块6根据接收到的第二驱动指令对所述空气悬浮离心风机执行停机操作，以对风机进行保护。
(3)在定转速控制模式下，PLC主控模块2对接收到的来自数据采集模块1实时采集的电机转速值，经处理后和预设的风机运行转速值进行比较，若|RI-RI0|＞λRI，则控制调整所述变频器3至相应的输出频率，从而改变所述空气悬浮离心风机的电机转速，实现对所述空气悬浮离心风机工作状态的调节，具体是：变频器3根据运行指令，改变自身输出频率，进而改变空气悬浮离心风机的电机转速；通过将采集的电机转速值和预设的风机运行转速值进行反复比较，最终使得空气悬浮离心风机运行转速值与预设的风机运行转速值接近或者相等，RI为处理后的电机转速值，RI0为预设的风机运行转速值，λI为预设的转速绝对值阈值。PLC主控模块2还用于在所述空气悬浮离心风机的转速达到设定的转速阈值，但其出风口压力值低于设定的压力阈值，和/或，其出风口流量值低于设定的流量阈值时，发送第一驱动指令至所述预警模块4，所述预警模块4根据接收到的第一驱动指令发出预警信息，并由显示模块5显示该预警信息，PLC主控模块2还用于在所述空气悬浮离心风机的转速达到设定的转速阈值，但其出风口压力值低于设定的停机压力阈值，和/或，其出风口流量值低于设定的停机流量阈值时，分别发送第二驱动指令至所述预警模块4和风机制动模块6，所述预警模块4根据接收到的第二驱动指令发出预警信息，并由显示模块5进行显示，所述风机制动模块6根据接收到的第二驱动指令对所述空气悬浮离心风机执行停机操作，以对风机进行保护。
(4)在定压力控制模式下，PLC主控模块2对接收到的来自数据采集模块1实时采集的空气悬浮离心风机运行时的出风口压力值，经处理后和预设的风机运行压力值进行比较，若|NI-NI0|＞λNI，则控制调整所述变频器3至相应的输出频率，从而改变所述空气悬浮离心风机的电机转速，实现对所述空气悬浮离心风机工作状态的调节，具体是：变频器3根据运行指令，改变自身输出频率，进而改变空气悬浮离心风机的电机运行转速，从而改变出风口压力；通过将采集的空气悬浮离心风机运行时的出风口压力值和预设的风机运行压力值进行反复比较，最终使得空气悬浮离心风机运行时的出风口压力值与预设的风机运行压力值接近或者相等，NI为处理后的出风口压力值，NI0为预设的风机运行压力值，λNI为预设的压力绝对值阈值。PLC主控模块2还用于在所述空气悬浮离心风机的转速达到设定的转速阈值，但其出风口压力值低于设定的压力阈值，和/或，其出风口流量值低于设定的流量阈值时，发送第一驱动指令至所述预警模块4，所述预警模块4根据接收到的第一驱动指令发出预警信息，并由显示模块5显示该预警信息，PLC主控模块2还用于在所述空气悬浮离心风机的转速达到设定的转速阈值，但其出风口压力值低于设定的停机压力阈值，和/或，其出风口流量值低于设定的停机流量阈值时，分别发送第二驱动指令至所述预警模块4和风机制动模块6，所述预警模块4根据接收到的第二驱动指令发出预警信息，并由显示模块5进行显示，所述风机制动模块6根据接收到的第二驱动指令对所述空气悬浮离心风机执行停机操作，以对风机进行保护。
(5)在定流量控制模式下，PLC主控模块2对接收到的来自数据采集模块1实时采集的流量值，经处理后和预设的风机运行流量值进行比较，若|FI-FI0|＞λFI，则控制调整所述变频器3至相应的输出频率，从而改变所述空气悬浮离心风机的电机转速，实现对所述空气悬浮离心风机工作状态的调节，具体是：变频器3根据运行指令，改变自身输出频率，进而改变空气悬浮离心风机的电机转速，从而改变流量；通过将采集的流量值和预设的风机运行流量值进行反复比较，最终使得空气悬浮立即风机运行流量值与预设的风机运行流量值接近或者相等，FI为处理后的流量值，FI0为预设的风机运行流量值，λFI为预设的流量绝对值阈值。PLC主控模块2还用于在所述空气悬浮离心风机的转速达到设定的转速阈值，但其出风口压力值低于设定的压力阈值，和/或，其出风口流量值低于设定的流量阈值时，发送第一驱动指令至所述预警模块4，所述预警模块4根据接收到的第一驱动指令发出预警信息，并由显示模块5显示该预警信息，PLC主控模块2还用于在所述空气悬浮离心风机的转速达到设定的转速阈值，但其出风口压力值低于设定的停机压力阈值，和/或，其出风口流量值低于设定的停机流量阈值时，分别发送第二驱动指令至所述预警模块4和风机制动模块6，所述预警模块4根据接收到的第二驱动指令发出预警信息，并由显示模块5进行显示，所述风机制动模块6根据接收到的第二驱动指令对所述空气悬浮离心风机执行停机操作，以对风机进行保护。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
