一种用于真空吸尘的集成风机处理系统
技术领域
本发明涉及除尘领域，更具体地，涉及一种用于真空吸尘的集成风机处理系统。
背景技术
真空吸尘系统是一种集中除尘系统的统称，其通过管道把分散在车间各处的多个吸尘点连接在一起，利用风机在管道内形成负压，在管口处形成一定的风量将粉尘吸入管道内，并通过除尘主机进行过滤后排放。随着环保要求的提高，真空吸尘系统越来越广泛地应用于各行各业，例如，电路板加工小口径钻孔、镜片加工小直径磨床、铣床等高转速小口径机加工工艺的除尘，以及工业厂房地面及工作区域负压吸尘清扫等。这类应用环境的特点是加工工件小，且加工工具回转半径小、速度快，造成粉尘的飞散速度快但面积较小，因而需要很高的气流速度来捕集粉尘，即需要很高的负压。
真空吸尘系统的特点是，使用点分布广、数量多，但在同一时刻使用的吸口数量和位置都不确定。真空吸尘系统不同于一般中央吸尘系统，使用点数的多少范围跨度很大，要满足不同数量的使用点都能正常使用，往往需要很高的负压来保证系统运行，这就造成了系统的非标设计。
另外，在真空系统中，使用点数多需要的风量就大，为了减小阻力，管道的管径就要稍大；而使用点少需要的风量就小，为了保证粉尘在管道内不沉降管道的管径就要小。因而在设计时，一般需要先确定同时工作的使用点的最大数量、吸尘口的口径以及吸尘点到真空吸尘系统主机的距离，再根据这些参数计算系统的风量和管道阻力，进而确定管道直径，选择风机功率和型号。由于应用环境不尽相同，因此需要针对性进行设计，很多时候不同的使用环境下系统并不具有互换性。
目前，真空吸尘系统中的风机和控制系统分开设置，同时由于系统设计的非标化，无论是新建项目还是扩容项目都需要在现场完成管道的排布和施工。例如，在使用风机和备用风机之间的切换管路和阀门以及布线均需要在现场完成，这无疑增加了现场施工时的工作量。并且，现有技术中的风机并联时按照E字形安放在地面，串联时按照直线形安放在地面，使得整个系统的占地面积大。
另外，当处理量增加时，需要大幅增加管道长度和使用点数量，原有的真空吸尘系统的风机处理能力就不够了。在这种情况下，通常的做法有两个：一个是为了增加的部分重新设计一套新的系统，另一个是在原管路系统上增加除尘主机和风机。前者明显增加了设计和使用点到主机的管道施工的成本，后者在原有管路上增加的除尘主机和风机很难简单有效的融入原有的控制系统，例如，处理量的增加使得原有系统对管内流速和负压的控制在新的系统中无法正常工作，这时需要对原有的控制系统进行更新甚至重新制作，增加了设计成本。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种用于真空吸尘的集成风机处理系统，解决了现有技术中的真空吸尘系统非标设计多、占地和现场施工量大以及处理量增加时设计成本高的问题。
本发明提供的一种用于真空吸尘的集成风机处理系统，具有至少一套处理模块，所述处理模块包括：
风机单元，包括至少一台风机以及至少一台驱动所述风机的电机；
进风口，通过进风管与所述风机单元相连；
出风口，通过出风管与所述风机单元相连；
控制柜，与所述风机单元电连接，且该控制柜上设有与其它处理模块相连的外接接口。
所述处理模块的其中之一设有变频器，所述变频器与所述电机相连。
所述控制柜内设有可编程逻辑控制器，且所述外接接口为逻辑接口。
所述电机与所述控制柜电连接。
所述风机单元还包括设于进风管上的压力传感器以及控制阀，所述压力传感器和所述控制阀均与所述控制柜电连接。
所述风机单元还包括设于出风管上的单向阀。
所述进风口上设有弹性连接器或软接头。
所述进风管上设有旁路管，该旁路管中设有一旁路阀，所述旁路阀与所述控制柜电连接。
所述旁路管的管口设有旁路消音器。
所述出风口与所述出风管之间设有出口消音器。
本发明将为真空吸尘系统提供动力的风机和控制柜集成在同一个装置内，进行模块化组合，增加了标准件的占比，使得批量化生产成为可能，节约了生产成本。本发明将配线、配管工作提前到生产阶段完成，节约了现场布线、排管以及调试的工作量。同时，本发明为可能的扩容预留标准的逻辑接口或物理接口，当需要增加处理量时无需重新设计，只需在原有装置上增加新的模块，且新模块的控制系统可以完美连接到原模块上而无需对原有装置做任何软件或硬件上的改动，节约了设计成本。
附图说明
图1是按照本发明一实施例的用于真空吸尘的集成风机处理系统中的处理模块示意图；
图2是按照本发明的用于真空吸尘的集成风机处理系统物理连接时的连接示意图；
图3是按照本发明另一实施例的用于真空吸尘的集成风机处理系统中的处理模块示意图；
图4是按照本发明的用于真空吸尘的集成风机处理系统通信连接时的连接示意图；
图5是按照本发明的用于真空吸尘的集成风机处理系统通信连接时的工作逻辑过程图；
图6(a)是本发明处理模块立式布置的主视图，图6(b)是本发明处理模块立式布置的侧视图；
图7(a)是本发明处理模块卧式布置的主视图，图7(b)是本发明处理模块卧式布置的侧视图。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。
本发明的一种用于真空吸尘的集成风机处理系统，至少包括一个处理模块10，如图1所示，处理模块10包括与外部进风管路相连的进风口11、与外部排风管路相连的出风口12、风机单元14以及控制柜16，其中的虚线表示控制柜对各器件、仪表、阀门的控制回路。
其中，进风口11通过进风管13与风机单元14相连，并且进风口11 与外部进风管路之间设有弹性连接器17，使得由除尘器过滤后的洁净空气从进风口11进入进风管13时，可以减少震动。弹性连接器17也可以是帆布接头、橡皮接头等其他软接头。进风管13上设有旁路管18，旁路管18中设有旁路阀181。当管路阻塞或其他原因造成风机超压，而引起风机喘振或电机电流上升时，开启旁路阀181以释放压力。旁路管18的管口设有旁路消音器182，用于减少泄压噪声。
出风口12通过出风管15与风机单元14相连，并且出风口12与出风管15之间设有出口消音器19，用于减少气流噪声。
风机单元14包括风机141，风机141与进风管13和出风管15分别相连。需要说明的是，风机单元14可包括单独的一台风机，也可包括并联的多台风机。进风管13上设有压力传感器142，用于监测风机141的负压，该参数有利于了解系统的运行状况，也可以根据该参数并通过一定的逻辑和变频器来调整风机141的转速。同时，进风管13上设有控制阀143，当风机141 需要检修时可以将风机141与整个管路系统隔离，也可以利用第一控制阀143 限制风机141入口的流量。其中，风机141为风量为1000CMH的基本单元风机，可以是离心风机、真空泵、涡旋风机、罗茨风机等在真空吸尘系统中作为吸风动力的各种风机及泵类，；控制阀143可以是蝶阀、球阀、闸阀、密闭阀或其他阀门。风机单元14还包括与风机141相连的电机144，用于驱动风机141。电机144与电流传感器145电连接，电机144的电流可以通过电流传感器145进行监控，并根据电流情况对旁路阀181进行调整。
控制柜16与风机单元14电连接，且控制柜上设有与其它处理模块相连的外接接口161，外接接口161可以为标准的逻辑接口或物理接口。
处理模块10将控制柜、风机、各管路以及各器件集成在同一个模块内，并在该模块内完成布线，使得处理模块10成为标准化的模块。当处理量增加时，只需通过外接接口将数个处理模块相连接，通过逻辑控制或启闭开关来使集成风机处理系统运作。
当外接接口161设为物理接口，即本发明的集成风机处理系统中的各处理模块10采用物理连接方式时，如图2所示。各处理模块10之间通过设置开关而电连接，同时各处理模块10通过开关与外部电路连接。其中一个处理模块作为主机，其他处理模块作为子机或下位机。图中的CK0表示启动开关，CK1～CKn为下位机启动辅助开关，CB01-CBn1表示运行辅助开关，CK01 表示停止开关，CK11～CKn1为下位机停止辅助开关，CB1-CBn表示可用子机信号辅助开关，n与N均表示子机的数量。上述辅助开关均与CK0和CK01 联动。在该种连接方式下，本发明的用于真空吸尘的集成风机处理系统工作流程如下：
第一次按下CK0，主机启动，CK1闭合并保持，CK1闭合，CB1断开， CB01断开。此时按下停止信号停止主机。第二次按下CK0，CK2闭合并保持， CB1断开。子机1启动。CK01断开，CB01闭合，主机电机由辅助线路维持运转，同时CK11闭合，CB11断开，此时按下停止按钮停止子机1。子机1 停止后，则CK01闭合，CB01断开，使得停止按钮恢复对主机的控制。再次按下CK0时则再次启动子机(下位机)，过程同上。直到第n次按下CK0，所有子机启动，CBn1断开，可用子机信号回路断路，提示无可用子机。CKn1 闭合，CBn1断开，使得停止按钮对子机N形成控制。此时停止回路上除CKn1 之外的所有开关断开，停止按钮对其不产生作用。辅助线路除CBn1之外，其他开关闭合以维持电机运转。停止的过程与上述过程相反，不再赘述。物理接线方式实现上述控制过程可以不用考虑程序问题，理论上可以无限扩展子机数量，但这种方法利用了过多的继电器，容易产生误动作，或者当触点损坏时造成主机对子机情况判断的失误。
本发明的集成风机处理系统中的各处理模块10还采用通信连接相连，此时处理模块的控制柜中设有可编程逻辑控制器(PLC)，且控制柜中的外接接口为标准的逻辑接口。采用通信连接方式的各处理模块的结构如图3所示，图中I表示逻辑过程，虚线表示控制柜对各器件、仪表、阀门的控制回路。需要说明的是，图3所示的风机单元包括两台并联(一用一备)的风机，在其他实施例中，风机单元还可包括单独的一台风机或三台及三台以上的风机。
采用通信连接方式相连的各处理模块20，包括进风口21以及出风口 22，进风口21通过进风主管23与风机单元24相连，出风口22通过出风主管25与风机单元24相连，风机单元24与控制柜26电连接，且控制柜26设有外接接口261，外接接口261为标准的逻辑接口。其中，控制柜26内设有 PLC，用于控制装置内的各仪表和阀门，其内置程序均为现有技术中的已有程序。进风口21与前端进风管路之间设有弹性连接器27。进风主管23上设有旁路管28，该旁路管28中设有旁路阀281，旁路管28的管口设有旁路消音器282。并且，出风口22与出风主管25之间设有出口消音器29。前述部件的作用与图1所示的各部件相同，因而不再赘述。
在该实施例中，风机单元24包括两台并联的第一风机241和第二风机 241’，进风主管23分路为第一进风支管231和第二进风支管232，出风主管 25分路为第一出风支管251和第二出风支管252。第一风机241与进风支管 231和出风支管251分别相连，第二风机241’与进风支管232和出风支管252 分别相连。每路进风支管上均设有压力传感器242，用以监测风机的负压。同时，每路进风支管上均设有第一控制阀243。其中，风机241和241’可以是离心风机、真空泵、涡旋风机、罗茨风机等在真空吸尘系统中作为吸风动力的各种风机及泵类，每台风机为风量为1000CMH的基本单元风机；第一控制阀 243可以是蝶阀、球阀、闸阀、密闭阀或其他阀门。
每台风机均有与其对应的电机244，每台电机244与电流传感器245电连接，电机244的电流可以通过电流传感器245进行监控，并根据电流情况对旁路阀281进行调整。当采用物理连接时，电流传感器可采用带有继电器输出的电流传感器来实现对旁路阀的控制，不需要增加PLC，但由于物理控制(继电器控制)仅能对阀门进行开关操作，不像逻辑控制可以对阀门开度 (开启的角度)进行逻辑调节，并且吸尘系统中电流会在实际使用过程中有波动，如果波动值正好在旁路阀控制点附近就会使旁路阀反复开关，影响吸尘口的使用和旁路阀的寿命。
控制柜26内设有变频器(图未示)，与电机244电连接，用于控制第一风机241和第二风机241’的频率。前述部件的作用与图1所示的各部件相同，因而不再赘述。在该实施例中，每路出风支管上均设有单向阀247，防止气流回灌。
当本发明的集成风机处理系统中的各处理模块20采用通信连接方式时，如图4所示，各处理模块20中的控制柜通过通讯电缆通信连接，并通过通讯电缆传送信号。其中一个处理模块作为主机，其他处理模块作为子机或下位机。其工作流程如下：
主机中的风机为可变频风机，各子机中可不设变频器，风机均为定频风机，主机与各子机通过控制柜内的PLC通信连接，通过通信为子机定义地址。整个系统运行时，主机按照图5的逻辑过程对所有子机地址进行轮询，以判断是否有下位机可供使用。图5中所示风机调速指标可以是总管道的压力(即利用逻辑控制调整风机转速使之进风口维持一定的压力)，也可以是系统使用点的数量(使用点数量越多，频率越高，反之使用越少频率越低)。压力可以由压力变送器提供485数字信号或4-20mA模拟信号。系统使用点数量可以直接将使用点的开关量接入控制柜内的可编程控制器输入点，也可以在系统的任何地方布置一个通用型号的开关量收集器，将开关量信号变为485 数字信号。当系统内备用使用点数量多时，为减少可编程控制器的成本和布线成本，采用后者较为经济和便捷。这两种频率调整的指标基本都是线性的，因此当有系统中有多台风机时，只要有一台具备调速功能即可。
工作时，先启动主机，当吸尘口使用数量增加(或压力降低)时，根据实际情况增加主机中变频风机的频率。当变频风机工作到设定的最高转速，则立即启动子机，使该子机中的定频风机工作在额定转速，同时降低变频风机的转速至设定的最低转速，使得系统继续保持可以调速的能力。举例说明，吸尘系统中有多台风机装置时，仅使用一台频率从0-50HZ变化的变频风机，该风机频率按照上述变频逻辑调整到最高频率50HZ时(即系统中有一台工作在50HZ的风机)，该风机理论上等同于一台定频(50HZ)的风机工况。因此开启一台子机，代替此定频风机(即系统中仍有一台工作在50HZ的风机)。此时如果用户继续增加吸口使用数量(或系统压力因打开使用吸口而降低)，则需要继续增加风量，此时可以启动刚刚离线的变频风机让它工作在设定的最低频率(例如10HZ)。当变频风机工作在设定的最低转速时，关闭一台子机(定频风机)，将变频风机恢复到最高频率，当变频风机恢复到最高频率时，系统又再次获得了调节频率来降低风机风量(风压)的能力。降低转速的逻辑与前述升高转速过程相反。如此，使用一台变频风机就能实现多台风机并联时，近似线性地调整频率(即调整风量)。在同一套系统中，无论采用多少个本发明的风机装置，只需1-2台变频电机和与之相配的变频器。同时，小功率的基本单元风机的配套电控功率也会减小，成本也随之减少。例如，同样需要55kw的系统，采用一台55kw风机需要55kw的变频器，而采用5 台11kw风机，只需要1台11kw变频器。
上述无论增加或减小风量(风压)的过程都是由同一台变频风机来实现的，可以这样理解，变频风机和定频风机都是一个水杯，不同的是变频风机对应的水杯(下称变频水杯)里的水可以是满到不满之间的任意水位，而定频风机对应的水杯(下称定频水杯)要么是空，要么是满。在增加的时候先增加变频水杯里的水，变频水杯装满了立即把水倒到定频水杯中，这时又可以在变频水杯中加水了，减少也是如此。通过这种方式，用一个变频水杯就能实现无论有多少个空杯子，水量都可以线性的增加(或减少)，可以节约变频器的配置。
当本发明所述的风机单元包括多台风机时，无论采用物理连接方式还是采用通信连接方式均可采用立式布置或卧式布置，下面以图3中包括两台风机的处理模块为例进行说明。
当风机较轻，或者摆放空间长宽要求紧凑且高度限制不严格时可以采用立式布置。图6(a)和图6(b)以涡旋风机为例，示出了立式布置的结构示意图。第一风机241和第二风机241’上下放置，且第一风机241和第二风机241’之间设有桥梁248，按照图2所示的连接方式将各管路、仪表及阀门连接在一起，并完成布线。其他风机形式的立式布置也可以参照此图。
当风机较重，或者有足够摆放空间时也可以采用卧式布置。图7(a) 和图7(b)以罗茨风机为例，示出了卧式布置的结构示意图。第一风机241 和第二风机241’布置于统一个平面上，按照图1或图3所示的连接方式将各管路、仪表及阀门连接在一起，形成一个整体结构，并完成布线。其他风机形式的卧式布置也可以参照此图。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。例如，当风机单元中包括多个风机且风机较大时，可在每路进风支管上设置旁路阀和旁路消音器。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。
