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伟德:风扇温度控制方案

2017年11月21日 星期二 / 伟德国际 / 企业动态 /

你知道开放式办公室是什么样的,即使开着空调,也不是人人都感觉舒适。幸运的话,你的环境有恒温控制,而温度设定在普遍可以接受的水平。但是我们都明白,普遍可以接受的水平极少能够满足个人需求,无论是大小、形状、温度还是湿度。除此以外,在酷热天气下,室内温度会随着室外温度升高而上升,因为室外气温超过了空调系统设计的最高平均温度。

TMS 风扇控制器及其功能引起了我们的好奇心,这是一个探索温控应用的良好机会,也许可以找到一个简单的局部方案来改善工作环境以及其它温控应用。     

在办公室内,我和旁边的两位同事有着截然不同的个人需求:

Simon(非常酷先生)在假期喜欢晒日光浴,但在办公室里更偏爱平稳柔和的凉风,沉浸在凉爽的环境中(尤其是在他疯狂打字的过程中体温随之上升!)

Donna 偏爱稳定适宜的温度,温度升高时希望风扇能提供些许凉风。

最后,我喜欢更稳定的温度。我比较能耐受夏季偏高的温度(感受夏日阳光的美好),但是又不想忍受酷热的天气。

我们对工作环境有着不同的需求,通过这个项目,我们应当能够更加灵活地控制个人风扇,改善工作环境。

我们选择了 TMS 开发套件(769-2732) 来实施该项目,因为它包含大部分连接引线和 TMS 控制器,可简化装配过程。个别零件可单独购买,详情请见文章末尾。可以看到,该套件提供一种非常灵活的控制方案,可控制最多 4 台风扇。

现在来谈谈技术方面…… 

连接 

我们用套件中提供的风扇电缆将风扇连接到 TMS 控制器。风扇带有飞线,可轻松连接到风扇电缆上 — 我们使用的是 RS Pro 压接对接接线端子 (053-4288)。

风扇导线颜色编码

蓝色 –、红色 +、白色连转速计、黄色或紫色连 PWM(注:我们使用的风扇导线为紫色导线,控制器导线为白色。)

接着,我们将风扇插头分别连接到控制器上的 FAN 1 至 FAN 3,因为项目使用 3 台不同的风扇,以获得 3 种不同的降温方案。

套件自带的 2 根电热调节器电缆分别连接到控制器的 NTC 1 和 NTC 2 接口。

用随附的 USB 电缆组件连接电脑,一端连接到 TMS 控制器上端的 COM 连接器,一端连接到电脑的 USB 端口。

TMS 图形用户界面

GUI 是自然的选择,因为它可以让我们很容易地查看并修改降温应用中的风扇曲线。如有需要,还可以加载终端模拟器程序。

第一步是将 GUI 安装到电脑上。以下是 ZIP 文件下载链接:http://www.ebmpapst.co.uk/en/TMSGUI.html

文件里有使用说明,我们无法在 Windows 10 上执行自动安装,于是我们将个别文件通过 USB 驱动加载,然后点击桌面图标启动 TMS-GUI。

注:GUI 启动时,第一步是在通信界面上选择最初设定的 com 端口号(如果不在列表中,在连接并启动控制器后,刷新端口设置,然后从界面中选择)。

电源导线一端连接控制器的 PWR 连接器,一端连接台式电源,红色 + 蓝色 -。电源电压调节至风扇适用的 24V。TMS 控制器电源提供 11V 直流到 57V 直流(最高)。因此可支持 12V、24V 和 48V 的风扇。我们将电源设为 24V,与风扇使用的电压一致。

打开 TNS 控制器电源,再运行 GUI。先是所有的 LED 灯亮起,然后绿色 PWR LED 灯缓慢闪烁,显示电源已连接。  

GUI 界面有以下选项卡:

通信选项卡

 

开始选项卡

我们跳过模式选项卡。

模式选项卡

我们选择的温度可以设定 PWM 输出(开路电流)。

风扇设置选项卡

 

这里是设置风扇参数的地方,可分别设置 FAN 1 至 FAN 4 接口连接的风扇。

我们使用 3 台风扇,因此分别输入风扇 1 至风扇 3 的参数。

我们在风扇转速输出栏中输入每转脉冲数。

控制类型为默认的开路集电极

我们将斜坡率保持在 10 的默认值,这里可以调节风扇转速的变化速率,从最慢 1 至最快 100。在此次应用中,较小的变化速率比较适合办公桌降温。

根据数据资料,个别风扇曾使用的最高风扇转速为风扇 1 和风扇 2,达 9700,而风扇 3 为 3000。 

点击“将配置文件下载至控制器 (Download Configuration file to Controller)”,这一步是将数据写入控制器中。 

我们的设计中无需用到其它设置,但如有需要可以使用。  

Mod Bus

这里是设置 Mod Bus 的地方,在该项目中我们跳过此部分,但它可能在其它更大的项目中有所帮助。

多点/转速

这里是为每台已连接的风扇设置必要的风扇转速温度曲线的地方。

可选择简单的 2 点操作或多点 7 速设定点。我们使用 7 速设定点,温度在开始上升的时候缓慢变化,尽可能降低风扇转速和噪声。

也可以为每个风扇选择必要的电热调节器传感器。传感器 1 或传感器 2 可以监测不同的区域,或者传感器 1 和传感器 2 同时对任意传感器监测到最高温度的地方进行控制。

如图像所示,已在 7 个控制点设定所需的温度和速度 %,由 PWM 控制。项目中的 3 台风扇都经过这样的设置。当所有点都设置完毕后,必须使用“清理/保存曲线 (clean-up/store profiles)”来保存更改。然后,图像显示新的曲线,点击“将配置文件下载至控制器 (Download Configuration file to Controller)”下载至控制器。传输完毕后,风扇开始按照规定的曲线运行。   

重复这一过程,直到 3 台风扇都达到最佳的控制温度和风扇转速。然后点击“保存配置文件 (saving the configuration file)”,将配置文件保存至电脑。控制器设置完毕后将根据曲线运行,直到再次更新。可断开电脑的 USB 连接,即使关机,控制器也能够按照同一曲线远程运行。

在我们的项目中,这样可以准确设置 3 台风扇,完全满足 Donna、Simon 和 Jeff 的需求。我们使用了 2 个温度传感器,但是由于区域较小,我们也可以只用一个。它还可用于更大的区域,更适合 2 个传感器同时使用,传感器分别连接到距离最近的两台风扇。  

点击“将配置文件下载至控制器 (Download Configuration file to Controller)”,这一步是将数据写入控制器中。

报警设置

实时数据

该界面可以设定一系列复杂报警设置,包括风扇故障、NTC 传感器故障和温度控制范围等。在我们办公室的通风项目中没有设置这一功能,因为我们一直处于办公室内,但是如果故障会导致严重后果,那么可以选择一系列的故障监测报警设置。 

连接到 TMS 控制器后,就可以在这里查看风扇运行参数的实时数据和测量数据。点击“查看实时数据/开始记录 (View Live Data / Start Logging)”按钮可以实现这一功能。

指示器

这是 GUI 显示界面,它显示出所连接的每台风扇的 RPM 和设定转速,因此我们能查看风扇 1、2、3,但是无法看到风扇 4 的数据,因为我们只使用了 3 台风扇。此外还有传感器 NTC1 和 NTC2 的当前温度和报警输出状态。在此项目中,我们使用该界面调节不同温度设定的多点转速曲线,从而了解了风扇的运行状态。我们在该选项卡上监测并更改多点/转速选项卡上的曲线数值,目的是为了达到理想的降温运行,尽可能减少噪声。

读取控制器数据时稍有延迟,然后显示界面更新至目前的数值。

图像显示面板

图像显示面板高温 NTC1


当项目开始运行后,我们将风扇放置在 3 张办公桌上,2 个温度传感器分开放置,覆盖两端区域。

我们使用一些 3D 打印的小支架来支撑风扇以及风扇护罩,提高安全性。

风扇支架

 控制器根据个人需求为每台风扇设置曲线。为了获得最佳运行效果,我们对多点曲线进行调节。设置完毕和开始按照要求运行后,控制器单独运行即可提供绝佳的控制,同时还能根据每个人的需求提供相应的风扇空气循环。

我们选择了 2 台不同类型的风扇。较大的一台是新推出的高性能风扇,尺寸为 119 x 119,采用新的空气声学设计,噪声较小。经验证的确如此,该风扇在低速运转时噪声极小,带来柔和宽广的气流,非常适合办公桌降温。另一台风扇尺寸较小,为 60 x 60,运行速度更高,超过 9000 rpm。因此这种风扇在最大转速时噪声更大,但低速运转时情况良好,可为 Simon 放置在键盘上的手指带来定向降温。

该项目在设置完毕,开始运行后,你就能够感受到系统具备的功能性和灵活性,适用于各种应用。适用于带有 4 条电线(PWM 速度设置和转速计输出变量)的直流紧凑型离心式风扇,最大电流 11A,应用极其广泛。如果添加 TMS 电源,还可以用于 230V EC 风扇。应用范围从单台风扇至 4 台独立风扇,每台都可以分别设定多点转速控制曲线,并带有温度传感器选项。这一功能加上一系列的报警选项,应能适用于众多应用,从简单的 HVAC 项目到复杂的工业生产控制。值得进一步探索。

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标签: 风扇控制

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