風機控制系統及其控制方法

2023-12-04 12:22:26

風機控制系統及其控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種風機控制系統，包括風機、電源轉換裝置、控制裝置及人機介面。電源轉換裝置與風機相連接，控制裝置與電源轉換裝置相連接且包括一儲存模塊，其中儲存模塊具有一第一資料庫，且第一資料庫儲存有第一控制數據。人機介面與控制裝置相連接，且具有圖形化介面，通過人機介面的圖形化介面設定第二控制數據，並儲存於儲存模塊的第一資料庫中，以使控制裝置自動地根據第一控制數據及第二控制數據控制風機於第一時間區段以第一轉速運轉，且於第二時間區段以第二轉速運轉。
【專利說明】 風機控制系統及其控制方法

【技術領域】
[0001]本發明關於一種風機控制系統，尤指一種硬體、軟體介面與方法整合的風機控制系統及其控制方法。

【背景技術】
[0002]隨著科技的演進，各式各樣的風機系統，例如小型風力發電系統已被廣泛地應用於一般家庭中，以用於通過風力發電獲得能源。
[0003]一般而言，小型風力發電系統的轉速隨外在風速的高低產生變化，其轉速與風速的比例乃根據風機的發電機扭力與扇葉匹配而決定，故不同設計的風機轉速將不相同。當外在風速提高時，風機轉速隨之提高，伴隨之扇葉風切噪音及結構上塔柱的低頻震動噪音等，往往因音量過大而影響鄰近環境。此外，由於外在風速的出現，相對於太陽能系統於時間上較不固定，導致使用者在應用上易因噪音造成麻煩與不便，故通常配備有風機停機裝置。
[0004]常見的風機停機裝置，其作用的原理大致可分為三類:其一是通過將風機的發電機輸出的三相電路短路；其二是以機構元件對風機採取物理特性的剎車動作；其三則是以搭配的電源轉換器手動執行發電機短路，由於該等方式皆仰賴以人工進行操作，當出現較高分貝的噪音時，技術人員必須要接近風機方可進行操作，具有安全上的疑慮。
[0005]舉例而言，現有的風機控制系統可如美國專利號US 8，433，425 B2中所示的風機控制系統。請參閱圖1，其為現有風機控制系統的系統架構圖。如圖1所示，於該現有技術中，提供使用者輸入控制規則，並根據實際數據採集系統(Supervisory Control And DataAcquisit1n System, SCADA System)402作為規則引擎408的計算輸入。就實際應用面言之，由於使用者對於風機系統並不熟悉，致使規則的建立不夠完整，或建構的時間過長，進而使風機414在控制機制未完備前出現安全上的顧慮。
[0006]同時，由於小型風力發電系統用於家庭時，常因噪音與安全性問題影響生活習慣並造成困擾，而降低大眾安裝的意願，且由於自動化的控制系統成本較高，難以應用於一般家庭中，而使家庭應用的小型風力發電系統仍須採用人工的方式進行緊急停機或維護，存在一定程度的危險，實有進一步改進的必要。


【發明內容】

[0007]本發明的主要目的為提供一種風機控制系統及其控制方法，以解決現有風機系統持續產生大量噪音，造成使用者的不便，且欲降低噪音或停止噪音時降低風機轉速的方式易造成安全上的顧慮，以及使用者必須自行建立規則以進行風機的控制而可能輸入不當控制參數至風機系統等缺點。
[0008]本發明的另一目的為提供一種風機控制系統及其控制方法，通過使用人機介面的圖形化介面進行設定，可使風機於指定的時間區段內自動地以較低轉速運轉，以降低噪音的產生或符合法律規範，能降低調整風機轉速的安全顧慮，且因操作簡單更可進一步地達到避免不當控制參數被輸入至風機控制系統等情形的功效。
[0009]本發明的另一目的為提供一種風機控制系統及其控制方法，通過控制數據的高低層級設計，可優先選用較高層級使用者設定的控制數據，以達到避免操作錯誤造成的能量損耗與成本浪費，以及防止危安問題等功效。
[0010]為達上述目的，本發明的一較廣實施方式為提供一種風機控制系統，包括:至少一風機；至少一電源轉換裝置，與該風機相連接；一控制裝置，與該電源轉換裝置相連接，且包括一儲存模塊，其中該儲存模塊具有一第一資料庫，且該第一資料庫儲存有一第一控制數據；以及一人機介面，與該控制裝置相連接，且具有一圖形化介面；其中，通過該人機介面的該圖形化介面設定一第二控制數據，並儲存於該儲存模塊的該第一資料庫中，以使該控制裝置自動地根據該第一控制數據及該第二控制數據控制該風機於該第一時間區段以一第一轉速運轉，且於該第二時間區段以一第二轉速運轉。
[0011]為達上述目的，本發明的另一較廣實施方式為提供一種控制方法，包括步驟:提供至少一風機、至少一電源轉換裝置、一控制裝置及一人機介面，其中該控制裝置儲存有一第一控制數據；將該電源轉換裝置與該風機及該控制裝置相連接；將該人機介面與該控制裝置相連接；以及通過該人機介面的一圖形化介面設定一第二控制數據，並儲存於該控制裝置，以使該控制裝置自動地根據該第一控制數據及該第二控制數據控制該風機於該第一時間區段以一第一轉速運轉，且於該第二時間區段以一第二轉速運轉。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為現有風機控制系統的系統架構圖。
[0013]圖2為本發明較佳實施例的風機控制系統的架構圖。
[0014]圖3為本發明較佳實施例的電源轉換裝置的架構圖。
[0015]圖4為本發明較佳實施例的控制裝置的架構圖。
[0016]圖5為本發明另一較佳實施例的風機控制系統的架構圖。
[0017]圖6為本發明又一較佳實施例的風機控制系統的架構圖。
[0018]圖7為本發明較佳實施例的人機介面的圖形化介面示意圖。
[0019]圖8為本發明另一較佳實施例的人機介面的圖形化介面示意圖。
[0020]圖9為本發明較佳實施例的控制方法的流程圖。
[0021]其中，附圖標記說明如下:
[0022]5、6、7:風機控制系統
[0023]51、61、71:風機
[0024]52、62、72:電源轉換裝置
[0025]520:控制單元
[0026]521:信號收發單元
[0027]522:通信單元
[0028]53、63、73:控制裝置
[0029]530:控制模塊
[0030]531:儲存模塊
[0031]5311:第一資料庫
[0032]5312:第二資料庫
[0033]532:通信模塊
[0034]533:監控模塊
[0035]54、64、74:人機介面
[0036]540:圖形化介面
[0037]541:第一虛擬圖標
[0038]542:第二虛擬圖標
[0039]543:第三虛擬圖標
[0040]544:緊急停機圖標
[0041]545:第一參數
[0042]546:第二參數
[0043]547:第三參數
[0044]548:第四參數
[0045]55、65、75:三相電源通道
[0046]56、66、76:信號通道
[0047]SlOO ?S400:步驟

【具體實施方式】
[0048]體現本發明特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本發明能夠在不同的方式上具有各種的變化，其皆不脫離本發明的範圍，且其中的說明及圖示在本質上當作說明之用，而非架構於限制本發明。
[0049]請參閱圖2、圖3及圖4，其中圖2為本發明較佳實施例的風機控制系統的架構圖，圖3為本發明較佳實施例的電源轉換裝置的架構圖，以及圖4為本發明較佳實施例的控制裝置的架構圖。如圖2、圖3及圖4所示，本發明較佳實施例的風機控制系統5可應用於光觸媒系統、過濾系統、空調系統或空氣交換設備等，且包括至少一風機51、至少一電源轉換裝置52、控制裝置53及人機介面54。其中，電源轉換裝置52與風機51相連接，控制裝置53與電源轉換裝置52相連接，亦即電源轉換裝置52同時與風機51及控制裝置53相連接。控制裝置53可為例如但不限於個人電腦(PC)、微控制器(MCU)與電子抹除式可編程只讀存儲器(EEPROM)的組成或掛載任意作業系統的微處理器，且包括儲存模塊531，儲存模塊531具有第一資料庫5311，且第一資料庫5311儲存有第一控制數據。人機介面54，可為但不限為顯示器、電視、智能型手機或筆記本電腦等，與控制裝置53相連接並具有圖形化介面，且人機介面54與控制裝置53的連接方式可為有線或無線連接，但不以此為限。其中，通過人機介面54的圖形化介面設定第二控制數據，並儲存於控制裝置53的儲存模塊531的第一資料庫5311中，以使控制裝置53自動地根據該第一控制數據及該第二控制數據控制風機51於第一時間區段以第一轉速運轉，且於第二時間區段以第二轉速運轉。藉此，本發明以人機介面54的圖形化介面進行設定，可使風機51於指定的時間區段內自動地以較低轉速運轉，以降低噪音的產生或符合法律規範，能降低調整風機51轉速的安全顧慮，且因操作簡單更可進一步地達到避免不當控制參數被輸入至風機控制系統5等情形的功效。
[0050]於一些實施例中，本發明的電源轉換裝置52同時通過三相電源通道55及信號通道56與風機51相連接，且電源轉換裝置52的數量可與風機51的數量相匹配，亦即每一電源轉換裝置52皆對應連接於一風機51，但不以此為限。其中，三相電源通道55可為三相電源結合橋式整流器、三相功率因數校正電路或三相直流電路等，且信號通道56可為一般電纜、電路或串列通信纜線(例如:RS485)等，然皆不以此為限。
[0051]根據本發明的構想，電源轉換裝置52包括控制單元520、信號收發單元521及通信單元522。其中，控制單元520架構於控制電源轉換裝置52的運作，信號收發單元521與控制單元520相連接，並通過信號通道56與風機51相連接，且通信單元522與控制單元520及控制裝置53相連接。於此實施例中，電源轉換裝置52的控制單元520與一電源相連接，包括但不限於直流電源、交流電源或市電等，並於轉換該電源後通過三相電源通道55供電至風機51。至於通信單元522，當本發明欲根據第一控制數據及第二控制數據分別控制風機51於第一時間區段以第一轉速運轉或於第二時間區段以第二轉速運轉時，接收控制裝置53所傳送的一命令信號，控制單元520遂於通信單元522接收該命令信號後，對風機51進行控制，以實現使風機51於第一時間區段以第一轉速運轉或於第二時間區段以第二轉速運轉。
[0052]於一些實施例中，控制裝置53除包括儲存模塊531外，還包括控制模塊530、通信模塊532及監控模塊533。其中，控制模塊530架構於控制控制裝置53的運作，且儲存模塊531與控制模塊530相連接，通信模塊532與控制模塊530及人機介面54相連接，且通過例如但不限於行動通信、Ad Hoc > Bluetooth > Zi gbee> W1-Fi > USB > IEEE 1394 > Firewire 或Thunderbolt等連接方式與人機介面54相連接,亦即本發明的人機介面54可於近端或遠端以有線或無線的方式與控制裝置53的通信模塊532相連接，以進行控制。
[0053]此外，監控模塊533亦與控制模塊530相連接，主要用以監控電源轉換裝置52傳送出的信息，並將該等信息儲存於儲存模塊531的第二資料庫5312中，此第二資料庫5312與第一資料庫5311不同，僅用以儲存記錄數據，而非儲存任何設定數據。當然，於收集電源轉換裝置52傳送的信息的同時，監控模塊533亦一併收集風機51的相關運作數據，並可通過監控到的風機51的轉速數值，經過與風機51規格數據比對後，回推得到風機51運轉音量的分貝值，並儲存於儲存模塊531的第二資料庫5312中。簡言之，本發明控制裝置53的監控模塊533實質上記錄風機51及電源轉換裝置52運作的相關數據及信息，以供使用者查詢，高階使用者亦可根據相關數據及信息對應調整風機運作參數。
[0054]於一些實施例中，當使用者通過人機介面54的圖形化介面設定對應一特定時間區段的第二控制數據後，控制裝置53自動化根據第一控制數據及第二控制數據分別控制風機51於第一時間區段以第一轉速運轉及於第二時間區段以第二轉速運轉，其中第一轉速與第二轉速的實際轉速數值，可由高階使用者(如安裝人員、風機系統設計者、控制器設計人員或維護人員等)進行預先設定或進階設定，其主要需符合法律規範，例如環保局訂定的環境噪音管制標準，視本發明的風機控制系統5的風機51所處的環境需符合第一類管制區、第二類管制區、第三類管制區或第四類管制區所規定的日、夜分貝上限值進行調整。
[0055]根據本發明的構思，風機51及電源轉換裝置52可如圖2所示整合為第一整合裝置，亦可各自獨立或整合成第二整合裝置或第三整合裝置，茲詳述如下。請參閱圖5及圖6，其中圖5為本發明另一較佳實施例的風機控制系統的架構圖，以及圖6為本發明又一較佳實施例的風機控制系統的架構圖。如圖5及圖6所示，本發明另一較佳實施例的風機控制系統6可應用於光觸媒系統、過濾系統、空調系統或空氣交換設備等，且包括至少一風機61、至少一電源轉換裝置62、控制裝置63及人機介面64，且本發明又一較佳實施例的風機控制系統7亦可應用於光觸媒系統、過濾系統、空調系統或空氣交換設備等，且包括至少一風機71、至少一電源轉換裝置72、控制裝置73及人機介面74。其中，風機61、電源轉換裝置62、控制裝置63、人機介面64以及風機71、電源轉換裝置72、控制裝置73、人機介面74與前述實施例的風機51、電源轉換裝置52、控制裝置53、人機介面54相似，且其連接關係及技術特徵亦與前述實施例相同，故於此不再贅述。惟於風機控制系統6中，電源轉換裝置62與控制裝置63整合為第二整合裝置；另於風機控制系統7中，風機71、電源轉換裝置72與控制裝置73整合為第三整合裝置。
[0056]請參閱圖7及圖8並配合圖2，其中圖7為本發明較佳實施例的人機介面的圖形化介面示意圖，以及圖8為本發明另一較佳實施例的人機介面的圖形化介面示意圖。如圖2、圖7及圖8所示，本發明風機控制系統5的人機介面54的圖形化介面540，可為例如應用程式介面、網頁設定介面、Java程序語言寫成的介面或C#程序語言寫成的介面等，可將所設定的第二控制數據的相關信息顯示為第一虛擬圖標541，且第二時間區段的時間範圍較佳以數值直接顯示於第一虛擬圖標541中，但不以此為限。當然，若使用者使用本發明的風機控制系統5的人機介面54的人機介面540設定其他組對應不同時間區段的控制數據後，該等數據亦可顯示為第二虛擬圖標542或第三虛擬圖標543等，然亦不以此為限。
[0057]於一些實施例中，本發明的圖形化介面540更提供一高層級設定介面，以供較高階的使用者應用，且於此高層級設定介面中，高階使用者如安裝人員、風機系統設計者、控制器設計人員或維修人員等，可直接修改或設定第一控制數據，甚至其進一步的轉速數值、電流值等，該等參數顯示為例如但不限於第一參數545、第二參數546、第三參數547或第四參數548等。經高階使用者設定後的第一控制數據，具有第一優先層級；而於前述實施例中普通使用者所設定的第二控制數據具有第二優先層級，且第一控制數據的該第一優先層級大於第二控制數據的該第二優先層級，亦即當第二控制數據所設定的內容與第一控制數據所設定的內容有所牴觸時，以第一控制數據所設定的內容為準。舉例而言，於一些實施例中，第一控制數據對應於一第三時間區段，第二控制數據對應於一第四時間區段，且第三時間區段與第四時間區段具有重疊的時間區段，或稱第五時間區段，由於第一控制數據的第一優先層級大於第二控制數據的第二優先層級，故於第五時間區段以第一控制數據所設定的內容為準。換言之，第一時間區段與第三時間區段相同，且第二時間區段為第四時間區段扣除第五時間區段，然皆不以此為限。藉此，通過不同控制數據間的高低層級設計，可優先選用較高層級使用者設定的控制數據，以達到避免操作錯誤造成的能量損耗與成本浪費，以及防止危安問題等功效。
[0058]此外，不論於高階使用者所使用的高層級設定介面或普通使用者所使用的低層級設定介面之中，圖形化介面540皆顯示有虛擬的緊急停機圖標544，以供使用者於危險發生時或欲手動停止風機51運轉時，直接通過點擊或觸發緊急停機圖標544，以強制停止風機51的運轉。
[0059]請參閱圖9並配合圖2，其為本發明較佳實施例的控制方法的流程圖。如圖2及圖9所示，本發明較佳實施例的控制方法的流程開始於步驟S100，提供至少一風機51、至少一電源轉換裝置52、控制裝置53及人機介面54，其中控制裝置53儲存有第一控制數據；其次，如步驟S200所示，將電源轉換裝置52與風機51及控制裝置53相連接，其中電源轉換裝置52通過三相電源通道55及信號通道56與風機51相連接；然後，如步驟S300所示，將人機介面54與控制裝置53相連接，亦即以人機介面54近端或遠端以有線或無線的方式連線至控制裝置53 ;最後，如步驟S400所示，通過人機介面54的圖形化介面540設定第二控制數據，並儲存於控制裝置53，以使控制裝置53自動地根據第一控制數據及第二控制數據控制風機51於第一時間區段以第一轉速運轉，且於第二時間區段以第二轉速運轉。
[0060]綜上所述，本發明提供一種風機控制系統及其控制方法，通過使用人機介面的圖形化介面進行設定，可使風機於指定的時間區段內自動地以較低轉速運轉，以降低噪音的產生或符合法律規範，能降低調整風機轉速的安全顧慮，且因操作簡單更可進一步地達到避免不當控制參數被輸入至風機控制系統等情形的功效。同時，通過控制數據的高低層級設計，可優先選用較高層級使用者設定的控制數據，以達到避免操作錯誤造成的能量損耗與成本浪費，以及防止危安問題等功效。
[0061]縱使本發明已由上述的實施例詳細敘述而可由本領域技術人員任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫所附申請權利要求範圍所欲保護者。
【權利要求】
1.一種風機控制系統，包括: 至少一風機； 至少一電源轉換裝置，與該風機相連接； 一控制裝置，與該電源轉換裝置相連接，且包括一儲存模塊，其中該儲存模塊具有一第一資料庫，且該第一資料庫儲存有一第一控制數據；以及 一人機介面，與該控制裝置相連接，且具有一圖形化介面； 其中，通過該人機介面的該圖形化介面設定一第二控制數據，並儲存於該儲存模塊的該第一資料庫中，以使該控制裝置自動地根據該第一控制數據及該第二控制數據控制該風機於一第一時間區段以一第一轉速運轉，且於一第二時間區段以一第二轉速運轉。
2.如權利要求1所述的風機控制系統，其中該電源轉換裝置通過一三相電源通道及一信號通道與該風機相連接。
3.如權利要求2所述的風機控制系統，其中該電源轉換裝置包括: 一控制單元，架構於控制該電源轉換裝置的運作； 一信號收發單元，與該控制單元相連接並通過該信號通道與該風機相連接；以及一通信單元，與該控制單元及該控制裝置相連接，用以接收該控制裝置的一命令信號，以使該控制單元實現使該風機於該第一時間區段以該第一轉速運轉或於該第二時間區段以該第二轉速運轉。
4.如權利要求1所述的風機控制系統，其中該控制裝置還包括: 一控制模塊，架構於控制該控制裝置的運作，且該儲存模塊與該控制模塊相連接；一通信模塊，與該控制模塊及該人機介面相連接，用以進行遙控控制；以及一監控模塊，與該控制模塊相連接，用以監控並記錄該電源轉換裝置及該風機運作的數據及信息。
5.如權利要求4所述的風機控制系統，其中該儲存模塊更具有一第二資料庫，用以儲存該監控模塊記錄的該數據及信息。
6.如權利要求1所述的風機控制系統，其中該電源轉換裝置的數量與該風機的數量相匹配。
7.如權利要求1所述的風機控制系統，其中該第一控制數據具有一第一優先層級，該第二控制數據具有一第二優先層級，且該第一優先層級大於該第二優先層級。
8.如權利要求7所述的風機控制系統，其中該第一控制數據由一高階使用者通過該圖形化介面的一高層級設定介面設定並儲存於該第一資料庫中，且該第二控制數據由一普通使用者通過該圖形化介面的一低層級設定介面設定並儲存於該第一資料庫中。
9.如權利要求7所述的風機控制系統，其中該第一控制數據對應於一第三時間區段，該第二控制數據對應於一第四時間區段，且該第三時間區段與該第四時間區段具有重疊的一第五時間區段，其中該第一時間區段與該第三時間區段相同，且該第二時間區段為該第四時間區段扣除該第五時間區段。
10.一種控制方法，包括步驟: 提供至少一風機、至少一電源轉換裝置、一控制裝置及一人機介面，其中該控制裝置儲存有一第一控制數據； 將該電源轉換裝置與該風機及該控制裝置相連接； 將該人機介面與該控制裝置相連接；以及 通過該人機介面的一圖形化介面設定對應一第二時間區段的一第二控制數據，並儲存於該控制裝置，以使該控制裝置自動地根據該第一控制數據及該第二控制數據分別控制該風機於該第一時間區段以一第一轉速運轉，且於該第二時間區段以一第二轉速運轉。
【文檔編號】F04D7/04GK104454551SQ201310428410
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】詹程傑, 許毅冠, 艾序繁 申請人:臺達電子工業股份有限公司