CN104454551A - 风机控制***及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风机控制***，包括风机、电源转换装置、控制装置及人机介面。电源转换装置与风机相连接，控制装置与电源转换装置相连接且包括一储存模块，其中储存模块具有一第一数据库，且第一数据库储存有第一控制数据。人机介面与控制装置相连接，且具有图形化介面，通过人机介面的图形化介面设定第二控制数据，并储存于储存模块的第一数据库中，以使控制装置自动地根据第一控制数据及第二控制数据控制风机于第一时间区段以第一转速运转，且于第二时间区段以第二转速运转。
Description
技术领域
本发明关于一种风机控制***，尤指一种硬件、软件介面与方法整合的风机控制***及其控制方法。
背景技术
随着科技的演进，各式各样的风机***，例如小型风力发电***已被广泛地应用于一般家庭中，以用于通过风力发电获得能源。
一般而言，小型风力发电***的转速随外在风速的高低产生变化，其转速与风速的比例乃根据风机的发电机扭力与扇叶匹配而决定，故不同设计的风机转速将不相同。当外在风速提高时，风机转速随之提高，伴随之扇叶风切噪音及结构上塔柱的低频震动噪音等，往往因音量过大而影响邻近环境。此外，由于外在风速的出现，相对于太阳能***于时间上较不固定，导致使用者在应用上易因噪音造成麻烦与不便，故通常配备有风机停机装置。
常见的风机停机装置，其作用的原理大致可分为三类：其一是通过将风机的发电机输出的三相电路短路；其二是以机构元件对风机采取物理特性的刹车动作；其三则是以搭配的电源转换器手动执行发电机短路，由于该等方式皆仰赖以人工进行操作，当出现较高分贝的噪音时，技术人员必须要接近风机方可进行操作，具有安全上的疑虑。
举例而言，现有的风机控制***可如美国专利号US 8,433,425 B2中所示的风机控制***。请参阅图1，其为现有风机控制***的***架构图。如图1所示，于该现有技术中，提供使用者输入控制规则，并根据实际数据采集***(Supervisory Control And Data Acquisition System,SCADA System)402作为规则引擎408的计算输入。就实际应用面言之，由于使用者对于风机***并不熟悉，致使规则的建立不够完整，或建构的时间过长，进而使风机414在控制机制未完备前出现安全上的顾虑。
同时，由于小型风力发电***用于家庭时，常因噪音与安全性问题影响生活习惯并造成困扰，而降低大众安装的意愿，且由于自动化的控制***成本较高，难以应用于一般家庭中，而使家庭应用的小型风力发电***仍须采用人工的方式进行紧急停机或维护，存在一定程度的危险，实有进一步改进的必要。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种风机控制***及其控制方法，以解决现有风机***持续产生大量噪音，造成使用者的不便，且欲降低噪音或停止噪音时降低风机转速的方式易造成安全上的顾虑，以及使用者必须自行建立规则以进行风机的控制而可能输入不当控制参数至风机***等缺点。
本发明的另一目的为提供一种风机控制***及其控制方法，通过使用人机介面的图形化介面进行设定，可使风机于指定的时间区段内自动地以较低转速运转，以降低噪音的产生或符合法律规范，能降低调整风机转速的安全顾虑，且因操作简单更可进一步地达到避免不当控制参数被输入至风机控制***等情形的功效。
本发明的另一目的为提供一种风机控制***及其控制方法，通过控制数据的高低层级设计，可优先选用较高层级使用者设定的控制数据，以达到避免操作错误造成的能量损耗与成本浪费，以及防止危安问题等功效。
为达上述目的，本发明的一较广实施方式为提供一种风机控制***，包括：至少一风机；至少一电源转换装置，与该风机相连接；一控制装置，与该电源转换装置相连接，且包括一储存模块，其中该储存模块具有一第一数据库，且该第一数据库储存有一第一控制数据；以及一人机介面，与该控制装置相连接，且具有一图形化介面；其中，通过该人机介面的该图形化介面设定一第二控制数据，并储存于该储存模块的该第一数据库中，以使该控制装置自动地根据该第一控制数据及该第二控制数据控制该风机于该第一时间区段以一第一转速运转，且于该第二时间区段以一第二转速运转。
为达上述目的，本发明的另一较广实施方式为提供一种控制方法，包括步骤：提供至少一风机、至少一电源转换装置、一控制装置及一人机介面，其中该控制装置储存有一第一控制数据；将该电源转换装置与该风机及该控制装置相连接；将该人机介面与该控制装置相连接；以及通过该人机介面的一图形化介面设定一第二控制数据，并储存于该控制装置，以使该控制装置自动地根据该第一控制数据及该第二控制数据控制该风机于该第一时间区段以一第一转速运转，且于该第二时间区段以一第二转速运转。
附图说明
图1为现有风机控制***的***架构图。
图2为本发明较佳实施例的风机控制***的架构图。
图3为本发明较佳实施例的电源转换装置的架构图。
图4为本发明较佳实施例的控制装置的架构图。
图5为本发明另一较佳实施例的风机控制***的架构图。
图6为本发明又一较佳实施例的风机控制***的架构图。
图7为本发明较佳实施例的人机介面的图形化介面示意图。
图8为本发明另一较佳实施例的人机介面的图形化介面示意图。
图9为本发明较佳实施例的控制方法的流程图。
其中，附图标记说明如下：
5、6、7：风机控制***
51、61、71：风机
52、62、72：电源转换装置
520：控制单元
521：信号收发单元
522：通信单元
53、63、73：控制装置
530：控制模块
531：储存模块
5311：第一数据库
5312：第二数据库
532：通信模块
533：监控模块
54、64、74：人机介面
540：图形化介面
541：第一虚拟图标
542：第二虚拟图标
543：第三虚拟图标
544：紧急停机图标
545：第一参数
546：第二参数
547：第三参数
548：第四参数
55、65、75：三相电源通道
56、66、76：信号通道
S100～S400：步骤
具体实施方式
体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非架构于限制本发明。
请参阅图2、图3及图4，其中图2为本发明较佳实施例的风机控制***的架构图，图3为本发明较佳实施例的电源转换装置的架构图，以及图4为本发明较佳实施例的控制装置的架构图。如图2、图3及图4所示，本发明较佳实施例的风机控制***5可应用于光触媒***、过滤***、空调***或空气交换设备等，且包括至少一风机51、至少一电源转换装置52、控制装置53及人机介面54。其中，电源转换装置52与风机51相连接，控制装置53与电源转换装置52相连接，亦即电源转换装置52同时与风机51及控制装置53相连接。控制装置53可为例如但不限于个人电脑(PC)、微控制器(MCU)与电子抹除式可编程只读存储器(EEPROM)的组成或挂载任意作业***的微处理器，且包括储存模块531，储存模块531具有第一数据库5311，且第一数据库5311储存有第一控制数据。人机介面54，可为但不限为显示器、电视、智能型手机或笔记本电脑等，与控制装置53相连接并具有图形化介面，且人机介面54与控制装置53的连接方式可为有线或无线连接，但不以此为限。其中，通过人机介面54的图形化介面设定第二控制数据，并储存于控制装置53的储存模块531的第一数据库5311中，以使控制装置53自动地根据该第一控制数据及该第二控制数据控制风机51于第一时间区段以第一转速运转，且于第二时间区段以第二转速运转。藉此，本发明以人机介面54的图形化介面进行设定，可使风机51于指定的时间区段内自动地以较低转速运转，以降低噪音的产生或符合法律规范，能降低调整风机51转速的安全顾虑，且因操作简单更可进一步地达到避免不当控制参数被输入至风机控制***5等情形的功效。
于一些实施例中，本发明的电源转换装置52同时通过三相电源通道55及信号通道56与风机51相连接，且电源转换装置52的数量可与风机51的数量相匹配，亦即每一电源转换装置52皆对应连接于一风机51，但不以此为限。其中，三相电源通道55可为三相电源结合桥式整流器、三相功率因数校正电路或三相直流电路等，且信号通道56可为一般电缆、电路或串列通信缆线（例如：RS485）等，然皆不以此为限。
根据本发明的构想，电源转换装置52包括控制单元520、信号收发单元521及通信单元522。其中，控制单元520架构于控制电源转换装置52的运作，信号收发单元521与控制单元520相连接，并通过信号通道56与风机51相连接，且通信单元522与控制单元520及控制装置53相连接。于此实施例中，电源转换装置52的控制单元520与一电源相连接，包括但不限于直流电源、交流电源或市电等，并于转换该电源后通过三相电源通道55供电至风机51。至于通信单元522，当本发明欲根据第一控制数据及第二控制数据分别控制风机51于第一时间区段以第一转速运转或于第二时间区段以第二转速运转时，接收控制装置53所传送的一命令信号，控制单元520遂于通信单元522接收该命令信号后，对风机51进行控制，以实现使风机51于第一时间区段以第一转速运转或于第二时间区段以第二转速运转。
于一些实施例中，控制装置53除包括储存模块531外，还包括控制模块530、通信模块532及监控模块533。其中，控制模块530架构于控制控制装置53的运作，且储存模块531与控制模块530相连接，通信模块532与控制模块530及人机介面54相连接，且通过例如但不限于行动通信、Ad Hoc、Bluetooth、Zigbee、Wi-Fi、USB、IEEE1394、Firewire或Thunderbolt等连接方式与人机介面54相连接，亦即本发明的人机介面54可于近端或远端以有线或无线的方式与控制装置53的通信模块532相连接，以进行控制。
此外，监控模块533亦与控制模块530相连接，主要用以监控电源转换装置52传送出的信息，并将该等信息储存于储存模块531的第二数据库5312中，此第二数据库5312与第一数据库5311不同，仅用以储存记录数据，而非储存任何设定数据。当然，于收集电源转换装置52传送的信息的同时，监控模块533亦一并收集风机51的相关运作数据，并可通过监控到的风机51的转速数值，经过与风机51规格数据比对后，回推得到风机51运转音量的分贝值，并储存于储存模块531的第二数据库5312中。简言之，本发明控制装置53的监控模块533实质上记录风机51及电源转换装置52运作的相关数据及信息，以供使用者查询，高阶使用者亦可根据相关数据及信息对应调整风机运作参数。
于一些实施例中，当使用者通过人机介面54的图形化介面设定对应一特定时间区段的第二控制数据后，控制装置53自动化根据第一控制数据及第二控制数据分别控制风机51于第一时间区段以第一转速运转及于第二时间区段以第二转速运转，其中第一转速与第二转速的实际转速数值，可由高阶使用者(如安装人员、风机***设计者、控制器设计人员或维护人员等)进行预先设定或进阶设定，其主要需符合法律规范，例如环保局订定的环境噪音管制标准，视本发明的风机控制***5的风机51所处的环境需符合第一类管制区、第二类管制区、第三类管制区或第四类管制区所规定的日、夜分贝上限值进行调整。
根据本发明的构思，风机51及电源转换装置52可如图2所示整合为第一整合装置，亦可各自独立或整合成第二整合装置或第三整合装置，兹详述如下。请参阅图5及图6，其中图5为本发明另一较佳实施例的风机控制***的架构图，以及图6为本发明又一较佳实施例的风机控制***的架构图。如图5及图6所示，本发明另一较佳实施例的风机控制***6可应用于光触媒***、过滤***、空调***或空气交换设备等，且包括至少一风机61、至少一电源转换装置62、控制装置63及人机介面64，且本发明又一较佳实施例的风机控制***7亦可应用于光触媒***、过滤***、空调***或空气交换设备等，且包括至少一风机71、至少一电源转换装置72、控制装置73及人机介面74。其中，风机61、电源转换装置62、控制装置63、人机介面64以及风机71、电源转换装置72、控制装置73、人机介面74与前述实施例的风机51、电源转换装置52、控制装置53、人机介面54相似，且其连接关系及技术特征亦与前述实施例相同，故于此不再赘述。惟于风机控制***6中，电源转换装置62与控制装置63整合为第二整合装置；另于风机控制***7中，风机71、电源转换装置72与控制装置73整合为第三整合装置。
请参阅图7及图8并配合图2，其中图7为本发明较佳实施例的人机介面的图形化介面示意图，以及图8为本发明另一较佳实施例的人机介面的图形化介面示意图。如图2、图7及图8所示，本发明风机控制***5的人机介面54的图形化介面540，可为例如应用程序介面、网页设定介面、Java程序语言写成的介面或C#程序语言写成的介面等，可将所设定的第二控制数据的相关信息显示为第一虚拟图标541，且第二时间区段的时间范围较佳以数值直接显示于第一虚拟图标541中，但不以此为限。当然，若使用者使用本发明的风机控制***5的人机介面54的人机介面540设定其他组对应不同时间区段的控制数据后，该等数据亦可显示为第二虚拟图标542或第三虚拟图标543等，然亦不以此为限。
于一些实施例中，本发明的图形化介面540更提供一高层级设定介面，以供较高阶的使用者应用，且于此高层级设定介面中，高阶使用者如安装人员、风机***设计者、控制器设计人员或维修人员等，可直接修改或设定第一控制数据，甚至其进一步的转速数值、电流值等，该等参数显示为例如但不限于第一参数545、第二参数546、第三参数547或第四参数548等。经高阶使用者设定后的第一控制数据，具有第一优先层级；而于前述实施例中普通使用者所设定的第二控制数据具有第二优先层级，且第一控制数据的该第一优先层级大于第二控制数据的该第二优先层级，亦即当第二控制数据所设定的内容与第一控制数据所设定的内容有所抵触时，以第一控制数据所设定的内容为准。举例而言，于一些实施例中，第一控制数据对应于一第三时间区段，第二控制数据对应于一第四时间区段，且第三时间区段与第四时间区段具有重叠的时间区段，或称第五时间区段，由于第一控制数据的第一优先层级大于第二控制数据的第二优先层级，故于第五时间区段以第一控制数据所设定的内容为准。换言之，第一时间区段与第三时间区段相同，且第二时间区段为第四时间区段扣除第五时间区段，然皆不以此为限。藉此，通过不同控制数据间的高低层级设计，可优先选用较高层级使用者设定的控制数据，以达到避免操作错误造成的能量损耗与成本浪费，以及防止危安问题等功效。
此外，不论于高阶使用者所使用的高层级设定介面或普通使用者所使用的低层级设定介面之中，图形化介面540皆显示有虚拟的紧急停机图标544，以供使用者于危险发生时或欲手动停止风机51运转时，直接通过点击或触发紧急停机图标544，以强制停止风机51的运转。
请参阅图9并配合图2，其为本发明较佳实施例的控制方法的流程图。如图2及图9所示，本发明较佳实施例的控制方法的流程开始于步骤S100，提供至少一风机51、至少一电源转换装置52、控制装置53及人机介面54，其中控制装置53储存有第一控制数据；其次，如步骤S200所示，将电源转换装置52与风机51及控制装置53相连接，其中电源转换装置52通过三相电源通道55及信号通道56与风机51相连接；然后，如步骤S300所示，将人机介面54与控制装置53相连接，亦即以人机介面54近端或远端以有线或无线的方式连线至控制装置53；最后，如步骤S400所示，通过人机介面54的图形化介面540设定第二控制数据，并储存于控制装置53，以使控制装置53自动地根据第一控制数据及第二控制数据控制风机51于第一时间区段以第一转速运转，且于第二时间区段以第二转速运转。
综上所述，本发明提供一种风机控制***及其控制方法，通过使用人机介面的图形化介面进行设定，可使风机于指定的时间区段内自动地以较低转速运转，以降低噪音的产生或符合法律规范，能降低调整风机转速的安全顾虑，且因操作简单更可进一步地达到避免不当控制参数被输入至风机控制***等情形的功效。同时，通过控制数据的高低层级设计，可优先选用较高层级使用者设定的控制数据，以达到避免操作错误造成的能量损耗与成本浪费，以及防止危安问题等功效。
纵使本发明已由上述的实施例详细叙述而可由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱所附申请权利要求范围所欲保护者。
Claims (10)
1.一种风机控制***，包括：
至少一风机；
至少一电源转换装置，与该风机相连接；
一控制装置，与该电源转换装置相连接，且包括一储存模块，其中该储存模块具有一第一数据库，且该第一数据库储存有一第一控制数据；以及
一人机介面，与该控制装置相连接，且具有一图形化介面；
其中，通过该人机介面的该图形化介面设定一第二控制数据，并储存于该储存模块的该第一数据库中，以使该控制装置自动地根据该第一控制数据及该第二控制数据控制该风机于一第一时间区段以一第一转速运转，且于一第二时间区段以一第二转速运转。
2.如权利要求1所述的风机控制***，其中该电源转换装置通过一三相电源通道及一信号通道与该风机相连接。
3.如权利要求2所述的风机控制***，其中该电源转换装置包括：
一控制单元，架构于控制该电源转换装置的运作；
一信号收发单元，与该控制单元相连接并通过该信号通道与该风机相连接；以及
一通信单元，与该控制单元及该控制装置相连接，用以接收该控制装置的一命令信号，以使该控制单元实现使该风机于该第一时间区段以该第一转速运转或于该第二时间区段以该第二转速运转。
4.如权利要求1所述的风机控制***，其中该控制装置还包括：
一控制模块，架构于控制该控制装置的运作，且该储存模块与该控制模块相连接；
一通信模块，与该控制模块及该人机介面相连接，用以进行遥控控制；以及
一监控模块，与该控制模块相连接，用以监控并记录该电源转换装置及该风机运作的数据及信息。
5.如权利要求4所述的风机控制***，其中该储存模块更具有一第二数据库，用以储存该监控模块记录的该数据及信息。
6.如权利要求1所述的风机控制***，其中该电源转换装置的数量与该风机的数量相匹配。
7.如权利要求1所述的风机控制***，其中该第一控制数据具有一第一优先层级，该第二控制数据具有一第二优先层级，且该第一优先层级大于该第二优先层级。
8.如权利要求7所述的风机控制***，其中该第一控制数据由一高阶使用者通过该图形化介面的一高层级设定介面设定并储存于该第一数据库中，且该第二控制数据由一普通使用者通过该图形化介面的一低层级设定介面设定并储存于该第一数据库中。
9.如权利要求7所述的风机控制***，其中该第一控制数据对应于一第三时间区段，该第二控制数据对应于一第四时间区段，且该第三时间区段与该第四时间区段具有重叠的一第五时间区段，其中该第一时间区段与该第三时间区段相同，且该第二时间区段为该第四时间区段扣除该第五时间区段。
10.一种控制方法，包括步骤：
提供至少一风机、至少一电源转换装置、一控制装置及一人机介面，其中该控制装置储存有一第一控制数据；
将该电源转换装置与该风机及该控制装置相连接；
将该人机介面与该控制装置相连接；以及
通过该人机介面的一图形化介面设定对应一第二时间区段的一第二控制数据，并储存于该控制装置，以使该控制装置自动地根据该第一控制数据及该第二控制数据分别控制该风机于该第一时间区段以一第一转速运转，且于该第二时间区段以一第二转速运转。
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