ลักษณะทั่วไปของระบบควบคุมชุดกรองอากาศแบบพัดลม (FFU) คืออะไร?

ชุดกรองอากาศแบบพัดลม (FFU) เป็นอุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับโครงการห้องปลอดฝุ่น นอกจากนี้ยังเป็นหน่วยกรองอากาศที่ขาดไม่ได้สำหรับห้องปลอดฝุ่น และจำเป็นสำหรับโต๊ะทำงานที่สะอาดมากและบูธปลอดฝุ่นด้วย

ด้วยการพัฒนาทางเศรษฐกิจและการยกระดับมาตรฐานการครองชีพของผู้คน ทำให้ความต้องการด้านคุณภาพของผลิตภัณฑ์สูงขึ้นเรื่อยๆ FFU กำหนดคุณภาพของผลิตภัณฑ์โดยพิจารณาจากเทคโนโลยีการผลิตและสภาพแวดล้อมการผลิต ซึ่งผลักดันให้ผู้ผลิตต้องแสวงหาเทคโนโลยีการผลิตที่ดีกว่าอยู่เสมอ

อุตสาหกรรมที่ใช้เครื่องกรองอากาศแบบพัดลม (FFU) โดยเฉพาะอย่างยิ่งอิเล็กทรอนิกส์ ยา อาหาร วิศวกรรมชีวภาพ การแพทย์ และห้องปฏิบัติการ มีข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับสภาพแวดล้อมการผลิต อุตสาหกรรมเหล่านี้บูรณาการเทคโนโลยี การก่อสร้าง การตกแต่ง ระบบประปาและระบายน้ำ การฟอกอากาศ ระบบปรับอากาศ การควบคุมอัตโนมัติ และเทคโนโลยีอื่นๆ ตัวชี้วัดทางเทคนิคหลักที่ใช้วัดคุณภาพของสภาพแวดล้อมการผลิตในอุตสาหกรรมเหล่านี้ ได้แก่ อุณหภูมิ ความชื้น ความสะอาด ปริมาณอากาศ ความดันอากาศภายในอาคาร เป็นต้น

ดังนั้น การควบคุมตัวชี้วัดทางเทคนิคต่างๆ ของสภาพแวดล้อมการผลิตอย่างเหมาะสม เพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดของกระบวนการผลิตพิเศษ จึงกลายเป็นหนึ่งในประเด็นวิจัยที่ได้รับความสนใจอย่างมากในด้านวิศวกรรมห้องปลอดเชื้อ ห้องปลอดเชื้อแบบไหลเวียนอากาศราบเรียบแห่งแรกของโลกได้รับการพัฒนาขึ้นตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1960 และการประยุกต์ใช้ FFU ก็เริ่มปรากฏให้เห็นตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา

1. สถานะปัจจุบันของวิธีการควบคุม FFU

ปัจจุบัน FFU โดยทั่วไปใช้มอเตอร์ AC แบบเฟสเดียวหลายความเร็ว และมอเตอร์ EC แบบเฟสเดียวหลายความเร็ว โดยมีแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ได้ประมาณ 2 ระดับ คือ 110V และ 220V

วิธีการควบคุมหลักๆ แบ่งออกเป็นประเภทต่างๆ ดังต่อไปนี้:

(1) การควบคุมสวิตช์ความเร็วหลายระดับ

(2) การควบคุมการปรับความเร็วแบบไร้ขั้น

(3) การควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์

(4) รีโมทคอนโทรล

ต่อไปนี้เป็นการวิเคราะห์และเปรียบเทียบอย่างง่ายของวิธีการควบคุมทั้งสี่วิธีข้างต้น:

2. การควบคุมสวิตช์ความเร็วหลายระดับ FFU

ระบบควบคุมแบบสวิตช์ปรับความเร็วหลายระดับนั้นประกอบด้วยสวิตช์ควบคุมความเร็วและสวิตช์เปิดปิดที่มาพร้อมกับ FFU เท่านั้น เนื่องจากส่วนประกอบควบคุมนั้นมาจาก FFU และกระจายอยู่ตามจุดต่างๆ บนเพดานของห้องปลอดเชื้อ พนักงานจึงต้องปรับ FFU ผ่านสวิตช์ปรับความเร็วในสถานที่ ซึ่งไม่สะดวกอย่างยิ่งในการควบคุม ยิ่งไปกว่านั้น ช่วงการปรับความเร็วลมของ FFU นั้นจำกัดเพียงไม่กี่ระดับ เพื่อเอาชนะปัจจัยที่ไม่สะดวกในการควบคุม FFU จึงได้มีการออกแบบวงจรไฟฟ้าโดยรวมสวิตช์ปรับความเร็วหลายระดับทั้งหมดของ FFU ไว้ในตู้บนพื้นเพื่อให้สามารถใช้งานได้แบบรวมศูนย์ อย่างไรก็ตาม ไม่ว่าจะเป็นในด้านรูปลักษณ์หรือด้านการทำงานก็ยังมีข้อจำกัดอยู่ ข้อดีของการใช้วิธีควบคุมแบบสวิตช์ปรับความเร็วหลายระดับคือควบคุมง่ายและต้นทุนต่ำ แต่ก็มีข้อเสียหลายประการ เช่น การใช้พลังงานสูง ไม่สามารถปรับความเร็วได้อย่างราบรื่น ไม่มีสัญญาณป้อนกลับ และไม่สามารถควบคุมแบบกลุ่มได้อย่างยืดหยุ่น เป็นต้น

3. ระบบควบคุมการปรับความเร็วแบบไร้ขั้น

เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการควบคุมด้วยสวิตช์ปรับความเร็วหลายระดับ การควบคุมการปรับความเร็วแบบต่อเนื่องจะมีตัวควบคุมความเร็วแบบต่อเนื่องเพิ่มเติม ทำให้สามารถปรับความเร็วของพัดลม FFU ได้อย่างต่อเนื่อง แต่ก็ทำให้ประสิทธิภาพของมอเตอร์ลดลง ส่งผลให้สิ้นเปลืองพลังงานมากกว่าวิธีการควบคุมด้วยสวิตช์ปรับความเร็วหลายระดับ

1. การควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์

โดยทั่วไปแล้ว วิธีการควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์จะใช้มอเตอร์ EC เมื่อเปรียบเทียบกับสองวิธีแรก วิธีการควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์มีฟังก์ชันขั้นสูงดังต่อไปนี้:

(1) การใช้โหมดควบคุมแบบกระจายทำให้สามารถตรวจสอบและควบคุม FFU แบบรวมศูนย์ได้อย่างง่ายดาย

(2) การควบคุม FFU แบบหน่วยเดียว หลายหน่วย และแบบแบ่งส่วน สามารถทำได้ง่าย

(3) ระบบควบคุมอัจฉริยะมีฟังก์ชันประหยัดพลังงาน

(4) สามารถใช้รีโมทคอนโทรลเสริมสำหรับการตรวจสอบและควบคุมได้

(5) ระบบควบคุมมีอินเทอร์เฟซการสื่อสารที่สงวนไว้ซึ่งสามารถสื่อสารกับคอมพิวเตอร์โฮสต์หรือเครือข่ายเพื่อบรรลุฟังก์ชันการสื่อสารและการจัดการระยะไกล ข้อดีที่โดดเด่นของการควบคุมมอเตอร์ EC คือ ควบคุมง่ายและช่วงความเร็วที่กว้าง แต่การควบคุมวิธีนี้ก็มีข้อบกพร่องร้ายแรงบางประการเช่นกัน:

(6) เนื่องจากมอเตอร์ FFU ไม่ได้รับอนุญาตให้มีแปรงในห้องปลอดเชื้อ มอเตอร์ FFU ทั้งหมดจึงใช้มอเตอร์ EC แบบไร้แปรงถ่าน และปัญหาการสลับกระแสได้รับการแก้ไขโดยใช้คอมมิวเทเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ อายุการใช้งานที่สั้นของคอมมิวเทเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ทำให้ระยะเวลาการใช้งานของระบบควบคุมทั้งหมดลดลงอย่างมาก

(7) ระบบทั้งหมดมีราคาแพง

(8) ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาในภายหลังนั้นสูง

5. วิธีการควบคุมระยะไกล

นอกเหนือจากวิธีการควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์แล้ว ยังสามารถใช้การควบคุมระยะไกลเพื่อควบคุม FFU แต่ละตัว ซึ่งเป็นการเสริมวิธีการควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ได้อีกด้วย

สรุปได้ว่า วิธีการควบคุมสองวิธีแรกนั้นสิ้นเปลืองพลังงานสูงและควบคุมได้ยาก ส่วนวิธีการควบคุมสองวิธีหลังนั้นมีอายุการใช้งานสั้นและต้นทุนสูง มีวิธีการควบคุมใดบ้างที่สามารถประหยัดพลังงาน ควบคุมได้สะดวก มีอายุการใช้งานที่ยาวนาน และต้นทุนต่ำ? คำตอบคือ มี นั่นคือวิธีการควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์โดยใช้มอเตอร์กระแสสลับ

เมื่อเปรียบเทียบกับมอเตอร์ EC แล้ว มอเตอร์ AC มีข้อดีหลายประการ เช่น โครงสร้างที่เรียบง่าย ขนาดเล็ก ผลิตง่าย การทำงานที่เชื่อถือได้ และราคาถูก เนื่องจากไม่มีปัญหาเรื่องการสลับกระแส อายุการใช้งานจึงยาวนานกว่ามอเตอร์ EC มาก เป็นเวลานานแล้วที่วิธีการควบคุมความเร็วถูกครอบงำโดยวิธีการควบคุมความเร็วแบบ EC เนื่องจากประสิทธิภาพการควบคุมความเร็วที่ไม่ดี อย่างไรก็ตาม ด้วยการเกิดขึ้นและการพัฒนาของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังและวงจรรวมขนาดใหญ่ รวมถึงการเกิดขึ้นและการประยุกต์ใช้ทฤษฎีการควบคุมใหม่ๆ อย่างต่อเนื่อง วิธีการควบคุมแบบ AC จึงค่อยๆ พัฒนาขึ้นและในที่สุดก็จะเข้ามาแทนที่ระบบควบคุมความเร็วแบบ EC

ในการควบคุมกระแสสลับของพัดลม FFU นั้น วิธีการควบคุมหลักๆ แบ่งออกเป็นสองวิธี ได้แก่ วิธีการควบคุมด้วยการปรับแรงดันไฟฟ้า และวิธีการควบคุมด้วยการแปลงความถี่ วิธีการควบคุมด้วยการปรับแรงดันไฟฟ้า คือ การปรับความเร็วของมอเตอร์โดยการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าของขดลวดสเตเตอร์มอเตอร์โดยตรง ข้อเสียของวิธีการควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า ได้แก่ ประสิทธิภาพต่ำในระหว่างการปรับความเร็ว มอเตอร์ร้อนจัดที่ความเร็วต่ำ และช่วงการปรับความเร็วแคบ อย่างไรก็ตาม ข้อเสียของวิธีการควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้านั้นไม่ชัดเจนนักสำหรับโหลดพัดลม FFU และยังมีข้อดีบางประการภายใต้สถานการณ์ปัจจุบัน:

(1) แผนการควบคุมความเร็วมีความสมบูรณ์และระบบควบคุมความเร็วมีเสถียรภาพ ซึ่งสามารถรับประกันการทำงานต่อเนื่องโดยไม่มีปัญหาเป็นเวลานาน

(2) ระบบควบคุมใช้งานง่ายและมีต้นทุนต่ำ

(3) เนื่องจากภาระของพัดลม FFU เบามาก ความร้อนของมอเตอร์จึงไม่รุนแรงมากนักที่ความเร็วต่ำ

(4) วิธีการควบคุมแรงดันไฟฟ้าเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับโหลดพัดลม เนื่องจากเส้นโค้งการทำงานของพัดลม FFU เป็นเส้นโค้งการลดทอนที่เป็นเอกลักษณ์ ช่วงการควบคุมความเร็วจึงกว้างมาก ดังนั้นในอนาคต วิธีการควบคุมแรงดันไฟฟ้าจะเป็นวิธีการควบคุมความเร็วหลักอีกด้วย