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研究生: 李冠諭
Guan-Yu Li
論文名稱: 高科技廠房風機濾網機組之無感測器智慧監控系統研製
Design and Implement of Sensor-less Smart Control and Monitoring System for Fan Filter Unit in High-tech Factory
指導教授: 辜志承
Jyh-Cherng Gu
蕭鈞毓
Chun-Yu Hsiao
口試委員: 王順源
Shun-Yuan Wang
蕭弘清
Horng-Ching Hsiao
辜志承
Jyh-Cherng Gu
蕭鈞毓
Chun-Yu Hsiao
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2021
畢業學年度: 109
語文別: 中文
論文頁數: 166
中文關鍵詞: 風機濾網機組人機介面監控系統電機控制Modbus RTU
外文關鍵詞: Fan Filter Unit, Human Machine Interface(HMI), Monitoring System, Motor Control, Modbus RTU
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  • 目前於精密產業中使用空氣潔淨設備之風機濾網機組在灰塵堵塞情況時,須透過人工進行量測風速下降情況,且依照風速下降情況調整風機當前轉速,以維持出風口風量穩定。有鑑於此,本文主要目的為開發一風機濾網機組之驅控系統與監控系統。
    本文利用風機運轉電流與其風速之間的關係,倘若灰塵堵塞於濾網上的情況逐漸增加,則會導致風機濾網機組之進風量以及出風量下降,進而造成風機運轉電流下降,利用此關係完成一風機驅控調速系統。其硬體架構以電機控制晶片、微控制器作為主要控制核心,並搭配控制周邊電路與零件等。在風機控制策略部分採用無感測器及電流閉迴路控制,以此完成風機之驅控系統部分。
    基於上述之驅控系統,再加以開發出一套專屬的多執行緒之監控系統,透過此監控系統能實時掌握當前所監控之風機濾網機組,而在驅控系統與監控系統之間的傳輸格式為利用Modbus RTU傳輸協議做為發想,定義了新的傳輸格式,以便在本研究中完成驅控系統與監控系統之間的傳輸要求與多台聯控之功能。根據實測結果表示,各風機於各運轉模式下之電流誤差為0.73%、0.80%、1.73%與1.56%,整體平均誤差為1.21%,皆於合理範圍內,故本文所開發之驅控系統及監控系統具有實際的實用性與經濟性。


    At present, when the fan filter unit of the air cleaning equipment used in the precision industry is blocked due to dust, the wind speed drop must be measured manually, and the current speed of the fan must be adjusted according to the wind speed drop to maintain a stable air flow at the air outlet. In view of this, the main purpose of this thesis is to develop a drive control system and a monitoring system for a fan filter unit.
    This thesis uses the relationship between the operating current and wind speed of the fan. If the dust clogging on the filter gradually increases, it will cause the fan filter unit's air intake and air output to decrease, and then cause the fan's operating current to drop. Use this relationship to complete a fan drive and speed regulation system. It’s hardware architecture uses a motor control chip and a microcontroller as the main control core, and is matched to control peripheral circuits and parts. In the fan control strategy part, sensorless and current closed loop control are used to complete the fan drive control system part.
    Based on the drive and control system, an exclusive multi-threaded monitoring system has been developed. Through the monitoring system, the fan filter unit currently being monitored can be grasped in real time. The signal transmission between the drive control system and the monitoring system are used the Modbus RTU transmission protocol define a new transmission format which accomplishes the transmission requirements between the drive control system and the monitoring system and can be applied of multi-unit joint control in this research.According to the actual measurement results, the current error of each fan in each operation mode is 0.73%, 0.80%, 1.73% and 1.56%, the overall average error is 1.21%, which are all within in a reasonable and acceptable range. Therefore, the drive control system and monitoring system developed in this research are practical and economical.

    摘要 I Abstract II 致謝 III 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 XII 符號索引 XIV 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 相關文獻回顧 3 1.3 研究流程與章節架構 9 第二章 三相永磁同步電動機 12 2.1 前言 12 2.2 三相永磁同步電動機之機械結構與相關特性 12 2.3 三相永磁同步電動機之數學模型 18 2.4 本章結語 29 第三章 工業通訊協定 30 3.1 前言 30 3.2 傳輸介面 30 3.3 Modbus應用協議 42 3.3.1 原理 43 3.3.2 RTU模式 50 3.3.3 TCP/IP模式 54 3.4 本章結語 55 第四章 風機馬達驅動系統 56 4.1 前言 56 4.2 電機控制晶片介紹 56 4.2.1 規格 56 4.2.2 內部控制策略 57 4.3 變頻器原理 58 4.4 空間向量脈波寬度調變 60 4.4.1 電壓開關模式 60 4.4.2 開關責任週期計算 64 4.5 無感測器三相永磁同步電機之控制器 68 4.5.1 擴展感應電壓 69 4.5.2 直接位置誤差法 70 4.5.3 定電流啟動 74 4.5.4 轉速及電流閉迴路控制 76 4.6 本章結語 80 第五章 風機濾網機組控制系統 81 5.1 前言 81 5.2 風機馬達調速機制說明 81 5.3 硬體架構 83 5.3.1 微控制器規格 84 5.3.2 風機馬達規格 85 5.3.3 風機濾網機組 87 5.3.4 整合驅控板 88 5.4 軟體設計 90 5.4.1 電機控制晶片程式規劃 92 5.4.2 微控制器程式規劃 97 5.5 本章結語 105 第六章 風機濾網機組監控系統 106 6.1 前言 106 6.2 通訊方式 106 6.2.1 通用非同步收發器 107 6.2.2 通用序列匯流排 108 6.3 訊號轉換器 110 6.4 多執行緒 111 6.5 系統開發 113 6.5.1 開發環境 113 6.5.2 通訊數據格式定義 114 6.5.3 頁面規劃與功能介紹 118 6.6 本章結語 123 第七章 實作結果與討論 124 7.1 前言 124 7.2 測試規劃與現場實機測試 124 7.2.1 實測方法 124 7.2.2 功能驗證 126 7.3 本章結語 139 第八章 結論與未來研究方向 140 8.1 結論 140 8.2 未來研究方向 141 參考文獻 142

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    無法下載圖示 全文公開日期 2031/09/07 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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