一種環(huán)網(wǎng)柜的除濕防凝露智能控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種環(huán)網(wǎng)柜的除濕防凝露智能控制系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)基于熱電制冷技術和無線傳感器網(wǎng)絡技術，采用模糊分數(shù)階PID控制器，實時監(jiān)測工作環(huán)境溫、濕度，智能控制除濕；結合功能完備的無線傳感器網(wǎng)絡平臺，用戶可以實現(xiàn)現(xiàn)場手持機巡檢和遠程實時在線監(jiān)測設備狀態(tài)的目的。冷凝除濕裝置能有效降低空間氣體的濕度，預防凝露現(xiàn)象的發(fā)生，它具有體積小、運行費用低、使用壽命長、可靠性高的特點，廣泛應用于開關柜、配電柜、端子箱等各類封閉柜體的除濕。
【專利說明】
一種環(huán)網(wǎng)柜的除濕防凝露智能控制系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電力設備溫濕度控制【技術領域】，具體涉及一種環(huán)網(wǎng)柜的除濕防凝露智能控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]電網(wǎng)中廣泛使用開關柜、電氣控制柜、端子箱、動力箱等各種電力和通訊設備。當柜內空氣濕度過高時,會腐蝕開關線路,使元器件接頭部位的插件接觸電阻增加,進而導致設備功能失效和故障，并可能使密封不好的元器件被擊穿。當電子元器件表面結露時，會導致元器件短路，很可能會損壞設備，威脅到電網(wǎng)的安全運行。
[0003]在機柜內安裝冷凝除濕裝置，通過將空氣中的水分子冷凝成液態(tài)水并排出至封閉空間外部，可有效降低空間氣體的濕度，避免電子元器件表面結露，降低絕緣器件的高壓擊穿風險，提高器件的可靠性，延長設備的使用壽命。
[0004]專利號為CN201420287707.0，名稱為“一種開關柜防凝露除濕裝置”的實用新型專利申請設計了一種開關柜防凝露除濕裝置，并未設計相應的控制器；專利號為CN201410373842.1，名稱為“一種全數(shù)字智能溫濕度控制除濕系統(tǒng)及除濕方法”的發(fā)明專利申請設計了一種全數(shù)字智能溫濕度控制除濕系統(tǒng)，該系統(tǒng)設置于電力設備的柜體外殼內，包括有加熱器、除濕器、連接控制加熱器和除濕器的控制器及可通信連接于控制器的溫濕度傳感器，但該專利所采用的控制器僅為傳統(tǒng)整數(shù)階的控制。
[0005]目前關于開關柜溫濕度控制系統(tǒng)中的建模和控制技術的研究，主要針對整數(shù)階次系統(tǒng)模型和控制進行分析，具有一定的局限性。現(xiàn)有的系統(tǒng)理論中基本是把控制系統(tǒng)和對象作為整數(shù)階系統(tǒng)來考慮，而現(xiàn)實中存在的系統(tǒng)或多或少都是非整數(shù)階次的，即分數(shù)階次，因此利用分數(shù)階次的微積分方程對系統(tǒng)進行描述將更加準確、更接近系統(tǒng)實際情況。
[0006]綜上所述，考慮到目前開關柜溫濕度控制存在的問題，需要一種新的方法以解決上述問題。
【發(fā)明內容】
[0007]為克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種環(huán)網(wǎng)柜的除濕防凝露智能控制系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括冷凝除濕控制器、除濕器、手持機、數(shù)據(jù)基站、管理中心。所述控制器、手持機、數(shù)據(jù)基站之間可通過無線信道交互數(shù)據(jù)；手持機和數(shù)據(jù)基站可以接收來自控制器的無線數(shù)據(jù)，也可以對控制器進行控制和參數(shù)設置；所述手持機可通過WiF1、Bluetooth、數(shù)據(jù)線或存儲卡方式與管理中心交互數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)基站通過以太網(wǎng)或串口方式與管理中心連接。
[0008]該系統(tǒng)采用模糊分數(shù)階PID控制算法實現(xiàn)控制器的控制功能。
[0009]本發(fā)明系統(tǒng)主要功能特點:
[0010](I)實時監(jiān)測環(huán)境溫度、相對濕度、露點溫度，智能控制除濕，預防凝露現(xiàn)象的發(fā)生。
[0011](2)支持現(xiàn)場手持機巡檢和遠程實時在線監(jiān)測設備狀態(tài)的應用。
[0012](3)支持本地顯示和參數(shù)設置。
[0013](4)應用熱電制冷技術，無需使用制冷劑或干燥劑，設備體積小、可靠性高、容易安裝和維護，可以在惡劣、敏感或是空間狹小的環(huán)境中工作。
[0014](5)設備可長期連續(xù)運行，耗電量小，運行費用低。
[0015](6)設備電磁兼容性能良好，可用在對EMC要求較高的場合。
[0016](7) 一路備用(擴展)繼電器接口，可接入燈具、風扇、加熱器、電磁鐵等設備實現(xiàn)遠程遙控操作，方便用戶擴展使用范圍。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明控制系統(tǒng)的結構示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明控制器的結構原理圖。
[0019]圖3為本發(fā)明除濕器的結構原理圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發(fā)明。
[0021]需要聲明的是，本
【發(fā)明內容】
及【具體實施方式】意在證明本發(fā)明所提供技術方案的實際應用，不應解釋為對本發(fā)明保護范圍的限定。本領域技術人員在本發(fā)明的精神和原理啟發(fā)下，可作各種修改、等同替換、或改進。但這些變更或修改均在申請待批的保護范圍內。
[0022]圖1為本發(fā)明控制系統(tǒng)的結構示意圖。控制系統(tǒng)由控制器、除濕器等組成，分體式設計使裝置具備更大的安裝靈活性；另外，控制器只在需要除濕的時候接通除濕器電源，由此可大大延長除濕器電源模塊的使用年限。
[0023]控制器的結構原理如圖2所示?？刂破髦饕煽刂齐娐?、AC/DC隔離電源模塊、溫濕度傳感器電路、射頻收發(fā)集成電路、中文點陣液晶模塊、繼電器、天線等功能單元組成。
[0024]控制器面板:4個按鍵、3個指示燈、I個點陣液晶屏(或數(shù)碼管模組)。
[0025]控制器接口:1路電源輸入接口，2路繼電器常開輸出接口(繼電器容量為250VACU0A)，I路故障指示輸入接口(除濕器工作狀態(tài)監(jiān)測)。
[0026]工作原理:控制器上電后實時測量和顯示環(huán)境溫度、相對濕度、露點溫度等信息，通過比較相對濕度、露點溫度的實測值和設定閾值來控制除濕器工作，使被監(jiān)測點環(huán)境濕度始終處于系統(tǒng)設定條件之內?？刂破鞴ぷ鳡顟B(tài)信息和環(huán)境溫、濕度數(shù)據(jù)都會通過無線信道發(fā)送出去，用戶可以通過無線傳感器網(wǎng)絡平臺實現(xiàn)監(jiān)測設備狀態(tài)的目的。
[0027]本發(fā)明系統(tǒng)主要技術指標:
[0028](I)工作電源:85 ?265VAC (50/60Hz)/120 ?370VDC ；
[0029](2)控制器監(jiān)測功耗:< 0.5W ;
[0030](3)除濕器功耗:< 36W ;
[0031 ] (4)除濕量:彡 5mL/h(30°C,85% RH)；
[0032](5)相對濕度測量范圍:0% RH?100% RH ；
[0033](6)相對濕度測量精度:±3% RH(20% RH ?80% RHi25°C )；
[0034](7)溫度測量范圍:-40°C?85°C ；
[0035](8)溫度測量精度:± I°C (0°C?50°C )；
[0036](9)露點溫度測量范圍:0°C?50°C ；
[0037](10)工作環(huán)境溫度:-20°C?65°C ；
[0038](11)工作環(huán)境濕度:20% RH?95% RH(無凝露);
[0039](12)無線通信頻率:2.4?2.5GHz ；
[0040](13)無線器福射功率:0dbm ；
[0041](14)控制器外形尺寸:78mm*48mm*80mm (長*寬*高,含底座)；
[0042](15)除濕器外形尺寸:160mm*110mm*68mm (長 * 寬 * 高)；
[0043](16)冷凝除濕裝置安裝方式:螺絲固定或標準35mm導軌安裝；
[0044]本發(fā)明控制器主要技術指標:
[0045](I)工作電源:85 ?265VAC (50/60Hz)/120 ?370VDC ；
[0046](2)監(jiān)測功耗:< 0.5W ;
[0047](3)無線通信頻率:2.4?2.5GHz ；
[0048](4)無線器福射功率:0dbm ；
[0049](5)無線通信距離:> 300米(平直開闊地，與_90dB基站通信)
[0050](6)相對濕度測量范圍:0% RH?100% RH ；
[0051 ] (7)相對濕度測量精度:± 3 % RH (20 % RH ?80 % RHi25°C )；
[0052](8)溫度測量范圍:-40°C?85°C ；
[0053](9)溫度測量精度:± I°C (0°C?50°C )；
[0054](10)露點溫度測量范圍:0°C?50°C ；
[0055](11)工作環(huán)境溫度:0°C?50°C (帶液晶屏)，-20°C?65°C (無液晶屏);
[0056](12)工作環(huán)境濕度:20% RH?95% RH(無凝露)；
[0057](13)外形尺寸:78mm*48mm*80mm (長 * 寬 * 高,含底座)；
[0058](14)外殼材質:壓鑄鋁,表面噴漆處理；
[0059](15)預期壽命:> 50000hi25°C ；
[0060](16)安裝方式:螺絲固定或標準35mm導軌安裝；
[0061]除濕器的結構原理如圖3所示。除濕器主要由AC/DC隔離電源模塊、溫度傳感器、滾珠軸承風扇、半導體制冷片、熱端散熱器、冷端散熱器、積水盤等組成。
[0062]除濕器工作原理:除濕器啟動工作后，半導體制冷片在一定電壓下產(chǎn)生冷熱效應，當冷端散熱器表面溫度低于空氣露點溫度時，空氣中的水分子就會在冷端散熱器上凝結，冷凝水滴落至積水盤并排至密封空間外部，最終達到降低工作環(huán)境濕度的目的；風扇用于熱端散熱器的散熱、加強空氣流動以提高除濕效率；溫度傳感器用于監(jiān)測冷、熱端散熱器的溫度，控制電路根據(jù)溫度值可控制冷端散熱器溫度和檢測半導體制冷片是否出現(xiàn)故障。
[0063]模糊控制規(guī)則是整個模糊控制的核心，本發(fā)明取模糊控制器的輸入為開關柜溫濕度的誤差e和誤差的變化率e。，模糊子集設置為負大、負中、負小、零、正小、正中、正大。輸入輸出變量選用三角形建立隸屬度函數(shù)。
[0064]對于不同的溫濕度誤差和誤差變化率，模糊分數(shù)階PID控制器參數(shù)Kp、Ki, Kd的大小可按以下規(guī)律:
[0065](I)當e較大時，應取較大的Κρ，和較小的Kd，較大的Kp可以加快系統(tǒng)的響應速度，而較小的Kd用以增強系統(tǒng)抗干擾性能，此時系統(tǒng)將的跟蹤性能也較好，同時為了避免系統(tǒng)響應出現(xiàn)較大的超調量，Ki盡量取小。
[0066](2)當e處于中等大小時，為了使系統(tǒng)響應具有較小的超調量，應取較小的Kp和適當?shù)腒1、Kd。
[0067](3)當e較小時，這時各個參數(shù)的調節(jié)主要為了控制e。，減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，所以應將Kp、Ki取得大些，使系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)性能，同時為了避免系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩，還要根據(jù)e。值的變化趨勢調整Kd的大小。
[0068]控制參數(shù)Λ λ、Λ μ的大小可按以下規(guī)律確定:
[0069]()當e較大時，不論e。的值多大，這時控制的目的主要為了消除偏差，所以取較大的Λ λ，使得主要來用提高系統(tǒng)無差度的積分環(huán)節(jié)增強。
[0070](2)當e處于中等大小時，取適當?shù)摩?λ、Λ μ保證系統(tǒng)穩(wěn)定且防止系統(tǒng)超調。
[0071](3)當e較小時，控制的目的主要為了防止系統(tǒng)產(chǎn)生超調并且加快系統(tǒng)穩(wěn)足速度，所以需要根據(jù)ec的值來調整Λ λ、Λ μ的取值。
[0072]模糊邏輯整定的參數(shù)表達式為:
f 炙=K +AK
PP
K = K +AK
Iι?I
[0073]< Ki =K1+ AKd
Λ = A0 + AA
μ = μ?+Αμ
[0074]其中Kp0、Ki0、Kd0、λ 0、μ。為控制器參數(shù)初值，ΛΚΡ0、AKi0, AKdo, Λ λ、Λ μ 為經(jīng)過模糊推理的結果后、獲取的對應參量的增量。
【權利要求】
1.一種環(huán)網(wǎng)柜的除濕防凝露智能控制系統(tǒng)及方法，其特征在于:包括冷凝除濕控制器、除濕器、手持機、數(shù)據(jù)基站、管理中心。所述控制器、手持機、數(shù)據(jù)基站之間可通過無線信道交互數(shù)據(jù)；手持機和數(shù)據(jù)基站可以接收來自控制器的無線數(shù)據(jù)，也可以對控制器進行控制和參數(shù)設置；所述手持機可通過11？1、8111的⑷訪、數(shù)據(jù)線或存儲卡方式與管理中心交互數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)基站通過以太網(wǎng)或串口方式與管理中心連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種環(huán)網(wǎng)柜的除濕防凝露智能控制系統(tǒng)及方法，其特征在于:采用模糊分數(shù)階控制算法實現(xiàn)控制器的控制功能。
【文檔編號】H04W84/18GK104317339SQ201410641472
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權日:2014年11月13日
【發(fā)明者】張波, 徐基光, 汪洋, 洪誠, 周志兵, 陶瑩, 丁聰 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)安徽蕪湖縣供電有限責任公司, 張波, 徐基光, 汪洋, 洪誠, 周志兵, 陶瑩, 丁聰