基于温差控制的功率自动调节型开关柜温湿度控制装置的制作方法

本发明涉及一种开关柜温湿度控制装置。

背景技术：

凝露是自然界中极为普遍的一种物理现象，当与空气接触的物体表面低于空气的温度时，则表面就会发生凝露现象。

在外界温度、湿度变化剧烈的情况下，开关柜内部也会发生凝露现象，并可能导致以下危害。

（1）柜内操作机构、二次设备等锈蚀、霉变、降低设备使用寿命。

（2）直流接地，引起保护装置误动或拒动。

（3）端子排的螺丝、连接片因生锈导致接触不良，使得二次回路开路，保护装置拒动或误动等。

目前对开关柜除湿采用在柜内装一只温湿度控制器控制加热器工作，这样的方式在温差变化大时还是会产生凝露现象，无法达到防止开关柜凝露现象，这样不科学的加热方法一方面导致能耗高、另一方面也导致局部温度高，加速了绝缘和电气设备的老化。

如何防止开关柜由于凝露现象所产生的电力事故便成了供电企业面前的一道难题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种工作性能好的基于温差控制的功率自动调节型开关柜温湿度控制装置。

本发明的技术解决方案是：

一种基于温差控制的功率自动调节型开关柜温湿度控制装置，其特征是：包括柜内温湿度传感器、柜外温湿度传感器，柜内温湿度传感器、柜外温湿度传感器与温湿度控制器连接，温湿度控制器与排风加热器连接，开关电源为温湿度控制器提供电源；所述柜内温湿度传感器包括第一高精度温湿度传感器、第一mcu、第一rs485通信模块，第一高精度温湿度传感器与第一mcu连接，第一mcu与第一rs485通信模块连接；所述柜外温湿度传感器包括第二高精度温湿度传感器、第二mcu、第二rs485通信模块，第二高精度温湿度传感器与第二mcu连接，第二mcu与第二rs485通信模块连接；所述温湿度控制器包括温湿度控制器的mcu，温湿度控制器的mcu接有时钟芯片、存储芯片、液晶显示、设置按键、电流采集模块、rs485总线及pwm输出单元；所述排风加热器包括加热器和涡轮风扇；

温湿度控制器的电流采集模块采集排风加热器的工作电流，由温湿度控制器的mcu判别排风加热器是否正常工作；

温湿度控制器的rs485总线与所述第一rs485通信模块、第二rs485通信模块连接，将柜内温湿度信息、柜外温湿度信息传给温湿度控制器的mcu；由温湿度控制器的mcu针对相对温湿度下的露点温度采用不同的pwm控制加热器的加热功率，使得柜内不能满足凝露条件。

温湿度控制器安装于开关柜面板上，面板开孔直径为25mm的圆孔，通过圆孔把电源线和控制线连接到安装在柜内的设备上。

所述排风加热器，加热器包括不锈钢外壳，不锈钢外壳中设置ptc加热器和涡轮离心风扇。

所述液晶显示为3.2寸彩色液晶显示屏。

所述第一高精度温湿度传感器为高精度温湿度传感器si7021。

所述第二高精度温湿度传感器为高精度温湿度传感器si7021。

本发明的有益效果是，通过新装置的设计后，开关柜温湿度控制装置安装方便、操作灵活，降低了因潮湿造成的电力设备毁损事故发生，减少巡检和维护工作量，同时提高供电可靠性并且售电信誉和售电量，具有重要的经济和社会效应，目前有数以万计的变电站，每个变电站有数量众多的开关柜，有着巨大的市场需求，经济效益和社会效益都非常可观。该装置操作方便，性能可靠，节能，解决了由于设备凝露所导致的电力安全事故，提高了供电设备的可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是时钟电路示意图。

图3是存储芯片电路图。

图4是电流采集模块电路图。

图5是rs485总线电路图。

图6是固态继电器控制电路。

具体实施方式

一种基于温差控制的功率自动调节型开关柜温湿度控制装置，包括柜内温湿度传感器、柜外温湿度传感器，柜内温湿度传感器、柜外温湿度传感器与温湿度控制器连接，温湿度控制器与排风加热器连接，开关电源为温湿度控制器提供电源；所述柜内温湿度传感器包括第一高精度温湿度传感器、第一mcu、第一rs485通信模块，第一高精度温湿度传感器与第一mcu连接，第一mcu与第一rs485通信模块连接；所述柜外温湿度传感器包括第二高精度温湿度传感器、第二mcu、第二rs485通信模块，第二高精度温湿度传感器与第二mcu连接，第二mcu与第二rs485通信模块连接；所述温湿度控制器包括温湿度控制器的mcu，温湿度控制器的mcu接有时钟芯片、存储芯片、液晶显示、设置按键、电流采集模块、rs485总线及pwm输出单元；所述排风加热器包括加热器和涡轮风扇。

（1）、温湿度控制器部分设计

温湿度控制器由微控制器mcu、液晶显示模块、时钟单元、存储单元、电流采集单元、rs485总线、pwm控制输出、系统设置单元等模块组成。

各功能模块技术原理如下：

1）、微处理单元mcu

采用宏晶科技高速/低功耗/超强抗干扰的新一代mcu-stc12le5a60s2，其速度比普通的mcu快8-12倍。2路pwm,8路高速10位a/d转换(250k/s)。

2）时钟

设计说明：

ds1302涓流充电时钟芯片,一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态ram，采用spi三线接口与cpu进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和ram数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。用以定时记录柜内、柜外的温度和湿度值。

3）存储

采用先进的铁电工艺。一铁电随机存取存储器或fram是非易失性和执行读取和写入像内存。它提供了可靠的数据保留，同时消除了复杂性，并且所造成的系统级可靠性问题eeprom和其它非易失性存储器流充电的能力。

装置记录柜内外温湿度历史数据，以便于巡检人员能查看开关柜的温湿度情况。以装置的工作状况。

4）电流采集

设计说明：

由于排风加热装置安装于开关柜内部，巡检人员巡检时无法知道加热装置的故障状态信息，电流采集加热装置的工作电流，来判别是否正常工作。

通过电流互感器采集电流信号，再通过运放把采集到的电压信号放大再送到mcu的ad采集端口，由于mcu自带10位ad芯片，所以省去ad采集这块电路，mcu直接把电压数据读入并进行分析。

5）rs485通信协议

设计说明：

差分信号a1、b1分别接一个保险丝smd005，其能保护sp3485芯片，且差分信号接分别接一个smbj-5v的稳压管，将差分对地之间的电压钳位在5v内，防止脉冲信号损伤其它电子元件。mcu通过rs485把柜内和柜外温湿度传感器的数值读入。

6）pwm控制输出

针对相对温湿度下的露点温度采用不同的pwm控制加热器的加热功率，例如：在相对温度25℃/湿度90%rh的露点温度23.2℃，控制固态继电器来调节加热器的工作功率，使得柜内露点温度大于23.2℃，使得柜内不能满足凝露条件。

采用5种档位来调制加热功率。其通过控制加热的加热周期以及加热的占空比来实现，控制电路采用的固态继电器来切换加热器电源，固态继电器（ssr）是一种全电子电路组合的元件，它依靠半导体器件和电子元件的电磁和光特性来完成其隔离和继电切换功能。固态继电器与传统的电磁继电器相比，是一种没有机械，不含运动零部件的继电器，但具有与电磁继电器本质上相同的功能。被广泛应用于工业自动化控制，如电炉加热系统，熟控机械，遥控机械，电机，电磁阀以及信号灯，闪烁器，舞台灯光控制系统，医疗器械，复印机，洗衣机，消防保安系统等都有大量应用。工作可靠，无触点、无火花、寿命长、无噪声，无电磁干扰，开关速度快，mcu以微小的控制信号达到直接驱动大电流负载的目的。

（2）、柜内温湿度传感器、柜外温湿度传感器部分设计

该部分包含：柜内温湿度传感器、柜外温湿度传感器由微处理单元、高精度温湿度传感器、rs485通信模块、电源转换电路。

设计说明：

通过采样柜内外的温度和湿度值，计算出露点值以控制加热器，根据露点曲线，控制加热器，使柜内温湿度值在相对温湿度下的露点温度值以内，使柜内不能满足凝露条件。

1）高精度温湿度传感器：

本项目选择使用进口免校准的高精度温湿度传感器si7021。它是一款带i2c接口的数字式温湿度传感器，mcu通过i2c总线读取温度和湿度不存在模拟芯片通过ad转换的误差。

2）电源转换：

由于供电是由外部开关电源供给，输入为12v电压，处理器工作电压为3.3v，所以需要一款高效的电源转换器来进行电压转换。

采用了mc33063单片dc-dc变换器，该变换器配用少量外部元件即可组成效率高达93%的降压器，该电路输入电压范围为5-40v，输出电流达1.5a，并且有电流限制功能。

（3）、排风加热器部分设计

排风加热器由ptc加热器和涡轮离心风扇组成。

1、设计说明

1）ptc加热器：采用恒温式的加热元件ptc加热器，体积小，其恒温发热、热转换率高、受电源电压影响极小、自然寿命长等特点。

2）涡轮离心风扇：涡轮离心风扇可以实现侧边出风，通过循环柜内空气更加快速均匀控制露点温度。

3）外壳：外壳采用304不锈钢材质，使外壳长久不生锈保持着崭新状态，外壳设计了多种安装方式支架，可以安装在侧壁上也可以安装在柜内底座上。

2、使用方法

1）将加热器安装上固定支架，在开关柜侧壁上打2个m4的孔，用m4的螺丝将加热器固定在开关柜的侧壁上。

2）柜内温湿度传感器安装：将固定导轨固定在开关柜的另外一边的侧壁上，再将柜内温湿度传感器卡在导轨上，拧上固定卡件。

柜外温湿度传感器安装：同样的先固定导轨在柜门上，再将传感器固定在导轨上。

控制器的安装：再柜门上开一个25mm的圆孔，再开2个4mm孔，拧上固定螺丝将控制器直接挂在螺丝上即可。

开关电源的固定：将导轨式开关电源通过导轨固定在开关柜仪表仓内。

以上设备安装完成后，将排风加热器、柜内外温湿度传感器、开关电源的线接在控制器上。

通电后设备自动运行，主界面会显示柜内外温湿度值及运行状态级别。