基于實時無線傳感器網絡監(jiān)測系統的新型電氣控制柜除塵裝置

田嘉琛

摘 要：電氣控制柜作為電氣設備重要的保護裝置，除塵是其在運行中常遇到的問題，本文通過在電氣柜外壁粘貼石墨板，內部安裝環(huán)狀導管，環(huán)狀導管連接增壓氣囊，同時將無線傳感器網絡技術應用于除塵系統中，利用傳感器節(jié)點在線監(jiān)測柜體內灰塵變動進而做適當調整等進行了詳細論述。

關鍵詞：電氣柜；散熱與除塵；無線傳感器網絡

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.121

目前，電氣自動化技術已成為工業(yè)發(fā)展的主要推動力，電氣柜作為電氣工業(yè)的基本器件得到了廣泛應用，老式電氣柜存在灰塵堆積難清除和監(jiān)測時效性差的問題，嚴重影響電氣柜及其內部元件的正常運作，因此對電氣柜實行在線監(jiān)測除塵勢在必行。

1 傳統電氣柜的結構設計

電氣柜采用高質量的電氣元器件，具有質量可靠、耐用的特點，它所使用的保護控制儀，利用現代計算機技術，對三相電流連續(xù)巡回檢測并數據處理，可提供可靠的欠載、過載、短路、斷路、三相電流不平衡保護等，在設備正常運行時能準確交替顯示三相電流值及控制電壓值，設備停機時能把斷電瞬間的三相電流值和控制電壓值保存起來，為分析設備工作情況和查找故障原因提供了方便。

傳統的電氣柜柜體相對封閉，僅有排氣扇，排氣孔狹窄，數量稀少，內部結構相對集中于底板，元件間距窄，散熱性能較差。因此，控制柜在長期運行過程中，內部灰塵的積聚以及運行過程中產生的熱量散發(fā)，不可避免的對控制柜的正常運行產生一定影響。此外，傳統的電氣柜除塵裝置中沒有針對溫度的無線傳感器網絡在線監(jiān)測系統，使得在除塵過程中存在資源浪費，消耗成本的現象。

2 電氣控制柜的除塵問題與改進

電氣控制柜設備的防塵和除塵十分重要，目前一般的除塵方式，大多只是簡單地用風機吹掃或采用吸塵器吸塵，導致除塵十分不便。

傳統的電氣控制柜為了提高散熱效果，均在柜體上開設散熱孔，內部安裝散熱風扇，這樣雖然能夠提高散熱效果，但灰塵必然會散熱孔內進入柜體內部，所以若要從根本上實現防塵，必須將控制柜做成全封閉的，由此可見，散熱與防塵這兩個功能在設計上往往出現矛盾。

采用改進后的全封閉結構的新型電氣控制柜，通過大面積安裝在柜體內外的石墨散熱片，實現柜體的封閉式散熱。另外，其內置噴氣式除塵結構，除塵操作簡單，效率高。在柜體內外壁加入導氣管，對柜體內灰塵進行吸收。同時為了防止灰塵對導管進行堵塞，在外置導氣管旁加入氣泵和彈簧增壓氣囊。在輸送管道中氣流流速越大，顆粒在氣流中的懸浮分布越均勻；氣流速度越小，粉塵則更容易接近管底，形成停滯流，直至堵塞管道。彈簧增壓氣囊可提高柜體內的流速，使粉塵分布更加均勻，防止其堵塞導管。在導管的選擇上，采用了水平輸送管和垂直輸送管，當導管內氣流足夠大時，垂直導管內氣體的升力可以平衡粉塵的重力，使得粉塵流均勻分布。

與傳統控制柜除塵裝置相比，采用上述技術所產生的有益效果是：

（1）采用全封閉的柜體結構，正常使用狀態(tài)下能夠隔絕外界灰塵，在散熱結構上，利用導熱能力極強的石墨散熱片，雙向風扇在正常使用狀態(tài)下不斷驅動柜體內部的空氣流動，這樣空氣的熱量就能夠很快的傳導到石墨散熱片上，與傳統的散熱結構相比，通過大面積的石墨散熱片能夠間接實現內外空氣的熱傳導。（2）當需要對柜體內進行除塵時，開啟封蓋，氣泵通過導氣管向柜體內噴氣，而彈簧增壓氣囊和電磁開關閥能夠形成脈沖氣流，脈沖氣流有利于將灰塵吹起，揚起的灰塵可以通過雙向風扇將其從通孔窗處排出。（3）噴氣管為蛇形定位軟管，這樣可以很好的適應不同裝配位置的控制柜，使噴氣管的位置正對需要除塵的零件。（4）聚四氟乙烯材質具有極強的非粘性能，可防止或者減少灰塵的附著，當柜體受到雨淋時很容易沖洗干凈，有利于提高散熱效果。

3 無線傳感器網絡在電氣控制柜系統的應用

（1）無線傳感器網絡監(jiān)視概述。電氣控制柜除塵散熱系統的無線傳感器網絡是由監(jiān)測中心、控制器、無線傳感器節(jié)點部分、無線傳感器網絡監(jiān)控平臺組成。灰塵光纖傳感器作為傳感器節(jié)點定時監(jiān)測灰塵堆積情況，然后立即傳送到系統的監(jiān)測預警中心和網絡監(jiān)控平臺，計算機會自動檢查和處理被監(jiān)測物理量的信息，當溫度或者灰塵厚度超過一定指標時，系統會自行啟動電氣控制柜的排氣扇和增壓氣閥，來實現電氣柜內部的除塵和散熱功能，同時可在監(jiān)控區(qū)域對電氣柜內除塵和散熱進行實時監(jiān)控和靈活操作。

（2）各環(huán)節(jié)概述。傳感器節(jié)點是整個監(jiān)控系統的基本組成單位，主要由電源模塊、無線通信模塊組成。按照電氣柜的需要，選取灰塵光纖傳感器，光纖灰塵傳感器作為傳感器節(jié)點，在電氣柜的除塵無線網絡監(jiān)測實際運行中，傳感器節(jié)點所接收的模擬信號、溫度、灰塵堆積厚度等數據會通過節(jié)點內所內置A/D轉換器裝換成相應的數字信號，傳輸至計算機監(jiān)測預警系統中。通訊方面使用藍牙技術建立無線互聯網絡，藍牙技術的成本低、消耗少，一般的藍牙無線互聯網技術所采用的是2.4GHz ISM許可頻率波段，單片機和藍牙模塊的通訊通過uart口，選擇是否與其它接口構成無線互聯網。

預警系統和傳感器節(jié)點形成局部網絡，主要采用了Zigbee技術，性價比高，綜合效益好，可降低功耗成本，增強網絡的可靠性。

無線傳感器網絡的的性能和通信質量，可通過PRR數值來表示，數值較高說明通信質量較好，根據實際經驗來說，此線路的通信質量也和通信距離有關，通信距離越長，則通信精度又會隨之下降。

4 結束語

基于上述分析，將無線傳感器節(jié)點和監(jiān)測裝置用無線互聯網相連接，組成無線傳感器網絡監(jiān)測平臺，并且將電氣柜的電磁開關閥與監(jiān)測裝置相連接，傳感器節(jié)點發(fā)出預警信號，電磁開關閥啟動，聯動風扇和電磁增壓氣泵同時啟動，一方面通過通孔在風扇的帶動下將灰塵排出，另一方面增壓氣泵不斷鼓氣和吸氣，在導氣管中組成循環(huán)氣流，可以有效除塵，雙面作用提高除塵的效率。從純機械除塵的角度有效改善了封閉電氣柜體內部的塵土問題，而且機械除塵法材料簡單，節(jié)約成本，尤其是創(chuàng)新的將互聯網技術融入除塵過程中，有效解決了以往電氣除塵的實時性差和資源浪費問題。

參考文獻：

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