戶外端子箱智能溫濕度控制裝置的研制

姜兆慶 張興

山東聯(lián)誠工程建設(shè)監(jiān)理有限公司 山東濟(jì)南 250000

1 基本理論概述

變電站端子箱是室外電氣設(shè)備與室內(nèi)測控、保護(hù)、通信等設(shè)備連接的中間環(huán)節(jié)。由于戶外端子箱時長會處于較為不穩(wěn)定的溫度和濕度環(huán)境中，端子箱內(nèi)的眾多設(shè)備、零部件以及連接口非常容易老化和生銹，尤其是在我國一些氣候潮濕的地區(qū)或潮濕陰暗地下等區(qū)域的戶外端子箱，更容易出現(xiàn)如端子螺絲和連片生銹的情形，最終導(dǎo)致接觸不良，進(jìn)而產(chǎn)生使用風(fēng)險并影響具體的工作的開展[1]。

為了能夠保持端子箱內(nèi)的溫度和濕度處于合理區(qū)間，尤其是減少凝露情況的出現(xiàn)次數(shù)。通常情況下，工作人員會在戶外端子箱中安裝智能溫度和濕度控制裝置，實時檢測戶外端子箱內(nèi)的溫度和濕度數(shù)據(jù)，根據(jù)實際獲取的數(shù)據(jù)來決定是否啟動智能溫濕度控制裝置，從而讓端子箱內(nèi)的溫度和濕度回歸合理區(qū)間。例如，當(dāng)戶外端子箱內(nèi)的溫度和濕度條件偏離正常值時，智能溫濕度控制裝置會自動啟動，提高箱體內(nèi)部溫度來降低箱體內(nèi)部的濕度，從而避免出現(xiàn)凝露情形。當(dāng)端子箱內(nèi)的溫度和濕度回歸正常值時，智能溫濕度控制裝置自動停止運行，實現(xiàn)全天候24小時對戶外端子箱內(nèi)的溫濕度進(jìn)行實時監(jiān)控。戶外端子箱智能溫度和濕度控制裝置是以PID控制為基礎(chǔ)，PID控制也稱“”比例積分微分控制，根據(jù)給定值和實際輸出值構(gòu)成控制偏差，將偏差按比例、積分和微分，通過線性組合組成控制變量，從而實現(xiàn)對被控對象的控制工作。PID控制是保證戶外端子箱智能溫濕度控制裝置正常運行的基礎(chǔ)，它在其中發(fā)揮著重要的作用[2]。

2 戶外端子箱智能溫濕度控制裝置基本思路

由于凝露現(xiàn)象對于戶外端子箱產(chǎn)生的消極影響最為強烈，所以智能溫濕度控制裝置的設(shè)計思路就是要以如何避免出現(xiàn)凝露現(xiàn)象或出現(xiàn)凝露現(xiàn)象后如何采取舉措來解決凝露問題。戶外端子箱智能溫濕度控制裝置的基本設(shè)計思路，是由以下幾個步驟組成：首先，以單片機(jī)作為戶外端子箱智能溫濕度控制裝置的核心控制器，以PID控制算法作為智能溫濕度控制裝置的運行程序基礎(chǔ)。其次，控制器利用溫度和濕度傳感器獲取端子箱內(nèi)的溫度和濕度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)街悄軠貪穸瓤刂蒲b置中的執(zhí)行器裝置。最后，執(zhí)行器裝置中的加熱部件能夠進(jìn)行加熱處理，從而解決端子箱內(nèi)的凝露問題，保持端子箱內(nèi)的溫度和濕度處于合理的區(qū)間。控制器檢測到戶外的端子箱內(nèi)溫度和濕度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值后，發(fā)送指令到執(zhí)行器裝置，之后執(zhí)行器裝置停止工作[3]。

3 戶外端子箱智能溫濕度控制裝置實施方案

3.1 戶外端子箱智能溫濕度控制裝置基本結(jié)構(gòu)

戶外端子箱智能溫濕度控制裝置基本是由三個模塊組成：第一個模塊是控制模塊，該模塊是由傳感器、控制器、編碼器等零部件組成。第二個模塊是編程與算法模塊，該模塊是軟件程序模塊，通過編程來實現(xiàn)PID控制，將溫度與濕度傳感器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)槌绦?，傳輸給下一個模塊。第三個模塊是執(zhí)行模塊，該模塊是主要由加熱器及零部件組成，加熱器負(fù)責(zé)收到溫度和濕度數(shù)據(jù)后開啟加熱功能，解決戶外端子箱內(nèi)的凝露問題或防止出現(xiàn)凝露情況。

3.2 軟件系統(tǒng)控制

戶外端子箱中的智能溫濕度控制裝置，會將傳感器獲取的溫度和濕度數(shù)值與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較工作，利用編程的方式來成功的實現(xiàn)PID控制目標(biāo)工作。軟件控制系統(tǒng)將戶外端子箱中的實際溫濕度數(shù)值與既定的數(shù)值進(jìn)行比較，從而決定整個智能溫濕度控制裝置中的加熱器及相關(guān)組件是否開啟。比例積分微分控制（PID控制）是一種較為簡便且實用性較強的控制策略，將其應(yīng)用到戶外端子箱的智能溫濕度控制裝置中，既能夠降低整個裝置的復(fù)雜性，又能夠提升后期維修和養(yǎng)護(hù)的便利性。PID控制的最主要工作目標(biāo)就是解決戶外端子箱中實際溫濕度數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)溫濕度數(shù)值之間的差異問題，讓戶外端子箱中始終保持著恰當(dāng)?shù)臏囟扰c濕度水平。

3.3 加熱裝置及組件

戶外端子箱智能溫濕度控制裝置中的執(zhí)行模塊，主要是由加熱裝置及其組件組成。該裝置主要由驅(qū)動接口、執(zhí)行器以及加熱電阻組成，在PID控制算法的引導(dǎo)下接收數(shù)據(jù)并發(fā)送啟動命令。當(dāng)戶外端子箱中的傳感器，檢測到實際的溫度和濕度數(shù)值與既定數(shù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值進(jìn)行比較，若出現(xiàn)差異的情形后控制器會將數(shù)據(jù)傳輸至執(zhí)行器，這其中應(yīng)用到PID控制來將數(shù)據(jù)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化。執(zhí)行器中的加熱裝置及組件，會通過采取相關(guān)操作來作用于加熱電阻的兩端電壓。如果戶外端子箱中的溫度低于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，那么加熱裝置及組件就會啟動工作程序，升高溫度來到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。

3.4 智能溫濕度控制裝置的基本工作原理

第一，提前設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的溫度和濕度數(shù)值。第二，戶外端子箱中的傳感器實時檢測箱體中的溫度和濕度數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)與提前設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，確定兩者之間的差異數(shù)值。第三，計算出實際值與標(biāo)準(zhǔn)值之間的差異數(shù)值，在PID控制算法的作用下變?yōu)閿?shù)據(jù)信號，并將數(shù)據(jù)傳輸至執(zhí)行器。第四，執(zhí)行模塊中的加熱裝置及組件接收命令，并通過作用加熱電阻來實現(xiàn)對戶外端子箱內(nèi)的溫度進(jìn)行控制。第五，不斷重復(fù)整個流程，從而實現(xiàn)對戶外端子箱內(nèi)的溫度和濕度進(jìn)行實時地監(jiān)測和調(diào)節(jié)。

4 結(jié)語

智能溫濕度控制裝置對于防止戶外端子箱中零部件受潮生銹，延長端子箱的使用壽命等方面都發(fā)揮著重要的積極作用。智能溫濕度控制裝置也有利于降低戶外端子箱后期的養(yǎng)護(hù)和維修成本，應(yīng)用效果非常顯著，對于保證端子箱的正常工作產(chǎn)生發(fā)揮著積極作用。