基于實時無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)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(shè)備重要的保護(hù)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(nèi)部安裝環(huán)狀導(dǎo)管，環(huán)狀導(dǎo)管連接增壓氣囊，同時將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于除塵系統(tǒng)中，利用傳感器節(jié)點在線監(jiān)測柜體內(nèi)灰塵變動進(jìn)而做適當(dāng)調(diào)整等進(jìn)行了詳細(xì)論述。

關(guān)鍵詞：電氣柜；散熱與除塵；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

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

目前，電氣自動化技術(shù)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(yīng)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(yán)重影響電氣柜及其內(nèi)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(tǒng)電氣柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計

電氣柜采用高質(zhì)量的電氣元器件，具有質(zhì)量可靠、耐用的特點，它所使用的保護(hù)控制儀，利用現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)，對三相電流連續(xù)巡回檢測并數(shù)據(jù)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(hù)等，在設(shè)備正常運行時能準(zhǔn)確交替顯示三相電流值及控制電壓值，設(shè)備停機(jī)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(shè)備工作情況和查找故障原因提供了方便。

傳統(tǒng)的電氣柜柜體相對封閉，僅有排氣扇，排氣孔狹窄，數(shù)量稀少，內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(nèi)部灰塵的積聚以及運行過程中產(chǎn)生的熱量散發(fā)，不可避免的對控制柜的正常運行產(chǎn)生一定影響。此外，傳統(tǒng)的電氣柜除塵裝置中沒有針對溫度的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測系統(tǒng)，使得在除塵過程中存在資源浪費，消耗成本的現(xiàn)象。

2 電氣控制柜的除塵問題與改進(jìn)

電氣控制柜設(shè)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(fēng)機(jī)吹掃或采用吸塵器吸塵，導(dǎo)致除塵十分不便。

傳統(tǒng)的電氣控制柜為了提高散熱效果，均在柜體上開設(shè)散熱孔，內(nèi)部安裝散熱風(fēng)扇，這樣雖然能夠提高散熱效果，但灰塵必然會散熱孔內(nèi)進(jìn)入柜體內(nèi)部，所以若要從根本上實現(xiàn)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(shè)計上往往出現(xiàn)矛盾。

采用改進(jìn)后的全封閉結(jié)構(gòu)的新型電氣控制柜，通過大面積安裝在柜體內(nèi)外的石墨散熱片，實現(xiàn)柜體的封閉式散熱。另外，其內(nèi)置噴氣式除塵結(jié)構(gòu)，除塵操作簡單，效率高。在柜體內(nèi)外壁加入導(dǎo)氣管，對柜體內(nèi)灰塵進(jìn)行吸收。同時為了防止灰塵對導(dǎo)管進(jìn)行堵塞，在外置導(dǎo)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(nèi)的流速，使粉塵分布更加均勻，防止其堵塞導(dǎo)管。在導(dǎo)管的選擇上，采用了水平輸送管和垂直輸送管，當(dāng)導(dǎo)管內(nèi)氣流足夠大時，垂直導(dǎo)管內(nèi)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(tǒng)控制柜除塵裝置相比，采用上述技術(shù)所產(chǎn)生的有益效果是：

（1）采用全封閉的柜體結(jié)構(gòu)，正常使用狀態(tài)下能夠隔絕外界灰塵，在散熱結(jié)構(gòu)上，利用導(dǎo)熱能力極強(qiáng)的石墨散熱片，雙向風(fēng)扇在正常使用狀態(tài)下不斷驅(qū)動柜體內(nèi)部的空氣流動，這樣空氣的熱量就能夠很快的傳導(dǎo)到石墨散熱片上，與傳統(tǒng)的散熱結(jié)構(gòu)相比，通過大面積的石墨散熱片能夠間接實現(xiàn)內(nèi)外空氣的熱傳導(dǎo)。（2）當(dāng)需要對柜體內(nèi)進(jìn)行除塵時，開啟封蓋，氣泵通過導(dǎo)氣管向柜體內(nèi)噴氣，而彈簧增壓氣囊和電磁開關(guān)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(fēng)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(yīng)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(zhì)具有極強(qiáng)的非粘性能，可防止或者減少灰塵的附著，當(dāng)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(wǎng)絡(luò)在電氣控制柜系統(tǒng)的應(yīng)用

（1）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視概述。電氣控制柜除塵散熱系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺組成?；覊m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(tǒng)的監(jiān)測預(yù)警中心和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺，計算機(jī)會自動檢查和處理被監(jiān)測物理量的信息，當(dāng)溫度或者灰塵厚度超過一定指標(biāo)時，系統(tǒng)會自行啟動電氣控制柜的排氣扇和增壓氣閥，來實現(xiàn)電氣柜內(nèi)部的除塵和散熱功能，同時可在監(jiān)控區(qū)域?qū)﹄姎夤駜?nèi)除塵和散熱進(jìn)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(tǒng)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(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)會通過節(jié)點內(nèi)所內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器裝換成相應(yīng)的數(shù)字信號，傳輸至計算機(jī)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)中。通訊方面使用藍(lán)牙技術(shù)建立無線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，藍(lán)牙技術(shù)的成本低、消耗少，一般的藍(lán)牙無線互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所采用的是2.4GHz ISM許可頻率波段，單片機(jī)和藍(lán)牙模塊的通訊通過uart口，選擇是否與其它接口構(gòu)成無線互聯(lián)網(wǎng)。

預(yù)警系統(tǒng)和傳感器節(jié)點形成局部網(wǎng)絡(luò)，主要采用了Zigbee技術(shù)，性價比高，綜合效益好，可降低功耗成本，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的的性能和通信質(zhì)量，可通過PRR數(shù)值來表示，數(shù)值較高說明通信質(zhì)量較好，根據(jù)實際經(jīng)驗來說，此線路的通信質(zhì)量也和通信距離有關(guān)，通信距離越長，則通信精度又會隨之下降。

4 結(jié)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(lián)網(wǎng)相連接，組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測平臺，并且將電氣柜的電磁開關(guān)閥與監(jiān)測裝置相連接，傳感器節(jié)點發(fā)出預(yù)警信號，電磁開關(guān)閥啟動，聯(lián)動風(fēng)扇和電磁增壓氣泵同時啟動，一方面通過通孔在風(fēng)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(dǎo)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(jī)械除塵的角度有效改善了封閉電氣柜體內(nèi)部的塵土問題，而且機(jī)械除塵法材料簡單，節(jié)約成本，尤其是創(chuàng)新的將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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。

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