CN106708125A - 用于通信系统户外机柜的自动控制加热系统及方法 - Google Patents

用于通信系统户外机柜的自动控制加热系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于通信系统户外机柜的自动控制加热系统及方法，涉及通信户外机柜测试领域。该系统包括空气流动加热箱和加热控制器；空气流动加热箱包括壳体，壳体上开有若干空气循环孔壳体的内底设置有加热源，壳体内部还设置有至少1个风机组件；所述加热控制器包括控制柜，控制柜内部设置有PLC，所有风机组件控制柜的上面设置有PLC触摸屏控制器和加热控制开关；PLC触摸屏控制器、加热控制开关和所有风机组件，均与PLC电连接。本发明在测量通信系统户外机柜测试综合传热系数时，通过合理气流组织设计，保证户外机柜内的空气温度均匀；不仅操作过程比较简单、节省人力，而且显著提高了综合传热系数的测量精度。

Description

用于通信系统户外机柜的自动控制加热系统及方法
技术领域
本发明涉及通信户外机柜测试领域，具体涉及一种用于通信系统户外机柜的自动控制加热系统及方法。
背景技术
通信系统户外机柜的保温隔热性能，根据户外机柜的综合传热系数来评定。通信系统户外机柜进行综合传热系数测试时，将户外机柜放置于试验箱内部，将加热源和若干温度传感器均匀放置于密封环境的户外机柜内部；将若干温度传感器放置于试验箱内，同时单独外接电功率计来采集功耗，开启试验箱的降温功能，在测试中，人工观察户外机柜内部的温度传感器温度超时(低于或者高于)指定温度时，通过通断电的方式调节加热源，使户外机柜内部的温度至指定温度，根据人工记录(每隔15分钟记录一次，共四次。)加热源的功耗和各个温度传感器测得的温度，通过人工计算出户外机柜的传热系数。
但是，现有的测试通信系统户外机柜进行综合传热系数测试的方式存在以下缺陷：
上述加热源一般为电阻丝，仅具备加热功能，在密封环境的户外机柜内，由于空气无法流动，因此加热源无法控制户外机柜内部的温度均匀性，造成不易判断热平衡成立的条件，进而降低温度传感器采集温度数值的可靠性；与此同时，用裸露的电阻丝对主要为金属构件户外机柜进行加热时，存在严重的安全隐患(如漏电、烫伤等)。
与此同时，当温度传感器采集的温度超时(低于或者高于)指定温度时，需要人工通断电的方式调节加热源的加热温度。导致温度不可控，时有低于或者高于指定温度现象，导致测试数值的不可靠。
另外测试需要温度巡检仪、功率分析仪等仪表，每次测试都需重新搭建环境，比较繁琐。测试过程中，需要人工长期观察及确认热平衡成立时机，达到符合测试条件后，还需人工值守来操作仪表、记录数据，最后根据记录数据来计算结果。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明解决的技术问题为：在测量通信系统户外机柜测试综合传热系数时，通过合理气流组织设计，保证户外机柜内的空气温度均匀；对带电、发热器件和机柜的部件进行了隔离，避免测试过程中的安全事故；采用PID(ProportionIntegration Differentiation，比例积分微分)控制器对加热器进行精确控制，确保温度稳定可控，采用PLC编程对相关仪表进行控制和数据自动化采集；不仅操作过程比较简单、节省人力，而且显著提高了综合传热系数的测量精度。
为达到以上目的，本发明提供的用于通信系统户外机柜的自动控制加热系统，包括加热源、空气流动加热箱和加热控制器；
空气流动加热箱包括壳体，壳体上开有若干空气循环孔壳体的内底设置有加热源固定器，加热源固定于加热源固定器上；
壳体内部还设置有至少1个风机组件，风机组件包括安装座、电机、叶轮和叶轮网罩，安装座的顶部开有电机输出口，电机与平板固定，电机的输出端穿过平板与叶轮连接，叶轮网罩设置于叶轮的外部；
所述加热控制器包括控制柜，控制柜内部设置有PLC，控制柜的上面设置有PLC触摸屏控制器和加热控制开关；PLC触摸屏控制器、加热控制开关和所有电机，均与PLC电连接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的空气流动加热箱中设置有风机组件，空气流动加热箱内的加热源和风机组件通过加热控制器的PLC控制。因此，现有技术中在密封环境的户外机柜中人工调节加热源相比，本发明测试通信系统户外机柜的传热系数时，不仅能够通过PLC调节加热源的温度，根据温度对空气密度影响，通过合适的气流组织设计，让沉积在机柜底部的冷空气通过循环加热的方式，并通过风机组件促使机柜内空气充分对流，进而保证户外机柜内部的温度均匀，显著提高了传热系数的测量精度。测试参数设定好后不需人工介入，能自动完成测试并计算输出结果。
(2)本发明的加热源位于壳体中心，风机组件沿加热源的中心对称设置，进而在加热源均匀发热的同时，2个等距离设置的风机组件均匀散热；与此同时，壳体的前后左右侧壁均开有若干空气循环孔，空气从四个方向进，从风机叶轮网罩出，进而最大化保证户外机柜内部的空气均匀流动，进一步保证了户外机柜内部的温度均匀。
(3)本发明设置有漏电、短路、超温、电机过热、过电流保护、声光告警等装置，避免操作人员受到伤害或试验箱受到损坏；接口采用航空快速接头，安装简单；提供可视化图形界面，操作方便简单。
附图说明
图1为本发明实施例中空气流动加热箱的爆炸图；
图2为本发明实施例中加热控制器的结构示意图。
图中：1-壳体，2-风机组件，201-叶轮网罩，202-叶轮，203-安装座，203a-平板，203b-侧板，204-电机，3-加热源，301-加热源固定器，4-空气循环孔，5-脚垫，6-加热控制开关，7-PLC触摸屏控制器，8-控制柜，9-PLC，PID控制器，11-万向轮。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例中的用于通信系统户外机柜的自动控制加热系统，包括空气流动加热箱和加热控制器；工作时，空气流动加热箱位于户外机柜的内部，加热控制器在试验箱的外部控制空气流动加热箱工作。
参见图1所示，空气流动加热箱包括壳体1，壳体1呈长方体，壳体1的侧壁、顶壁和/或底壁上开有若干空气循环孔4，本实施例中壳体1的前、后、左和右侧壁上各开有若干空气循环孔4，空气能够从四个方向进，从叶轮网罩201出，进而最大化保证户外机柜内部的空气温度均匀。
参见图1所示，壳体1的内底中心设置有加热源固定器301，加热源固定器301上设置有具备加热功能的加热源3(实际应用时加热源3可自行选材，本实施例中选用加热管)，壳体1内部还设置有至少1个风机组件2，本实施例中选用2个沿加热源3中心对称设置的风机组件2，分别放置壳体1内部的左部和右部，以便更好的促进空气流动。
参见图1所示，每个风机组件2包括安装座203、电机204、叶轮202和叶轮网罩201，安装座203包括平板203a，平板203a的左右两侧各竖直设置有1块侧板203b，每块侧板203b均与壳体1的内底固定，平板203a的中心开有电机输出口，电机204与平板203a固定，电机204的输出端穿过平板203a与叶轮202连接，叶轮网罩201设置于叶轮202的外部。
参见图1所示，壳体1的内壁上还设置有供电接头(本实施例中选用航空接头，航空接头设置于侧壁上)，供电接头的输出端与加热源3、以及所有电机204电连接，输入端与一个电源电连接，电源可设置于壳体1上(内部外部均可)或加热控制器上(内部外部均可)，电源优选为交直流稳压可调电源。
为了便于空气流动加热箱的移动和放置，壳体1的底部还设置有脚垫5，脚垫5优选为橡胶脚垫，数量为4个，分别位于壳体1底部的四角处。
参见图2所示，加热控制器包括控制柜8，控制柜8呈长方体，控制柜8内部设置有PLC9(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)和PID控制器10，控制柜8的上面设置有PLC触摸屏控制器7和加热控制开关6；PLC触摸屏控制器7和加热控制开关6，均与PLC9电连接，加热源3、PLC触摸屏控制器7和所有电机204，均与PID控制器10电连接。
为了便于加热控制器的移动和放置，控制柜8的底部还设置有万向轮11，数量为4个，分别位于控制柜8底部的四角处。
本发明实施例的自动控制加热系统还包括1个数字功率计和至少8支型号为PT100的温度传感器，工作时，加热源3通过数字功率计与PLC9电连接，每个温度传感器均与PLC9电连接。
本发明实施例中部分部件的规格如下：
加热管：安装开孔直径22mm，表面304不锈钢带散热翅片，功率2KW，电压交流220V，50Hz；
电机204：电压交流220V，50Hz，功率65W/台；
叶轮202尺寸：直径120mm，厚度35mm；
航空接头：GX16-4芯，15A，250V。
本发明实施例的自动控制加热系统还另外设置有漏电、短路、超温、电机过热、过电流保护等装置。
本发明实施例中的自动控制加热系统测试通信系统户外机柜的传热系数时，包括以下步骤：
S1：将户外机柜放入试验箱内，户外机柜外表面距离试验箱的内壁距离不小于600mm，户外机柜内部均匀放置5支温度传感器，所述5支温度传感器均距离户外机柜的空调进出风口200mm以上；在试验箱内部放置3支温度传感器，转到S2。
S2：将空气流动加热箱放置于不通电的户外机柜内，关闭户外机柜的所有空口(例如电源线、光缆进出口等)后，关好柜门，转到S3。
S3：开启试验箱的降温功能，以1℃/min的速率降温；同时通过加热控制开关6开启加热控制器，通过PLC触摸屏控制器7控制PLC9，使得空气流动加热箱内的加热源3和所有风机组件2运行(加热源3的温度通过PID控制器10调节)；户外机柜内的空气从空气循环孔4内流入空气流动加热箱，加热源3产生的热量在风机组件2的吹动下，流入户外机柜的内部空间，进而促使户外机柜内部形成空气循环，以保证温度达到均衡，转到S4。
S4：当测试温度满足采集条件时，稳定持续30分钟，每15分钟采集一次数字功率计测得的加热源3总功耗、以及所有温度传感器的采集温度，总共采集4次，即记录4组数据，转到S5。
S4中的采集条件为：
(1)试验箱的内部温度达到(-30±2)℃；
(2)户外机柜的内部温度达到(25±2)℃；
(3)户外机柜的内外平均温差达到(55±4)℃。
S5：加热控制器的PLC9，根据加热源3总功耗和所有温度传感器的采集温度，自动计算传热系数K(也可通过U盘导出数据)，计算公式为：
上述公式中：
A为户外机柜内表面名义总面积，预先输入，单位为平方米(m2)；
T1为试验箱内的平均温度，即试验箱内3支传感器的采集温度的平均值，单位为摄氏度(℃)；
T2为户外机柜内部的平均温度，即户外机柜内5支传感器的采集温度的平均值，单位为摄氏度(℃)；
P为加热源3的平均功耗，以数字功率计每15分钟采集到的加热源3功耗为一组数据，一共采集四组数据，这四组数据采集的总功耗除以测试时间60分钟即为平均功耗P；单位为瓦(W)；
进一步，本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种用于通信系统户外机柜的自动控制加热系统，包括加热源(3)，其特征在于；该系统还包括空气流动加热箱和加热控制器；
空气流动加热箱包括壳体(1)，壳体(1)上开有若干空气循环孔(4)壳体(1)的内底设置有加热源固定器(301)，加热源(3)固定于加热源固定器(301)上；
壳体(1)内部还设置有至少1个风机组件(2)，风机组件(2)包括安装座(203)、电机(204)、叶轮(202)和叶轮网罩(201)，安装座(203)的顶部开有电机输出口，电机(204)与平板(203a)固定，电机(204)的输出端穿过平板(203a)与叶轮(202)连接，叶轮网罩(201)设置于叶轮(202)的外部；
所述加热控制器包括控制柜(8)，控制柜(8)内部设置有PLC(9)，控制柜(8)的上面设置有PLC触摸屏控制器(7)和加热控制开关(6)；PLC触摸屏控制器(7)、加热控制开关(6)和所有电机(204)，均与PLC(9)电连接。
2.如权利要求1所述的用于通信系统户外机柜的自动控制加热系统，其特征在于：所述加热源固定器(301)位于壳体的内底中心，所述风机组件(2)的数量为2个，2个风机组件(2)沿加热源(3)中心对称设置。
3.如权利要求1所述的用于通信系统户外机柜的自动控制加热系统，其特征在于：所述控制柜(8)内部还设置有PID控制器(10)，所述加热源(3)和PLC触摸屏控制器(7)，均与PID控制器(10)电连接。
4.如权利要求1所述的用于通信系统户外机柜的自动控制加热系统，其特征在于：所述壳体(1)呈长方体，壳体(1)的前、后、左和右侧壁上各开有若干空气循环孔(4)。
5.如权利要求1所述的用于通信系统户外机柜的自动控制加热系统，其特征在于：该系统还包括1个数字功率计和至少8支温度传感器，加热源(3)通过数字功率计与PLC(9)电连接，每个温度传感器均与PLC(9)电连接。
6.如权利要求1所述的用于通信系统户外机柜的自动控制加热系统，其特征在于：所述安装座(203)包括平板(203a)，平板(203a)的左右两侧各竖直设置有1块侧板(203b)，每块侧板(203b)均与壳体(1)的内底固定，所述电机输出口位于平板(203a)的中心。
7.如权利要求1至6任一项所述的用于通信系统户外机柜的自动控制加热系统，其特征在于：所述控制柜(8)呈长方体，控制柜(8)的底部，还设置有4个位于控制柜(8)底部的四角处的万向轮(11)。
8.如权利要求1至6任一项所述的用于通信系统户外机柜的自动控制加热系统，其特征在于：所述壳体(1)的底部还设置有4个位于壳体(1)底部的四角处的脚垫(5)，脚垫(5)选用橡胶脚垫。
9.如权利要求1至6任一项所述的用于通信系统户外机柜的自动控制加热系统，其特征在于：所述壳体(1)的内壁上还设置有供电接头，供电接头选用航空接头；供电接头的输出端与加热源(3)、以及所有电机(204)电连接，输入端与一个电源电连接；电源设置于壳体(1)上或加热控制器上，电源选用交直流稳压可调电源。
10.一种基于权利要求1至9任一项所述系统的测试通信系统户外机柜的传热系数的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1：将户外机柜放入试验箱内，户外机柜外表面距离试验箱的内壁距离不小于600mm，户外机柜内部均匀放置5支温度传感器，所述5支温度传感器均距离户外机柜的空调进出风口200mm以上；在试验箱内部放置3支温度传感器，转到S2；
S2：将空气流动加热箱放置于户外机柜内，关闭户外机柜的所有空口和柜门，转到S3；
S3：以1℃/min的速率对试验箱进行降温；通过加热控制开关(6)开启加热控制器，通过PLC触摸屏控制器(7)控制PLC(9)，使得空气流动加热箱内的加热源(3)和所有风机组件(2)运行；户外机柜内的空气从空气循环孔(4)内流入空气流动加热箱，加热源(3)产生的热量在风机组件(2)的吹动下，流入户外机柜的内部空间，转到S4；
S4：当测试温度满足采集条件时，稳定持续30分钟，定期采集数字功率计测得的加热源(3)总功耗、以及所有温度传感器的采集温度，转到S5；
S4中的采集条件为：试验箱的内部温度达到-30±2)℃，户外机柜的内部温度达到25±2)℃，户外机柜的内外平均温差达到55±4)℃；
S5：加热控制器的PLC(9)，根据加热源(3)总功耗和所有温度传感器的采集温度，自动计算传热系数K，计算公式为：
K = P ‾ A ( T 2 ‾ - T 1 ‾ ) ;
上述公式中：
A为户外机柜内表面名义总面积；
T1为试验箱内3支传感器的采集温度的平均值；
T2为户外机柜内5支传感器的采集温度的平均值；
P为加热源(3)的平均功耗。
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