CN110888378A - 开关柜智能终端监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信和监控技术领域，具体涉及一种开关柜智能终端监控系统及方法；包括无线温度传感器、控制器、数据采集器、服务器和闭合‑断开机构，无线温度传感器一个输出端与控制器的输入端连接，另一个输出端与数据采集器的输入端相连接；数据采集器的输出端与服务器的输入端连接，服务器的输出端连接有显示器和数据存储器；风扇与控制器的输出端连接。闭合‑断开机构包括开关手柄、开关座、导线、第一弹簧、第二弹簧、活塞、箱体和风扇，箱体里放置有沸点在50‑80℃之间、无腐蚀性且无导电性的液体。本发明当箱体内的导线发热严重时，能够将温度数据迅速发送给工作人员；同时，断开线路，在异常情况消失后恢复线路连接。

Description

开关柜智能终端监控系统及方法

技术领域

本发明涉及无线通信和监控技术领域，具体涉及一种开关柜智能终端监控系统及方法。

背景技术

开关柜(switch cabinet)是一种电气设备，主要作用是在电力系统进行发电、输电、配电和电能转换的过程中，进行开合、控制和保护用电设备，工作环境的最高温度不能超过40-50℃。开关柜内的部件主要有断路器、隔离开关、负荷开关、操作机构、互感器以及各种保护装置，零部件众多、极不利于散热。尤其是各种开关，发热严重到一定程度后，就会出现过热、短路和局部放电，从而影响到开关柜安全稳定的运行。因此，有必要对开关柜内的各种开关进行实时的监控。

对此，文件CN102999071B公开了一种基于无线网络的开关柜环境智能监控及处理系统，它包括服务器、与各个开关柜对应设置的多个数据采集器，每个开关柜内均设有无线温湿度传感器、控制器、风扇和加热器，控制器接收无线温湿度传感器的数据并控制风扇和加热器工作，数据采集器接收无线温湿度传感器的数据并发送到服务器。该发明能自动获取监测数据，节省人力物力，获取监测数据及时并且数据的准确性高，一旦发生异常情况能立刻获得报警信息，并能及时对异常情况进行相应的处理，避免事故的发生。但是，该开关柜监控系统只能检测数据，在异常情况发生时能立刻获得报警信息并断开线路；但是不能在异常情况消失后恢复线路连接。

发明内容

本发明的解决的技术问题在于，现有的开关柜监控系统只能在异常情况发生时立刻获得报警讯息并断开线路，但是不能在异常情况消失后恢复线路连接。本发明提供的一种开关柜智能终端监控系统及方法，既能在异常情况发生时立刻获得报警信息并断开线路，又能在异常情况消失后恢复线路连接。

本发明提供的基础方案为：一种开关柜智能终端监控系统及方法，包括无线温度传感器、控制器、数据采集器、服务器和风扇，开关柜里设置有无线温度传感器，无线温度传感器有两个输出端，一个输出端与控制器的输入端连接，另一个输出端通过无线网络与数据采集器的输入端相连接，数据采集器的输出端与服务器的输入端通信连接，服务器的输出端连接有显示器和数据存储器，风扇与控制器的输出端连接；还包括闭合-断开机构，闭合-断开机构包括开关手柄、开关座、导线、第一弹簧、第二弹簧、活塞和箱体，两个开关座固定在箱体的底面，两个开关座上均设有静触点，两个开关座上的静触点均连接导线；开关手柄一端设有静触点，另一端设有动触点；开关手柄设有静触点的一端铰接在一个开关座上，且开关手柄的静触点与该开关座的静触点始终保持接触；开关手柄设有动触点的一端可以自由扳动，当开关手柄闭合时，动触点可以与另一个开关座上的静触点相接触；第一弹簧与第二弹簧均为拉伸弹簧；第一弹簧自然伸长，一端固定在箱体的底面，另一端固定在开关手柄上；第二弹簧自然伸长，一端固定在开关手柄上，另一端固定在活塞上；活塞放置在箱体里，可沿着箱体壁面上下滑动，同时密封活塞下部的箱体空间；箱体里放置有沸点在50-80℃之间且无导电性的液体，该液体位于活塞与箱体底部之间。

本发明的工作原理在于：当箱体内开关的导线发热严重时，开关柜里设置的无线温度传感器实时测量箱体壁面的温度数据并将该数据通过无线网络发送给数据采集器；数据采集器再将该温度数据上传到服务器；服务器收到数据采集器发送的数据后自动生成报表并通过数据存储器储存，然后通过显示器显示。与此同时，箱体内的液体在导线的加热下开始沸腾、蒸发并产生大量的蒸汽，蒸汽推动活塞向上运动并拉伸第二弹簧；第二弹簧克服第一弹簧的拉力使得开关手柄断开；无线温度传感器发送信号到控制器，控制器控制风扇工作以降低箱体的温度；直到箱体内的温度下降、气压降低，蒸汽开始逐渐凝结，然后活塞下行，开关手柄闭合。本发明的优点在于：既能在异常情况发生时立刻获得报警信息并断开线路，为维修留出必要的时间；又能在异常情况消失后且不需要维修时，自动恢复线路连接。

本发明一种开关柜智能终端监控系统及方法，既能检测温度数据，又能在异常情况发生断开线路，并在异常情况消失后恢复线路连接。

进一步，还包括：还包括导管、滑块、推杆、凸轮、凸轮座和顶柱；箱体的壁面上设有小孔，该小孔与导管的口径相同；导管被螺母固定在箱体的壁面上，导管沿水平方向并与箱体壁面上的小孔连通；滑块的形状与导管的形状相同、口径一致，放置在导管里，可沿着导管滑动；在滑块背离箱体的一侧焊接有推杆，凸轮与推杆位于同一竖直平面，凸轮安装在凸轮座上，顶柱放置在导线与凸轮座之间。这样可以在开关发热严重时彻底断掉电源，从而极大地减少安全隐患。

进一步，箱体由透明材料制成。这样便于从外部观察箱体内部的情况。

进一步，还包括云摄像头，云摄像头安装在开关柜里，通过无线网络连接服务器。云摄像头会把箱体内发生的一切情况发送到服务器，工作人员可使用浏览器监看即时动态影像；从而根据箱体内的具体情况影响判断是否需要前往检修。

进一步，还包括风扇，风扇固定在箱体的壁面外并朝向箱体壁面。这样有利于加快箱体内蒸汽的散热。

进一步，风扇采用并联风扇。并联的风扇风压不变，但是风量会随风扇的数量成比例上升；而风量加大会增大空气的对流，提高箱体的散热效果。

进一步，在活塞与箱体壁面之间设置有密封圈。密封圈可以起到密封作用，使箱体内的液体蒸发形成的蒸汽难以溢出；从而有效推动活塞向上运动，使得开关手柄可以快速断开。另外，密封圈的存在降低了活塞与箱体壁面的摩擦，提高了活塞向上的运动速度。

进一步，箱体里的液体无腐蚀性。这样可以防止开关座、箱体被腐蚀。

进一步，第一弹簧与第二弹簧两端的固定，均采用焊接的方式。焊接的固定可靠性高，在弹簧拉伸与回弹的过程中不容易从固定处脱落，因此能有效提高开关手柄断开与闭合的可靠性。

附图说明

图1为本发明开关柜智能终端监控系统实施例的系统结构框图。

图2为本发明开关柜智能终端监控系统实施例一闭合-断开机构闭合时的结构示意图。

图3为本发明开关柜智能终端监控系统实施例一闭合-断开机构断开时的结构示意图。

图4为本发明开关柜智能终端监控系统实施例二闭合-断开机构的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明。

说明书附图中的附图标记包括：手柄1、开关座2、导线3、第一弹簧4、第二弹簧5、活塞6、箱体7、风扇8。

实施例一

本发明开关柜智能终端监控系统基本如附图1所示，包括无线温度传感器、控制器、数据采集器、服务器和风扇。

开关柜里的箱体外壁面上设置有JNPT150-S型号的无线温度传感器，该无线温度传感器有两个输出端，一个输出端通过无线网络与数据采集器的输入端相连接。该无线温度传感器的无线数据传输使用的是Zigbee技术，采用ZigBee技术可以使传感器的功耗低、可靠性高、抗干扰性强，这可以降低传感器发送的温度数据的噪声；除此之外，通过无线中继器可以非常方便地扩大网络覆盖的范围，这有利于无线温度传感器大范围检测开关柜里的温度变化。数据采集器的型号是CM3160P/CM3160EP，该数据采集器的输出端与服务器的输入端通信连接，该数据采集器的无线传输部分采用的是2G技术传输。采用2G传输的数据采集器是目前工业中应用最广泛的数据采集器，其技术成熟、可靠，故障率低；这有利于温度数据快速、精确地传输。服务器的型号为IBM System x3650 M3(7945O02)，该服务器的输出端连接有显示器和数据存储器。该服务器为非X86服务器，这种服务器使用RISC(精简指令集)或EPIC(并行指令代码)，并且主要采用UNIX和其它专用操作系统；其体系封闭、稳定性好、性能强，有利于工作人员实时精确地监控开关柜里的温度变化。无线温度传感器的另一个输出端与控制器的输入端连接，风扇8与控制器的输出端连接。控制器的型号为FTO/FTS，该控制器为组合逻辑控制器，这种控制器由逻辑电路构成，完全靠硬件来实现指令的功能，速度快、响应迅速；而且控制器主要是为了控制风扇的开与关，需要实现的功能较为简单，采用这样的控制器并不需要对其指令进行修改或扩充，性价比高。云摄像头固定在某个位置，可以全方位清晰地拍摄到箱体7内部的情况；并通过802.11b/g/n无线网络连接服务器，这样工作人员可以在任何地方经由网络使用浏览器监看即时动态影像。

闭合-断开机构闭合时如附图2所示，开关座2被螺钉和螺母固定在箱体7的底面，用螺钉与螺母的方式将开关座2固定在箱体7的底面，便于安装与拆卸。箱体7由聚碳酸酯塑料制成，这种塑料的主要成分是聚碳酸酯，具有优良的光学性能和高度透明性，这样有利于云摄像头拍摄箱体7里的情况，也便于工作人员检修时从外面初步观察箱体内部的情况；除此之外，其熔点较高，绝缘性和抗老化性较好，还能耐受无机及有机稀酸等的腐蚀。

开关座2上均设有静触点，开关座2上的静触点均连接导线；开关手柄1一端设有静触点，另一端设有动触点；开关手柄1设有静触点的一端铰接在开关座2上，且开关手柄1的静触点与该开关座2的静触点始终保持接触；开关手柄1设有动触点的一端可以自由扳动，当开关手柄1闭合时，动触点可以与开关座2上的静触点相接触。第一弹簧4与第二弹簧5均为拉伸弹簧。初始时，开关手柄1闭合在开关座2上，第一弹簧4处于自然伸长状态，一端焊接在箱体7的底面，另一端焊接在开关手柄1上；第二弹簧5也处于自然伸长状态，一端焊接在开关手柄1上，另一端焊接在活塞6上。焊接的固定可靠性高，在弹簧拉伸与回弹的过程中不容易从固定处脱落，因此能有效提高开关手柄1断开与闭合的可靠性。活塞6放置在箱体里并可沿着箱体7壁面滑动，在活塞6与箱体7的壁面之间设置有密封圈。

箱体7里放置有环戊烷(也可采用四氯化碳、二硫化碳等有机物，有机物通常性质稳定、不易氧化分解，也不具有导电性和腐蚀性)，使得开关座2和导线3均淹没在环戊烷里；箱体7里的空气被真空泵完全抽干净，防止环戊烷与空气混合发生爆炸。环戊烷是无色透明液体、沸点约49.3℃，在导线3过热时可以快速蒸发；另外环戊烷无腐蚀性、无导电性，不会腐蚀开关手柄1、开关座2和导线3，在开关手柄1断开后也不会接通电路。

密封圈的存在可以起到密封作用，使箱体7内的二氯甲烷受导线3加热蒸发时形成的蒸汽难以溢出；从而有效推动活塞向上运动，使得开关手柄可以快速断开。另外，密封圈的存在降低了活塞与箱体7壁面的摩擦，提高了活塞向上的运动速度。风扇8并列焊接在箱体7的外壁面并朝向箱体7的壁面，并联的风扇8风压不变，但是风量会随风扇8的数量成比例上升；而风量加大会提高箱体7的散热效果。

当箱体7中的导线3过热时，箱体7上的无线温度传感器就会检测到温度数据，同时箱体7中的二氯甲烷液体会不断吸热、升温。

无线温度传感器通过ZIGBEE无线网络将检测到的温度数据发送给数据采集器，数据采集器然后通过因特网将无线温湿度传感器采集到的温度数据上传给服务器。当服务器收到数据采集器发送的数据后，自动生成一些报表，如温度变化曲线；然后将数据存入存储器，并将生成的一些报表，如温度变化曲线，通过显示器显示。这样工作人员就可以实时查看箱体7内的温度变化，并根据温度变化采取适当的措施。与此同时，风扇8在控制器的指令下启动，开始向箱体7吹风。

箱体7中的二氯甲烷液体不断吸热、升温，当达到其沸点后就开始蒸发，不断地形成大量的蒸汽。随着蒸汽不断地生成，箱体7内的压强开始上升，并推动活塞6向上运动。活塞6的运动使得第一弹簧4和第二弹簧5开始拉伸，由于第二弹簧5的拉力大于第一弹簧4的拉力，开关手柄1脱离开关座2，线路断开，导线3停止发热，如附图3所示。

导线3停止发热后，箱体7中的二氯甲烷液体就不会再吸热、升温，同时由于风扇8吹风的对流散热，箱体7中的二氯甲烷蒸汽的温度会逐渐降低。当箱体7中的二氯甲烷蒸汽的温度降低到其凝点后，蒸汽就开始变为液体。箱体7中的压强就会逐渐下降，活塞6在第二弹簧5的拉力作用下向下运动。当活塞6向下运动某一位置时，第一弹簧4的拉力就会大于第二弹簧5的拉力。开关手柄1就会在第一弹簧4与第二弹簧5的拉力差的作用下重新闭合在开关座2上。

云摄像头会把箱体7内发生的一切情况发送到服务器，工作人员可使用浏览器监看即时动态影像；从而根据箱体7内的具体情况影响判断是否需要前往检修。

实施例二

如附图4所示，在实施例一的基础上，还包括导管9、滑块10、推杆11、凸轮12、凸轮座13、顶柱14、线管15和第三弹簧16。箱体7的壁面上设有小孔，该小孔与导管9的口径相同。导管9被螺母固定在箱体7的壁面上，导管9沿水平方向并与箱体7壁面上的小孔连通。滑块10的形状与导管9的形状相同、口径一致，放置在导管9里，可沿着导管9滑动。在滑块10背离箱体7的一侧焊接有推杆11。凸轮12与推杆11位于同一竖直平面，凸轮12安装在凸轮座13上。导线3放置在线管15内，线管15正下方设有第三弹簧16；第三弹簧16一端焊接在线管15上，另一端固定在地面。顶柱14放置在线管15与凸轮座13之间。当活塞6向上运动超过箱体7的壁面上小孔的位置时，部分蒸汽进入到导管9，并推动滑块10向右运动。推杆11在滑块10的运动下推动凸轮12顺时针旋转，凸轮12挤压顶柱14。顶柱14在凸轮12的挤压下对线管15施加向下的力，使得线管15给导线3施加一定的张力。当导线3受到的张力大于某一临界值时，导线3从开关座2的静接触点断掉。这样可以在开关发热严重时彻底断掉电源，从而极大地减少安全隐患。

箱体7采用聚甲基丙烯酸甲酯制成，对可见光来说它是目前最优良的高分子透明材料，透光率高达92％；其透明度高、价格低、易于机械加工，是工业上经常使用的玻璃替代材料。箱体7内的二氯甲烷也可以用乙酸乙酯代替，其沸点为77℃，在导线3发热极其严重时，也容易沸腾、蒸发。

无线温度传感器的数据传输采用WiFi技术，其特点是数据传输速率高，并且支持“永远在线”功能，但功耗大、可靠性及性能低，需要经常进行维护。控制器也可采用微程序控制器，其设计方便、结构简单，也便于修改或扩充指令。服务器采用X86服务器，又称CISC(复杂指令集)架构服务器，即通常所讲的PC服务器，它是基于PC机体系结构，使用Intel或其它兼容X86指令集的处理器芯片和Windows操作系统的服务器。其价格便宜、兼容性好、但稳定性较差、安全性不算太高，可用在中小或非关键的开关柜中。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种开关柜智能终端监控系统，包括无线温度传感器、控制器、数据采集器、服务器和风扇，开关柜里设置有无线温度传感器，无线温度传感器有两个输出端，一个输出端与控制器的输入端连接，另一个输出端通过无线网络与数据采集器的输入端相连接，数据采集器的输出端与服务器的输入端通信连接，服务器的输出端连接有显示器和数据存储器，风扇与控制器的输出端连接；其特征在于：还包括闭合-断开机构，闭合-断开机构包括开关手柄、开关座、导线、第一弹簧、第二弹簧、活塞和箱体，两个开关座固定在箱体的底面，两个开关座上均设有静触点，两个开关座上的静触点均连接导线；开关手柄一端设有静触点，另一端设有动触点；开关手柄设有静触点的一端铰接在一个开关座上，且开关手柄的静触点与该开关座的静触点始终保持接触；开关手柄设有动触点的一端可以自由扳动，当开关手柄闭合时，动触点可以与另一个开关座上的静触点相接触；第一弹簧与第二弹簧均为拉伸弹簧；第一弹簧自然伸长，一端固定在箱体的底面，另一端固定在开关手柄上；第二弹簧自然伸长，一端固定在开关手柄上，另一端固定在活塞上；活塞放置在箱体里，可沿着箱体壁面上下滑动，同时密封活塞下部的箱体空间；箱体里放置有沸点在50-80℃之间且无导电性的液体，该液体位于活塞与箱体底部之间。

2.根据权利要求1所述的开关柜智能终端监控系统，其特征在于：还包括：导管、滑块、推杆、凸轮、凸轮座和顶柱；箱体的壁面上设有小孔，该小孔与导管的口径相同；导管被螺母固定在箱体的壁面上，导管沿水平方向并与箱体壁面上的小孔连通；滑块的形状与导管的形状相同、口径一致，放置在导管里，可沿着导管滑动；在滑块背离箱体的一侧焊接有推杆，凸轮与推杆位于同一竖直平面，凸轮安装在凸轮座上，顶柱放置在导线与凸轮座之间。

3.根据权利要求2所述的开关柜智能终端监控系统，其特征在于：箱体由透明材料制成。

4.根据权利要求3所述的开关柜智能终端监控系统，其特征在于：还包括云摄像头，云摄像头安装在开关柜里，通过无线网络连接服务器。

5.根据权利要求4所述的开关柜智能终端监控系统，其特征在于：还包括风扇，风扇固定在箱体的壁面外并朝向箱体壁面。

6.根据权利要求5所述的开关柜智能终端监控系统，其特征在于：风扇采用并联风扇。

7.根据权利要求6所述的开关柜智能终端监控系统，其特征在于：在活塞与箱体壁面之间设置有密封圈。

8.根据权利要求7所述的开关柜智能终端监控系统，其特征在于：箱体里的液体无腐蚀性。

9.根据权利要求8所述的开关柜智能终端监控系统，其特征在于：第一弹簧与第二弹簧两端的固定均采用焊接的方式。

10.一种开关柜智能终端监控方法，其特征在于：包括，

步骤S1：无线温度传感器将实时测量的温度数据通过无线网络发送给数据采集器和控制器，云摄像头将拍摄的视频通过无线网络发送到服务器，箱体内的液体开始蒸发；

步骤S2：数据采集器将无线温度传感器传来的温度数据上传到服务器，控制器控制风扇工作开始工作；

步骤S3：服务器收到数据采集器发送的数据后自动生成报表并通过数据存储器储存，然后通过显示器显示；

步骤S4：箱体内的液体不断蒸发产生蒸汽，蒸汽推动活塞向上运动，手柄断开；

步骤S5：箱体内的蒸汽在风扇的作用下降温，不断凝结成液体，活塞向下运动；

步骤S6：开关手柄闭合；

步骤S7：工作人员查看服务器生成的报表和云摄像头传来的视频，决定是否前往检修。

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