CN113708225A - 一种开关柜内温湿度监测装置及监测方法 - Google Patents

一种开关柜内温湿度监测装置及监测方法 Download PDF

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Abstract

一种开关柜内温湿度监测装置及监测方法，该装置包括输入模块、输出模块、供电模块、处理器模块；所述供电模块分别连接输入模块、输出模块、处理器模块；所述输入模块包括温度传感器、温湿度传感器、滤波电路、A/D转换模块，所述温度传感器、温湿度传感器分别通过第一、第二运算放大器连接滤波电路，滤波电路连接A/D转换模块，A/D转换模块连接处理器模块；所述输出模块包括LED显示模块、预警模块、无线通信模块，所述LED显示模块、预警模块、无线通信模块分别连接处理器模块。本发明一种开关柜内温湿度监测装置及监测方法，可以实现温湿度数据测量是否异常的自诊断，并对测量结果进行修正处理，提升测量数据的准确性，可有效保障开关柜运行的可靠性。

Description

一种开关柜内温湿度监测装置及监测方法
技术领域
本发明涉及开关柜监测技术领域，具体涉及一种开关柜内温湿度监测装置及监测方法。
背景技术
开关柜作为电力调配的关键设备之一，若出现异常，则会对用户端造成难以估量的后果与损失。开关柜内有许多电气设备，温湿度的异常会增加设备出现故障的概率。如果在开关柜内部增加对温湿度的监控，一方面可以监测设备当前运行的状态是否处于异常，另一方面可以根据突发的异常信号，对检修人员及时发送报警信息，节省运维时间。综上，对开关柜内中的温湿度环境因素进行准确监控是十分必要的。
目前针对温湿度监测的技术或系统，一般不具备系统自身性能的自诊断技术，当温湿度传感器自身输出异常时无法判断，也无法对结果进行相应的修正或补偿，导致温湿度监测结果无法保证可靠性，给开关柜的安全稳定运行带来了一定隐患。
发明内容
针对目前开关柜温湿度监测技术存在的不足，本发明提出了一种开关柜内温湿度监测装置及监测方法，可以实现温湿度数据测量是否异常的自诊断，并对测量结果进行修正处理，提升测量数据的准确性，可有效保障开关柜运行的可靠性。
本发明采取的技术方案为：
一种开关柜内温湿度监测装置，该装置包括：
输入模块、输出模块、供电模块、处理器模块；
所述供电模块分别连接输入模块、输出模块、处理器模块；
所述输入模块包括温度传感器、温湿度传感器、滤波电路、A/D转换模块，所述温度传感器、温湿度传感器分别通过第一、第二运算放大器连接滤波电路，滤波电路连接A/D转换模块，A/D转换模块连接处理器模块；
所述输出模块包括LED显示模块、预警模块、无线通信模块，所述LED显示模块、预警模块、无线通信模块分别连接处理器模块。
所述输入模块中，
温度传感器，用于采集开关柜内温度信号；
温湿度传感器，用于采集开关柜内湿度信号信号；
运算放大器，用于对传感器的输出信号进行放大，提高信噪比；
滤波电路，用于对传感器输出进行滤波处理，滤除噪声信号；
A/D转换模块，用于将传感器输出的模拟量信号转换成数字量信号。
所述输出模块中，
LED显示模块，用于显示温度、湿度、时间信息；
预警模块，用于传感器输出的温湿度值超过设定阈值时进行预警。
所述无线通信模块连接远程终端。
所述供电模块通过屏蔽线与220V交流电源相连，供电模块包括电压变换模块，电压变换模块将220V交流电源转换成直流±12V、5V及3.3V的信号，分别给输入模块、输出模块、处理器模块进行供电。
一种开关柜内温湿度监测方法，
其一是:分析温度传感器和温湿度传感器输出的温度信号，判断两传感器的温度输出信号是否差异过大，若差异过大则，说明至少存在一个传感器有较大的精度漂移，此时则改变处理器模块与预警模块连接的I/O口的电位状态，并通过无线通信模块发送详细的预警信息给远程终端；当远程终端接收到预警信号后确认返回，再次改变处理器模块与预警模块连接的I/O口的电位状态，取消预警；如果差异较小，则以两个温度值的平均值作为输出。
上述I/O口电位状态为0和1两种：0表示低电平，1表示高电平。当传感器正常时，状态为0，此时不预警，当I/O状态为1时，此时触发预警。
其二是:分析当前湿度测量数据，根据温湿度传感器中湿度传感单元输出信号与温度之间的变化特性，结合当前温度测量值，对温湿度传感器中湿度传感单元的输出进行修正，提升温湿度传感器中湿度传感单元的传感精度。
其三是：分析温度及湿度的变化情况。由于环境因素对电气设备有直接影响，因此需要检测温湿度的数值是否到达了对开关柜影响较为严重的预警水平，温湿度的数值中若处于预警水平一段时间，则同样改变处理器模块与预警模块连接的I/O口的电位状态, 并通过无线通信模块发送详细的预警信息给远程终端。此处I/O口电位状态为0和1两种：0表示低电平，1表示高电平。当温度正常时，状态为0，此时不预警，当I/O状态为1时，此时触发预警。这里温湿度数值异常时，I/O状态从0变为1，触发预警信号。
当远程终端接收到预警信号后确认返回，再次改变处理器模块与预警模块连接的I/O口的电位状态从1变为0，取消预警。
此外，当温湿度突然上升时，极有可能是开关柜出现较为严重的异常造成的，此时传感器的检测结果相比以往会有非常明显的异常，当异常数值通过A/D转换模块传入到处理器模块中，处理器模块进行判定，当判定结果为严重异常时，改变处理器模块与预警模块连接的I/O口的电位状态从0变为1，同时通过无线通信模块发送详细的报警信息给远程终端，报警状态属于比较紧急的状态，检修人员到达指定开关柜后进行检修，无误后方可解除报警状态。
本发明一种开关柜内温湿度监测装置及监测方法，技术效果如下：
1）通过温度传感器、温湿度传感器的温度监测数据的对比分析，实现温度测量精度的提升及异常判断，实现了温度测量的自诊断及测量数据修正，提升了温度测量的可靠性。
2）通过对温湿度传感器中的湿度传感单元的测量结果进行温度变化的修正，提升了湿度测量结果的准确性。
3）通过对温度、湿度数据当前及历史数据变化情况的分析，实现开关柜内环境参量是否发生突变的异常判断，为开关柜内设备的状态监测提供了数据支撑，保障了开关柜内设备的安全可靠运行。
附图说明
图1为本发明开关柜内温湿度监测装置硬件连接示意图。
图2为本发明开关柜内温湿度监测装置在开关柜内的安装示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示，一种开关柜内温湿度监测装置，该装置包括：
输入模块1、输出模块2、供电模块3、处理器模块4；
所述供电模块3分别连接输入模块1、输出模块2、处理器模块4；
所述输入模块1包括温度传感器1.1、温湿度传感器1.2、滤波电路1.5、A/D转换模块1.6，所述温度传感器1.1、温湿度传感器1.2分别通过第一运算放大器1.3、第二运算放大器1.4连接滤波电路1.5，滤波电路1.5连接A/D转换模块1.6，A/D转换模块1.6连接处理器模块4；
所述输出模块2包括LED显示模块2.1、预警模块2.2、无线通信模块2.3，所述LED显示模块2.1、预警模块2.2、无线通信模块2.3分别连接处理器模块4。
所述输入模块1中，
温度传感器1.1，用于采集开关柜内温度信号；
温湿度传感器1.2，用于采集开关柜内湿度信号信号；
运算放大器，用于对传感器的输出信号进行放大，提高信噪比；
滤波电路1.5，用于对传感器输出进行滤波处理，滤除噪声信号；
A/D转换模块1.6，用于将传感器输出的模拟量信号转换成数字量信号，然后到达处理器模块4内进行处理。
处理器模块4，分别对传感器输出的温湿度值进行是否预警的判断及相应操作。
所述输出模块2中，
LED显示模块2.1，用于显示温度、湿度、时间信息；
预警模块2.2，用于传感器输出的温湿度值超过设定阈值时进行预警。
所述无线通信模块2.3连接远程终端5。无线通信模块2.3并非仅仅在设备出现预警或报警时才将信息发射给远程终端5，还可以实时传递温湿度结果给远程终端5，实现远程的实时监测。
所述供电模块3通过屏蔽线与220V交流电源3.1相连，供电模块3包括电压变换模块3.2，电压变换模块3.2将220V交流电源3.1转换成直流±12V、5V及3.3V的信号，分别给输入模块1、输出模块2、处理器模块4进行供电。
电压变换模块3.2包括LDE02-23B12、LDE02-23B05、LDE02-23B03模块，分别可将220V交流转换为12V、5V及3.3V直流信号。
如图2所示，温度传感器1.1、温湿度传感器1.2可根据需要安装于开关柜内母线室a、电缆室b、手车室c等位置，两传感器并排安装，其输出信号通过屏蔽电缆传送给输出模块2。手车室c内设有断路器e。
输出模块2、供电模块3、处理器模块4等均位于仪表室d中。
一种开关柜内温湿度监测方法，处理器模块4针对温度传感器1.1和温湿度传感器1.2的数据进行综合处理：一是处理两路温度信号，对其进行差异性分析，若存在较大差异，阈值可设置，一般为1℃，则说明至少有一个传感器的精度存在较大漂移。此时可触发监测装置预警模块2.2的预警功能。如差异较小，则以两个温度值的平均值作为输出，这样可以降低温度测量误差，比如一个传感器温度为正偏差、一个为负偏差，平均之后就可以降低偏差。
二是处理湿度信号，根据温湿度传感器1.2中湿度传感单元输出信号与温度之间的变化特性，结合当前温度测量值，对温湿度传感器1.2中湿度传感单元的输出进行修正。通过这两种信号处理方式，可有效提高温度和湿度的测量精度。
当前湿度测量数据，根据温湿度传感器1.2中湿度传感单元输出信号与温度之间的变化特性，结合当前温度测量值，对温湿度传感器1.2中湿度传感单元的输出进行修正。
温湿度传感器1.2中湿度传感单元的输出会受到温度的影响，不同温度下湿度测量值会有一定误差，由于监测湿度的同时也监测了温度，就可以利用温度值来对湿度的测量值进行修正：
首先在实验室条件下，测量湿度传感单元在不同温度下的输出值，获取湿度传感单元输出信号与温度之间的关系，如：H=kT+c，H为湿度传感单元输出信号，T为当前温度值，k为修正系数，c为湿度传感单元在室温20摄氏度下的输出值，这个称之为湿度传感单元输出信号与温度之间的变化特性。k和c的值可在实验室测试确定，确定之后现场使用时，只需要监测实时的温度T值，就可以计算出修正后的湿度值。
若温度及湿度监测结果长时间处于较高水平，则环境因素对开关柜的工作不利，需要提醒工作人员注意。此时可触发预警模块2.2，并将详细的预警信息借助无线通信模块2.3提交给远程终端5。
若温度监测结果出现大幅度增加，则说明大概率是由于开关柜内某些电气模块出现较为严重的故障所致。当处理器模块4检测到这种信号时，通过无线通信模块2.3向远程终端5发出报警信息，并提供开关柜所处位置信息，方便检修人员快速到达现场。
远程终端5可以是处于中控室的计算机等，也可以是智能手机等终端设备，方便工作人员现场检修。
实施例：
温度传感器1.1选择PT100，温湿度传感器1.2选择TH10S-B-H。温度的测量范围可达-40-120摄氏度，湿度测量范围0-100%RH。
PT100和TH10S-B-H两传感器的温度信号经运算放大器放大后，进入滤波电路1.5滤波去噪，然后经A/D转换模块1.6转换成数字量，进入处理器模块4进行数据组帧及分析处理。处理器模块4对两路温度信号进行分析处理，分析两传感器的温度输出信号是否差异过大。若差异过大则说明至少存在一个传感器有较大的精度漂移，则进行温度监测异常预警。温度预警阈值设置为1℃，根据现场工况需要灵活可调。如果差异较小，则以两个温度值的平均值作为输出，进一步提升温度监测的准确度。
第一运算放大器1.3、第二运算放大器1.4均采用德州仪器的OPA627BP运算放大器
滤波电路1.5由电容和电阻构成的RC滤波电路实现。
A/D转换模块1.6采用ADS7822U模数转换器。
处理器模块4采用Altera MAX 7000A 系列 CPLD，EPM7064AETI44-7N。
TH10S-B-H型温湿度传感器的湿度监测结果可作为主要的湿度监测结果，为进一步提升湿度监测的准确性，考虑温度变化对湿度测量的影响，将温度测量结果对湿度传感单元的影响考虑进去，补偿温度变化造成的湿度传感器输出误差，进一步提升湿度测量的准确度。
处理器模块4对两传感器的信号进行分析处理，当PT100温度传感器与TH10S-B-H型温湿度传感器的温湿度结果出现突然的增加且两传感器输出差异较小时时，如小于1℃时，此时分析可知大概率是电气设备故障造成，此时触发报警，并立刻向远程终端5提交报警信息。
输出模块2包括LED显示模块2.1、预警模块2.2、无线通信模块2.3等。LED显示模块2.1用于显示温度、湿度、时间等信息。预警模块2.2用于传感器输出的温湿度值超过设定阈值时进行预警。无线通信模块2.3将结果发送给远程终端5进行进一步处理及分析。
LED显示模块2.1采用16*16LED点阵显示屏。
预警模块2.2采用ND16-22FS蜂鸣器。
无线通信模块2.3采用NRF24L01无线通信模块。

Claims (8)

1.一种开关柜内温湿度监测装置，其特征在于该装置包括：输入模块（1）、输出模块（2）、供电模块（3）、处理器模块（4）；
所述供电模块（3）分别连接输入模块（1）、输出模块（2）、处理器模块（4）；
所述输入模块（1）包括温度传感器（1.1）、温湿度传感器（1.2）、滤波电路（1.5）、A/D转换模块（1.6），所述温度传感器（1.1）、温湿度传感器（1.2）分别通过第一、第二运算放大器连接滤波电路（1.5），滤波电路（1.5）连接A/D转换模块（1.6），A/D转换模块（1.6）连接处理器模块（4）；
所述输出模块（2）包括LED显示模块（2.1）、预警模块（2.2）、无线通信模块（2.3），所述LED显示模块（2.1）、预警模块（2.2）、无线通信模块（2.3）分别连接处理器模块（4）。
2.根据权利要求1所述一种开关柜内温湿度监测装置，其特征在于：所述输入模块（1）中，温度传感器（1.1），用于采集开关柜内温度信号；
温湿度传感器（1.2），用于采集开关柜内湿度信号信号；
运算放大器，用于对传感器的输出信号进行放大，提高信噪比；
滤波电路（1.5），用于对传感器输出进行滤波处理，滤除噪声信号；
A/D转换模块（1.6），用于将传感器输出的模拟量信号转换成数字量信号。
3.根据权利要求1所述一种开关柜内温湿度监测装置，其特征在于：所述输出模块（2）中，LED显示模块（2.1），用于显示温度、湿度、时间信息；
预警模块（2.2），用于传感器输出的温湿度值超过设定阈值时进行预警。
4.根据权利要求1所述一种开关柜内温湿度监测装置，其特征在于：所述无线通信模块（2.3）连接远程终端（5）。
5.根据权利要求1所述一种开关柜内温湿度监测装置，其特征在于：所述供电模块（3）通过屏蔽线与220V交流电源（3.1）相连，供电模块（3）包括电压变换模块（3.2），电压变换模块（3.2）将220V交流电源（3.1）转换成直流±12V、5V及3.3V的信号，分别给输入模块（1）、输出模块（2）、处理器模块（4）进行供电。
6.一种开关柜内温湿度监测方法，其特征在于：分析温度传感器（1.1）、温湿度传感器（1.2）输出的温度信号，判断两传感器的温度输出信号是否差异过大，若差异过大则，说明至少存在一个传感器有较大的精度漂移，此时则改变处理器模块（4）与预警模块（2.2）连接的I/O口的电位状态，并通过无线通信模块（2.3）发送详细的预警信息给远程终端（5）；当远程终端（5）接收到预警信号后确认返回，再次改变处理器模块（4）与预警模块（2.2）连接的I/O口的电位状态，取消预警；如果差异较小，则以两个温度值的平均值作为输出。
7.一种开关柜内温湿度监测方法，其特征在于：分析当前湿度测量数据，根据温湿度传感器（1.2）输出信号与温度之间的变化特性，结合当前温度测量值，对温湿度传感器（1.2）的输出进行修正。
8.一种开关柜内温湿度监测方法，其特征在于：检测温湿度的数值是否到达了对开关柜影响较为严重的预警水平，温湿度的数值中若处于预警水平一段时间，则同样改变处理器模块（4）与预警模块（2.2）连接的I/O口的电位状态, 并通过无线通信模块（2.3）发送详细的预警信息给远程终端（5）；
当远程终端（5）接收到预警信号后确认返回，再次改变处理器模块（4）与预警模块（2.2）连接的I/O口的电位状态，取消预警；
当温湿度突然上升时，极有可能是开关柜出现较为严重的异常造成的，此时传感器的检测结果相比以往会有非常明显的异常，当异常数值通过A/D转换模块（1.6）传入到处理器模块（4）中，处理器模块（4）进行判定，当判定结果为严重异常时，改变处理器模块（4）与预警模块（2.2）连接的I/O口的电位状态，同时通过无线通信模块（2.3）发送详细的报警信息给远程终端（5），检修人员到达指定开关柜后进行检修，无误后再解除报警状态。
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