关于系统设计毕业论文的格式范文 和户外端子箱智能温、湿度控制系统设计方面论文如何怎么撰写

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户外端子箱智能温、湿度控制系统设计

摘 要:为提高二次电缆绝缘性能,维持户外端子箱内良好的温、湿度环境非常必要.文章利用单片机内的PID算法作为温度控制的调节手段,用单片机控制晶闸管导通角度来控制加热器两端电压,从而使端子箱内温、湿度保持在最佳状态,晶闸管的使用确保了该系统不易损坏.实践证明:文章设计的户外端子箱智能温、湿度控制系统具有良好的推广前景.

关键词:单片机;户外端子箱;晶闸管;PID算法;温度;湿度  文献标识码:A

中图分类号:TP273  文章编号:1009-2374(2016)35-0005-02  DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.35.003

1 概述

变电站户外端子箱是一次设备与继保小室内保护、测控等设备的中间环节,电流回路、电压回路、控制回路、测量回路等多种重要二次回路都在户外端子箱内转接.户外端子箱内的温、湿度环境与二次回路的绝缘性能以及老化速度直接相关,在雨季潮湿环境下户外端子箱内凝露积水情况下,二次回路绝缘下降,直流接地或短路;端子箱内长期处于潮湿环境,也会加快端子螺丝、连片生锈,造成二次回路接触不良、发热或开路,存在导致保护拒动或误动的风险.为维护户外端子箱内二次回路的安全运行,维持端子箱内良好的温、湿度环境,对户外端子箱采取防凝露措施具有重要意义.

为解决户外端子箱容易受潮的问题,在户外端子箱内装设温、湿度控制系统是最常用的技术手段.温、湿度控制系统检测端子箱内温、湿度的情况,当端子箱内凝露以及温度过低时,控制器启动加热器运行提高端子箱内温度防止凝露产生.当户外端子箱内温、湿度条件不满足时,加热器自动停止加热,控制器继续对户外端子箱内部温、湿度进行监测.在实际运行中发现,从厂家购买的驱潮设备普遍存在易坏且损坏后需整块更换的问题.本文提出设计一款户外端子箱智能温、湿度控制系统,目标是采用严谨的控制算法以及高可靠性的控制器,研发一套效果良好,不易损坏的温、湿度控制系统.

2 设计思路

根据凝露形成机理,一般采用两种方法来控制凝露形成:第一种是通过热交换器将端子箱内空气的水蒸气冷凝成水珠,排出端子箱;第二种是加热端子箱内空气温度,降低相对湿度防止凝露.本文选用第二种方式进行控制.该户外端子箱智能温、湿度控制系统以单片机作为主控制器,以编程的方法实现数字PID控制算法,控制器将温湿度传感器反馈量通过算法处理后,输出给执行器(晶闸管)进行加热或凝露任务.不间断的反馈与不间断的任务执行,形成一个闭环的控制系统,确保端子箱内温、湿度保持在最佳状态.采用严谨的控制算法以最少的动作次数达到最优的控制效果,同时改用晶闸管作为执行器解决继电器触头拉弧损坏的问题.

3 实现方案

3.1 智能温、湿度控制系统结构

智能温、湿度控制系统包括单片机微控制器、箱内温湿度传感器、地址编码器、A/D转换模块、显示接口、驱动接口、加热器组件等,其系统结构图如图1所示:

设计一个电源模块将端子箱内的220V交流转换成系统所需的工作电源,为系统各个模块供电.箱内温湿度传感器经光电隔离后接入单片机微控制器经过A/D转换后,采集到端子箱内温度、湿度数据.显示接口与单片机相连,将单片机微控制器采集到的温度、湿度数据显示出来.单片机微控制器根据温度、湿度数据以及设定值驱动加热器进行加热,以实现防止端子箱内凝露.

3.2 PID控制算法

将系统检测到的温、湿度实测值与程序设定值进行比较,通过单片机编程的方法实现数字PID控制,调节实测值与程序设定值之间的偏差以及偏差值作为控制依据,控制晶闸管的导通角的大小以调整加热器两端的电压,达到控制加热器输出功率进行温度控制的目的.

PID控制是一种比例、积分、微分控制模型,该方法结构简单、鲁棒性好,其原理控制框图如图2所示:

如图2比例项,主要控制加热的响应速度,积分项主要消除温、湿度实测值与程序设定值之间的偏差,微分项用于提高系统的稳定性和动态性.

3.3 加热器组件

由驱动接口、执行器(晶闸管)以及加热电阻组成的加热器组件是PID调节的控制端.由箱内温湿度传感器实测得到的温度、湿度数据与程序设定值进行比较后,经PID算法调节单片机微控制器会输出控制信号,该信号控制晶闸管导通角度,作用于加热电阻两端电压.当户外端子箱内温度过高,则晶闸管不导通;如果户外端子箱内温度偏低,晶闸管则导通,其导通角的大小与温度偏差值呈反比.

3.4 工作原理

该系统控制工作原理如下:(1)单片机微控制器设定目标温度T;(2)箱内温湿度传感器检测温、湿度信号并经光耦传送给单片机微控制器,单片机比较温、湿度实测值与程序设定值,得到偏差值;(3)偏差值进行PID控制算法,经过比例、积分、微分运算,输出控制信号;(4)控制信号控制晶闸管导通角,加热电阻两端电压变化,进行加热,改变户外端子箱内温度;(5)不断重复步骤2到步骤5,通过改变加热电阻两端电压来控制温度.实践证明,使用本文设计的户外端子箱智能温、湿度控制系统,在保持端子箱内温、湿度处于最佳状态的情况下,通过控制算法具有最优的控制效果,同时改用晶闸管作为执行器使系统不易损坏,达到了预期目标.

4 结语

在湛江局变电管理所管辖的变电站户外端子箱都装上智能温、湿度控制系统,能够提高端子箱驱潮的稳定性,防止端子箱内二次电缆受潮锈蚀或短路,同时大大减少采购驱潮设备的费用以及减少继保人员的检修任务.此外,户外箱不仅在变电中广泛使用,在配网中也存在大量的户外配电箱、配电柜等,该智能温、湿度控制系统也可往配网中进行推广.

参考文献

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(责任编辑:黄银芳)

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