一種新的電氣控制柜散熱方法開發(fā)應(yīng)用

李金偉　盧瑾　朱毓航　桂肖雄　李瑞東

摘要：本文針對(duì)打葉復(fù)烤生產(chǎn)線高濃度粉塵環(huán)境中電氣控制柜柜內(nèi)溫度控制和粉塵污染控制難以兼顧的問(wèn)題，提出并設(shè)計(jì)了一套采取引進(jìn)室外新風(fēng)進(jìn)行電控柜溫度控制的散熱方法，杜絕室內(nèi)環(huán)境含塵氣體附著電氣元件，提高電氣元件的使用壽命。

關(guān)鍵詞：打葉復(fù)烤 電氣控制柜 散熱 室外新風(fēng)

一、常規(guī)解決方法分析

目前，常見的電氣控制柜散熱解決方法主要有風(fēng)扇散熱、和空調(diào)系統(tǒng)散熱，其中空調(diào)系統(tǒng)又分為一體式空調(diào)和中央空調(diào)。打葉復(fù)烤線通常采用傳統(tǒng)風(fēng)扇散熱方式，依靠在電控柜柜體上安裝的微型過(guò)濾器、風(fēng)扇將柜外生產(chǎn)環(huán)境空氣引入柜內(nèi)進(jìn)行通風(fēng)降溫；也有部分復(fù)烤企業(yè)采用空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行柜體內(nèi)外熱量交換，實(shí)現(xiàn)電氣控制柜柜內(nèi)溫度控制。

二、存在問(wèn)題

以上散熱方式在正常生產(chǎn)環(huán)境都能達(dá)到溫度控制要求，但在粉塵濃度較高，生產(chǎn)環(huán)境惡劣的條件下還存在一些問(wèn)題。采用風(fēng)扇散熱，過(guò)濾網(wǎng)并不能完全阻絕細(xì)小粉塵進(jìn)入柜內(nèi)，并且在環(huán)境溫度較高時(shí)達(dá)不到預(yù)期的降溫效果；采用空調(diào)系統(tǒng)，對(duì)電控柜降溫效果明顯，但存在冷凝水、進(jìn)風(fēng)灰塵堵塞、制冷劑泄露、高額的造價(jià)，以及的大量維修工作等不可避免的弊病。

三、一種新的解決方法

通過(guò)上述分析，可以更具針對(duì)性的解決目前存在的諸多問(wèn)題。即必須在將“外部潔凈冷空氣”用相對(duì)較高的風(fēng)速度和較大的風(fēng)量往電控柜內(nèi)部吹，同時(shí)以相對(duì)低的風(fēng)速和較小的風(fēng)量將電控柜內(nèi)部熱空氣往外排，從而在電控柜內(nèi)部形成一定的“正壓”效果，在解決了電控柜的散熱問(wèn)題的同時(shí)，完全杜絕了車間現(xiàn)場(chǎng)的空氣和粉塵進(jìn)入到電控柜內(nèi)部、杜絕粉塵微粒對(duì)電控柜內(nèi)電器元器件造成危害。

（一）散熱原理和方案設(shè)計(jì)

在進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)作用下隨風(fēng)管進(jìn)入到電控柜內(nèi)部的“潔凈冷空氣”氣源選擇方面，必須從車間外部選取。由于車間外部空氣溫度相對(duì)較低，而且受污染程度較低，在潔凈冷空氣進(jìn)入電控柜內(nèi)部后，電控柜內(nèi)部得到散熱的同時(shí)不會(huì)增加電控柜內(nèi)部的粉塵污染。如下圖所示：

首先，雖然車間外部空氣相對(duì)車間內(nèi)部潔凈，但是同樣存在微量的灰塵，如果進(jìn)風(fēng)口不進(jìn)行防塵的處理，長(zhǎng)期使用過(guò)程中，微量灰塵進(jìn)入到電控柜內(nèi)部積累后同樣會(huì)影響電氣元件的使用。所以在風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口處需安裝特殊的防護(hù)裝置，用以過(guò)濾空氣中的微量的灰塵。

其次，車間外部空氣濕度隨天氣變化而變化。在夏季多雨季節(jié)，空氣濕度極大，如果濕度過(guò)大的空氣進(jìn)入到電控柜內(nèi)部，雖然可以解決電控柜降溫問(wèn)題，但同時(shí)會(huì)影響電氣元件的使用壽命，且大大增加故障率。所以在風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口需要安裝特殊的加熱除濕裝置，用以過(guò)濾空氣中的過(guò)多的水分。

綜上所述，需要在進(jìn)風(fēng)口處安裝百葉窗、空氣過(guò)濾棉、鐵絲網(wǎng)、除濕裝置等進(jìn)風(fēng)保障措施。經(jīng)過(guò)以上裝置過(guò)濾后的空氣方能用于電控柜降溫。

（二）功能實(shí)現(xiàn)

1.散熱功能

A進(jìn)風(fēng)方面，在電控柜頂部開孔安裝風(fēng)管連接到外部進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)將外部潔凈冷空氣以較高的風(fēng)速度和壓力隨風(fēng)管吹從電控柜頂部吹進(jìn)電控柜。

B出風(fēng)方面，采用傳統(tǒng)風(fēng)扇散熱的過(guò)濾器風(fēng)扇改裝調(diào)整使用，使風(fēng)扇扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)變，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)過(guò)濾器風(fēng)扇將從電控柜內(nèi)部將污濁空氣排到車間中電控柜外部。

C相鄰的電控柜組共用同一套降溫系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)和控制系統(tǒng)共用。

2.防塵功能

電控柜降溫功能相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)，但在電控柜降溫的同時(shí)需要做到防塵功能，故而如何持電控柜內(nèi)部相對(duì)電控柜外部的所行成的“正壓”效果是問(wèn)題的關(guān)鍵所在。

A生產(chǎn)間歇進(jìn)行設(shè)備保養(yǎng)時(shí)。車間灰塵量出現(xiàn)峰值，如果降溫系統(tǒng)停止運(yùn)行，則灰塵極易隨電控柜縫隙進(jìn)入到電控柜內(nèi)部，從而造成對(duì)電控柜內(nèi)部電氣元件的傷害。故電控柜降溫系統(tǒng)和生產(chǎn)線電控系統(tǒng)的電源不能通過(guò)同一個(gè)空開控制。確保在生產(chǎn)間歇進(jìn)行設(shè)備保養(yǎng)時(shí)，降溫除塵系統(tǒng)保持運(yùn)行，且進(jìn)出風(fēng)量需要調(diào)整到較高風(fēng)速運(yùn)行，保持進(jìn)風(fēng)風(fēng)速大于出風(fēng)風(fēng)速，保持電控柜內(nèi)部“正壓”效應(yīng)。

B打葉復(fù)烤線正常運(yùn)行時(shí)。電控柜柜門門正常處于關(guān)閉狀態(tài)，進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)以較高風(fēng)速度和壓力將車間外部的潔凈冷空氣吹入電控柜內(nèi)部，同時(shí)出風(fēng)風(fēng)機(jī)以相對(duì)于進(jìn)氣風(fēng)機(jī)相對(duì)偏小的壓力和風(fēng)速度將電控柜內(nèi)部熱空氣排除到電控柜外部，在兩者風(fēng)速的差距下，電控柜內(nèi)部始終相對(duì)外部保持著較小的“正壓”效果，在保證電控柜散熱效果的同時(shí)也杜絕了車間內(nèi)灰塵進(jìn)入到電控柜內(nèi)部對(duì)電氣元件的傷害。

C打葉復(fù)烤線出現(xiàn)運(yùn)行故障時(shí)。需要打開電控柜門進(jìn)行維修維護(hù)工作，此時(shí)車間氣溫較高、粉塵量較大，為避免車間內(nèi)的熱空氣和粉塵大量進(jìn)入到電控柜內(nèi)，此時(shí)進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)必須持續(xù)運(yùn)行，且需要以較高風(fēng)速和壓力往電控柜內(nèi)送風(fēng)，此時(shí)電控柜內(nèi)外的“正壓”效果相對(duì)減弱，但由于進(jìn)風(fēng)風(fēng)速較大，故而依然存在并能保持“正壓”狀態(tài)，依然可以防止車間內(nèi)的熱空氣和粉塵進(jìn)入電控柜損壞電氣元件的幾率。

3.控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)控制功能采用西門子S7-400PLC集成實(shí)現(xiàn)。

1.系統(tǒng)配備Pt100鉑熱電阻和4-20mA溫度變送器，最終由AI模擬量采集單元采集后參與計(jì)算和控制。

2.系統(tǒng)配備壓力變送器，實(shí)時(shí)檢測(cè)電控柜內(nèi)部氣壓狀態(tài)。

3.系統(tǒng)風(fēng)機(jī)采用變頻器控制。

4.每組控柜內(nèi)部均安裝溫度檢測(cè)單元和壓力檢測(cè)單元，并通過(guò)屏蔽信號(hào)電纜連接到主電控柜內(nèi)部的PLC信號(hào)輸入模塊，當(dāng)PLC檢測(cè)到其中任何一組電控柜內(nèi)部溫度超高時(shí)，均調(diào)整該電控系統(tǒng)下的進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)至高頻率運(yùn)行，增加進(jìn)風(fēng)量，迅速降低電控柜內(nèi)部溫度，當(dāng)溫度恢復(fù)到安全溫度以下后風(fēng)機(jī)恢復(fù)到低速運(yùn)行。

三、實(shí)際運(yùn)用效果

（一）電柜散熱裝置運(yùn)行正常，柜內(nèi)溫度明顯降低，目前柜內(nèi)溫度在35℃以下，順利達(dá)成柜內(nèi)溫度不超過(guò)40℃的目標(biāo)，且溫度較均衡。

（二）實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)頻率自動(dòng)控制、柜內(nèi)溫度自動(dòng)監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)，柜內(nèi)氣壓自動(dòng)監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)。

（三）由于進(jìn)風(fēng)風(fēng)量風(fēng)速大于排風(fēng)風(fēng)量風(fēng)速，電柜內(nèi)呈微正壓狀態(tài)，電柜內(nèi)含塵量大大減少，電氣元件故障損壞率大幅減少。

四、總結(jié)

通過(guò)采用新的散熱除塵方法后，電柜溫度處在可控狀態(tài)，散熱效率較高，同時(shí)避免灰塵污染，提高電氣元件使用壽命，取得較好的實(shí)際使用效果。

1.系統(tǒng)的散熱效果顯著；

2.電控柜內(nèi)部相對(duì)電控柜外部保持著較小的“正壓”效果，杜絕了車間內(nèi)粉塵和高溫空氣進(jìn)入到電控柜后污染對(duì)電氣元件的傷害；

3.在保證散熱效果的同時(shí)相鄰電控柜組共用一套散熱系統(tǒng)，且系統(tǒng)的主體僅為風(fēng)機(jī)、管路和少量電氣元件，所以系統(tǒng)建設(shè)成本低；

4.項(xiàng)目建成投入使用后，正常保養(yǎng)情況下，維修維護(hù)工作量和成本低；

5.風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速控制，可以根據(jù)溫度高低調(diào)整風(fēng)速大小，控制效果更佳；

6.系統(tǒng)不會(huì)新增如空調(diào)系統(tǒng)的冷凝水和冷凝劑泄露等次生危害；

7.系統(tǒng)安裝溫度檢測(cè)、壓力檢測(cè)單元和HMI人機(jī)接口設(shè)備等，從HMI界面上可以更直觀的了解系統(tǒng)動(dòng)態(tài)，同時(shí)系統(tǒng)控制溫度和風(fēng)機(jī)頻率等參數(shù)還可以根據(jù)實(shí)際情況在HMI界面上修改設(shè)定，更加靈活。