Дызайн інтэлектуальнай каробкавай падстанцыі 10 кВ на платформе Gizwits IoT + STM32

Інтэлектуальная скрынкавая сістэма дыстанцыйнага кіравання падстанцыяй 10 кВ, прадстаўленая ў гэтым артыкуле, была распрацавана Цянь Хуэй з Універсітэта навукі і тэхналогій Сіань.

Сістэма бярэ ў якасці інжынернай асновы распрацоўку інтэлектуальнай сістэмы змены каробкі 10 кВ для студэнцкай кватэры ў каледжы, і распрацоўвае інтэлектуальную сістэму змены каробкі 10 кВ на аснове Інтэрнэт рэчаў. Сістэма складаецца з трох частак: пласт успрымання, камунікацыйны ўзровень і прыкладны ўзровень. Узровень ўспрымання адказвае за збор даных датчыка і перадачу палявым кантролерам.

Уключаючы другаснае сістэмнае абсталяванне, такое як прылады абароны мікракампутара, лічыльнікі інтэлектуальнай сеткі, і інтэлектуальныя кантролеры кампенсацыі рэактыўнай магутнасці, а таксама абсталяванне для выяўлення навакольнага асяроддзя, такое як тэмпература і вільготнасць, дым, і датчыкі апускання ў ваду. Кантролер на месцы выкарыстоўвае ўбудаваны мікрапрацэсар STM32, уключаючы ВК-дысплей, модуль галасавой сігналізацыі, рэле і модуль сувязі GPRS, г.д.; ўзровень сувязі выкарыстоўвае бесправадную сувязь GPRS, які адказвае за двухбаковую перадачу даных паміж лакальным кантролерам і воблачнай платформай; Воблачная платформа Gizwits распрацоўвае сістэму аддаленага маніторынгу і мабільнае прыкладанне для каробкавых трансфарматараў, які адказвае за захоўванне, аналіз і апрацоўка дадзеных аб рабоце скрынкавых трансфарматараў.

This system finally realizes the user's remote monitoring of environmental parameters such as variable temperature and humidity, дымавая сігналізацыя і водазабеспячэнне катлавана, а таксама электрычныя параметры, такія як ток, напруга, частата і каэфіцыент магутнасці, і працоўны стан абсталявання праз WEB або мабільнае APP.

Пры збоях або няспраўнасцях у працы коробчатого трансфарматара, сістэма маніторынгу аўтаматычна ацэньвае ўзровень няспраўнасці, і адпраўляе сігнал трывогі праз розныя камбінацыі званка на месцы, APP для мабільнага тэлефона, СМС і тэлефон, г.д., і апавяшчае адпаведны персанал для своечасовага ліквідацыі схаваных непаладак і прадухілення аварый з электрычным токам. . Ён падыходзіць для дыстанцыйнага маніторынгу і цэнтралізаванага кіравання скрынкавымі трансфарматарамі і размеркавальнымі памяшканнямі, і можа значна палепшыць узровень інтэлекту, бяспеку і надзейнасць электраразмеркавальнага абсталявання ў школах, прадпрыемстваў і суполак.

1. Уводзіны

З будаўніцтвам і развіццём сацыяльнай эканомікі і размеркавальнай сеткі, з'яўляецца ўсё больш каробкавых трансфарматараў на 10 кВ. Традыцыйная каробкавая падстанцыя 10 кВ звычайна працуе ў рэжыме аўтаматычнай і ручной рэгулярнай праверкі, які мае нізкую ступень інтэлекту і не мае дыстанцыйнага кантролю і сістэм сігналізацыі аб няспраўнасцях навакольнага асяроддзя і абсталявання. Зараз, з хуткім развіццём тэхналогіі разумных датчыкаў, убудаваная тэхналогія, тэхналогіі сувязі і хмарных вылічэнняў і зніжэнне кошту, разумная каробкавая падстанцыя на 10 кВ на базе Інтэрнэту рэчаў стала лепшым выбарам для мадэрнізацыі і трансфармацыі традыцыйных скрынкавых падстанцый.

Інтэлектуальная сістэма дыстанцыйнага маніторынгу каробкавай падстанцыі на аснове Інтэрнэту рэчаў можа дыстанцыйна кантраляваць асяроддзе каробкавай падстанцыі, працоўныя параметры і стан абсталявання ў рэжыме рэальнага часу. Як паказана на малюнку 1.

Карыстальнікі могуць дыстанцыйна кантраляваць такія параметры навакольнага асяроддзя, як тэмпература і вільготнасць скрыні, дымавая сігналізацыя, і назапашванне вады ў катлаванах, а таксама электрычныя параметры, такія як ток, напруга, частата, і каэфіцыент магутнасці, і стан абсталявання праз кампутары або мабільныя APP ў любы час. Калі каробкавая падстанцыя працуе ненармальна або выходзіць з ладу, сістэма маніторынгу будзе аўтаматычна апавяшчаць адпаведны персанал з дапамогай розных метадаў мабільнага тэлефона APP, SMS і тэлефон у залежнасці ад ступені няспраўнасці, каб своечасова ліквідаваць схаваныя няспраўнасці і прадухіліць аварыі з электрычным токам.

10кВ разумная падстанцыя скрынкавага тыпу на базе Інтэрнэту рэчаў

Сістэма дыстанцыйнага маніторынгу падстанцыі разумнага тыпу складаецца з a "лакальная сетка палявой шыны" ўнутры каробкавай падстанцыі і а "воблачная платформа шырокай сеткі" звонку каробкавай падстанцыі. Гэтая структурная мадэль можа быць прыменена для распрацоўкі сістэм дыстанцыйнага маніторынгу для сістэм дыстанцыйнага маніторынгу абсталявання другаснага водазабеспячэння, сістэмы кіравання платай за электраэнергію ў жылых памяшканнях, і сістэмы дыстанцыйнага маніторынгу ліфтаў для павышэння ўзроўню інтэлекту і кіравання традыцыйным абсталяваннем і садзейнічання мадэрнізацыі традыцыйных галін. Ён мае добрую прымяненне.

2. Агульны дызайн праграмы

Дызайн разумнай скрынкавай падстанцыі на аснове Інтэрнэту рэчаў заснаваны на канструкцыі разумнай каробкавай падстанцыі 10 кВ у студэнцкай кватэры. Канструкцыя першаснай сістэмы інтэлектуальнага каробкавага трансфарматара 10 кВ такая ж, як і традыцыйнага скрынкавага трансфарматара 10 кВ, і гэта, як правіла, сталае. У гэтым артыкуле асноўная ўвага прысвечана інтэлектуальнай канструкцыі трансфарматара 10 кВ. Ніжэй прыводзіцца кароткі агляд канструктыўнага зместу першаснай сістэмы інтэлектуальнага каробкавага трансфарматара 10 кВ.

2.1 Праект першаснай сістэмы інтэлектуальнай каробкавай падстанцыі 10 кВ

Сілавая нагрузка No. 5 студэнцкі жылы дом ва ўніверсітэце ў асноўным асвятленне, кампутары і нядаўна дададзены кандыцыянер. Кожны інтэрнат разлічваецца як 8 людзей, асвятляльная нагрузка 100 Вт, нагрузка на камп'ютар кожнага студэнта складае 200 Вт, і кожная вешалка 1.5P спліт-тыпу нядаўна ўстаноўлена з кандыцыянерамі Магутнасць 1.3kW, а нагрузка на адзін інтэрнат - 3,0 кВт. У адпаведнасці з "Кіраўніцтва па праектаванні прамысловых і грамадзянскіх сістэм электразабеспячэння і размеркавання", the dormitory's power load demand coefficient is 0.7, і каэфіцыент магутнасці 0.8.

З улікам павелічэння электрычнай нагрузкі студэнцкай кватэры ў будучыні, трансфарматар павінен зарэзерваваць пэўны запас, і абраны трансфарматар магутнасцю 1000 кВА. Улічваючы першапачатковы інвестыцыйны кошт і эксплуатацыйны кошт трансфарматара, а таксама патрабаванні нацыянальнай палітыкі ў галіне энергазберажэння і скарачэння выкідаў, для гэтай мэты абраны цалкам герметычны алейны трансфарматар С13-М-1000/10-0,4 з малымі стратамі..

На аснове статыстычнага разліку нагрузкі, разлік кароткага замыкання, праверка дынамічнай стабільнасці і праверка тэрмічнай стабільнасці, выбрана асноўнае абсталяванне першаснай сістэмы каробкавага трансфарматара. Канкрэтныя мадэлі і тэхнічныя параметры асноўнага абсталявання першаснай сістэмы прыведзены ў табл 3, стол 4, стол 5 і табл 6.

У адпаведнасці з патрабаваннямі да праектавання No. 5 праект студэнцкай кватэры каробкавай падстанцыі і праектны разлік першаснай сістэмы, асноўная схема разводкі праектаванай першаснай сістэмы No. 5 бокс падстанцыі студэнцкай кватэры паказаны на малюнку 2.

Малюнак 2 : Асноўная схема разводкі першаснай сістэмы скрынкавай падстанцыі ў студэнцкай кватэры ў ВНУ

2.2 Інтэлектуальная канструктыўная схема скрынкавага трансфарматара 10 кВ

Нацэлены на канструктыўныя дэфекты і праблемы, якія існуюць у кіраванні эксплуатацыяй традыцыйнай скрынкавай падстанцыі 10 кВ, ключ да вырашэння праблемы ляжыць у пабудове замкнёнай сістэмы для выяўлення, дыстанцыйны маніторынг і сігналізацыя асяроддзя і абсталявання інтэлектуальнай скрынкавай падстанцыі, і канструкцыя мае дыстанцыйны маніторынг рабочай асяроддзя і электрычнага абсталявання Інтэлектуальная сістэма каробкавага трансфарматара з рознымі функцыямі можа збіраць і кантраляваць параметры навакольнага асяроддзя, такія як кантроль доступу да каробкавага трансфарматара, тэмпература і вільготнасць навакольнага асяроддзя, дымавая сігналізацыя, і вада ў кабельнай траншэі, а таксама напружанне, ток, актыўная магутнасць, рэактыўная магутнасць, каэфіцыент магутнасці, тэмпература кабеля, трансфарматар трансфарматар, г.д.

Тэмпература цела і сігнал трывогі аб газе і іншыя працоўныя параметры абсталявання, дыстанцыйнае кіраванне выцяжным вентылятарам, прылада абароны мікракампутара і аўтаматычны выключальнік.

Сістэма выкарыстоўвае разумныя прыборы і разумныя датчыкі з функцыямі сувязі, якія звычайна выкарыстоўваюцца на прамысловых прадпрыемствах, і перадае сабраныя даныя на палявы кантролер праз сувязь палявой шыны, і палявы кантролер перадае дадзеныя на сервер або воблачны хаст-кампутар праз модуль бесправадной або правадной сувязі. Рэалізуйце такія функцыі, як тэлеметрыя, дыстанцыйная сігналізацыя і дыстанцыйнае кіраванне.

Сістэма дыстанцыйнага маніторынгу інтэлектуальнага скрынкавага трансфарматара 10 кВ на аснове Інтэрнэту рэчаў выкарыстоўвае інтэлектуальныя прыборы і датчыкі з функцыяй лічбавай двухбаковай сувязі, і аднастайна прымае стандартны інтэрфейс шыны RS485 і пратакол сувязі Modbus-RTU. Сістэма аддаленага маніторынгу інтэлектуальнага каробкавага трансфарматара на аснове Інтэрнэту рэчаў складаецца з трох частак: пласт успрымання, ўзровень сувязі і ўзровень прыкладанняў.
* Пласт успрымання: праз розныя разумныя лічыльнікі і разумныя датчыкі для збору розных асяроддзяў, параметры працы абсталявання і працоўны стан абсталявання каробкавага трансфарматара, і перадаваць дадзеныя на палявы кантролер праз шыну RS485. Палявы кантролер мае ўбудаваную аперацыйную сістэму і збор дадзеных, Вылічальная тэхніка, функцыі апрацоўкі і кантролю.
* Узровень сувязі: Гэты ўзровень з'яўляецца злучэннем і звяном перадачы і абмену дадзенымі, і адказвае за двухбаковую перадачу даных паміж воблачнай платформай і кантролерам на месцы. У адпаведнасці з рэальнымі ўмовамі сувязі коробчатого трансфарматара, розныя спосабы сувязі, такія як правадной аптычны кабель, Для перадачы дадзеных на воблачную платформу можна выбраць Ethernet або бесправадны GPRS.
*Прыкладны ўзровень: Праектаванне і распрацоўка сістэмы аддаленага маніторынгу каробкавых трансфарматараў на воблачнай платформе, адказвае за адпраўку, прыём і апрацоўка гістарычных звестак, дыстанцыйны маніторынг працоўных параметраў скрынкавага трансфарматара, і захоўванне запісаў і аналіз даных аб аперацыях падзей. А таксама распрацоўваць WEB і мабільныя APP на воблачнай платформе, дзяжурны электрык можа кантраляваць дадзеныя аб працы і працоўны стан абсталявання каробкавага трансфарматара ў любы час праз кампутар або мабільнае APP.

3. Дызайн апаратнага забеспячэння сістэмы

3.1 Шына RS485 лакальная сетка каробкавага трансфарматарнага сайта

З развіццём і прагрэсам убудаваных тэхналогій і зніжэння кошту, шмат інструментаў выяўлення, датчыкі і выканаўчыя механізмы маюць убудаваныя мікрапрацэсары для недахопаў і праблем перадачы інфармацыі традыцыйнага скрынкавага палявога абсталявання, які можа завяршыць пераўтварэнне ADDA, лінеарызацыю і лічбавую фільтрацыю. У гэтыя лічбавыя палявыя прылады дададзены паслядоўны інтэрфейс перадачы дадзеных, і паслядоўная двухбаковая сувязь паміж палявымі прыладамі можа быць рэалізавана з дапамогай уніфікаванага стандартнага пратаколу сувязі.

У цяперашні час у асноўным выкарыстоўваецца прамысловая аўтобусная сетка.

Адным з ключоў да распрацоўкі сістэмы дыстанцыйнага маніторынгу для разумных трансфарматараў скрынкавага тыпу з'яўляецца выбар разумных прыбораў і датчыкаў з функцыямі лічбавай двухбаковай сувязі, і прыняць стандартныя і ўніфікаваныя інтэрфейсы шыны і пратаколы сувязі. Пачынаючы з інжынернай практыкі канструкцыі трансфармацыйнага тыпу разумнай скрынкі 10 кВ у No. 5 студэнцкая кватэра, выбраны шына RS485 і пратакол сувязі Modbus-RTU, якія звычайна падтрымліваюцца разумнымі датчыкамі.

У адпаведнасці з асноўнай схемай разводкі першаснай сістэмы бокса-трансфарматара ў студэнцкай кватэры ў каледжы і блок-схемай сістэмы інтэлектуальнай сістэмы дыстанцыйнага кантролю бокса-трансфарматара 10 кВ, апаратная канструкцыя сістэмы бярэ ў якасці ядра кантролер палявога трансфарматара, і складаецца з інтэграванай прылады абароны мікракампутара, інтэлектуальны лічыльнік сеткі і інтэлектуальны прыбор рэактыўнай магутнасці Абсталяванне другаснай сістэмы, такое як кампенсатары, і датчыкі выяўлення навакольнага асяроддзя, такія як дымавыя датчыкі тэмпературы і вільготнасці, Тэмпературныя датчыкі PT100 і датчыкі пранікнення вады ўтвараюць лакальную сетку шыны RS485 на месцы пераўтварэння скрынкі ў скрынку. Схема лакальнай сеткі шыны RS485 каробкавага трансфарматара паказана на малюнку 4.

Шына RS485 лакальная сеткавая схема сістэмы пераўтварэння скрынкавага тыпу

(1) Шына паслядоўнай сувязі RS485

Рэжым сувязі шыны RS485 - рэжым «вядучы-падпарадкаваны»., і галоўная прылада апытвае кожную падпарадкаваную прыладу для сувязі, і сетку "адзін да некалькіх кропак" можна ўсталяваць для фарміравання размеркаванай сістэмы. Інтэрфейс RS485 з'яўляецца шырока выкарыстоўваным нізкахуткасным паслядоўным інтэрфейсам, і інтэрфейс RS485 мае наступныя характарыстыкі.
* Інтэрфейс RS485.

Інтэрфейс сувязі RS485 прымае дыферэнцыяльны рэжым перадачы, і мае камбінацыю збалансаванага драйвера і дыферэнцыяльнага прымача, і выкарыстоўвае розніцу напружання на абодвух канцах кабеля для перадачы сігналаў, што значна павышае здольнасць супрацьстаяць сінфазным і шумавым перашкодам.
* Шына RS485 мае высокую хуткасць перадачы і вялікую адлегласць перадачы. Максімальная адлегласць перадачы каля 1200 метраў, і максімальная хуткасць перадачы 10Mbps; яго хуткасць перадачы зваротна прапарцыйная адлегласці перадачы, а максімальная адлегласць перадачы можа быць дасягнута, калі хуткасць ніжэй за 20 кбіт/с.
* Падтрымка некалькіх вузлоў. Увогуле, цыкл шыны RS485 тэарэтычна можа падтрымліваць 247 вузлы прылады.

(2) Пратакол паслядоўнай сувязі Modbus-RTU

Пратакол Modbus прымяняецца да сеткі прамысловай шыны. Праз пратакол, перадача дадзеных можа ажыццяўляцца паміж кантролерам і палявым абсталяваннем. Абсталяванне розных вытворцаў можа фармаваць сістэму маніторынгу прамысловай шыны па адзіным пратаколе. Пратакол мае структуру master-slave, адзін галоўны вузел у сетцы, а іншыя з'яўляюцца падпарадкаванымі вузламі, і кожны падпарадкаваны вузел мае унікальны адрас прылады.

У сетцы паслядоўнай шыны, галоўны вузел запускае каманду, і ўсе падпарадкаваныя прылады атрымаюць каманду. Каманда Modbus змяшчае адрас падпарадкаванай прылады, якая выконвае каманду, і падпарадкаваная прылада, прызначаная галоўнай прыладай, адказвае першай, а потым выконвае каманду. У камандах Modbus ёсць кантрольныя сумы, каб пераканацца, што паступаючыя каманды не пашкоджаныя. Каманды Modbus могуць загадваць RTU змяніць значэнне рэгістра, чытаць або кіраваць портам уводу-вываду, і загадайце прыладзе вярнуць адно ці некалькі дадзеных рэестра.

Modbus уключае ASCII, RTU і TCP тры тыпу паведамленняў. Рэжым перадачы ASCII, Кантрольная сума LRC, нізкая эфектыўнасць перадачы, але інтуітыўна зразумелы, просты і лёгкі ў адладцы. Рэжым перадачы RTU, з дапамогай праверкі CRC, высокая эфектыўнасць перадачы, трохі больш складаны, чым ASCII. Наогул кажучы, калі аб'ём дадзеных для перадачы невялікі, Вы можаце выкарыстоўваць пратакол ASCII; калі аб'ём даных для перадачы адносна вялікі, лепш за ўсё выкарыстоўваць пратакол RTU. Па гэтай прычыне, інтэлектуальныя прыборы і датчыкі гэтай сістэмы раўнамерна выкарыстоўваюць рэжым сувязі Modbus-RTU.

3.2 Апаратная канструкцыя палявога кантролера скрынкавага трансфарматара

Палявы кантролер скрынкавага трансфарматара складаецца з убудаванай сістэмы. Убудаваная сістэма арыентавана на прыкладанні, праграмнае і апаратнае забеспячэнне можна адаптаваць, і рэалізуе аўтаматызацыю абсталявання, інтэлект, і функцыі дыстанцыйнага маніторынгу. Ён у асноўным складаецца з убудаваных мікрапрацэсараў, адпаведнае абсталяванне, убудаваныя аперацыйныя сістэмы, і сістэмы прыкладнога праграмнага забеспячэння.

(1) Мікрапрацэсарная мінімальная сістэма STM32

Мінімальная сістэма ўбудаванага мікрапрацэсара ўключае ў сябе ўбудаваны мікрапрацэсар, схема скіду і схема адладкі. Схема тактавага сігналу забяспечвае неабходны знешні тактавы сігнал, схема скіду забяспечвае адзіны пачатковы стан, і схема адладкі забяспечвае інтэрфейс для загрузкі праграмы і адладкі.
* Убудаваны мікрапрацэсар. У адпаведнасці з патрабаваннямі сістэмы дыстанцыйнага маніторынгу трансфарматара інтэлектуальнай скрынкі 10 кВ для прадукцыйнасці кантролера на месцы, гэтая сістэма выбірае чып STM32F103ZET6 у якасці асноўнага мікрапрацэсара кантролера на месцы. Убудаваны мікрапрацэсар STM32F103ZET6, MCU мае высокую інтэграцыю, нізкае энергаспажыванне, і высокі кошт прадукцыйнасці. Ён падыходзіць для розных патрабаванняў прымянення ў прамысловай медыцынскай сферы, і можа адпавядаць патрабаванням збору даных і апрацоўкі ў рэжыме рэальнага часу гэтай сістэмы.
* Схема крышталічнага генератара. Схема крышталічнага генератара падае мікрапрацэсару імпульс з фіксаванай частатой, каб мікрапрацэсар працаваў нармальна. Мікрапрацэсар STM32 мае два крышталічных генератара, крышталічны генератар 8 МГц забяспечвае знешні высакахуткасны тактавы сігнал, а кварцовы генератар 32,768 кГц забяспечвае знешні тактавы сігнал з нізкай хуткасцю.

* Схема скіду. Функцыя схемы скіду мікрапрацэсара - перазапуск сістэмы. Калі сістэма дае збой, націсніце кнопку скіду, каб перазагрузіць прыладу. Наогул, схема скіду выкарыстоўвае сігнал нізкага ўзроўню для перазапуску.

(2) Праектаванне ланцугоў харчавання

Сістэма выбірае знешні крыніца харчавання пастаяннага току з намінальным напругай 12 В (2А), і выбірае 5 В пастаяннага току (2А) адаптар сілкавання з інтэрфейсам USB для харчавання палявога кантролера. Блок харчавання 12 В пастаяннага току падлучаны да платы кіравання, і крыніца сілкавання 12 В пастаяннага току зніжаецца, каб атрымаць крыніцу сілкавання 5 В пастаяннага току праз паніжальны модуль LM2596S. Затым напружанне 5 В прапускаецца праз мікрасхему рэгулятара AMS1117-3,3 В, каб атрымаць напружанне 3,3 В для падачы энергіі на мікрасхему STM32. Электрычная схема рэгулятара сілкавання LM2596S і AMS1117-3,3 В паказана на малюнку 8.

(3) Інтэрфейс RS485 да модуля TTL

Інтэрфейс RS485 для модуля TTL рэалізуе двухбаковае пераўтварэнне і перадачу сігналу RS485 і сігналу TTL, але сігнал павінен выконвацца па чарзе, і не можа ажыццяўляцца ў двух кірунках адначасова. Усе палявыя прылады выкарыстоўваюць гэты модуль для падлучэння да мікракантролера, і схема падключэння паказана на малюнку 9.

Схема злучэння TFT-LCD і STM32 MCU - Малюнак 9

(4) Модуль ВК-дысплея

Паколькі кантролер каробкавай сістэмы аддаленага маніторынгу павінен адлюстроўваць шмат лічбаў і сімвалаў, у якасці дысплейнага модуля абраны 2,8-цалевы вадкакрысталічны дысплей TFT-LCD, і ўнутры ёсць кантролер ILI9341. Лічыце, што STM32 можа звязвацца з ILI9341 праз інтэрфейс SPI, 8080 інтэрфейс або інтэрфейс RGB. Для таго, каб дасягнуць больш высокай частаты абнаўлення, TFT-LCD выкарыстоўвае 8080 паралельны інтэрфейс шыны дадзеных. STM32 выводзіць дадзеныя ў памяць кантролера ILI9341 праз модуль зменнай статычнай памяці FSMC.

(5) Модуль галасавой сігналізацыі

Калі мікрапрацэсар STM32 выяўляе ненармальнасць або памылку ў працоўных дадзеных каробкавага трансфарматара, ён адправіць паведамленне на паслядоўны порт і запусціць галасавую сігналізацыю. Модуль галасавой сігналізацыі выбірае часта выкарыстоўваную галасавую мікрасхему SYN6288, і аўтаматычна транслюе інфармацыю галасавой сігналізацыі ў адпаведнасці з запраграмаванай праграмай. Сістэма выкарыстоўвае код GB2312, які падыходзіць для абмену інфармацыяй пры апрацоўцы кітайскіх іерогліфаў і зносінах кітайскіх іерогліфаў. SYN6288 таксама дакладна распазнае лічбы, час і даты, і агульнаўжывальныя адзінкі вымярэння.

(6) Рэлейны модуль

Палявы кантролер выбірае групу 2-баковых ізаляцыйных рэлейных модуляў оптапары для кіравання адкрыццём і закрыццём сігнальнага званка пастаяннага току 12 В і вентылятара, і цвёрдацельнае рэле 220 В пераменнага току можна выбраць у залежнасці ад тыпу крыніцы харчавання і магутнасці каробкавага выцяжнога вентылятара. Кожны модуль ланцуга рэле мае нармальна адкрыты і нармальна замкнёны кантакты, а таксама святлодыёдная індыкацыя стану; кожная ланцуг рэле ізалявана оптапарамі, і абсталяваны дыёдам вольнага ходу для вызвалення індукаванага напружання рэле і абароны папярэдняй схемы. Калі тэмпература навакольнага асяроддзя скрынкі трансфарматара перавышае пэўны дыяпазон, кантролер на месцы выдае высокі ўзровень, і адно рэле ізаляцыі оптапары дзейнічае, каб уключыць вентылятар для астуджэння; калі ўзнікаюць сур'ёзныя няспраўнасці, такія як празмерная канцэнтрацыя дыму, кантролер кіруе іншым ізаляцыйным рэле оптапары для падлучэння. Шлейф сігналізацыі пасылае трывогу на месцы. Схема прынцыпу працы рэле і схема злучэння паміж модулем рэле і мікрасхемай STM32, калі ласка, звяжыцеся з вытворцам і адпраўце запыт.

(7) Модуль сувязі

У адпаведнасці з патрабаваннямі да канструкцыі сістэмы дыстанцыйнага маніторынгу інтэлектуальнага каробкавага трансфарматара 10 кВ, сувязь паміж трансфарматарам інтэлектуальнай скрынкі і воблакам выбірае метад бесправадной сувязі GPRS з нізкай коштам трафіку. Gizwits прашыўка модуля GPRS.
*Gizwits прашыўка модуля GPRS (Прашыўка G510_GAgent). Гэты модуль уяўляе сабой прыкладную праграму, якая працуе на розных модулях сувязі, прадастаўленне такіх функцый, як двухбаковая перадача даных аблокі і прылады прадукту, канфігурацыю прылады ў сетку, адкрыццё і перап, і абнаўлення праграмы. Электронную схему паміж модулем GPRS і галоўным кантролерам можна атрымаць, звярнуўшыся да вытворцы.

*Модуль GPRS-GA6. Гэты модуль можа рэалізаваць перадачу голасу, кароткія паведамленні і дадзеныя з нізкім энергаспажываннем. Ён падыходзіць для розных патрабаванняў дызайну ў прыкладаннях M2M, асабліва для дызайну кампактных вырабаў. Па-другое, пратакол сувязі прымае перадачу па шыне паслядоўнага порта UART, выкарыстоўвае стандартныя AT-каманды для кіравання модулем, і выбірае хуткасць 115200 біт/с. Звярніцеся да Вытворца IoT для схемы злучэння модуля GPRS-GA6 і мікракантролера STM32.

3.3 Прылада комплекснай абароны мікракампутара

У адпаведнасці са спецыфікацыяй абароны сілавога трансфарматара (GB/T 50062-2008), 10Трансфарматары кВ звычайна маюць патрэбу ў ўстаноўцы абароны ад перагрузкі па току з абмежаваннем па часе. Прылада абароны мікракампутара мае абарону, функцыі вымярэння і кантролю трансфарматараў і ліній, а таксама функцыі збору даных, маніторынг і самаправерка сістэмы, і мае высокую адчувальнасць і надзейнасць.

У адпаведнасці з патрабаваннямі да праектавання інтэлектуальнай скрынкі 10 кВ у студэнцкай кватэры, выбрана комплексная ахоўная прылада мікракампутара Ankerui AM3-I з функцыяй сувязі RS485, з І.А, IB, IC, UA, УБ, UC, П, Q, Fr і іншыя электрычныя вымярэння параметраў, 8-атрыманне сігналу знешняга камутатара канала, дыстанцыйнае кіраванне выключальнікам, адкрыццё і закрыццё аперацый і іншыя функцыі. Схема клеммнай падключэння прылады абароны мікракампутара AM3-I выглядае наступным чынам:

Схема клеммнай падключэння прылады абароны мікракампутара AM3-I

3.4. Разумны лічыльнік сеткі

Разумныя лічыльнікі сеткі выкарыстоўваюцца для вызначэння электрычных параметраў, такіх як трохфазны ток, напружанне і магутнасць нізкавольтных размеркавальных ланцугоў, а таксама статус адкрыцця і закрыцця раз'яднальнікаў і аўтаматычных выключальнікаў. У адпаведнасці з патрабаваннямі да канструкцыі другаснай сістэмы 10кВ інтэлектуальнага каробкавага трансфарматара, Выбраны лічыльнік інтэлектуальнай сеткі Ankerui ACR з функцыяй сувязі RS485, і схема падключэння лічыльніка інтэлектуальнай сеткі ACR і трансфарматара току нізкага напружання, а таксама схема падлучэння ўваходу і выхаду выключальніка выбраны.

Інтэлектуальны вымяральнік сеткі ACR з трансфарматарам току нізкага напружання і схемай падключэння лічбавага ўваходу і выхаду

Інтэлектуальны лічыльнік сеткі ACR выкарыстоўвае пратакол Modbus-RTU, які можа вымяраць і збіраць параметры магутнасці. Функцыя ўводу выключальніка можа вызначыць стан пераключэння раз'яднальніка і аўтаматычнага выключальніка, і функцыя выхаду рэле можа дыстанцыйна ўключаць і выключаць выключальнік. Вымяральнік інтэлектуальнай сеткі ACR мае адзіны план табліцы адрасоў сувязі, які можа рэалізаваць тры дыстанцыйныя функцыі тэлеметрыі, дыстанцыйная сігналізацыя і дыстанцыйнае кіраванне.

(1) AD пераўтварэнне і разлік аналагавага сігналу пераменнага току

The 3 сігналы фазнага напружання і 3 бягучыя сігналы (выхадныя сігналы трансфарматара току) Усе аналагавыя велічыні збіраюцца непасрэдна смарт-сеткавым лічыльнікам ACR, якія неабходна пераўтварыць у лічбавыя сігналы, якія можа распазнаць працэсар для апрацоўкі даных. Першы, у 3 фазнае напружанне 220В і 3 аналагі току праз пераўтваральнік ператвараюцца ў сігналы нізкага напружання, і пераўтворыцца ў напружанне, дазволенае AD пераўтваральнікам праз контур фарміравання напружання; , пераўтворыцца ў лічбавы сігнал AD і ўводзіцца ў працэсар. Прынцыповую схему выбаркі і працэсу пераўтварэння аналагавай велічыні пераменнага току можна атрымаць, звязаўшыся з вытворцам.

* Аналагавае пераўтварэнне напружання і фільтрацыя нізкіх частот. Функцыя ланцуга фарміравання напружання - электрычная ізаляцыя і пераўтварэнне электрычнасці. Наогул, AD пераўтваральнік патрабуе, каб уваходны сігнал быў ±5В і ±10В, такім чынам можна вызначыць каэфіцыент трансфармацыі пераўтваральніка напружання. Фільтры нізкіх частот дзеляцца на пасіўныя і актыўныя. Актыўныя фільтры складаюцца з кандэнсатараў, рэзістары і інтэграваныя аперацыйныя ўзмацняльнікі, якія ўзмацняюць сігнал падчас фільтрацыі. Пасіўныя фільтры маюць толькі функцыі фільтрацыі, але не маюць функцый узмацнення сігналу.
* Выбарка аналагавага сігналу. The sampling process should follow Shannon's sampling theorem, гэта, частата выбаркі не павінна быць меншай за 2 разоў перавышае самую высокую частату ўваходнага сігналу. Працэс адбору пробаў вельмі хуткі. Бягучая выбарка AD пераўтваральніка дасягнула нанасекунднага ўзроўню, у той час як перыяд выбаркі аўтаматычнай прылады энергасістэмы знаходзіцца на ўзроўні мілісекунд, такім чынам, сігналы напружання і току шасці шлейфаў могуць сумесна выкарыстоўваць адзін АЦП, але схема выбаркі павінна быць абсталявана прыладай выбаркі і ўтрымання і мультыплексарам.
* AD канверсія. AD пераўтваральнікі ўключаюць паслядоўнае набліжэнне, інтэгральны, падлік, паралельнае параўнанне, і VFC пераўтваральнікі напруга-частата. АЦП паслядоўнага набліжэння з'яўляецца рэпрэзентатыўным паказчыкам хуткасці і дакладнасці ў АЦП, і ён мае больш высокае дазвол канверсіі пры больш высокай хуткасці канверсіі.

(2) Алгарытм інтэгравання абсалютнага значэння паўперыяду сінусоіднай электрычнай велічыні

Ключ праграмнага алгарытму - павышэнне дакладнасці і хуткасці працы алгарытму. Ключ да алгарытму выбаркі пераменнага току разумнага лічыльніка заключаецца ў вылічэнні амплітуды або эфектыўнага значэння сінусоіднага сігналу выбаркі ў адпаведнасці з імгненным значэннем сінусоіднага сігналу. Найбольш часта выкарыстоўваным алгарытмам для сінусных велічынь з'яўляецца алгарытм інтэгравання абсалютнага значэння паўцыкла. Прынцып алгарытму інтэгравання абсалютнага значэння паўцыкла заключаецца ў тым, што інтэграл ад абсалютнага значэння велічыні сінуса ў любым паўцыкле з'яўляецца пастаяннай S, і канстанта інтэгральнага значэння S не мае нічога агульнага з інтэгральным пачатковым вуглом . Алгарытм інтэгравання абсалютнага значэння паўцыкла, заснаваны на мадэлі функцыі сінуса, паказаны на малюнку 19.

Алгарытм інтэгравання абсалютнага значэння паўцыкла на аснове мадэлі функцыі сінуса

Выраз для разліку эфектыўнага значэння току з дапамогай інтэгральнага алгарытму абсалютнага значэння паўперыяду паказаны на малюнку ніжэй:

У формуле, S уяўляе сабой інтэграл ад абсалютнага значэння ў межах паўцыкла; I ўяўляе эфектыўнае значэнне току; i ўяўляе імгненнае значэнне току; w уяўляе вуглавую хуткасць; T уяўляе цыкл харчавання пераменнага току; f уяўляе частату сеткі пераменнага току; N уяўляе колькасць узораў у адным цыкле ; Ts уяўляе перыяд выбаркі.

3.5 Датчык дыму тэмпературы і вільготнасці RS485

Улічваючы, што лінія сілкавання каробкавага трансфарматара можа мець уцечку, перагрузка, кароткае замыканне і празмернае супраціўленне кантактаў, што можа выклікаць пажар, а няспраўнасць мазутнага трансфарматара можа выклікаць пажар. Таму, неабходна ўсталяваць датчык дыму ў каробкавы трансфарматар для выяўлення пажару каробкавага трансфарматара. Каб своечасова выявіць патэнцыйныя збоі. Для таго, каб забяспечыць дакладнасць вымярэнняў і адначасова знізіць кошт, тэмпература RS485, Датчык вільготнасці і дыму тры ў адным выкарыстоўваецца для вызначэння тэмпературы, вільготнасць і дымнасць у скрынцы трансфарматара. The датчык тэмпературы і вільготнасці выкарыстоўвае зонд SHT30. На месцы перашкод і імпульсаў. Датчык мае 4 драты: чырвоны, чорны, жоўты, і зялёны. Для канкрэтнага метаду праводкі датчыка тэмпературы і вільготнасці дыму, звярніцеся да вытворцы IoT.

Разумныя лічыльнікі і датчыкі, распрацаваныя ў гэтай сістэме, выкарыстоўваюць пратакол Modbus-RTU, які можа надзейна звязвацца ў поўным дыяпазоне хуткасці перадачы дадзеных 1200-115200. Хуткасць перадачы дадзеных разумных лічыльнікаў і датчыкаў раўнамерна ўстаноўлена на 9600 біт/с. Фармат перадачы даных і фармат пераўтварэння датчыка наступныя:
Фармат кадра запыту даных датчыка. Датчык працуе па стандартным пратаколе Modbus-RTU, і паказанні датчыка захоўваюцца ў рэестры захоўвання, і код функцыі 04. Верхні кампутар счытвае фармат кадра запыту даных датчыка, і ніжні фармат кадра запыту дадзеных датчыка кампутара.

3.6 Перадатчык тэмпературы PT100 - прынцып працы RTD PT100 - прынцып працы датчыка тэмпературы

Перадатчык тэмпературы PT100 выкарыстоўваецца для вызначэння тэмпературы цела трансфарматара, тэмпература кабеля высокага і нізкага напружання, ён падыходзіць для розных прамысловых аб'ектаў. Трансфарматар будзе вырабляць страты падчас працы, у асноўным страты жалеза і страты медзі, таксама вядомы як страты ядра і страты нагрузкі. Страты медзі вар'іруюцца ў залежнасці ад току нагрузкі і прапарцыйныя квадрату току нагрузкі. Формула разліку страт трансфарматара выглядае наступным чынам:

У формуле, P0 уяўляе актыўную магутнасць трансфарматара ў рэжыме халастога ходу пры намінальным напрузе; I1 і I2 прадстаўляюць ток лініі высокага напружання і ток бакавой лініі нізкага напружання; R1 і R2 прадстаўляюць бакавое супраціўленне высокага напружання і бакавое супраціўленне нізкага напружання.

Перадатчык тэмпературы PT100 убудаваны з інтэрфейсам шыны RS485, і кожны перадатчык тэмпературы можа быць падлучаны 4 Датчыкі тэмпературы PT100.

3.7 Прынцып працы перадатчыка для апускання ў ваду

У сувязі з нізкім узроўнем вады каробкавай падстанцыі катлаван, пасля моцнага дажджу ў кабельнай траншэі і катлаване часта запасіцца вада, і існуе патэнцыйная небяспека для бяспекі з-за ўцечкі кабеля, таму патрабуецца нерэгулярны агляд і дрэнаж. У гэтай канструкцыі, датчык апускання ў ваду выкарыстоўваецца для вызначэння назапашвання вады ў катлаване падмуркавай канструкцыі. Датчык апускання ў ваду прымяняе прынцып праводнасці вадкасці, і выкарыстоўвае электроды, каб вызначыць, ці ёсць вада. Выберыце кантактны дэтэктар пагружэння ў ваду з функцыяй сувязі RS485. Прынцып працы дэтэктара апускання ў ваду паказаны на малюнку 23.

4. Праектаванне сістэмнага праграмнага забеспячэння

Канструкцыя сістэмнага праграмнага забеспячэння ўключае дзве часткі: the field bus LAN software design of the box-type transformer and the remote monitoring system design of the box-type transformer based on the Gizwits cloud platform. Мікракампутар інтэграванае прылада абароны, разумны сеткавы лічыльнік і разумны датчык у лакальнай сетцы палявой шыны каробкавага трансфарматара маюць убудаванае праграмнае забеспячэнне, таму патрабуецца толькі распрацоўка праграмнага забеспячэння палявога кантролера каробкавага трансфарматара.

4.1 Распрацоўка праграмнага забеспячэння палявога кантролера для скрынкавага трансфарматара

Палявы кантролер скрынкавага трансфарматара - гэта ўбудаваная сістэма, і яго праграмная сістэма складаецца з прыкладной праграмы, API, убудаваная аперацыйная сістэма і BSP (пакет падтрымкі дошкі). Па характарыстыках па многіх параметрах, шмат задач і высокія патрабаванні да рэальнага часу, якія збіраюцца палявым кантролерам інтэлектуальнага каробкавага трансфарматара 10 кВ, убудаваная аперацыйная сістэма рэальнага часу μC/OS-Ⅲ, які шырока выкарыстоўваецца ў распрацоўцы камерцыйных прадуктаў і навучальных даследаваннях, абраны. μC/OS-Ⅲ разглядае задачы як найменшую адзінку, і для любой задачы не трэба клапаціцца аб канкрэтным метадзе кіравання рэсурсамі, які вызначаецца аперацыйнай сістэмай.

4.2 Праграмнае забеспячэнне праектавання палявога кантролера коробчатого трансфарматара

Уся канструкцыя праграмнай сістэмы заснавана на размеркаванай сістэме, якая складаецца з інтэлектуальных інструментаў, датчыкі, палявыя кантролеры і воблачныя платформы, а таксама ажыццяўляецца праектаванне і распрацоўка прыкладнога праграмнага забеспячэння. Перадача і абмен дадзенымі, унутраны кантролер і воблачны сервер Gizwits выкарыстоўваюць пратакол сувязі Gizwits у праграмным забеспячэнні GPRS для перадачы і абмену дадзенымі. Асноўная праграмная схема прыкладнога праграмнага забеспячэння палявога кантролера скрынкавага трансфарматара.

*Асноўная праграма праграмнага забеспячэння. Першы, ініцыялізаваць усе часткі сістэмы, напрыклад, GPIO, паслядоўны порт, гадзіннік, кіраванне памяццю, г.д., і ствараць задачы ў μC/OS-Ⅲ. STM32 ажыццяўляе збор і апрацоўку даных датчыка, і адпраўляе правільную інфармацыю на ВК-дысплей. Адначасова, STM32 адпраўляе AT-каманды на модуль GPRS-G510, абменьваецца дадзенымі, падключаецца да воблачнай платформы Gizwits праз пратакол LwM2M, і ацэньвае, ці паспяхова модуль сувязі GPRS падключаны да хмарнага сервера Gizwits. Калі злучэнне прайшло паспяхова, ажыццяўляецца перадача даных. Затым ацаніце, ці перавышаюць апрацаваныя даныя зададзены парог.
Калі гэта нязначная паломка скрынкавай падстанцыі, адпраўляць інфармацыю аб даных у мабільнае APP праз воблачную платформу; калі гэта агульны правал, адпраўляць інфармацыю аб сігналізацыі даных у мабільнае APP праз воблачную платформу, і запусціце модуль сувязі GPRS-GA6 для адпраўкі інфармацыі аб сігналізацыі праз SMS мабільнага тэлефона; калі Калі гэта сур'ёзная памылка, інфармацыя аб сігналізацыі дадзеных будзе адпраўлена на мабільны тэлефон APP праз воблачную платформу, і модуль сувязі GPRS-GA6 будзе актываваны для адпраўкі інфармацыі аб трывозе праз тэкставае паведамленне мабільнага тэлефона і выкліку загадзя ўстаноўленага адпаведнага персаналу.