Disseny d'una subestació intel·ligent tipus caixa de 10 kV basada en la plataforma Gizwits IoT + STM32

Disseny d'una subestació intel·ligent tipus caixa de 10 kV basada en la plataforma Gizwits IoT + STM32

El sistema de control remot de la subestació de tipus caixa intel·ligent de 10 kV presentat en aquest article va ser dissenyat i desenvolupat per Tian Hui de la Universitat de Ciència i Tecnologia de Xi'an.

El sistema pren com a fons d'enginyeria el disseny d'un sistema de canvi de caixa intel·ligent de 10 kV per a un apartament d'estudiants en una universitat., i dissenya un sistema intel·ligent de canvi de caixes de 10 kV basat en el Internet de les coses. El sistema consta de tres parts: capa de percepció, capa de comunicació i capa d'aplicació. La capa de percepció és responsable de la recollida de dades del sensor i la transmissió al controlador de camp.

Inclou equips secundaris del sistema, com ara dispositius de protecció de microordinadors, comptadors de xarxa intel·ligents, i controladors intel·ligents de compensació de potència reactiva, així com equips de detecció ambiental com la temperatura i la humitat, fum, i sensors d'immersió en aigua. El controlador in situ utilitza un microprocessador incrustat STM32, inclosa la pantalla LCD, mòdul d'alarma de veu, relé i mòdul de comunicació GPRS, etc.; la capa de comunicació utilitza la comunicació sense fil GPRS, que és responsable de la transmissió de dades bidireccional entre el controlador in situ i la plataforma al núvol; La plataforma al núvol de Gizwits desenvolupa un sistema de monitorització remota i una aplicació mòbil per a transformadors de tipus caixa, que s'encarrega de l'emmagatzematge, anàlisi i processament de dades de funcionament del transformador tipus caixa.

Aquest sistema finalment realitza el control remot per part de l'usuari de paràmetres ambientals com ara la temperatura i la humitat variables, alarma de fum i aigua de la fossa de fonamentació, així com paràmetres elèctrics com ara el corrent, voltatge, freqüència i factor de potència, i estat de funcionament de l'equip a través de la WEB de l'ordinador o l'APP mòbil.

Quan hi ha una anormalitat o fallada en el funcionament del transformador tipus caixa, el sistema de control jutja automàticament el nivell de falla, i envia una alarma mitjançant diferents combinacions de timbres in situ, APP de telèfon mòbil, SMS i telèfon, etc., i avisa el personal corresponent per eliminar a temps els problemes ocults i prevenir accidents elèctrics. . És adequat per al control remot i la gestió centralitzada de transformadors de caixa i sales de distribució d'energia, i pot millorar molt el nivell d'intel·ligència i la seguretat i la fiabilitat del subministrament d'energia dels equips de distribució d'energia a les escoles, empreses i comunitats.

1. Introducció

Amb la construcció i desenvolupament de l'economia social i la xarxa de distribució, cada cop hi ha més transformadors de caixa de 10kV. La subestació tradicional de tipus caixa de 10 kV adopta generalment el mode de funcionament d'inspecció regular manual i sense vigilància., que té un baix grau d'intel·ligència i manca de sistemes de monitorització remota i d'alarma d'avaria per al medi ambient i els equips. Al present, amb el ràpid desenvolupament de la tecnologia de sensor intel·ligent, tecnologia integrada, tecnologia de comunicació i tecnologia cloud computing i la reducció de costos, la subestació de tipus caixa intel·ligent de 10 kV basada en Internet de les coses s'ha convertit en la millor opció per a l'actualització i transformació de les subestacions tradicionals de tipus caixa.

El sistema de control remot de la subestació de tipus caixa intel·ligent basat en Internet de les coses pot controlar de forma remota l'entorn de la subestació de tipus caixa, paràmetres de funcionament i estat dels equips en temps real. Com es mostra a la figura 1.

Els usuaris poden controlar de forma remota els paràmetres ambientals com la temperatura i la humitat de la caixa, alarma de fum, i acumulació d'aigua a les fosses de fonamentació, així com paràmetres elèctrics com ara el corrent, voltatge, freqüència, i factor de potència, i l'estat dels equips a través d'ordinadors o APPs mòbils en qualsevol moment. Quan la subestació de caixa funciona de manera anormal o falla, el sistema de monitorització notificarà automàticament al personal corresponent mitjançant diferents mètodes de l'aplicació de telèfon mòbil, SMS i telèfon segons el nivell d'avaria, per eliminar a temps els errors ocults i evitar accidents elèctrics.

10Subestació de tipus caixa intel·ligent kV basada en Internet de les coses

El sistema de monitorització remota de la subestació tipus box intel·ligent consta de: a "LAN de bus de camp" dins de la subestació tipus caixa i a "Xarxa d'àrea àmplia de plataforma en núvol" fora de la subestació tipus caixa. Aquest model estructural es pot aplicar al desenvolupament de sistemes de monitorització remota per a sistemes de monitoratge remot d'equips secundaris d'aigua, Sistemes de gestió de la càrrega elèctrica residencial, i sistemes de control remot d'ascensors per millorar el nivell d'intel·ligència i gestió dels equips tradicionals i promoure l'actualització de les indústries tradicionals. Té un bon valor d'aplicació.

2. Disseny global del programa

El disseny d'una subestació de tipus caixa intel·ligent basada en Internet de les coses es basa en el disseny d'una subestació de tipus caixa intel·ligent de 10 kV en un apartament d'estudiants universitaris. El disseny del sistema primari del transformador de caixa intel·ligent de 10 kV és el mateix que el del transformador de caixa de 10 kV tradicional, i tendeix a ser madur. Aquest article se centra en el disseny intel·ligent del transformador de tipus caixa intel·ligent de 10 kV. A continuació es mostra una breu visió general del contingut del disseny del sistema primari del transformador de caixa intel·ligent de 10 kV.

2.1 Disseny del sistema primari d'una subestació intel·ligent tipus caixa de 10 kV

La càrrega de potència del núm. 5 L'edifici d'apartaments d'estudiants en una universitat és principalment il·luminació, ordinadors i càrregues d'aire condicionat recentment afegits. Cada dormitori es calcula com 8 gent, la càrrega d'il·luminació és de 100 W, La càrrega de l'ordinador de cada estudiant és de 200 W, i cada penjador de tipus dividit 1.5P s'instal·la recentment amb aire condicionat La potència és de 1,3 kW, i la càrrega d'un únic dormitori és de 3,0 kW. D'acord amb la "Manual de disseny de subministrament i distribució d'energia industrial i civil", el coeficient de demanda de càrrega de potència del dormitori és 0.7, i el factor de potència és 0.8.

Tenint en compte l'augment de la càrrega elèctrica de l'apartament d'estudiants en el futur, el transformador ha de reservar un cert marge, i es selecciona el transformador amb una capacitat de 1000 kVA. Tenint en compte el cost d'inversió inicial i el cost d'explotació del transformador, així com els requisits de la política nacional de conservació d'energia i reducció d'emissions, El transformador immers en oli totalment segellat de baixes pèrdues S13-M-1000/10-0.4 es selecciona per a aquest propòsit.

A partir del càlcul estadístic de càrrega, càlcul de curtcircuits, verificació d'estabilitat dinàmica i verificació d'estabilitat tèrmica, es selecciona l'equip principal del sistema primari del transformador tipus caixa. Els models específics i els paràmetres tècnics dels equips principals del sistema primari es mostren a la taula 3, Taula 4, Taula 5 i Taula 6.

D'acord amb els requisits de disseny del núm. 5 subestació de caixa del projecte d'apartaments d'estudiants i el càlcul del disseny del sistema primari, el diagrama de cablejat principal del sistema primari dissenyat del núm. 5 La subestació de caixa d'apartaments d'estudiants es mostra a la figura 2.

Figura 2 : L'esquema de cablejat principal del sistema primari d'una subestació tipus caixa en un apartament d'estudiants a una universitat

2.2 Esquema de disseny intel·ligent d'un transformador de caixa de 10 kV

Apuntant als defectes de disseny i problemes existents en la gestió de l'explotació de la subestació tradicional de caixa de 10 kV, la clau per resoldre el problema rau en la construcció d'un sistema de llaç tancat per a la detecció, monitorització remota i alarma de l'entorn i l'equip de la subestació intel·ligent tipus caixa, i el disseny té control remot de l'entorn operatiu i equip elèctric. El sistema de transformador de caixa intel·ligent amb diverses funcions pot recollir i controlar paràmetres ambientals com ara el control d'accés al transformador de caixa., temperatura i humitat ambientals, alarma de fum, i aigua a la rasa del cable, així com la tensió, actual, potència activa, potència reactiva, factor de potència, temperatura del cable, transformador transformador, etc.

Senyal d'alarma de temperatura corporal i gas i altres paràmetres de funcionament de l'equip, ventilador d'escapament de control remot, dispositiu de protecció de microordinadors i interruptor disjuntor.

El sistema adopta instruments intel·ligents i sensors intel·ligents amb funcions de comunicació que s'utilitzen habitualment en llocs industrials, i transmet les dades recollides al controlador de camp mitjançant la comunicació de bus de camp, i el controlador de camp transmet les dades al servidor o a l'ordinador amfitrió del núvol mitjançant un mòdul de comunicació sense fil o per cable. Realitzar funcions com la telemetria, senyalització remota i control remot.

El sistema de control remot del transformador de caixa intel·ligent de 10 kV basat en Internet de les coses utilitza instruments i sensors intel·ligents amb funció de comunicació digital bidireccional, i adopta uniformement la interfície de bus RS485 estàndard i el protocol de comunicació Modbus-RTU. El sistema de control remot del transformador de caixa intel·ligent basat en Internet de les coses es compon de tres parts: la capa de percepció, la capa de comunicació i la capa d'aplicació.
* Capa de percepció: mitjançant diversos comptadors intel·ligents i sensors intel·ligents per recollir diversos entorns, paràmetres de funcionament de l'equip i estat de funcionament de l'equip del transformador de caixa, i transmetre les dades al controlador de camp a través del bus RS485. El controlador de camp té un sistema operatiu integrat i disposa de recollida de dades, Informàtica, funcions de processament i control.
* Capa de comunicació: Aquesta capa és la connexió i l'enllaç de transmissió i intercanvi de dades, i és responsable de la transmissió bidireccional de dades entre la plataforma en núvol i el controlador in situ. Segons les condicions reals de comunicació del transformador tipus caixa, diversos mètodes de comunicació com el cable òptic amb cable, Es pot seleccionar Ethernet o GPRS sense fil per transmetre dades a la plataforma de núvol.
*Capa d'aplicació: Dissenyar i desenvolupar un sistema de monitorització remota per a transformadors tipus caixa a la plataforma núvol, responsable de l'enviament, recepció i tractament de dades històriques, monitorització remota dels paràmetres de funcionament del transformador tipus caixa, i registre d'emmagatzematge i anàlisi de dades d'operacions d'esdeveniments. I desenvolupar APP WEB i mòbil a la plataforma núvol, l'electricista de servei pot controlar les dades de funcionament i l'estat de funcionament de l'equip del transformador de caixa en qualsevol moment mitjançant l'ordinador o l'aplicació mòbil.

3. Disseny de maquinari del sistema

3.1 Xarxa d'àrea local de bus RS485 del lloc del transformador de caixa

Amb el desenvolupament i el progrés de la tecnologia integrada i la reducció de costos, molts instruments de detecció, els sensors i actuadors tenen microprocessadors integrats per a les deficiències i problemes de transmissió d'informació dels equips de camp tradicionals de tipus caixa, que pot completar la conversió i la linealització ADDA i el filtratge digital. S'afegeix una interfície de dades de comunicació en sèrie dins d'aquests dispositius de camp digitals, i la comunicació en sèrie bidireccional entre dispositius de camp es pot realitzar mitjançant un protocol de comunicació estàndard unificat.

Actualment s'utilitza principalment la xarxa d'autobusos industrials.

Una de les claus del disseny del sistema de control remot per a transformadors de tipus caixa intel·ligent és seleccionar instruments i sensors intel·ligents amb funcions de comunicació digital bidireccional., i adoptar interfícies de bus estàndard i unificades i protocols de comunicació. A partir de la pràctica d'enginyeria del disseny de transformació del tipus de caixa intel·ligent de 10 kV al Núm. 5 apartament d'estudiants, s'han seleccionat el bus RS485 i el protocol de comunicació Modbus-RTU generalment compatible amb sensors intel·ligents.

Segons el diagrama de cablejat principal del sistema primari d'un transformador de caixa en un apartament d'estudiants a una universitat i el diagrama de blocs del sistema del sistema de control remot del transformador de caixa intel·ligent de 10 kV, el disseny del maquinari del sistema pren com a nucli el controlador de camp del transformador de caixa, i consta d'un dispositiu de protecció integrat per microordinador, un mesurador de xarxa intel·ligent i una potència reactiva intel·ligent Equips del sistema secundari com ara compensadors, i sensors de detecció ambiental com ara sensors de fum de temperatura i humitat, Els sensors de temperatura PT100 i els sensors d'intrusió d'aigua formen la xarxa d'àrea local del bus RS485 del lloc de transformació de caixa a caixa. A la figura es mostra el diagrama del sistema de xarxa d'àrea local del bus RS485 del transformador de caixa 4.

Diagrama del sistema de xarxa d'àrea local de bus RS485 del lloc de transformació tipus caixa

(1) Bus de comunicació sèrie RS485

El mode de comunicació del bus RS485 és el mode mestre-esclau, i el dispositiu mestre sondeja cada dispositiu esclau per a la comunicació, i es poden establir xarxes d'un a multipunt per formar un sistema distribuït. La interfície RS485 és una interfície sèrie de baixa velocitat àmpliament utilitzada, i la interfície RS485 té les característiques següents.
* Interfície RS485.

La comunicació d'interfície RS485 adopta el mode de transmissió diferencial, i té una combinació de controlador equilibrat i receptor diferencial, i utilitza la diferència de tensió als dos extrems del cable per transmetre senyals, que millora considerablement la capacitat de resistir interferències de mode comú i interferències anti-soroll.
* El bus RS485 té una alta velocitat de transmissió i una llarga distància de transmissió. La distància màxima de transmissió és d'aproximadament 1200 metres, i la velocitat de transmissió màxima és de 10 Mbps; la seva velocitat de transmissió és inversament proporcional a la distància de transmissió, i la distància de transmissió màxima es pot assolir quan la velocitat és inferior a 20 kbps.
* Admet múltiples nodes. En general, un bucle de bus RS485 pot suportar teòricament 247 nodes del dispositiu.

(2) Protocol de comunicació sèrie Modbus-RTU

El protocol Modbus s'aplica a la xarxa de bus industrial. Mitjançant el protocol, La comunicació de dades es pot dur a terme entre el controlador i l'equip de camp. Els equips produïts per diferents fabricants poden formar un sistema de monitorització de la xarxa de bus industrial seguint un protocol unificat. El protocol té una estructura mestre-esclau, un node mestre a la xarxa, i els altres són nodes esclaus, i cada node esclau té una adreça de dispositiu única.

A la xarxa de bus sèrie, el node mestre inicia una ordre, i tots els dispositius esclaus rebran l'ordre. L'ordre Modbus conté l'adreça del dispositiu esclau que executa l'ordre, i el dispositiu esclau designat pel dispositiu mestre respon primer i després executa l'ordre. Hi ha sumes de comprovació a les ordres Modbus per assegurar-se que les ordres que arriben no s'han danyat. Les ordres Modbus poden indicar a la RTU que canviï el seu valor de registre, llegir o controlar el port d'E/S, i ordenar al dispositiu que retorni una o més dades de registre.

Modbus inclou ASCII, RTU i TCP tres tipus de missatges. Mode de transmissió ASCII, Suma de comprovació LRC, baixa eficiència de transmissió, però intuïtiu, senzill i fàcil de depurar. Mode de transmissió RTU, utilitzant la comprovació CRC, alta eficiència de transmissió, una mica més complicat que ASCII. En termes generals, si la quantitat de dades a transmetre és petita, podeu considerar utilitzar el protocol ASCII; si la quantitat de dades a transmetre és relativament gran, el millor és utilitzar el protocol RTU. Per aquesta raó, els instruments i sensors intel·ligents d'aquest sistema adopten el mode de comunicació Modbus-RTU de manera uniforme.

3.2 Disseny de maquinari del controlador de camp del transformador de caixa

El controlador de camp del transformador de caixa es compon d'un sistema encastat. El sistema incrustat està centrat en l'aplicació, el programari i el maquinari es poden adaptar, i realitza l'automatització d'equips, intel·ligència, i funcions de control remot. Està compost principalment per microprocessadors integrats, maquinari relacionat, sistemes operatius integrats, i sistemes de programari d'aplicació.

(1) Sistema mínim de microprocessador STM32

El sistema mínim de microprocessador incrustat inclou microprocessador incrustat, circuit de reinici i circuit de depuració. El circuit de rellotge proporciona el senyal de rellotge extern necessari, el circuit de reinici proporciona un estat inicial unificat, i el circuit de depuració proporciona una interfície per a la descàrrega i depuració de programes.
* Opció de microprocessador incrustat. Segons els requisits del sistema de control remot del transformador de caixa intel·ligent de 10 kV per al rendiment del controlador in situ, aquest sistema tria el xip STM32F103ZET6 com a microprocessador bàsic del controlador in situ. Microprocessador incrustat STM32F103ZET6, MCU té una alta integració, baix consum d'energia, i rendiment d'alt cost. És adequat per a diversos requisits d'aplicació en l'àmbit mèdic industrial, i pot complir els requisits d'adquisició de dades i processament en temps real d'aquest sistema.
* Circuit oscil·lador de cristall. El circuit oscil·lador de cristall proporciona un pols de freqüència fixa al microprocessador per fer que el microprocessador funcioni amb normalitat. El microprocessador STM32 té dos oscil·ladors de cristall, l'oscil·lador de cristall de 8MHz proporciona un rellotge extern d'alta velocitat, i l'oscil·lador de cristall de 32,768 KHz proporciona un rellotge extern de baixa velocitat.

* Reinicialitzar el circuit. La funció del circuit de reinici del microprocessador és reiniciar el sistema. Quan el sistema falla, premeu el botó de reinici per reiniciar el dispositiu. En general, el circuit de reinici utilitza un senyal de baix nivell per reiniciar-se.

(2) Disseny del circuit de potència

El sistema selecciona una font d'alimentació externa de CC amb una tensió nominal de 12 V (2A), i selecciona un DC 5V (2A) adaptador de corrent amb una interfície USB per subministrar energia al controlador de camp. La font d'alimentació de 12 V CC està connectada a la placa de control, i la font d'alimentació DC 12V es redueix per obtenir una font d'alimentació DC 5V mitjançant el mòdul reductor LM2596S. A continuació, la tensió de 5 V es fa passar pel xip regulador AMS1117-3,3 V per obtenir una tensió de 3,3 V per subministrar energia al xip STM32. A la figura es mostra el diagrama de circuits del regulador d'alimentació LM2596S i AMS1117-3.3V 8.

(3) Interfície RS485 al mòdul TTL

La interfície RS485 al mòdul TTL realitza la conversió bidireccional i la comunicació del senyal RS485 i el senyal TTL, però el senyal s'ha d'executar alternativament, i no es pot dur a terme en dues direccions alhora. Tots els dispositius de camp utilitzen aquest mòdul per connectar-se amb el microcontrolador, i el diagrama de cablejat es mostra a la figura 9.

Diagrama de cablejat de TFT-LCD i STM32 MCU - Figura 9

(4) Mòdul de pantalla LCD

Atès que el controlador in situ del sistema de control remot tipus caixa ha de mostrar molts números i caràcters, es selecciona una pantalla de cristall líquid TFT-LCD de 2,8 polzades com a mòdul de visualització, i hi ha un controlador ILI9341 dins. Considereu que STM32 es pot comunicar amb ILI9341 mitjançant la interfície SPI, 8080 interfície o interfície RGB. Per aconseguir una taxa de refresc més ràpida, Usos de TFT-LCD 8080 interfície de bus de dades paral·lel. STM32 envia dades a la memòria del controlador ILI9341 mitjançant el mòdul FSMC de memòria estàtica variable.

(5) Mòdul d'alarma de veu

Quan el microprocessador STM32 detecta que hi ha una anomalia o un error en les dades de funcionament del transformador de caixa, enviarà un missatge al port sèrie i iniciarà una alarma de veu. El mòdul d'alarma de veu selecciona el xip de veu d'ús habitual SYN6288, i emet automàticament la informació d'alarma de veu segons el programa programat. El sistema utilitza el codi GB2312, que és adequat per a l'intercanvi d'informació en el processament de caràcters xinesos i la comunicació de caràcters xinesos. El SYN6288 també reconeix amb precisió els números, hores i dates, i unitats de mesura d'ús habitual.

(6) Mòdul de relé

El controlador de camp selecciona un grup de mòduls de relé d'aïllament optoacoblador de 2 vies per controlar l'obertura i el tancament de la campana d'alarma i el ventilador de 12 V CC., i el relé d'estat sòlid de 220 V CA es pot seleccionar segons el tipus d'alimentació i la potència del ventilador d'escapament tipus caixa. Cada mòdul de circuit de relé té contactes normalment oberts i normalment tancats, així com indicació d'estat LED; cada circuit de relé està aïllat per optoacobladors, i està equipat amb un díode de roda lliure per alliberar la tensió induïda del relé i protegir el circuit anterior. Quan la temperatura ambient del transformador de caixa supera un determinat rang, el controlador in situ produeix un alt nivell, i un relé d'aïllament optoacoblador actua per encendre el ventilador perquè es refredi; quan es produeixen errors greus com ara una concentració excessiva de fum, el controlador condueix un altre relé d'aïllament de l'optoacoblador per connectar-se El bucle de campana d'alarma envia una alarma in situ. Per al diagrama de principi de funcionament del relé i el diagrama de connexió entre el mòdul de relé i el xip STM32, poseu-vos en contacte amb el fabricant i envieu la sol·licitud.

(7) Mòdul de comunicació

Segons els requisits de disseny del sistema de control remot del transformador de caixa intel·ligent de 10 kV, la comunicació entre el transformador de caixa intel·ligent i el núvol tria el mètode de comunicació sense fil GPRS amb baix cost de trànsit. Mòdul GPRS del firmware Gizwits.
*Mòdul GPRS del firmware Gizwits (Microprogramari G510_GAgent). Aquest mòdul és un programa d'aplicació que s'executa en diversos mòduls de comunicació, proporcionant funcions com ara la transmissió bidireccional del núvol i les dades del dispositiu del producte, configuració del dispositiu a la xarxa, descobriment i enquadernació, i actualitzacions del programa. L'esquema de circuit entre el mòdul GPRS i el controlador principal es pot obtenir posant-se en contacte amb el fabricant.

*Mòdul GPRS-GA6. Aquest mòdul pot realitzar la transmissió de veu, missatges curts i dades amb baix consum d'energia. És adequat per a diversos requisits de disseny en aplicacions M2M, especialment per al disseny de productes compactes. En segon lloc, el protocol de comunicació adopta la transmissió del bus del port sèrie UART, utilitza ordres AT estàndard per controlar el mòdul, i selecciona la velocitat de transmissió de 115200 bps. Contacta amb el Fabricant d'IoT per a l'esquema del circuit de connexió del mòdul GPRS-GA6 i del microcontrolador STM32.

3.3 Dispositiu de protecció integral de microordinadors

Segons l'especificació de disseny de protecció del transformador de potència (GB/T 50062-2008), 10Els transformadors kV solen instal·lar protecció contra sobreintensitat amb límit de temps. El dispositiu de protecció del microordinador té la protecció, funcions de mesura i control de transformadors i línies, així com les funcions d'adquisició de dades, supervisió i autoinspecció del sistema, i té una alta sensibilitat i fiabilitat.

Segons els requisits de disseny del canvi de caixa intel·ligent de 10 kV a l'apartament d'estudiants, S'ha seleccionat el dispositiu de protecció integral de microordinador de tipus actual Ankerui AM3-I amb funció de comunicació RS485, amb IA, IB, I C, UA, UB, UC, P, Q, Fr i altres mesures de paràmetres elèctrics, 8-Adquisició de senyal de commutador extern de canal, i operacions d'obertura i tancament del comandament a distància del disjuntor i altres funcions. El diagrama de terminals de cablejat del dispositiu de protecció de microordinadors AM3-I és el següent:

Esquema de terminals de cablejat del dispositiu de protecció del microordinador AM3-I

3.4. Mesurador de xarxa intel·ligent

Els comptadors de xarxa intel·ligents s'utilitzen per detectar paràmetres elèctrics com ara el corrent trifàsic, tensió i potència dels circuits de distribució d'energia de baixa tensió, així com l'estat d'obertura i tancament dels interruptors aïllants i interruptors automàtics. Segons els requisits de disseny del sistema secundari del transformador de caixa intel·ligent de 10 kV, S'ha seleccionat el mesurador de xarxa intel·ligent Ankerui ACR amb funció de comunicació RS485, i es seleccionen el diagrama de cablejat del mesurador de xarxa intel·ligent ACR i el transformador de corrent de baixa tensió i el diagrama de cablejat d'entrada i sortida de l'interruptor.

Transformador de corrent de baixa tensió del mesurador de xarxa intel·ligent ACR i diagrama de cablejat d'entrada i sortida digital

El mesurador de xarxa intel·ligent ACR adopta el protocol Modbus-RTU, que pot mesurar i recollir paràmetres de potència. La funció d'entrada de l'interruptor pot detectar l'estat de commutació de l'interruptor aïllant i el disjuntor, i la funció de sortida del relé pot encendre i apagar l'interruptor de manera remota. El mesurador de xarxa intel·ligent ACR té un pla unificat per a la taula d'adreces de comunicació, que pot realitzar les tres funcions remotes de la telemetria, senyalització remota i control remot.

(1) Conversió AD i càlcul del senyal analògic de CA

El 3 senyals de tensió de fase i 3 senyals actuals (senyals de sortida del transformador de corrent) Totes les quantitats analògiques recollides directament pel mesurador de xarxa intel·ligent ACR, que s'han de convertir en senyals digitals que puguin ser reconeguts per la CPU per al processament de dades. Primer, el 3 tensions de fase de 220V i 3 Els analògics de corrent es transformen en senyals de baixa tensió mitjançant el convertidor, i convertit en la tensió permesa pel convertidor AD a través d'un bucle de formació de tensió; , convertit en senyal digital per AD i entrada a la CPU. El diagrama esquemàtic del procés de mostreig i conversió AD de la quantitat analògica de CA es pot obtenir posant-se en contacte amb el fabricant.

* Conversió de tensió analògica i filtrat de pas baix. La funció del circuit de formació de tensió és aïllar elèctricament i transformar l'electricitat. En general, el convertidor AD requereix que el senyal d'entrada sigui de ±5V i ±10V, de manera que es pot determinar la relació de transformació del convertidor de tensió. Els filtres de pas baix es divideixen en filtres passius i filtres actius. Els filtres actius estan formats per condensadors, resistències i amplificadors operacionals integrats, que amplifiquen el senyal mentre es filtren. Els filtres passius només tenen funcions de filtratge però no tenen funcions d'amplificació del senyal.
* Mostreig de senyal analògic. El procés de mostreig hauria de seguir el teorema de mostreig de Shannon, això és, la freqüència de mostreig no ha de ser inferior a 2 vegades la freqüència més alta del senyal d'entrada. El procés de mostreig és molt ràpid. El mostreig actual del convertidor AD ha assolit el nivell de nanosegons, mentre que el període de mostreig del dispositiu automàtic del sistema d'alimentació es troba al nivell de mil·lisegons, de manera que els senyals de tensió i corrent dels sis bucles poden compartir un convertidor AD, però el circuit de mostreig ha d'estar equipat amb un dispositiu de mostreig i retenció i un interruptor multiplexor.
* Conversió AD. Els convertidors AD inclouen aproximacions successives, integral, comptant, comparació paral·lela, i convertidors voltatge-freqüència VFC. El convertidor AD d'aproximació successiva és un representant tant de la velocitat com de la precisió a l'ADC, i té una resolució de conversió més alta amb una taxa de conversió més alta.

(2) Algorisme d'integració de valor absolut de mig cicle de magnitud elèctrica sinusoïdal

La clau de l'algorisme de programari és millorar la precisió i la velocitat de l'operació de l'algorisme. La clau de l'algorisme de mostreig de CA del comptador intel·ligent és resoldre com calcular l'amplitud o el valor efectiu del senyal de mostreig sinusoïdal segons el valor instantani del senyal sinusoïdal. L'algorisme més utilitzat per a les magnituds sinusoïdals és l'algorisme d'integració de valors absoluts de mig cicle. El principi de l'algorisme d'integració del valor absolut de mig cicle és que la integral del valor absolut de la quantitat sinusoïdal en qualsevol mig cicle és una constant S, i la constant de valor integral S no té res a veure amb l'angle inicial integral . A la figura es mostra l'algorisme d'integració de valors absoluts de mig cicle basat en el model de funció sinusoïdal 19.

Algorisme d'integració de valors absoluts de mig cicle basat en el model de funció sinusoïdal

L'expressió per calcular el valor efectiu del corrent utilitzant l'algorisme integral de valor absolut de mig cicle es mostra a la figura següent:

A la fórmula, S representa la integral del valor absolut dins de mig cicle; I representa el valor efectiu del corrent; i representa el valor instantani del corrent; w representa la velocitat angular; T representa el cicle d'alimentació de CA; f representa la freqüència d'alimentació CA; N representa el nombre de mostres en un cicle ; Ts representa el període de mostreig.

3.5 Sensor de fum de temperatura i humitat RS485

Tenint en compte que la línia d'alimentació del transformador tipus caixa pot tenir fuites, sobrecàrrega, curtcircuit i resistència de contacte excessiva, que pot provocar incendis, i la fallada del transformador submergit en fuel-oil pot provocar incendis. Per tant, cal instal·lar un sensor de fum al transformador tipus caixa per a la detecció d'incendis del transformador tipus caixa. Per tal de detectar anticipadament possibles errors. Per tal de garantir la precisió de la mesura i reduir el cost al mateix temps, temperatura RS485, El sensor d'humitat i fum tres en un s'utilitza per detectar la temperatura, concentració d'humitat i fum a la caixa del transformador. El sensor de temperatura i humitat utilitza la sonda SHT30. Sobretensió i interferència de pols in situ. El sensor té 4 cables: vermell, negre, groc, i verd. Per al mètode de cablejat específic del sensor de fum de temperatura i humitat, poseu-vos en contacte amb el fabricant d'IoT.

Els comptadors i sensors intel·ligents dissenyats en aquest sistema adopten el protocol Modbus-RTU, que es pot comunicar de manera fiable dins del rang complet de velocitat de baudios de 1200-115200. La velocitat en baudis dels mesuradors i sensors intel·ligents s'estableix uniformement a 9600 bps. El format de transmissió de dades i el format de conversió de dades del sensor són els següents:
Format de marc de consulta de dades del sensor. El sensor segueix el protocol estàndard Modbus-RTU, i la lectura del sensor s'emmagatzema al registre de retenció, i el codi de funció és 04. L'ordinador superior llegeix el format del marc de consulta de dades del sensor, i el format de marc de consulta de dades del sensor inferior de l'ordinador.

3.6 Transmissor de temperatura PT100 - principi de funcionament de RTD PT100 - principi de funcionament del sensor de temperatura

El transmissor de temperatura PT100 s'utilitza per detectar la temperatura del cos del transformador, temperatura del cable d'alta tensió i baixa tensió, és adequat per a diferents llocs industrials. El transformador produirà pèrdues durant el funcionament, principalment pèrdues de ferro i pèrdues de coure, també conegut com a pèrdua de nucli i pèrdua de càrrega. La pèrdua de coure varia amb el corrent de càrrega i és proporcional al quadrat del corrent de càrrega. La fórmula de càlcul de la pèrdua del transformador és la següent:

A la fórmula, P0 representa la potència activa del transformador en funcionament sense càrrega a la tensió nominal; I1 i I2 representen el corrent de línia d'alta tensió i el corrent de línia lateral de baixa tensió; R1 i R2 representen la resistència lateral d'alta tensió i la resistència lateral de baixa tensió.

El transmissor de temperatura PT100 està integrat amb una interfície de bus RS485, i cada transmissor de temperatura es pot connectar 4 Sensors de temperatura PT100.

3.7 Principi de funcionament del transmissor d'immersió en aigua

A causa del baix nivell d'aigua de la fossa de fonamentació de la subestació de caixa, Sovint hi ha acumulació d'aigua a la rasa del cable i a la fossa de la base després de la pluja intensa, i hi ha un perill potencial per a la seguretat de fuites de cable, per tant, cal una inspecció i un drenatge irregulars. En aquest disseny, el sensor d'immersió d'aigua s'utilitza per detectar l'acumulació d'aigua a la fossa de la base de la subestructura de la caixa. El sensor d'immersió en aigua aplica el principi de conducció líquida, i utilitza elèctrodes per detectar si hi ha aigua. Seleccioneu un detector d'immersió en aigua tipus contacte amb funció de comunicació RS485. El principi de funcionament del detector d'immersió en aigua es mostra a la figura 23.

4. Disseny de programari del sistema

El disseny del programari del sistema inclou dues parts: 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. El dispositiu de protecció integrat per microordinador, El mesurador de xarxa intel·ligent i el sensor intel·ligent a la xarxa d'àrea local del bus de camp del transformador de caixa tenen programari d'aplicació incrustat, de manera que només es requereix el disseny del programa de programari del controlador de camp del transformador de caixa.

4.1 Disseny de programari de control de camp per a transformador tipus caixa

El controlador de camp del transformador de caixa és un sistema integrat, i el seu sistema de programari està format per un programa d'aplicació, API, sistema operatiu incrustat i BSP (paquet de suport de la junta). Segons les característiques de molts paràmetres, moltes tasques i alts requisits en temps real recollits pel controlador de camp del transformador de caixa intel·ligent de 10 kV, el sistema operatiu en temps real incrustat μC/OS-Ⅲ, que s'utilitza àmpliament en el desenvolupament de productes comercials i la investigació docent, està seleccionat. μC/OS-Ⅲ considera les tasques com la unitat més petita, i qualsevol tasca no necessita preocupar-se pel mètode específic de gestió dels recursos, que està determinada pel sistema operatiu.

4.2 Disseny del programa de programari del controlador de camp del transformador tipus caixa

Tot el disseny del sistema de programari es basa en el sistema distribuït format per instruments intel·ligents, Sensors, controladors de camp i plataformes en núvol, i es realitza el disseny i desenvolupament de programari d'aplicació. Transmissió i intercanvi de dades, el controlador in situ i el servidor de núvol Gizwits utilitzen el protocol de comunicació Gizwits al microprogramari GPRS per a la transmissió i l'intercanvi de dades. El diagrama de flux del programa principal del programari d'aplicació del controlador de camp del transformador de tipus caixa.

*Programa principal del programari. Primer, inicialitzar totes les parts del sistema, com ara GPIO, Port sèrie, rellotge, gestió de la memòria, etc., i crear tasques en μC/OS-Ⅲ. STM32 realitza l'adquisició i el processament de dades del sensor, i envia la informació correcta a la pantalla LCD. Al mateix temps, l'STM32 envia ordres AT al mòdul GPRS-G510, intercanvia dades, es connecta a la plataforma de núvol Gizwits mitjançant el protocol LwM2M, i jutja si el mòdul de comunicació GPRS està connectat correctament al servidor de núvol de Gizwits. Si la connexió és correcta, es realitza la transmissió de dades. A continuació, jutgeu si les dades processades són superiors al llindar establert.
Si es tracta d'una falla menor de la subestació de caixa, envia la informació de les dades a l'aplicació mòbil a través de la plataforma al núvol; si és un fracàs general, Envieu la informació d'alarma de dades a l'aplicació mòbil a través de la plataforma al núvol, i inicieu el mòdul de comunicació GPRS-GA6 per enviar la informació d'alarma mitjançant l'SMS del telèfon mòbil; si Si és una falta greu, la informació d'alarma de dades s'enviarà a l'aplicació del telèfon mòbil a través de la plataforma de núvol, i el mòdul de comunicació GPRS-GA6 s'activarà per enviar la informació d'alarma a través del missatge de text del telèfon mòbil i trucar al personal rellevant preestablert.