Disenyo sa 10kV intelihente nga box-type nga substation base sa Gizwits IoT nga plataporma + STM32

Ang 10kV intelihente nga box-type nga substation remote control system nga gipaila niini nga artikulo gidisenyo ug gimugna ni Tian Hui sa Xi'an University of Science and Technology.

Gikuha sa sistema ang disenyo sa usa ka 10kV nga intelihente nga sistema sa pagbag-o sa kahon alang sa usa ka apartment sa estudyante sa usa ka kolehiyo ingon background sa engineering, ug nagdesinyo ug 10kV intelihente nga box-change nga sistema base sa Internet sa mga Butang. Ang sistema naglangkob sa tulo ka bahin: layer sa panglantaw, layer sa komunikasyon ug layer sa aplikasyon. Ang perception layer maoy responsable sa pagkolekta sa data sa sensor ug pagpasa ngadto sa field controller.

Naglakip sa mga kagamitan sa sekundaryong sistema sama sa mga aparato sa pagpanalipod sa microcomputer, intelihenteng network meter, ug mga intelihenteng reaktibo nga kompensasyon sa gahum nga tigkontrol, ingon man mga kagamitan sa pag-ila sa kinaiyahan sama sa temperatura ug kaumog, aso, ug mga sensor sa pagpaunlod sa tubig. Ang on-site controller naggamit sa STM32 embedded microprocessor, lakip ang LCD display, voice alarm module, relay ug GPRS communication module, ug uban pa.; ang layer sa komunikasyon naggamit sa GPRS wireless nga komunikasyon, nga maoy responsable sa two-way data transmission tali sa on-site controller ug sa cloud platform; Ang Gizwits cloud platform nagpalambo og remote monitoring system ug mobile app para sa box-type nga mga transformer, nga maoy responsable sa pagtipig, pag-analisar ug pagproseso sa datos sa operasyon sa transpormer nga tipo sa kahon.

This system finally realizes the user's remote monitoring of environmental parameters such as variable temperature and humidity, smoke alarm ug foundation pit water, ingon man mga electrical parameter sama sa kasamtangan, boltahe, frequency ug power factor, ug kahimtang sa pagtrabaho sa kagamitan pinaagi sa computer WEB o mobile APP.

Kung adunay abnormalidad o sayup sa operasyon sa transformer nga tipo sa kahon, ang sistema sa pag-monitor awtomatik nga maghukom sa lebel sa sayup, ug nagpadala ug alarma pinaagi sa lain-laing kombinasyon sa on-site bell, mobile phone APP, SMS ug telepono, ug uban pa., ug nagpahibalo sa mga may kalabutan nga kawani aron mawagtang ang mga tinago nga mga problema sa oras ug malikayan ang mga aksidente sa kuryente. . Angayan alang sa hilit nga pag-monitor ug sentralisadong pagdumala sa mga transformer sa kahon ug mga lawak sa pag-apod-apod sa kuryente, ug makapauswag pag-ayo sa lebel sa paniktik ug kaluwasan sa suplay sa kuryente ug kasaligan sa mga kagamitan sa pag-apod-apod sa kuryente sa mga eskwelahan, negosyo ug komunidad.

1. Pasiuna

Uban sa pagtukod ug pagpalambo sa sosyal nga ekonomiya ug distribution network, nagkadaghan ang 10kV box transformers. Ang tradisyonal nga 10kV box-type nga substation sa kasagaran nagsagop sa mode sa operasyon nga wala maatiman ug manwal nga regular nga inspeksyon, nga adunay gamay nga lebel sa paniktik ug kulang sa hilit nga pag-monitor ug mga sistema sa alarma sa sayup alang sa kalikopan ug kagamitan. Sa pagkakaron, uban ang paspas nga pag-uswag sa teknolohiya sa smart sensor, embedded nga teknolohiya, teknolohiya sa komunikasyon ug teknolohiya sa cloud computing ug ang pagkunhod sa gasto, ang 10kV smart box-type substation base sa Internet of Things nahimong pinakamaayong pagpili alang sa pag-upgrade ug pagbag-o sa tradisyonal nga box-type nga substation.

Ang intelihente nga box-type nga substation remote monitoring system nga gibase sa Internet of Things mahimong layo nga ma-monitor ang box-type nga substation nga palibot, operating parameters ug kahimtang sa mga ekipo sa tinuod nga panahon. Ingon sa gipakita sa Figure 1.

Ang mga tiggamit mahimo’g ma-monitor sa layo ang mga parameter sa kalikopan sama sa temperatura ug humidity sa kahon, alarma sa aso, ug pagtipon sa tubig sa mga gahong sa pundasyon, ingon man mga electrical parameter sama sa kasamtangan, boltahe, frequency, ug power factor, ug kahimtang sa kagamitan pinaagi sa mga kompyuter o mobile APP sa bisan unsang oras. Kung ang substation sa kahon dili normal o napakyas, ang sistema sa pag-monitor awtomatik nga magpahibalo sa mga may kalabutan nga kawani pinaagi sa lainlaing mga pamaagi sa mobile phone APP, SMS ug telepono sumala sa lebel sa sayup, aron mawagtang ang mga natago nga sayup sa oras ug malikayan ang mga aksidente sa kuryente.

10kV smart box-type substation base sa Internet of Things

Ang remote monitoring system sa smart box-type substation naglangkob sa usa ka "fieldbus LAN" sulod sa box-type nga substation ug a "cloud platform wide-area network" gawas sa box-type nga substation. Kini nga structural nga modelo mahimong magamit sa pagpalambo sa mga remote monitoring system alang sa secondary water supply equipment remote monitoring systems, residential nga mga sistema sa pagdumala sa singil sa kuryente, ug elevator remote monitoring systems aron mapausbaw ang intelligence ug management level sa tradisyonal nga ekipo ug mapalambo ang pag-upgrade sa tradisyonal nga mga industriya. Kini adunay maayo nga kantidad sa aplikasyon.

2. Kinatibuk-ang disenyo sa programa

Ang disenyo sa smart box-type substation base sa Internet of Things gibase sa disenyo sa 10kV smart box-type substation sa usa ka apartment sa estudyante sa kolehiyo. Ang nag-unang disenyo sa sistema sa 10kV intelihente nga box-type nga transformer parehas sa tradisyonal nga 10kV box-type nga transformer., ug kini lagmit nga mahimong hamtong. Kini nga artikulo nagpunting sa intelihenteng disenyo sa 10kV smart box-type transformer. Ang mosunud usa ka mubo nga pagtan-aw sa sulud sa disenyo sa panguna nga sistema sa 10kV smart box-type transformer.

2.1 Panguna nga disenyo sa sistema sa 10kV intelihenteng box-type nga substation

Ang power load sa No. 5 estudyante apartment building sa usa ka unibersidad mao ang nag-una nga suga, mga kompyuter ug bag-ong gidugang nga mga karga sa air conditioner. Ang matag dormitoryo gikalkula isip 8 mga tawo, ang load sa suga kay 100W, matag estudyante nga computer load kay 200W, ug ang matag 1.5P split-type nga hanger bag-o lang na-install nga adunay mga air conditioner Ang gahum kay 1.3kW, ug ang load sa usa ka dormitoryo kay 3.0kW. Sumala sa "Manwal sa Disenyo sa Industrial ug Civil Power Supply ug Distribution", the dormitory's power load demand coefficient is 0.7, ug ang power factor kay 0.8.

Gikonsiderar ang pagtaas sa karga sa kuryente sa apartment sa estudyante sa umaabot, ang transformer kinahanglan nga magreserba sa usa ka margin, ug ang transformer nga adunay kapasidad nga 1000kVA gipili. Gikonsiderar ang inisyal nga gasto sa pagpamuhunan ug gasto sa operasyon sa transformer, ingon man ang mga kinahanglanon sa nasudnong pagkonserba sa enerhiya ug pagpakunhod sa pagbuga nga palisiya, ang low-loss nga bug-os nga selyado nga oil-immersed transformer S13-M-1000/10-0.4 gipili alang niini nga katuyoan.

Sa basehan sa load statistical kalkulasyon, pagkalkula sa short-circuit, dinamikong kalig-on verification ug thermal kalig-on verification, gipili ang nag-unang kagamitan sa nag-unang sistema sa transformer nga tipo sa kahon. Ang piho nga mga modelo ug teknikal nga mga parameter sa mga nag-unang kagamitan sa nag-unang sistema gipakita sa Talaan 3, Lamesa 4, Lamesa 5 ug Table 6.

Sumala sa mga kinahanglanon sa disenyo sa No. 5 estudyante nga apartment project box substation ug ang nag-unang kalkulasyon sa disenyo sa sistema, ang nag-unang wiring diagram sa gidisenyo nga nag-unang sistema sa No. 5 estudyante apartment kahon substation gipakita sa Figure 2.

Hulagway 2 : Ang nag-unang wiring diagram sa nag-unang sistema sa usa ka box-type nga substation sa usa ka apartment sa estudyante sa usa ka unibersidad

2.2 Intelligent Design Scheme sa 10kV Box Transformer

Pagpunting sa mga depekto sa disenyo ug mga problema nga anaa sa pagdumala sa operasyon sa 10kV nga tradisyonal nga box-type nga substation, ang yawe sa pagsulbad sa problema anaa sa pagtukod sa usa ka closed-loop nga sistema alang sa detection, hilit nga pagmonitor ug alarma sa intelihente nga box-type nga substation nga palibot ug kagamitan, ug ang disenyo adunay hilit nga pagmonitor sa operating environment ug electrical equipment Ang intelihente nga box transformer system nga adunay lain-laing mga function makakolekta ug makamonitor sa environmental parameters sama sa box transformer access control, ambient nga temperatura ug humidity, alarma sa aso, ug tubig sa cable trench, ingon man ang boltahe, kasamtangan, aktibo nga gahum, reaktibo nga gahum, power factor, temperatura sa kable, transformer transformer, ug uban pa.

Ang temperatura sa lawas ug ang signal sa alarma sa gas ug uban pang mga parameter sa pag-operate sa kagamitan, remote control exhaust fan, microcomputer protection device ug circuit breaker switch.

Gisagop sa sistema ang mga intelihente nga instrumento ug mga intelihenteng sensor nga adunay mga gimbuhaton sa komunikasyon nga sagad gigamit sa mga lugar nga industriyal, ug ipadala ang nakolekta nga datos ngadto sa field controller pinaagi sa field bus communication, ug ang field controller nagpadala sa data ngadto sa server o cloud host computer pinaagi sa wireless o wired communication module. Hunahunaa ang mga gimbuhaton sama sa telemetry, remote signaling ug remote control.

Ang hilit nga sistema sa pag-monitor sa 10kV intelihente nga box transformer base sa Internet of Things naggamit mga intelihente nga instrumento ug sensor nga adunay digital two-way communication function., ug parehas nga nagsagop sa standard RS485 bus interface ug Modbus-RTU communication protocol. Ang hilit nga sistema sa pag-monitor sa intelihente nga transpormer sa kahon nga gibase sa Internet of Things gilangkuban sa tulo ka bahin: ang perception layer, ang layer sa komunikasyon ug ang layer sa aplikasyon.
* Layup sa panglantaw: pinaagi sa nagkalain-laing mga smart meter ug mga smart sensors aron makolekta ang lain-laing mga palibot, mga parameter sa pag-operate sa kagamitan ug kahimtang sa pagtrabaho sa kagamitan sa transformer sa kahon, ug ipadala ang datos ngadto sa field controller pinaagi sa RS485 bus. Ang field controller adunay built-in nga operating system ug adunay pagkolekta sa datos, Pagkompyut, pagproseso ug pagkontrol sa mga gimbuhaton.
* layer sa komunikasyon: Kini nga layer mao ang koneksyon ug sumpay sa pagpadala ug pagbinayloay sa datos, ug maoy responsable sa two-way transmission sa data tali sa cloud platform ug sa on-site controller. Sumala sa aktwal nga kondisyon sa komunikasyon sa box-type nga transformer, nagkalain-laing pamaagi sa komunikasyon sama sa wired optical cable, Ang Ethernet o wireless GPRS mahimong mapili aron ipadala ang datos ngadto sa cloud platform.
*Layup sa aplikasyon: Pagdisenyo ug paghimo og remote monitoring system para sa box-type nga mga transformer sa cloud platform, responsable sa pagpadala, pagdawat ug pagproseso sa makasaysayanong datos, hilit nga pag-monitor sa mga parameter sa operasyon sa transpormer nga tipo sa kahon, ug pagrekord sa pagtipig ug pagtuki sa datos sa operasyon sa panghitabo. Ug pagpalambo sa WEB ug mobile APP sa cloud platform, ang electrician nga nag-duty maka-monitor sa datos sa operasyon ug ekipo nga nagtrabaho nga kahimtang sa box transformer sa bisan unsang oras pinaagi sa computer o mobile APP.

3. Disenyo sa hardware sa sistema

3.1 RS485 bus lokal nga network sa lugar sa box transformer site

Uban sa pag-uswag ug pag-uswag sa naka-embed nga teknolohiya ug pagkunhod sa gasto, daghang mga instrumento sa pagtuki, Ang mga sensor ug mga actuator adunay mga built-in nga microprocessors alang sa mga kakulangan ug mga problema sa pagpasa sa impormasyon sa tradisyonal nga box-type nga kagamitan sa uma., nga makakompleto sa ADDA conversion ug linearization ug digital filtering. Ang usa ka serial communication data interface gidugang sulod niining mga digital field device, ug ang serial two-way nga komunikasyon tali sa field devices mahimong matuman pinaagi sa paggamit sa hiniusang standard communication protocol.

Panguna nga gigamit nga industriyal nga bus network sa pagkakaron.

Usa sa mga yawe sa disenyo sa remote monitoring system alang sa smart box-type transformers mao ang pagpili sa mga smart instrument ug sensor nga adunay digital two-way communication functions., ug sa pagsagop sa standard ug hiniusa nga mga interface sa bus ug mga protocol sa komunikasyon. Sugod gikan sa engineering practice sa 10kV smart box-type transformation design sa No. 5 apartment sa estudyante, gipili ang RS485 bus ug Modbus-RTU communication protocol nga kasagarang gisuportahan sa mga smart sensor.

Sumala sa nag-unang wiring diagram sa nag-unang sistema sa usa ka box-transformer sa usa ka estudyante nga apartment sa usa ka kolehiyo ug ang sistema block diagram sa 10kV intelihente nga box-transformer remote monitoring system, ang disenyo sa sistema sa hardware nagkinahanglan sa box-transformer field controller isip core, ug naglangkob sa usa ka microcomputer integrated protection device, usa ka intelihente nga metro sa network ug usa ka intelihenteng reaktibo nga gahum Mga kagamitan sa sekundaryong sistema sama sa mga compensator, ug environmental detection sensors sama sa temperatura ug humidity smoke sensors, Ang mga sensor sa temperatura sa PT100 ug mga sensor sa pagsulod sa tubig nagporma sa RS485 bus nga lokal nga network sa lugar sa box-to-box nga pagbag-o nga site. Ang RS485 bus local area network system diagram sa box transformer gipakita sa Figure 4.

RS485 bus local area network system diagram sa box-type nga transformation site

(1) RS485 serial communication bus

Ang paagi sa komunikasyon sa RS485 bus mao ang master-slave mode, ug ang hawod nga kahimanan nag-poll sa matag ulipon nga himan alang sa komunikasyon, ug ang one-to-multi-point networking mahimong matukod aron maporma ang usa ka distributed system. Ang RS485 interface kay kaylap nga gigamit ubos-speed serial interface, ug ang RS485 interface adunay mga mosunod nga mga kinaiya.
* RS485 interface.

Ang RS485 interface nga komunikasyon nagsagop sa differential transmission mode, ug adunay kombinasyon sa balanseng drayber ug differential receiver, ug naggamit sa kalainan sa boltahe sa duha ka tumoy sa kable sa pagpasa sa mga signal, nga makapauswag pag-ayo sa abilidad sa pagsukol sa komon nga paagi sa pagpanghilabot ug anti-saba nga pagpanghilabot.
* Ang RS485 bus adunay taas nga transmission rate ug taas nga transmission distance. Ang labing taas nga gilay-on sa transmission hapit 1200 metros, ug ang maximum transmission rate mao ang 10Mbps; ang transmission rate niini inversely proportional sa transmission distance, ug ang pinakataas nga gilay-on sa transmission mahimong maabot kung ang rate ubos sa 20kbps.
* Pagsuporta sa daghang mga node. Sa kinatibuk-an, ang usa ka RS485 bus loop mahimo nga theoretically mosuporta 247 mga node sa aparato.

(2) Modbus-RTU serial communication protocol

Ang Modbus protocol gipadapat sa industriyal nga bus network. Pinaagi sa protocol, Ang komunikasyon sa datos mahimong ipahigayon tali sa controller ug sa field equipment. Ang mga kagamitan nga gihimo sa lainlaing mga tiggama mahimo’g maporma ang usa ka sistema sa pag-monitor sa network sa industriya nga nagsunod sa usa ka hiniusa nga protocol. Ang protocol adunay istruktura nga master-slave, usa ka master node sa network, ug ang uban kay slave nodes, ug ang matag ulipon nga node adunay usa ka talagsaon nga adres sa aparato.

Sa serial bus network, ang master node magsugod ug command, ug ang tanang galamiton sa ulipon makadawat sa sugo. Ang Modbus command naglangkob sa adres sa slave device nga nagpatuman sa command, ug ang galamiton sa ulipon nga gitudlo sa master device motubag una ug dayon mopatuman sa sugo. Adunay mga checksum sa Modbus nga mga sugo aron masiguro nga ang mga umaabot nga mga sugo wala madaot. Ang mga sugo sa Modbus mahimong magtudlo sa RTU nga usbon ang kantidad sa rehistro niini, basaha o kontrola ang I/O port, ug pag-order sa aparato nga ibalik ang usa o daghang data sa pagrehistro.

Ang Modbus naglakip sa ASCII, RTU ug TCP tulo ka matang sa mensahe. ASCII transmission mode, LRC checksum, ubos nga transmission efficiency, apan intuitive, simple ug sayon nga i-debug. RTU transmission mode, gamit ang CRC check, taas nga transmission efficiency, medyo mas komplikado kaysa ASCII. Sa kinatibuk-an nga pagsulti, kung gamay ra ang kantidad sa data nga ipadala, mahimo nimong ikonsiderar ang paggamit sa ASCII protocol; kung ang gidaghanon sa datos nga ipadala medyo dako, labing maayo nga gamiton ang RTU protocol. Tungod niini nga hinungdan, ang intelihente nga mga instrumento ug mga sensor niini nga sistema nagsagop sa Modbus-RTU nga paagi sa komunikasyon nga parehas.

3.2 Disenyo sa Hardware sa Field Controller sa Box Transformer

Ang field controller sa box transformer gilangkuban sa usa ka embedded system. Ang naka-embed nga sistema kay nakasentro sa aplikasyon, ang software ug hardware mahimong ipahiangay, ug nakaamgo sa ekipo automation, paniktik, ug remote monitoring functions. Nag-una kini nga gilangkuban sa mga naka-embed nga microprocessor, may kalabutan nga hardware, naka-embed nga operating system, ug mga sistema sa software sa aplikasyon.

(1) STM32 microprocessor minimum nga sistema

Ang minimum nga sistema sa embedded microprocessor naglakip sa embedded microprocessor, pag-reset sa sirkito ug pag-debug sa sirkito. Ang clock circuit naghatag sa gikinahanglan nga eksternal nga signal sa orasan, ang reset circuit naghatag sa usa ka hiniusang inisyal nga kahimtang, ug ang debugging circuit naghatag ug interface para sa pag-download ug pag-debug sa programa.
* Gi-embed nga microprocessor nga kapilian. Sumala sa mga kinahanglanon sa 10kV intelihenteng kahon transformer hilit nga monitoring system alang sa performance sa on-site controller, Gipili niini nga sistema ang STM32F103ZET6 chip isip kinauyokan nga microprocessor sa on-site controller. STM32F103ZET6 nga gi-embed nga microprocessor, Ang MCU adunay taas nga panagsama, ubos nga konsumo sa kuryente, ug taas nga gasto sa performance. Nahiangay kini alang sa lainlaing mga kinahanglanon sa aplikasyon sa natad sa medikal nga industriya, ug makatubag sa mga kinahanglanon sa pagkuha sa datos ug tinuod nga panahon nga pagproseso niini nga sistema.
* Crystal oscillator circuit. Ang kristal nga oscillator circuit naghatag usa ka pirmi nga frequency pulse sa microprocessor aron mahimo ang microprocessor nga molihok nga normal.. Ang STM32 microprocessor adunay duha ka kristal nga mga oscillator, ang 8MHz crystal oscillator naghatag ug eksternal nga high-speed nga orasan, ug ang 32.768KHz nga kristal nga oscillator naghatag usa ka eksternal nga low-speed nga orasan.

* I-reset ang sirkito. Ang gimbuhaton sa microprocessor reset circuit mao ang pag-restart sa sistema. Sa diha nga ang sistema mapakyas, i-press ang reset button aron ma-restart ang device. Sa kinatibuk-an, ang reset circuit naggamit sa usa ka ubos nga lebel nga signal aron ma-restart.

(2) Disenyo sa sirkito sa kuryente

Ang sistema nagpili sa usa ka DC eksternal nga suplay sa kuryente nga adunay gimarkahan nga boltahe nga 12V (2A), ug mopili ug DC 5V (2A) power adapter nga adunay USB interface aron sa paghatag og gahum sa field controller. Ang 12V DC power supply konektado sa control board, ug ang DC 12V power supply gipakanaug aron makakuha og DC 5V power supply pinaagi sa LM2596S step-down module. Ang 5V boltahe dayon gipaagi sa AMS1117-3.3V regulator chip aron makakuha usa ka 3.3V nga boltahe aron mahatagan ang gahum sa STM32 chip. Ang circuit diagram sa LM2596S ug AMS1117-3.3V power supply regulator gipakita sa Figure 8.

(3) RS485 interface sa TTL module

Ang interface sa RS485 sa TTL module nakaamgo sa duha ka paagi nga pagkakabig ug komunikasyon sa RS485 signal ug TTL signal, apan ang signal kinahanglan nga ipatuman nga magpulipuli, ug dili mahimo sa duha ka direksyon sa samang higayon. Ang tanang field device naggamit niini nga module aron makonektar sa microcontroller, ug ang wiring diagram gipakita sa Figure 9.

Wiring Diagram sa TFT-LCD ug STM32 MCU - Hulagway 9

(4) LCD display module

Tungod kay ang on-site controller sa box-type nga remote monitoring system kinahanglan nga magpakita sa daghang mga numero ug mga karakter, usa ka 2.8-pulgada nga TFT-LCD nga liquid crystal display ang gipili isip display module, ug adunay ILI9341 controller sa sulod. Hunahunaa ang STM32 mahimong makigkomunikar sa ILI9341 pinaagi sa SPI interface, 8080 interface o RGB interface. Aron makab-ot ang mas paspas nga refresh rate, Gigamit sa TFT-LCD 8080 parallel data bus interface. Ang STM32 nagpagawas sa datos sa ILI9341 controller memory pinaagi sa variable static memory FSMC module.

(5) Module sa alarma sa tingog

Kung ang STM32 microprocessor nakamatikod nga adunay abnormalidad o sayup sa data sa operasyon sa box transformer, magpadala kini og mensahe sa serial port ug magsugod og voice alarm. Ang voice alarm module nagpili sa kasagarang gigamit nga voice chip SYN6288, ug awtomatik nga nagsibya sa impormasyon sa alarma sa tingog sumala sa giprograma nga programa. Ang sistema naggamit sa GB2312 code, nga angay alang sa pagbinayloay sa kasayuran sa pagproseso sa karakter sa China ug komunikasyon sa karakter sa China. Ang SYN6288 tukma usab nga nakaila sa mga numero, mga panahon ug mga petsa, ug kasagarang gigamit nga mga yunit sa pagsukod.

(6) Relay module

Ang field controller mipili og grupo sa 2-way optocoupler isolation relay modules aron makontrol ang pag-abli ug pagsira sa DC 12V alarm bell ug fan, ug ang 220V AC solid state relay mahimong mapili sumala sa power supply type ug power sa box-type exhaust fan. Ang matag relay circuit module adunay kasagarang bukas ug normal nga sirado nga mga kontak, ingon man ang timailhan sa kahimtang sa LED; Ang matag relay circuit gilain sa mga optocoupler, ug gisangkapan sa usa ka freewheeling diode aron buhian ang naaghat nga boltahe sa relay ug mapanalipdan ang miaging circuit. Sa diha nga ang ambient temperatura sa kahon transformer milapas sa usa ka piho nga range, ang on-site nga controller nagpagawas ug taas nga lebel, ug ang usa ka optocoupler isolation relay naglihok sa pagpaandar sa fan aron mobugnaw; kung ang grabe nga mga sayup sama sa sobra nga konsentrasyon sa aso mahitabo, ang controller nagmaneho og laing optocoupler isolation relay aron makonektar Ang alarm bell loop nagpadala ug on-site nga alarma. Alang sa working principle diagram sa relay ug ang connection diagram tali sa relay module ug sa STM32 chip, palihog kontaka ang tiggama ug ipadala ang hangyo.

(7) Module sa komunikasyon

Sumala sa mga kinahanglanon sa disenyo sa 10kV intelihente nga box transformer remote monitoring system, ang komunikasyon tali sa intelihente nga transformer sa kahon ug sa panganod mipili sa GPRS wireless nga pamaagi sa komunikasyon nga adunay ubos nga gasto sa trapiko. Gizwits firmware GPRS module.
*Gizwits firmware GPRS module (G510_GAgent firmware). Kini nga module usa ka programa sa aplikasyon nga nagdagan sa lainlaing mga module sa komunikasyon, paghatag og mga gimbuhaton sama sa two-way transmission sa cloud ug data device device, configuration sa device ngadto sa network, pagkadiskobre ug pagbugkos, ug pag-upgrade sa programa. Ang circuit diagram tali sa GPRS module ug ang main controller mahimong makuha pinaagi sa pagkontak sa tiggama.

*GPRS-GA6 module. Kini nga module makaamgo sa pagpasa sa tingog, mubo nga mensahe ug data nga adunay ubos nga konsumo sa kuryente. Nahiangay kini alang sa lainlaing mga kinahanglanon sa disenyo sa mga aplikasyon sa M2M, ilabi na alang sa disenyo sa mga compact nga produkto. ikaduha, ang protocol sa komunikasyon nagsagop sa UART serial port bus transmission, naggamit sa standard AT commands aron makontrol ang module, ug gipili ang baud rate nga 115200bps. Kontaka ang Ang tiggama sa IoT para sa connection circuit diagram sa GPRS-GA6 module ug sa STM32 microcontroller.

3.3 Microcomputer komprehensibo nga proteksyon device

Sumala sa espesipikasyon sa disenyo sa proteksyon sa power transformer (GB/T 50062-2008), 10Ang mga transformer sa kV kasagaran kinahanglan nga mag-install sa overcurrent nga proteksyon nga adunay limitasyon sa oras. Ang aparato sa pagpanalipod sa microcomputer adunay proteksyon, pagsukod ug pagkontrol sa mga gimbuhaton sa mga transformer ug linya, ingon man ang mga gimbuhaton sa pagkuha sa datos, monitoring ug sistema sa kaugalingon-inspeksyon, ug adunay taas nga pagkasensitibo ug kasaligan.

Sumala sa mga kinahanglanon sa disenyo sa 10kV intelihenteng kahon nga pagbag-o sa apartment sa estudyante, gipili ang Ankerui AM3-I nga karon nga tipo nga microcomputer nga komprehensibo nga proteksyon nga aparato nga adunay function sa komunikasyon sa RS485, sa IA, IB, IC, UA, UB, UC, P, Q, Fr ug uban pang electric Parameter measurement, 8-channel external switch nga pagkuha signal, ug circuit breaker remote control pag-abli ug pagsira sa mga operasyon ug uban pang mga gimbuhaton. Ang wiring terminal diagram sa AM3-I microcomputer protection device mao ang mosunod:

Wiring terminal diagram sa AM3-I microcomputer protection device

3.4. Smart network meter

Ang mga metro sa Smart network gigamit aron makit-an ang mga parameter sa kuryente sama sa tulo ka hugna nga karon, boltahe ug gahum sa ubos nga boltahe nga power distribution circuits, ingon man ang pag-abli ug pagsira nga kahimtang sa mga nag-inusara nga switch ug mga circuit breaker. Sumala sa mga kinahanglanon sa disenyo sa ikaduhang sistema sa 10kV intelihenteng kahon transformer, Ang Ankerui ACR intelihenteng network meter nga adunay RS485 nga function sa komunikasyon gipili, ug ang wiring diagram sa ACR intelligent network meter ug low-voltage current transformer ug ang wiring diagram sa switch input ug output gipili.

ACR smart network meter ubos-boltahe kasamtangan nga transformer ug digital input ug output wiring diagram

Ang ACR smart network meter nagsagop sa Modbus-RTU protocol, nga makasukod ug makakolekta sa mga parameter sa kuryente. Ang switch input function makamatikod sa switching status sa isolating switch ug circuit breaker, ug ang relay output function mahimo nga layo nga i-on ug off ang circuit breaker. Ang ACR intelihenteng network meter adunay usa ka hiniusa nga plano alang sa lamesa sa address sa komunikasyon, nga makaamgo sa tulo ka hilit nga mga gimbuhaton sa telemetry, remote signaling ug remote control.

(1) AD pagkakabig ug pagkalkula sa AC analog signal

Ang 3 phase boltahe signal ug 3 kasamtangan nga mga signal (kasamtangan nga transformer output signal) direkta nga nakolekta sa ACR smart network meter ang tanan nga analog nga gidaghanon, nga kinahanglang i-convert ngadto sa digital signals nga mahimong mailhan sa CPU alang sa pagproseso sa datos. Una, ang 3 phase voltages sa 220V ug 3 Ang kasamtangan nga mga analogue giusab ngadto sa ubos nga boltahe nga mga signal pinaagi sa converter, ug nakabig ngadto sa boltahe nga gitugotan sa AD converter pinaagi sa usa ka boltahe nga nagporma loop; , nakabig ngadto sa digital signal pinaagi sa AD ug input sa CPU. Ang schematic diagram sa sampling ug AD nga proseso sa pagkakabig sa AC analog nga gidaghanon mahimong makuha pinaagi sa pagkontak sa tiggama.

* Analog boltahe pagkakabig ug ubos-pass pagsala. Ang gimbuhaton sa boltahe nga nagporma sa sirkito mao ang pagbulag sa elektrisidad ug pagbag-o sa elektrisidad. Sa kinatibuk-an, ang AD converter nagkinahanglan sa input signal nga ± 5V ug ± 10V, busa ang ratio sa pagbag-o sa boltahe nga converter mahimong matino. Ang mga low-pass nga mga filter gibahin sa mga passive filter ug aktibo nga mga filter. Ang aktibo nga mga filter gilangkuban sa mga capacitor, resistors ug integrated operational amplifier, nga nagpadako sa signal samtang nagsala. Ang mga passive filter adunay mga function sa pagsala lamang apan walay mga function sa pagpadako sa signal.
* Analog signal sampling. The sampling process should follow Shannon's sampling theorem, mao, ang sampling frequency kinahanglan dili moubos sa 2 mga panahon sa pinakataas nga frequency sa input signal. Ang proseso sa sampling paspas kaayo. Ang kasamtangan nga AD converter sampling nakaabot sa nanosecond nga lebel, samtang ang sampling nga panahon sa sistema sa gahum awtomatikong device anaa sa millisecond nga lebel, mao nga ang boltahe ug kasamtangan nga mga signal sa unom ka mga galong makapaambit sa usa ka AD converter, apan ang sampling circuit Kinahanglan nga adunay himan nga sample-and-hold ug usa ka switch sa multiplexer.
* Pagkakabig sa AD. Ang AD converters naglakip sa sunodsunod nga pagbanabana, integral, pag-ihap, parallel nga pagtandi, ug VFC voltage-frequency converters. Ang sunud-sunod nga gibanabana nga AD converter usa ka representante sa parehas nga katulin ug katukma sa ADC, ug kini adunay mas taas nga resolusyon sa pagkakabig sa mas taas nga rate sa pagkakabig.

(2) Half cycle absolute value integration algorithm sa sinusoidal electric quantity

Ang yawe sa software algorithm mao ang pagpauswag sa katukma ug katulin sa operasyon sa algorithm. Ang yawe sa AC sampling algorithm sa smart meter mao ang pagsulbad kung giunsa pagkalkula ang amplitude o epektibo nga kantidad sa sinusoidal sampling signal sumala sa dali nga kantidad sa sinusoidal signal. Ang labing kasagarang gigamit nga algorithm alang sa sine nga gidaghanon mao ang half-cycle absolute value integration algorithm. Ang prinsipyo sa half-cycle absolute value integration algorithm mao nga ang integral sa absolute value sa sine quantity sa bisan unsang tunga nga cycle mao ang kanunay nga S., ug ang integral nga bili kanunay nga S walay kalabotan sa integral nga anggulo sa pagsugod . Ang half-cycle absolute value integration algorithm base sa sine function model gipakita sa Figure 19.

Algorithm sa half-cycle absolute value integration base sa sine function model

Ang ekspresyon sa pagkalkulo sa epektibong bili sa kasamtangan pinaagi sa paggamit sa half-cycle absolute value integral algorithm gipakita sa hulagway sa ubos:

Sa pormula, Ang S nagrepresentar sa integral sa hingpit nga bili sulod sa tunga sa siklo; Ako nagrepresentar sa epektibo nga bili sa kasamtangan; i nagrepresentar sa diha-diha nga bili sa kasamtangan; w nagrepresentar sa angular velocity; Ang T nagrepresentar sa AC power cycle; f nagrepresentar sa AC power frequency; N nagrepresentar sa gidaghanon sa mga sample sa usa ka cycle ; Ang Ts nagrepresentar sa sampling period.

3.5 RS485 temperatura ug humidity smoke sensor

Gikonsiderar nga ang linya sa suplay sa kuryente sa transformer nga tipo sa kahon mahimong adunay pagtulo, sobra nga karga, short-circuit ug sobra nga pagbatok sa kontak, nga mahimong hinungdan sa sunog, ug ang pagkapakyas sa fuel oil-immersed transformer mahimong hinungdan sa mga sunog. Busa, gikinahanglan ang pag-instalar og smoke sensor sa box-type nga transformer para sa fire detection sa box-type nga transformer. Aron mahibal-an sa sayo nga mga potensyal nga kapakyasan. Aron masiguro ang katukma sa pagsukod ug makunhuran ang gasto sa parehas nga oras, RS485 nga temperatura, humidity ug aso nga three-in-one nga sensor gigamit aron mahibal-an ang temperatura, humidity ug konsentrasyon sa aso sa transformer sa kahon. Ang temperatura ug humidity sensor naggamit sa SHT30 probe. On-site nga pagdagsang ug pagkabalda sa pulso. Ang sensor adunay 4 mga alambre: pula, itom, dalag, ug berde. Alang sa piho nga pamaagi sa mga kable sa temperatura ug humidity smoke sensor, palihug kontaka ang tiggama sa IoT.

Ang mga intelihenteng metro ug mga sensor nga gidisenyo niini nga sistema nagsagop sa Modbus-RTU protocol, nga makakomunikar nga kasaligan sulod sa tibuok baud rate range sa 1200-115200. Ang baud rate sa mga smart meter ug sensor parehas nga gitakda sa 9600bps. Ang data transmission format ug data conversion format sa sensor mao ang mosunod:
Format sa frame sa pangutana sa datos sa sensor. Ang sensor nagsunod sa standard Modbus-RTU protocol, ug ang pagbasa sa sensor gitipigan sa holding register, ug ang function code mao ang 04. Ang ibabaw nga computer nagbasa sa sensor data inquiry frame format, ug ang ubos nga computer sensor data inquiry frame format.

3.6 PT100 temperatura transmitter - prinsipyo sa pagtrabaho sa RTD PT100 - prinsipyo sa pagtrabaho sa sensor sa temperatura

PT100 temperatura transmitter gigamit sa pag-ila sa transformer temperatura sa lawas, taas nga boltahe ug ubos nga boltahe nga temperatura sa cable, kini mao ang angay alang sa lain-laing mga industriyal nga mga dapit. Ang transformer magpatunghag mga pagkawala sa panahon sa operasyon, nag-una nga pagkawala sa puthaw ug pagkawala sa tumbaga, nailhan usab nga core loss ug load loss. Ang pagkawala sa tumbaga lainlain sa load current ug proporsyonal sa square sa load current. Ang pormula sa pagkalkula sa pagkawala sa transformer mao ang mosunod:

Sa pormula, Ang P0 nagrepresentar sa aktibo nga gahum sa transformer sa walay-load nga operasyon sa rated nga boltahe; Ang I1 ug I2 nagrepresentar sa taas nga boltahe nga linya karon ug ang ubos nga boltahe nga linya sa kilid nga linya; Ang R1 ug R2 nagrepresentar sa taas nga boltahe nga pagbatok sa kilid ug ang ubos nga boltahe nga pagbatok sa kilid.

Ang PT100 temperatura transmitter gilakip sa RS485 bus interface, ug ang matag transmitter sa temperatura mahimong konektado 4 Mga sensor sa temperatura sa PT100.

3.7 Prinsipyo sa pagtrabaho sa transmitter sa pagpaunlod sa tubig

Tungod sa ubos nga lebel sa tubig sa box substation foundation pit, adunay kanunay nga pagtipon sa tubig sa cable trench ug pundasyon nga gahong pagkahuman sa kusog nga ulan, ug adunay usa ka potensyal nga peligro sa kaluwasan sa pagtagas sa cable, busa gikinahanglan ang dili regular nga inspeksyon ug drainage. Sa niini nga disenyo, ang sensor sa pagpaunlod sa tubig gigamit aron mahibal-an ang pagtipon sa tubig sa pundasyon nga gahong sa substructure sa kahon. Ang water immersion sensor naggamit sa prinsipyo sa liquid conduction, ug naggamit sa mga electrodes aron mahibal-an kung adunay tubig. Pagpili ug matang sa kontak nga water immersion detector nga adunay RS485 communication function. Ang prinsipyo sa pagtrabaho sa water immersion detector gipakita sa Figure 23.

4. Disenyo sa software sa sistema

Ang disenyo sa software sa sistema naglakip sa duha ka bahin: 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. Ang microcomputer integrated protection device, Ang smart network meter ug smart sensor sa field bus nga lokal nga network sa lugar sa box transformer adunay naka-embed nga software sa aplikasyon, mao nga gikinahanglan lamang ang software program design sa field controller sa box transformer.

4.1 Disenyo sa field controller software alang sa box-type nga transformer

Ang field controller sa box transformer usa ka embedded system, ug ang sistema sa software niini gilangkoban sa programa sa aplikasyon, API, embedded operating system ug BSP (pakete sa suporta sa board). Sumala sa mga kinaiya sa daghang mga parameter, daghang mga buluhaton ug taas nga real-time nga mga kinahanglanon nga nakolekta sa field controller sa 10kV intelligent box-type transformer, ang μC/OS-Ⅲ naka-embed nga real-time nga operating system, nga kaylap nga gigamit sa komersyal nga pagpalambo sa produkto ug pagtudlo sa panukiduki, gipili. Giisip sa μC/OS-Ⅲ ang mga buluhaton isip pinakagamay nga yunit, ug ang bisan unsang buluhaton dili kinahanglan nga magtagad bahin sa piho nga pamaagi sa pagdumala sa mga kapanguhaan, nga gitino sa operating system.

4.2 Disenyo sa software program sa field controller sa box-type nga transformer

Ang tibuok disenyo sa sistema sa software gibase sa giapod-apod nga sistema nga gilangkoban sa mga intelihente nga instrumento, mga sensor, field controllers ug cloud platforms, ug ang disenyo ug pagpalambo sa software sa aplikasyon gihimo. Pagpasa ug pagbayloay sa datos, ang on-site controller ug ang Gizwits cloud server naggamit sa Gizwits communication protocol sa GPRS firmware alang sa data transmission ug exchange. Ang nag-unang program flow chart sa field controller application software sa box-type nga transformer.

*Panguna nga programa sa software. Una, pagsugod sa tanan nga mga bahin sa sistema, sama sa GPIO, serial port, orasan, pagdumala sa memorya, ug uban pa., ug paghimo og mga buluhaton sa μC/OS-Ⅲ. Ang STM32 nagpahigayon sa pagkuha ug pagproseso sa data sa sensor, ug nagpadala sa husto nga impormasyon sa LCD display. Sa samang higayon, ang STM32 nagpadala sa AT mga sugo sa GPRS-G510 module, nagbayloay og datos, nagkonektar sa Gizwits cloud platform pinaagi sa LwM2M protocol, ug maghukom kung ang module sa komunikasyon sa GPRS malampuson nga konektado sa Gizwits cloud server. Kung malampuson ang koneksyon, data transmission gihimo. Unya hukmi kung ang giproseso nga datos mas dako pa sa gitakda nga threshold.
Kung kini gamay nga kapakyasan sa substation sa kahon, ipadala ang impormasyon sa datos ngadto sa mobile APP pinaagi sa cloud platform; kung kini usa ka kinatibuk-ang kapakyasan, ipadala ang impormasyon sa alarma sa datos ngadto sa mobile APP pinaagi sa cloud platform, ug sugdi ang module sa komunikasyon sa GPRS-GA6 aron ipadala ang impormasyon sa alarma pinaagi sa SMS sa mobile phone; kung Kung kini usa ka seryoso nga sala, ang impormasyon sa alarma sa datos ipadala sa mobile phone APP pinaagi sa cloud platform, ug ang module sa komunikasyon sa GPRS-GA6 ma-activate aron ipadala ang impormasyon sa alarma pinaagi sa text message sa mobile phone ug tawagan ang preset nga may kalabutan nga mga personahe.