Disegnu di una substazione intelligente di 10kV basata nantu à a piattaforma IoT di Gizwits + STM32

U sistema di cuntrollu remoto di a substazione intelligente 10kV introduttu in questu articulu hè statu cuncepitu è sviluppatu da Tian Hui di Xi'an University of Science and Technology.

U sistema piglia u disignu di un sistema di cambiamentu di scatula intelligente 10kV per un appartamentu studiente in un college cum'è u fondu di l'ingegneria., è cuncepisce un sistema di cambiamentu di scatula intelligente 10kV basatu annantu à u Internet di e Cose. U sistema hè custituitu da trè parti: strata di percepzioni, strata di cumunicazione è strata di applicazione. A strata di percepzioni hè rispunsevule per a cullizzioni di dati di sensori è a trasmissione à u controller di campu.

Includendu l'equipaggiu di u sistema secundariu cum'è i dispositi di prutezzione di u microcomputer, misuratori di rete intelligenti, è cuntrolli intelligenti di compensazione di putenza reattiva, è ancu l'equipaggiu di rilevazione ambientale cum'è a temperatura è l'umidità, fumà, è sensori di immersione in acqua. U controller in situ usa un microprocessore integratu STM32, cumpresi display LCD, modulu di alarme vocale, relay è modulu di cumunicazione GPRS, ecc.; a capa di cumunicazione usa a cumunicazione wireless GPRS, chì hè rispunsevule per a trasmissione di dati bidirezionale trà u controller in situ è a piattaforma nuvola; A piattaforma di nuvola di Gizwits sviluppa un sistema di monitoraghju remoto è una app mobile per i trasformatori di scatula, chì hè rispunsevule per u almacenamentu, analisi è trasfurmazioni di dati di funziunamentu di trasformatore di scatula.

This system finally realizes the user's remote monitoring of environmental parameters such as variable temperature and humidity, alarme di fumu è acqua di fossa di fundazione, oltri a paràmetri ilettricu comu currenti, tensione, frequenza è fattore di putenza, è u statu di travagliu di l'equipaggiu attraversu l'urdinatore WEB o l'APP mobile.

Quandu ci hè una anormalità o difettu in u funziunamentu di u trasformatore di scatula, u sistema di surviglianza ghjudicà automaticamente u livellu di difettu, è manda un alarme attraversu diverse cumminazzioni di campana in situ, APP per u telefuninu, SMS è telefonu, ecc., è notifica à u persunale pertinente per eliminà i prublemi nascosti in tempu è prevene accidenti elettrici. . Hè adattatu per u monitoraghju remoto è a gestione centralizata di i trasformatori di scatula è e sale di distribuzione di energia, è pò migliurà assai u livellu di intelligenza è a sicurità di l'alimentazione è l'affidabilità di l'equipaggiu di distribuzione di energia in e scole, imprese è cumunità.

1. Introduzione

Cù a custruzzione è u sviluppu di l'ecunumia suciale è a reta di distribuzione, ci sò di più è più trasformatori di scatula 10kV. A sottostazione tradiziunale di scatula 10kV adopta generalmente u modu di funziunamentu di ispezione regulare manuale è manuale., chì hà un bassu gradu di intelligenza è ùn manca un sistema di monitoraghju remoto è di alarme di difetti per l'ambiente è l'equipaggiu. Attualmente, cù u rapidu sviluppu di a tecnulugia di sensori intelligenti, tecnulugia integrata, tecnulugia di cumunicazione è tecnulugia di nuvola è a riduzione di u costu, a substazione di scatula intelligente 10kV basata nantu à l'Internet di e cose hè diventata a megliu scelta per l'aghjurnamentu è a trasfurmazioni di e sottostazioni tradiziunali di scatula..

U sistema di surviglianza remota di substazione di tippu di scatula intelligente basatu annantu à l'Internet di e Cose pò monitorà remotamente l'ambiente di sottostazione di tippu di scatula., paràmetri di funziunamentu è statutu di l'equipaggiu in tempu reale. Comu mostra in a figura 1.

L'utilizatori ponu monitorà remotamente i paràmetri ambientali cum'è a temperatura è l'umidità di a scatula, alarme di fumu, è l'accumulazione d'acqua in i pozzi di fundazione, oltri a paràmetri ilettricu comu currenti, tensione, frequenza, è u fattore di putenza, è u statu di l'equipaggiu attraversu computer o APP mobile in ogni mumentu. Quandu a substazione di scatula funziona anormalmente o falla, u sistema di surviglianza hà da avvisà automaticamente u persunale pertinente attraversu sfarenti metudi di APP telefonu mobile, SMS è telefonu secondu u livellu di difettu, per eliminà i difetti nascosti in u tempu è prevene accidenti elettrici.

10kV smart box-type substation basatu annantu à l'Internet di e Cose

U sistema di surviglianza remota di a substazione smart box-type hè custituita da a "LAN di bus di campu" à l'internu di a substazione di scatula è a "rete larga di piattaforma cloud" fora di a substazione di scatula. Stu mudellu strutturale pò esse appiicatu à u sviluppu di sistemi di surviglianza remota per i sistemi di surviglianza remota di l'equipaggiu secundariu d'acqua, sistemi di gestione di carica di l'electricità residenziale, è sistemi di monitoraghju remoti di ascensori per migliurà u livellu di intelligenza è gestione di l'equipaggiu tradiziunale è prumove l'aghjurnamentu di l'industrii tradiziunali. Havi un bonu valore d'applicazione.

2. Disegnu di u prugramma generale

U disignu di una sottostazione intelligente di scatula basata nantu à l'Internet di e Cose hè basatu annantu à u disignu di una sottostazione di tippu di scatula intelligente 10kV in un appartamentu di i studienti universitari.. U disignu di u sistema primariu di u trasformatore di scatula intelligente 10kV hè u listessu cum'è quellu di u trasformatore di scatula 10kV tradiziunale., è tende à esse maturu. Questu articulu si focalizeghja nantu à u disignu intelligente di u trasformatore smart box-type 10kV. A seguita hè una breve panoramica di u cuntenutu di u disignu di u sistema primariu di u trasformatore smart box-type 10kV..

2.1 Disegnu di u sistema primariu di una substazione intelligente di scatula 10kV

A carica di putenza di No. 5 L'edificiu di l'appartamentu studiente in una università hè principalmente illuminazione, computer è carichi di climatizzatori di novu aghjuntu. Ogni dormitoriu hè calculatu cum'è 8 ghjente, a carica di l'illuminazione hè 100W, ogni carica di computer studente hè 200W, è ogni appenditore 1.5P split-type hè stallatu di novu cù climatizzatori A putenza hè 1.3kW, è a carica di un unicu dormitoriu hè 3.0kW. Sicondu u "Manuale di progettazione di alimentazione è distribuzione di energia industriale è civile", the dormitory's power load demand coefficient is 0.7, è u fattore di putenza hè 0.8.

Cunsiderendu l'aumentu di a carica elettrica di l'appartamentu studiente in u futuru, u transformatore hà bisognu di riservà un certu marghjenu, è u transformatore cù una capacità di 1000kVA hè sceltu. Cunsiderendu u costu d'investimentu iniziale è u costu operativu di u trasformatore, è ancu i requisiti di a pulitica naziunale di conservazione di l'energia è di riduzione di emissioni, Per questu scopu hè sceltu u trasformatore immerso in oliu à bassa perdita S13-M-1000/10-0.4..

A basa di u calculu statisticu di carica, calculu di cortu circuitu, verificazione di stabilità dinamica è verificazione di stabilità termica, l'equipaggiu principalu di u sistema primariu di u trasformatore di scatula hè sceltu. I mudelli specifichi è i paràmetri tecnichi di l'equipaggiu principali di u sistema primariu sò mostrati in a Tabella 3, Table 4, Table 5 è Table 6.

Sicondu i requisiti di cuncepimentu di u No. 5 Substazione di scatula di prughjettu di l'appartamentu studiente è u calculu di u disignu di u sistema primariu, u schema di cablaggio principale di u sistema primariu cuncepitu di u No. 5 A substazione di scatula di l'appartamentu studiente hè mostrata in Figura 2.

Figura 2 : U schema di cablaggio principale di u sistema primariu di una substazione di scatula in un appartamentu studiente in una università

2.2 Schema di Disegnu Intelligente di Transformer Box 10kV

Scopu à i difetti di cuncepimentu è i prublemi esistenti in a gestione di l'operazione di a sottostazione tradiziunale di scatula 10kV, a chjave per risolve u prublema si trova in a custruzzione di un sistema chjusu per a deteczione, surviglianza remota è alarme di l'ambienti è l'equipaggiu di a substazione intelligente di scatula, è u disignu hà un monitoraghju remotu di l'ambienti di u funziunamentu è l'equipaggiu elettricu U sistema di trasformatore di scatula intelligente cù diverse funzioni pò cullà è monitorà i paràmetri ambientali cum'è u cuntrollu di l'accessu à u trasformatore di scatula., temperatura ambiente è umidità, alarme di fumu, è acqua in a fossa di cable, cum'è a tensione, currente, putenza attiva, putenza reattiva, fattore di putenza, temperatura di u cable, transformer transformer, ecc.

A temperatura di u corpu è u signale di alarme di gas è altri paràmetri di funziunamentu di l'equipaggiu, ventilatore di scarico di cuntrollu remoto, Dispositivu di prutezzione di microcomputer è interruttore di circuit breaker.

U sistema adopra strumenti intelligenti è sensori intelligenti cù funzioni di cumunicazione cumunimenti utilizati in siti industriali, è trasmette i dati raccolti à u controller di campu attraversu a cumunicazione di bus di campu, è u cuntrollu di u campu trasmette i dati à u servitore o l'urdinatore host cloud per mezu di un modulu di cumunicazione wireless o cablatu. Realizà funzioni cum'è a telemetria, segnalazione remota è cuntrollu remoto.

U sistema di monitorizazione remota di un trasformatore di scatula intelligente 10kV basatu annantu à l'Internet di e cose usa strumenti è sensori intelligenti cù una funzione di cumunicazione digitale bidirezionale., è adotta uniformemente l'interfaccia di bus RS485 standard è u protocolu di cumunicazione Modbus-RTU. U sistema di surviglianza remota di trasformatore di scatula intelligente basatu annantu à l'Internet di e Cose hè cumpostu di trè parti: a strata di percepzioni, a strata di cumunicazione è a strata di l'applicazione.
* Stratu di percepzioni: attraversu diversi metri intelligenti è sensori intelligenti per cullà diversi ambienti, paràmetri di funziunamentu di l'equipaggiu è u statu di travagliu di l'equipaggiu di u trasformatore di scatula, è trasmette i dati à u controller di campu attraversu u bus RS485. U cuntrollu di u campu hà un sistema operatore integratu è hà una cullizzioni di dati, Computing, funzioni di trasfurmazioni è cuntrollu.
* Stratu di cumunicazione: Questa strata hè a cunnessione è u ligame di trasmissione è scambiu di dati, è hè rispunsevule per a trasmissione bidirezionale di dati trà a piattaforma nuvola è u controller in situ. Sicondu e cundizioni di cumunicazione attuale di u trasformatore di scatula, diversi metudi di cumunicazione cum'è u cable otticu cablatu, Ethernet o GPRS wireless pò esse sceltu per trasmette dati à a piattaforma cloud.
*Stratu d'applicazione: Cuncepisce è sviluppà un sistema di monitoraghju remoto per i trasformatori di scatula nantu à a piattaforma cloud, rispunsevuli di l'invio, ricezione è trasfurmazioni di dati storichi, surviglianza remota di i paràmetri di funziunamentu di u trasformatore di scatula, è arregistrà u almacenamentu è l'analisi di e dati di l'operazione di l'avvenimentu. È sviluppate APP WEB è mobile nantu à a piattaforma cloud, l'electricista di turnu pò monitorà i dati di u funziunamentu è u statu di travagliu di l'equipaggiu di u trasformatore di scatula in ogni mumentu attraversu l'urdinatore o l'APP mobile.

3. Disegnu hardware di u sistema

3.1 Rete locale di bus RS485 di u situ di trasformatore di scatula

Cù u sviluppu è u prugressu di a tecnulugia integrata è a riduzione di u costu, parechji strumenti di rilevazione, i sensori è l'attuatori anu microprocessori integrati per i difetti è i prublemi di a trasmissione di l'infurmazioni di l'equipaggiu di campu tradiziunale di scatula., chì pò compie cunversione AD DA è linearizazione è filtrazione digitale. Una interfaccia di dati di cumunicazione seriale hè aghjuntu à l'internu di questi dispositi di campu digitale, è a cumunicazione seriale bidirezionale trà i dispositi di campu pò esse realizatu utilizendu un protocolu di cumunicazione standard unificata.

Principalmente utilizata rete di autobus industriale attualmente.

Una di e chjave per u disignu di u sistema di monitoraghju remoto per i trasformatori intelligenti di scatula hè di selezziunà strumenti intelligenti è sensori cù funzioni di cumunicazione digitale bidirezionale., è aduttà interfacce di bus standard è unificate è protokolli di cumunicazione. Partendu da a pratica di l'ingegneria di u disignu di trasfurmazioni di scatula intelligente 10kV in u No. 5 appartamentu studiente, u bus RS485 è u protocolu di cumunicazione Modbus-RTU generalmente supportatu da sensori intelligenti sò selezziunati.

Sicondu u schema di cablaggio principale di u sistema primariu di un trasformatore di scatula in un appartamentu studiente in un college è u schema di bloccu di u sistema di u sistema di monitoraghju remotu di 10kV intelligente., u disignu di u hardware di u sistema piglia u cuntrollu di u campu di u trasformatore di scatula cum'è u core, è hè custituitu da un dispositivu di prutezzione integrata di microcomputer, un metru di rete intelligente è una putenza reattiva intelligente Equipamentu di u sistema secundariu cum'è compensatori, è sensori di rilevazione ambientale cum'è sensori di fumu di temperatura è umidità, I sensori di temperatura PT100 è i sensori d'intrusione d'acqua formanu a reta di l'area lucali di bus RS485 di u situ di trasfurmazioni box-to-box.. U schema di u sistema di rete locale di bus RS485 di u trasformatore di scatula hè mostratu in Figura 4.

Schema di sistema di rete locale di bus RS485 di u situ di trasfurmazioni di scatula

(1) Bus di cumunicazione seriale RS485

U modu di cumunicazione di u bus RS485 hè u modu maestru-slave, è u dispusitivu maestru sonda ogni dispusitivu slave per a cumunicazione, è a rete di unu-à-multi-puntu pò esse stabilitu per furmà un sistema distribuitu. L'interfaccia RS485 hè una interfaccia seriale à bassa velocità largamente usata, è l'interfaccia RS485 hà e seguenti caratteristiche.
* interfaccia RS485.

A cumunicazione di l'interfaccia RS485 adopta u modu di trasmissione differenziale, è hà una cumminazione di driver equilibratu è receptore differenziale, è usa a diferenza di tensione à i dui estremità di u cable per trasmette signali, chì aumenta assai a capacità di resiste à l'interferenza di modu cumuni è l'interferenza anti-rumore.
* L'autobus RS485 hà una alta velocità di trasmissione è una longa distanza di trasmissione. A distanza massima di trasmissione hè di circa 1200 metri, è a velocità massima di trasmissione hè 10 Mbps; a so velocità di trasmissione hè inversamente proporzionale à a distanza di trasmissione, è a distanza massima di trasmissione pò esse ghjunta quandu a tarifa hè sottu à 20kbps.
* Supporta parechji nodi. In generale, un loop di bus RS485 pò teoricamente sustene 247 nodi di u dispusitivu.

(2) Protocolu di cumunicazione seriale Modbus-RTU

U protocolu Modbus hè appiicatu à a reta di bus industriale. Per mezu di u protocolu, A cumunicazione di dati pò esse realizatu trà u controller è l'equipaggiu di campu. L'equipaggiu pruduciutu da diversi fabricatori ponu formà un sistema di surviglianza di a rete di autobus industriale in seguitu à un protokollu unificatu. U protocolu hà una struttura maestru-slave, un nodu maestru in a reta, è l'altri sò nodi slave, è ogni node slave hà un indirizzu di u dispositivu unicu.

In a reta di bus seriali, u node maestru principia un cumandamentu, è tutti i dispositi slave riceveranu u cumandamentu. U cumandamentu Modbus cuntene l'indirizzu di u dispusitivu slave chì eseguisce u cumandamentu, è u dispusitivu slave designatu da u dispusitivu maestru risponde prima è poi eseguisce u cumandamentu. Ci sò checksums in i cumandamenti Modbus per assicurà chì i cumandamenti chì arrivanu ùn sò micca stati currutti. I cumandamenti Modbus ponu urdinà à a RTU per cambià u so valore di registru, leghje o cuntrullà u portu I / O, è urdinà u dispusitivu di vultà unu o più dati registru.

Modbus include ASCII, RTU è TCP trè tippi di missaghju. Modu di trasmissione ASCII, Checksum LRC, bassa efficienza di trasmissione, ma intuitive, simplice è faciule da debug. Modu di trasmissione RTU, usendu u cuntrollu CRC, alta efficienza di trasmissione, un pocu più cumplicatu chè ASCII. In generale, se a quantità di dati da trasmette hè chjuca, pudete cunsiderà aduprà u protocolu ASCII; se a quantità di dati da trasmette hè relativamente grande, hè megliu aduprà u protocolu RTU. Per questu mutivu, i strumenti intelligenti è sensori di stu sistema adopranu u modu di cumunicazione Modbus-RTU uniformemente.

3.2 Disegnu Hardware di u Controller di Campu di u Trasformatore di Box

U cuntrollu di campu di u trasformatore di scatula hè cumpostu da un sistema integratu. U sistema integratu hè centratu in l'applicazione, software è hardware ponu esse adattati, è realiza l'automatizazione di l'equipaggiu, intelligenza, è funzioni di monitoraghju remota. Hè principalmente cumpostu di microprocessori incrustati, hardware cunnessu, sistemi operativi integrati, è sistemi di software d'applicazione.

(1) Sistema minimu di microprocessore STM32

U sistema minimu di microprocessore integratu include microprocessore incrustatu, reset circuit è circuit debugging. U circuitu di clock furnisce u signale di clock esternu necessariu, u circuitu di reset furnisce un statu iniziale unificatu, è u circuitu di debugging furnisce una interfaccia per u scaricamentu di u prugramma è u debugging.
* Opzione di microprocessore integrata. Sicondu i requisiti di u sistema di monitorizazione remota di trasformatore di scatula intelligente 10kV per a prestazione di u controller in situ, stu sistema sceglie u chip STM32F103ZET6 cum'è u microprocessore core di u controller in situ. Microprocessore integratu STM32F103ZET6, MCU hà una alta integrazione, bassu cunsumu di energia, è un altu rendiment di costu. Hè adattatu per diverse esigenze di applicazione in u campu di a medicina industriale, è ponu risponde à i bisogni di l'acquistu di dati è u trattamentu in tempu reale di stu sistema.
* Circuitu di l'oscillatore di cristalli. U circuitu di l'oscillatore di cristalli furnisce un impulsu di frequenza fissa à u microprocessore per fà chì u microprocessore opera normalmente.. U microprocessore STM32 hà dui oscillatori di cristalli, l'oscillatore di cristallo 8MHz furnisce un clock esterno d'alta velocità, è l'oscillatore di cristallo 32.768KHz furnisce un clock esterno à bassa velocità..

* Resetta u circuitu. A funzione di u circuitu di reset di u microprocessore hè di riavvia u sistema. Quandu u sistema falla, appughjà u buttone resetten per riavvia u dispusitivu. In generale, u circuitu di reset usa un signalu di bassu livellu per riavvia.

(2) Disegnu di u circuitu di putenza

U sistema selezziunà un alimentatore DC esternu cù una tensione nominale di 12V (2A), è sceglie un DC 5V (2A) adattatore di alimentazione cù una interfaccia USB per furnisce l'energia à u controller di campu. L'alimentazione di 12V DC hè cunnessa à a scheda di cuntrollu, è l'alimentazione DC 12V hè diminuita per ottene una alimentazione DC 5V attraversu u modulu step-down LM2596S. A tensione di 5V hè passata per u chip di regulatore AMS1117-3.3V per ottene una tensione di 3.3V per furnisce l'energia à u chip STM32.. U schema di circuitu di u regulatore di alimentazione LM2596S è AMS1117-3.3V hè mostratu in Figura 8.

(3) Interfaccia RS485 à u modulu TTL

L'interfaccia RS485 à u modulu TTL realiza a cunversione bidirezionale è a cumunicazione di u segnu RS485 è u segnu TTL., ma u signale deve esse eseguitu alternativamente, è ùn pò esse realizatu in dui direzzione à u stessu tempu. Tutti i dispositi di campu utilizanu stu modulu per cunnette cù u microcontroller, è u schema di cablaggio hè mostratu in Figura 9.

Schema di cablaggio di TFT-LCD è STM32 MCU - Figura 9

(4) Modulu di display LCD

Siccomu u cuntrollu in situ di u sistema di surviglianza remota di scatula-tipu hà bisognu di vede parechji numeri è caratteri, un display di cristalli liquidi TFT-LCD 2.8-inch hè sceltu cum'è u modulu di visualizazione, è ci hè un controller ILI9341 dentru. Cunsiderate chì STM32 pò cumunicà cù ILI9341 attraversu l'interfaccia SPI, 8080 interfaccia o interfaccia RGB. Per ottene una freccia di rinfrescante più veloce, TFT-LCD usa 8080 interfaccia di bus dati paralleli. STM32 emette dati à a memoria di u controller ILI9341 attraversu u modulu FSMC di memoria statica variabile.

(5) Modulu di alarme vocale

Quandu u microprocessore STM32 rileva chì ci hè una anomalia o un difettu in i dati di u funziunamentu di u trasformatore di scatula, mandarà un missaghju à u portu seriale è inizià una alarme di voce. U modulu di alarme vocale selezziunà u chip di voce cumunimenti utilizatu SYN6288, è trasmette automaticamente l'infurmazioni di alarme di voce secondu u prugramma programatu. U sistema usa u codice GB2312, chì hè adattatu per u scambiu d'infurmazioni in u trattamentu di caratteri chinesi è a cumunicazione di caratteri chinesi. U SYN6288 ricunnosce ancu accuratamente i numeri, i tempi è e date, e unità di misura comunemente usate.

(6) Modulu relay

U controller di campu selezziunà un gruppu di moduli di relé d'isolazione optocoupler bidirezionale per cuntrullà l'apertura è a chjusa di a campana d'allarme DC 12V è u fan., è u relé di u statu solidu 220V AC pò esse sceltu secondu u tipu di alimentazione è a putenza di u fan di scarico di scatula.. Ogni modulu di circuitu di relè hà contatti normalmente aperti è normalmente chjusi, è ancu l'indicazione di u status LED; ogni circuitu di relè hè isolatu da optocouplers, è hè dotatu di un diodu freewheeling per liberà a tensione indotta di u relé è prutegge u circuitu precedente.. Quandu a temperatura ambientale di u trasformatore di scatula supera un certu intervallu, u controller in situ produce un altu livellu, è un relé d'isolazione optoaccoppiatore agisce per accende u fan per rinfriscà; quandu i difetti gravi, cum'è a cuncentrazione eccessiva di fumu si verificanu, u controller conduce un altru relé d'isolamentu di l'optoaccoppiatore per cunnette U loop di campana d'alarma manda una alarma in situ. Per u schema di principiu di funziunamentu di u relay è u schema di cunnessione trà u modulu di relay è u chip STM32, per piacè cuntattate u fabricatore è mandate a dumanda.

(7) Modulu di cumunicazione

Sicondu i requisiti di cuncepimentu di u sistema di surviglianza remota di trasformatore di scatula intelligente 10kV, a cumunicazione trà u trasformatore di scatula intelligente è u nuvulu sceglie u metudu di cumunicazione wireless GPRS cù u costu di trafficu bassu. Modulu GPRS firmware Gizwits.
*Modulu GPRS firmware Gizwits (G510_GAgent firmware). Stu modulu hè un prugramma di applicazione chì funziona nantu à diversi moduli di cumunicazione, furnisce funzioni cum'è a trasmissione bidirezionale di dati di nuvola è di u produttu, cunfigurazione di u dispusitivu in a reta, scuperta è ubligatoriu, è aghjurnamenti di u prugramma. U schema di circuitu trà u modulu GPRS è u controller principale pò esse acquistatu cuntattendu u fabricatore.

*Modulu GPRS-GA6. Stu modulu pò realizà a trasmissione di voce, missaghju cortu è dati cù bassu cunsumu putenza. Hè adattatu per diverse esigenze di design in applicazioni M2M, in particulare per u disignu di prudutti compacti. Siconda, u protocolu di cumunicazione adopta a trasmissione di u bus di u portu seriale UART, usa cumandamenti AT standard per cuntrullà u modulu, è selezziunà u baud rate di 115200bps. Cuntattate u U fabricatore IoT per u schema di circuitu di cunnessione di u modulu GPRS-GA6 è u microcontroller STM32.

3.3 Dispositivu di prutezzione cumpleta di microcomputer

Sicondu a specificazione di disignu di prutezzione di u trasformatore di putenza (GB/T 50062-2008), 10Trasformatori kV di solitu bisognu di stallà a prutezzione di overcurrent cù limitu di tempu. U dispusitivu di prutezzione microcomputer hà a prutezzione, funzioni di misurazione è cuntrollu di trasformatori è linee, cum'è e funzioni di l'acquistu di dati, surviglianza è auto-ispezione di u sistema, è hà alta sensibilità è affidabilità.

Sicondu i bisogni di u disignu di u cambiamentu di scatula intelligente 10kV in l'appartamentu studiente, U dispusitivu di prutezzione cumpleta di u microcomputer Ankerui AM3-I attuale cù a funzione di cumunicazione RS485 hè sceltu, cun IA, IB, IC, UA, UB, UC, p, Q, Fr è altre misurazione di Parametru electricu, 8-acquisizione di segnali di commutazione esterna di u canali, è l'operazione di apertura è chjusu di u cuntrollu remoto di circuit breaker è altre funzioni. U schema di terminale di cablaggio di u dispositivu di prutezzione di u microcomputer AM3-I hè u seguitu:

Schema di terminale di cablaggio di u dispusitivu di prutezzione di u microcomputer AM3-I

3.4. Misuratore di rete intelligente

I misuratori di rete intelligenti sò usati per detectà paràmetri elettrici cum'è a corrente trifase, a tensione è a putenza di i circuiti di distribuzione di energia di bassa tensione, ainsi que l'état d'ouverture et de fermeture des interrupteurs d'isolement et des disjoncteurs. Sicondu i bisogni di cuncepimentu di u sistema secundariu di trasformatore di scatula intelligente 10kV, Ankerui ACR metru di rete intelligente cù a funzione di cumunicazione RS485 hè sceltu, è u schema di cablaggio di u metru di rete intelligente ACR è u trasformatore di corrente di bassa tensione è u schema di cablaggio di l'ingressu è di l'output di u switch sò selezziunati.

Trasformatore di corrente di bassa tensione di misuratore di rete intelligente ACR è schema di cablaggio di input è output digitale

U metru di rete intelligente ACR adopta u protocolu Modbus-RTU, chì ponu misurà è cullà i paràmetri di putenza. A funzione di ingressu di l'interruttore pò detectà u statu di commutazione di l'interruttore isolante è l'interruttore di circuit, è a funzione di output di relé pò accende è spegne l'interruttore remotamente. U metru di rete intelligente ACR hà un pianu unificatu per a tabella di l'indirizzu di cumunicazione, chì ponu realizà e trè funzioni remoti di telemetria, segnalazione remota è cuntrollu remoto.

(1) Cunversione AD è calculu di signale analogicu AC

U 3 signali di tensione di fase è 3 signali attuali (segnali di output di u trasformatore di corrente) cullucatu direttamente da u metru di rete intelligente ACR sò tutte quantità analogiche, chì deve esse cunvertiti in signali digitale chì ponu esse ricunnisciuti da u CPU per u processu di dati. Primu, lu 3 tensioni di fase di 220V è 3 analoghi currenti sò trasfurmati in signali di bassa tensione attraversu u cunvertitore, è cunvertisce in a tensione permessa da u cunvertitore AD à traversu un ciclu di furmazione di tensione; , cunvertitu in un signalu digitale da AD è input à u CPU. U schema schematicu di u prucessu di cunversione di campionamentu è AD di a quantità analogica AC pò esse acquistatu cuntattendu u fabricatore.

* Cunversione di tensione analogica è filtru passa-bassu. A funzione di u circuitu di furmazione di tensione hè di isolà elettricamente è trasfurmà l'electricità. In generale, u cunvertitore AD abbisogna u signale input à esse ± 5V è ± 10V, cusì u rapportu di trasfurmazioni di u cunvertitore di tensione pò esse determinatu. I filtri low-pass sò divisi in filtri passivi è filtri attivi. I filtri attivi sò cumposti da condensatori, resistori è amplificatori operativi integrati, chì amplificà u signale mentre filtra. I filtri passivi anu solu funzioni di filtrazione, ma micca funzioni di amplificazione di signale.
* Campionamentu di signali analogicu. The sampling process should follow Shannon's sampling theorem, hè, a frequenza di campionamentu ùn deve esse menu di 2 volte a più alta frequenza di u signale di input. U prucessu di campionamentu hè assai veloce. L'attuale campionamentu di cunvertitore AD hà righjuntu u nivellu di nanosecondi, mentri u periodu di campionamentu di u dispusitivu automaticu di u sistema di putenza hè à u livellu millisecondu, cusì i signali di tensione è currente di i sei loops ponu sparte un cunvertitore AD, ma u circuitu di campionamentu Deve esse equipatu di un dispositivu sample-and-hold è un switch multiplexer.
* cunversione AD. I cunvertitori AD includenu l'approssimazioni successive, integrale, cuntà, paragone parallelu, è convertitori di tensione-frequenza VFC. U cunvertitore AD di approssimazioni successive hè un rappresentante di a velocità è di a precisione in l'ADC, è hà una risuluzione di cunversione più altu à un tassu di cunversione più altu.

(2) Algoritmu di integrazione di u valore assolutu di a mità di ciclu di quantità elettrica sinusoidale

A chjave di l'algoritmu di u software hè di migliurà a precisione è a rapidità di l'operazione di l'algoritmu. A chjave di l'algoritmu di campionamentu AC di u metru intelligente hè di risolve cumu per calculà l'amplitude o u valore efficace di u segnu di campionamentu sinusoidale secondu u valore istantaneu di u signale sinusoidale.. L'algoritmu più cumunimenti utilizatu per e quantità sinusali hè l'algoritmu d'integrazione di valore assolutu à mità di ciclu. U principiu di l'algoritmu d'integrazione di u valore assolutu di a mità di ciculu hè chì l'integrale di u valore assolutu di a quantità sinusoidale in ogni semiciclu hè una constante S, è a constante di valore integrale S ùn hà nunda à fà cù l'angolo di partenza integrale . L'algoritmu di integrazione di u valore assolutu di a mità di ciculu basatu annantu à u mudellu di funzione sinus hè mostratu in Figura 19.

Algoritmu di l'integrazione di u valore assolutu di a mità di ciclu basatu annantu à u mudellu di funzione sinus

L'espressione per u calculu di u valore effettivu di u currente utilizendu l'algoritmu integrale di u valore assolutu di a mità di ciculu hè mostrata in a figura sottu.:

In a formula, S rapprisenta l'integrale di u valore assolutu in a mità di un ciculu; I rapprisenta u valore efficace di u currente; i rapprisenta u valore istantaneu di u currente; w rapprisenta a velocità angulare; T rapprisenta u ciclu di putenza AC; f rapprisenta a frequenza di putenza AC; N rapprisenta u numeru di campioni in un ciclu ; Ts rapprisenta u periodu di campionamentu.

3.5 Sensore di fumu di temperatura è umidità RS485

In cunsiderà chì a linea di alimentazione elettrica in u trasformatore di scatula pò avè una fuga, overload, cortu circuitu è resistenza di cuntattu eccessivu, chì pò causà incendi, è u fallimentu di u trasformatore immersu in l'oliu di carburante pò causà incendi. Dunque, hè necessariu installà un sensoru di fumu in u trasformatore di scatula per a rilevazione di u focu di u trasformatore di scatula.. Per scopre i fallimenti potenziali prima. Per assicurà a precisione di a misurazione è riduce u costu à u stessu tempu, a temperatura RS485, umidità è fumu trè-in-un sensor hè usatu pi detect a temperatura, umidità è cuncentrazione di fumu in u transformatore di scatula. U sensor di temperatura è umidità usa a sonda SHT30. On-site surge and pulse interference. U sensoru hà 4 fili: rossu, neru, ghjallu, è verde. Per u metudu di cablaggio specificu di u sensoru di fumu di temperatura è umidità, per piacè cuntattate u fabricatore IoT.

I misuratori intelligenti è i sensori cuncepiti in stu sistema adoptanu u protocolu Modbus-RTU, chì ponu cumunicà in modu affidabile in tutta a gamma di baud rate di 1200-115200. U baud rate di i metri intelligenti è i sensori hè uniformemente stabilitu à 9600bps. U furmatu di trasmissione di dati è u furmatu di cunversione di dati di u sensoru sò i seguenti:
Formatu di quadru di dumanda di dati di sensor. U sensore segue u protocolu standard Modbus-RTU, è a lettura di u sensoru hè almacenata in u registru di mantene, è u codice di funzione hè 04. L'urdinatore superiore leghje u furmatu di u quadru di ricerca di dati di sensori, è u formatu di quadru di ricerca di dati di u sensoru di l'urdinatore più bassu.

3.6 Trasmettitore di temperatura PT100 - principiu di funziunamentu di RTD PT100 - principiu di funziunamentu di u sensor di temperatura

U trasmettitore di temperatura PT100 hè adupratu per detectà a temperatura di u corpu di u trasformatore, temperatura di u cable d'alta tensione è bassa tensione, hè adattatu per diversi siti industriali. U Transformer pruducerà perdite durante u funziunamentu, principalmente a perdita di ferru è a perdita di cobre, canusciutu macari comu perdita di core è perdita di carica. A perdita di cobre varieghja cù a corrente di carica è hè proporzionale à u quadru di a corrente di carica. A formula di calculu di perdita di trasformatore hè a siguenti:

In a formula, P0 rapprisenta a putenza attiva di u trasformatore in operazione senza carica à a tensione nominale; I1 è I2 rapprisentanu u currente di linea d'alta tensione è a corrente di linea laterale di bassa tensione; R1 è R2 rapprisentanu a resistenza di u latu d'alta tensione è a resistenza di u latu di bassa tensione.

U trasmettitore di temperatura PT100 hè integratu cù l'interfaccia di bus RS485, è ogni trasmettitore di temperatura pò esse cunnessu 4 Sensori di temperatura PT100.

3.7 Principiu di travagliu di u trasmettitore à immersione in acqua

A causa di u livellu bassu di l'acqua di a fossa di fundazione di a substazione di scatula, ci hè spessu l'accumulazione d'acqua in a fossa di u cable è a fossa di fundazione dopu a piova, è ci hè un potenziale periculu di sicurezza di perdite di cable, dunque l'ispezione irregulari è u drenaje sò necessarii. In stu disignu, u sensor d'immersione d'acqua hè utilizatu per detectà l'accumulazione d'acqua in a fossa di fundazione di a sottostruttura di scatula. U sensoru di immersione in acqua applica u principiu di cunduzzione di liquidu, è usa elettrodi per detectà s'ellu ci hè acqua. Selezziunà un detector d'immersione in acqua tippu di cuntattu cù a funzione di cumunicazione RS485. U principiu di funziunamentu di u detector d'immersione in acqua hè mostratu in Figura 23.

4. Disegnu di u software di u sistema

U disignu di u software di u sistema include duie parti: 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. U dispusitivu di prutezzione integrata di u microcomputer, un metru di rete intelligente è un sensoru intelligente in a reta di l'area lucali di u bus di campu di u trasformatore di scatula anu un software di applicazione integratu, cusì solu u disignu di u prugramma di u software di u controller di campu di u trasformatore di scatula hè necessariu.

4.1 Disegnu di u software di cuntrollu di campu per u trasformatore di scatula

U cuntrollu di campu di u trasformatore di scatula hè un sistema integratu, è u so sistema di software hè cumpostu di u prugramma di l'applicazione, API, sistema operatore integratu è BSP (pacchettu di supportu di bordu). Sicondu e caratteristiche di parechji paràmetri, assai travaglii è esigenze elevate in tempu reale cullate da u controller di campu di u trasformatore intelligente di scatula 10kV, u sistema operatore in tempu reale integratu μC/OS-Ⅲ, chì hè largamente utilizatu in u sviluppu di u produttu cummerciale è a ricerca d'insignamentu, hè sceltu. μC/OS-Ⅲ considera i travaglii cum'è l'unità più chjuca, è ogni compitu ùn hà micca bisognu di cura di u metudu di gestione specificu di risorse, chì hè determinatu da u sistema upirativu.

4.2 Prughjettu di prugramma di software di cuntrollu di campu di trasformatore di scatula

Tuttu u disignu di u sistema di software hè basatu annantu à u sistema distribuitu cumpostu di strumenti intelligenti, sensori, controller di campu è piattaforme cloud, è u disignu è u sviluppu di u software d'applicazione hè realizatu. Trasmissione è scambiu di dati, u controller in situ è u servitore cloud Gizwits utilizanu u protocolu di cumunicazione Gizwits in u firmware GPRS per a trasmissione è u scambiu di dati. U diagramma di flussu di u prugramma principale di u software di applicazione di u cuntrollu di u campu di u trasformatore di scatula.

*U prugramma principale di u software. Primu, inizializza tutte e parti di u sistema, cum'è GPIO, portu seriale, clock, gestione di memoria, ecc., è crea i travaglii in μC/OS-Ⅲ. STM32 esegue l'acquisizione è u processu di dati di sensori, è manda infurmazione curretta à u display LCD. In listessu tempu, u STM32 manda cumandamenti AT à u modulu GPRS-G510, scambia dati, cunnetta à a piattaforma di nuvola Gizwits attraversu u protocolu LwM2M, è ghjudicheghja se u modulu di cumunicazione GPRS hè cunnessu bè cù u servitore nuvola di Gizwits. Se a cunnessione hè successu, a trasmissione di dati hè fatta. Allora ghjudicà s'ellu i dati trattati hè più grande di u limitu stabilitu.
S'ellu hè un fallimentu minore di a substazione di scatula, mandate l'infurmazioni di dati à l'APP mobile attraversu a piattaforma cloud; s'ellu hè un fallimentu generale, mandate l'infurmazioni di l'alarma di dati à l'APP mobile attraversu a piattaforma cloud, è principià u modulu di cumunicazione GPRS-GA6 per mandà l'infurmazioni di l'alarma attraversu u SMS di u telefuninu; s'ellu si hè un difettu seriu, l'infurmazione di l'alarma di dati serà mandata à l'APP per u telefuninu à traversu a piattaforma cloud, è u modulu di cumunicazione GPRS-GA6 serà attivatu per mandà l'infurmazioni di l'alarma per mezu di u messagiu di testu di u telefuninu è chjamà u persunale pertinente predeterminatu..