10kV älykkään laatikkotyyppisen sähköaseman suunnittelu Gizwits IoT -alustaan + STM32

Tässä artikkelissa esitellyn 10 kV älykkään laatikkotyyppisen sähköaseman kauko-ohjausjärjestelmän on suunnitellut ja kehittänyt Tian Hui Xi'anin tiede- ja teknologiayliopistosta..

Järjestelmä ottaa insinööritaustaksi 10kV älykkään laatikonvaihtojärjestelmän suunnittelun korkeakoulun opiskelija-asuntoon, ja suunnittelee 10 kV älykkään laatikonvaihtojärjestelmän, joka perustuu Esineiden internet. Järjestelmä koostuu kolmesta osasta: havaintokerros, viestintäkerros ja sovelluskerros. Havaintokerros vastaa sensoritietojen keräämisestä ja siirtämisestä kenttäohjaimelle.

Mukaan lukien toissijaiset järjestelmälaitteet, kuten mikrotietokoneiden suojalaitteet, älykkäät verkkomittarit, ja älykkäät loistehokompensointiohjaimet, sekä ympäristönilmaisulaitteet, kuten lämpötilan ja kosteuden, savu, ja vesiuppoanturit. Paikan päällä oleva ohjain käyttää sulautettua STM32-mikroprosessoria, mukaan lukien LCD-näyttö, äänihälytysmoduuli, rele ja GPRS-viestintämoduuli, jne.; viestintäkerros käyttää langatonta GPRS-viestintää, joka vastaa kaksisuuntaisesta tiedonsiirrosta paikan päällä olevan ohjaimen ja pilvialustan välillä; Gizwits-pilvialusta kehittää etävalvontajärjestelmän ja mobiilisovelluksen laatikkotyyppisille muuntajille, joka vastaa varastoinnista, laatikkotyyppisten muuntajien toimintatietojen analysointi ja käsittely.

Tämä järjestelmä toteuttaa vihdoin käyttäjän ympäristöparametrien, kuten vaihtelevan lämpötilan ja kosteuden, etävalvonnan, palovaroitin ja pohjakuoppavesi, sekä sähköiset parametrit, kuten virta, Jännite, taajuus ja tehokerroin, ja laitteiden toimintatila tietokoneen WEB:n tai mobiilisovelluksen kautta.

Kun laatikkotyyppisen muuntajan toiminnassa on poikkeavuus tai vika, valvontajärjestelmä arvioi automaattisesti vikatason, ja lähettää hälytyksen erilaisten paikan päällä olevien kellojen yhdistelmien kautta, matkapuhelimen APP, SMS ja puhelin, jne., ja ilmoittaa asiasta vastaavalle henkilökunnalle piiloongelmien poistamiseksi ajoissa ja sähköonnettomuuksien estämiseksi. . Se soveltuu laatikkomuuntajien ja sähkönjakelutilojen etävalvontaan ja keskitettyyn hallintaan, ja voi parantaa huomattavasti koulujen virranjakelulaitteiden älykkyyttä ja tehonsyötön turvallisuutta ja luotettavuutta, yrityksiä ja yhteisöjä.

1. Johdanto

Kun rakentaminen ja kehittäminen osuus- ja yhteisötalouden ja jakeluverkoston, 10kV laatikkomuuntajia on yhä enemmän. Perinteinen 10 kV laatikkotyyppinen sähköasema käyttää yleensä valvomattoman ja manuaalisen säännöllisen tarkastuksen toimintatapaa, jonka älykkyysaste on alhainen ja josta puuttuvat etävalvonta- ja vikahälytysjärjestelmät ympäristöä ja laitteita varten. Nykyisessä, älykkään anturitekniikan nopean kehityksen myötä, sulautettu tekniikka, viestintäteknologian ja pilvitekniikan sekä kustannusten alentamisen, Esineiden Internetiin perustuvasta 10kV älylaatikkotyyppisestä sähköasemasta on tullut paras valinta perinteisten laatikkotyyppisten sähköasemien päivittämiseen ja muuntamiseen.

Esineiden Internetiin perustuva älykäs laatikkotyyppinen sähköasema-etävalvontajärjestelmä voi valvoa laatikkotyyppistä sähköasemaympäristöä etänä, käyttöparametrit ja laitteiden tila reaaliajassa. Kuten kuvasta näkyy 1.

Käyttäjät voivat seurata ympäristöparametreja, kuten laatikon lämpötilaa ja kosteutta, etänä, savuvaroitin, ja veden kertyminen perustuskuoppiin, sekä sähköiset parametrit, kuten virta, Jännite, taajuus, ja tehokerroin, ja laitteiden tila tietokoneiden tai mobiilisovellusten kautta milloin tahansa. Kun laatikkosähköasema toimii epänormaalisti tai epäonnistuu, valvontajärjestelmä ilmoittaa automaattisesti asianomaiselle henkilökunnalle matkapuhelinsovelluksen eri menetelmillä, SMS ja puhelin vikatason mukaan, Piilotettujen vikojen poistamiseksi ajoissa ja sähköonnettomuuksien estämiseksi.

10kV smart box -tyyppinen sähköasema, joka perustuu esineiden Internetiin

Smart box -sähköaseman kaukovalvontajärjestelmä koostuu a "kenttäväylä LAN" laatikkotyyppisen sähköaseman sisällä ja a "pilvialustan laaja-alainen verkko" laatikkotyyppisen sähköaseman ulkopuolella. Tätä rakennemallia voidaan soveltaa toissijaisten vesihuoltolaitteiden etävalvontajärjestelmien kehittämiseen, kotitalouksien sähkömaksujen hallintajärjestelmät, ja hissien kaukovalvontajärjestelmät parantamaan perinteisten laitteiden älykkyyttä ja hallintatasoa ja edistämään perinteisten teollisuudenalojen uudistamista. Sillä on hyvä sovellusarvo.

2. Ohjelman kokonaissuunnittelu

Esineiden Internetiin perustuvan älylaatikon tyyppisen sähköaseman suunnittelu perustuu 10 kV smart box -sähköaseman suunnitteluun opiskelija-asunnossa. 10kV älykkään laatikkotyyppisen muuntajan ensisijainen järjestelmärakenne on sama kuin perinteisen 10kV laatikkotyyppisen muuntajan., ja se on yleensä kypsä. Tämä artikkeli keskittyy 10 kV älykkään laatikkotyyppisen muuntajan älykkääseen suunnitteluun. Seuraavassa on lyhyt katsaus 10kV smart box -tyyppisen muuntajan primäärijärjestelmän suunnittelusisältöön.

2.1 10 kV älykkään laatikkotyyppisen sähköaseman ensisijainen järjestelmäsuunnittelu

Tehokuorma nro. 5 Yliopiston opiskelijakerrostalo on pääasiassa valaistusta, tietokoneet ja äskettäin lisätyt ilmastointilaitteet. Jokainen asuntola lasketaan 8 ihmiset, valaistusteho on 100W, jokaisen opiskelijan tietokoneen kuormitus on 200W, ja jokainen 1,5P split-tyyppinen ripustin on hiljattain asennettu ilmastointilaitteiden kanssa Teho on 1,3 kW, ja yhden asuntolaisuuden kuormitus on 3,0 kW. Mukaan "Teollisuuden ja siviilikäyttöisen virtalähteen ja jakelun suunnitteluopas", asuntolan tehokuormituskerroin on 0.7, ja tehokerroin on 0.8.

Opiskelija-asunnon sähkökuorman nousu tulevaisuudessa huomioiden, muuntajan on varattava tietty marginaali, ja valitaan muuntaja, jonka teho on 1000kVA. Ottaen huomioon muuntajan alkuinvestointikustannukset ja käyttökustannukset, sekä kansallisen energiansäästö- ja päästövähennyspolitiikan vaatimukset, tähän tarkoitukseen on valittu pienihäviöinen täysin tiivistetty öljymuuntaja S13-M-1000/10-0.4.

Kuormatilastolaskennan perusteella, oikosulkulaskenta, dynaamisen vakauden tarkastus ja lämpöstabiilisuuden tarkastus, laatikkotyyppisen muuntajan ensiöjärjestelmän päälaitteet valitaan. Ensisijaisen järjestelmän päälaitteiden erityiset mallit ja tekniset parametrit on esitetty taulukossa 3, Pöytä 4, Pöytä 5 ja Taulukko 6.

No:n suunnitteluvaatimusten mukaisesti. 5 opiskelija-asuntoprojektin sähköasema ja pääjärjestelmän suunnittelulaskenta, numeron suunnitellun ensisijaisen järjestelmän pääkytkentäkaavio. 5 opiskelijaasuntojen sähköasema on esitetty kuvassa 2.

Kuva 2 : Yliopiston opiskelija-asunnon laatikkotyyppisen sähköaseman primäärijärjestelmän pääkytkentäkaavio

2.2 10 kV laatikkomuuntajan älykäs suunnittelukaavio

Tavoitteena 10kV perinteisen laatikkotyyppisen sähköaseman toiminnanhallinnassa esiintyviä suunnitteluvirheitä ja ongelmia, avain ongelman ratkaisemiseen on suljetun silmukan järjestelmän rakentaminen havaitsemista varten, Älykkään laatikkotyyppisen sähköaseman ympäristön ja laitteiden etävalvonta ja hälytys, ja suunnittelussa on toimintaympäristön ja sähkölaitteiden etävalvonta Älykäs laatikkomuuntajajärjestelmä eri toiminnoilla voi kerätä ja valvoa ympäristöparametreja, kuten laatikkomuuntajan kulunvalvonta, ympäristön lämpötila ja kosteus, savuvaroitin, ja vettä kaapelikaivoon, sekä jännite, nykyinen, aktiivinen teho, loisteho, tehokerroin, kaapelin lämpötila, muuntaja muuntaja, jne.

Kehon lämpötilan ja kaasun hälytyssignaali ja muut laitteiden toimintaparametrit, kaukosäädin tuuletin, mikrotietokoneen suojalaite ja katkaisija.

Järjestelmä käyttää älykkäitä instrumentteja ja älykkäitä antureita, joissa on teollisuuslaitoksissa yleisesti käytettyjä viestintätoimintoja, ja lähettää kerätyt tiedot kenttäohjaimelle kenttäväyläviestinnän kautta, ja kenttäohjain lähettää tiedot palvelimelle tai pilvi-isäntätietokoneelle langattoman tai langallisen tietoliikennemoduulin kautta. Toteuta toimintoja, kuten telemetriaa, etämerkinanto ja kaukosäädin.

Esineiden Internetiin perustuva 10kV älykkään laatikkomuuntajan etävalvontajärjestelmä käyttää älykkäitä instrumentteja ja antureita digitaalisella kaksisuuntaisella viestintätoiminnolla, ja käyttää yhtenäisesti standardia RS485-väyläliitäntää ja Modbus-RTU-tiedonsiirtoprotokollaa. Esineiden Internetiin perustuvan älykkään laatikkomuuntajan etävalvontajärjestelmä koostuu kolmesta osasta: havaintokerros, viestintäkerros ja sovelluskerros.
* Havaintokerros: erilaisten älykkäiden mittareiden ja älykkäiden antureiden kautta keräämään erilaisia ympäristöjä, laitteiden toimintaparametrit ja laatikkomuuntajan laitteiden toimintatila, ja lähettää tiedot kenttäohjaimelle RS485-väylän kautta. Kenttäohjaimessa on sisäänrakennettu käyttöjärjestelmä ja tiedonkeruu, Tietojenkäsittely, käsittely- ja ohjaustoiminnot.
* Viestintäkerros: Tämä kerros on tiedonsiirron ja -vaihdon yhteys ja linkki, ja vastaa kaksisuuntaisesta tiedonsiirrosta pilvialustan ja paikan päällä olevan ohjaimen välillä. Laatikkotyyppisen muuntajan todellisten viestintäolosuhteiden mukaan, erilaisia viestintämenetelmiä, kuten langallinen optinen kaapeli, Ethernet tai langaton GPRS voidaan valita siirtämään tietoja pilvialustaan.
*Sovelluskerros: Suunnittele ja kehitä etävalvontajärjestelmä laatikkotyyppisille muuntajille pilvialustalle, vastaa lähettämisestä, historiatietojen vastaanottaminen ja käsittely, laatikkotyyppisten muuntajien toimintaparametrien etävalvonta, ja tapahtumatoimintotietojen tallentaminen ja analysointi. Ja kehittää WEB- ja mobiilisovellusta pilvialustaan, päivystävä sähköasentaja voi seurata laatikkomuuntajan toimintatietoja ja laitteiden toimintatilaa milloin tahansa tietokoneen tai mobiilisovelluksen kautta.

3. Järjestelmälaitteiston suunnittelu

3.1 Kotelomuuntajapaikan RS485-väylän lähiverkko

Sulautetun teknologian kehityksen ja edistymisen sekä kustannusten alenemisen myötä, monet tunnistuslaitteet, antureissa ja toimilaitteissa on sisäänrakennetut mikroprosessorit perinteisten laatikkotyyppisten kenttälaitteiden tiedonsiirron puutteisiin ja ongelmiin, joka voi suorittaa ADDA-muunnoksen ja linearisoinnin ja digitaalisen suodatuksen. Näiden digitaalisten kenttälaitteiden sisään on lisätty sarjaliikennetietoliitäntä, ja kaksisuuntainen sarjaliikenne kenttälaitteiden välillä voidaan toteuttaa käyttämällä yhtenäistä standardikommunikaatioprotokollaa.

Tällä hetkellä pääasiassa käytetty teollisuusbussiverkko.

Yksi älykkäiden laatikkotyyppisten muuntajien etävalvontajärjestelmän suunnittelun avaimista on valita älykkäät instrumentit ja anturit digitaalisilla kaksisuuntaisilla viestintätoiminnoilla., ja ottamaan käyttöön standardinmukaisia ja yhtenäisiä väylärajapintoja ja viestintäprotokollia. Alkaen 10 kV älylaatikon tyyppisen muunnossuunnittelun suunnittelukäytännöstä nro. 5 opiskelija-asunto, valitaan RS485-väylä ja Modbus-RTU-tiedonsiirtoprotokolla, jota älykkäät anturit yleensä tukevat.

Yliopiston opiskelija-asunnon laatikkomuuntajan primäärijärjestelmän pääkytkentäkaavion ja 10kV älykkään laatikkomuuntajan kaukovalvontajärjestelmän järjestelmälohkokaavion mukaan, järjestelmän laitteistosuunnittelu ottaa laatikkomuuntajan kenttäohjaimen ytimenä, ja se koostuu mikrotietokoneeseen integroidusta suojalaitteesta, älykäs verkkomittari ja älykäs loisteho Toisiojärjestelmän laitteet, kuten kompensaattorit, ja ympäristönilmaisuanturit, kuten lämpötila- ja kosteussavuanturit, PT100-lämpötila-anturit ja veden tunkeutumisanturit muodostavat RS485-väylän lähiverkon box-to-box-muunnoskeskuksessa. Kotelomuuntajan RS485-väylän lähiverkkojärjestelmäkaavio on esitetty kuvassa 4.

RS485-väylän lähiverkkojärjestelmäkaavio laatikkotyyppisestä muunnospaikasta

(1) RS485-sarjaväylä

RS485-väylän tiedonsiirtotila on master-slave-tila, ja isäntälaite pollaa jokaista orjalaitetta viestintää varten, ja yhdestä useaan pisteeseen verkko voidaan muodostaa hajautetun järjestelmän muodostamiseksi. RS485-liitäntä on laajalti käytetty hidas sarjaliitäntä, ja RS485-liitännällä on seuraavat ominaisuudet.
* RS485 liitäntä.

RS485-liitännän tiedonsiirto ottaa käyttöön differentiaalisen lähetystilan, ja siinä on tasapainotetun ohjaimen ja differentiaalivastaanottimen yhdistelmä, ja käyttää jännite-eroa kaapelin molemmissa päissä signaalien lähettämiseen, mikä parantaa huomattavasti kykyä vastustaa yhteistilan häiriötä ja kohinahäiriöitä.
* RS485-väylällä on korkea siirtonopeus ja pitkä lähetysetäisyys. Suurin lähetysetäisyys on noin 1200 metriä, ja suurin siirtonopeus on 10 Mbps; sen siirtonopeus on kääntäen verrannollinen lähetysetäisyyteen, ja suurin lähetysetäisyys voidaan saavuttaa, kun nopeus on alle 20 kbps.
* Tukee useita solmuja. Yleisesti, RS485-väyläsilmukka voi teoriassa tukea 247 laitesolmut.

(2) Modbus-RTU sarjaliikenneprotokolla

Modbus-protokollaa sovelletaan teollisuusväyläverkkoon. Protokollan kautta, Tietoliikenne voidaan suorittaa ohjaimen ja kenttälaitteiden välillä. Eri valmistajien valmistamat laitteet voivat muodostaa teollisen väyläverkon valvontajärjestelmän yhtenäisen protokollan mukaisesti. Protokollalla on master-slave -rakenne, yksi pääsolmu verkossa, ja muut ovat orjasolmuja, ja jokaisella orjasolmulla on yksilöllinen laiteosoite.

Sarjaväyläverkossa, pääsolmu aloittaa komennon, ja kaikki orjalaitteet saavat komennon. Modbus-komento sisältää komennon suorittavan orjalaitteen osoitteen, ja isäntälaitteen nimeämä orjalaite vastaa ensin ja suorittaa sitten komennon. Modbus-komennoissa on tarkistussummat sen varmistamiseksi, että saapuvat komennot eivät ole vioittuneet. Modbus-komennot voivat ohjata RTU:ta muuttamaan rekisteriarvoaan, lukea tai ohjata I/O-porttia, ja tilata laite palauttamaan yksi tai useampi rekisteritieto.

Modbus sisältää ASCII:n, RTU ja TCP kolme viestityyppiä. ASCII-lähetystila, LRC tarkistussumma, alhainen siirtotehokkuus, mutta intuitiivinen, yksinkertainen ja helppo debug. RTU-lähetystila, käyttämällä CRC-tarkistusta, korkea siirtotehokkuus, hieman monimutkaisempi kuin ASCII. Yleisesti ottaen, jos siirrettävän tiedon määrä on pieni, voit harkita ASCII-protokollan käyttöä; jos siirrettävän tiedon määrä on suhteellisen suuri, on parasta käyttää RTU-protokollaa. Tästä syystä, tämän järjestelmän älykkäät instrumentit ja anturit omaksuvat Modbus-RTU-tiedonsiirtotilan yhtenäisesti.

3.2 Box Transformerin kenttäohjaimen laitteistosuunnittelu

Kotelomuuntajan kenttäohjain koostuu sulautetusta järjestelmästä. Sulautettu järjestelmä on sovelluskeskeinen, ohjelmistoja ja laitteistoja voidaan räätälöidä, ja toteuttaa laiteautomaatiota, älykkyyttä, ja etävalvontatoiminnot. Se koostuu pääasiassa sulautetuista mikroprosessoreista, liittyvää laitteistoa, sulautetut käyttöjärjestelmät, ja sovellusohjelmistojärjestelmät.

(1) STM32-mikroprosessorin vähimmäisjärjestelmä

Sulautetun mikroprosessorin vähimmäisjärjestelmä sisältää sulautetun mikroprosessorin, nollauspiiri ja virheenkorjauspiiri. Kellopiiri tarjoaa tarvittavan ulkoisen kellosignaalin, nollauspiiri tarjoaa yhtenäisen alkutilan, ja virheenkorjauspiiri tarjoaa käyttöliittymän ohjelmien lataamista ja virheenkorjausta varten.
* Upotettu mikroprosessori vaihtoehto. 10kV älykkään laatikkomuuntajan kaukovalvontajärjestelmän vaatimusten mukaisesti paikan päällä olevan ohjaimen suorituskyvylle, tämä järjestelmä valitsee STM32F103ZET6-sirun paikan päällä olevan ohjaimen ydinmikroprosessoriksi. STM32F103ZET6 sulautettu mikroprosessori, MCU:ssa on korkea integraatio, alhainen virrankulutus, ja korkea kustannustehokkuus. Se soveltuu erilaisiin sovellusvaatimuksiin teollisen lääketieteen alalla, ja pystyy täyttämään tämän järjestelmän tiedonkeruun ja reaaliaikaisen käsittelyn vaatimukset.
* Kristallioskillaattoripiiri. Kideoskillaattoripiiri antaa kiinteätaajuisen pulssin mikroprosessorille, jotta mikroprosessori toimii normaalisti. STM32-mikroprosessorissa on kaksi kideoskillaattoria, 8 MHz:n kideoskillaattori tarjoaa ulkoisen nopean kellon, ja 32,768 kHz:n kideoskillaattori tarjoaa ulkoisen hitaan kellon.

* Nollaa piiri. Mikroprosessorin nollauspiirin tehtävänä on käynnistää järjestelmä uudelleen. Kun järjestelmä epäonnistuu, käynnistä laite uudelleen painamalla nollauspainiketta. Yleisesti, nollauspiiri käyttää matalan tason signaalia uudelleenkäynnistykseen.

(2) Virtapiirin suunnittelu

Järjestelmä valitsee ulkoisen tasavirtalähteen, jonka nimellisjännite on 12 V (2A), ja valitsee DC 5V (2A) USB-liitännällä varustettu virtasovitin kenttäohjaimen virran syöttämiseksi. 12V DC-virtalähde on kytketty ohjauskorttiin, ja DC 12 V -virtalähdettä vähennetään 5 V:n DC-virtalähteen saamiseksi LM2596S-alennusmoduulin kautta. 5 V jännite johdetaan sitten AMS1117-3,3 V säätöpiirin läpi, jotta saadaan 3,3 V jännite syöttämään virtaa STM32-sirulle. LM2596S:n ja AMS1117-3,3V virtalähteen säätimen piirikaavio on esitetty kuvassa 8.

(3) RS485-liitäntä TTL-moduuliin

RS485-liitäntä TTL-moduuliin toteuttaa RS485-signaalin ja TTL-signaalin kaksisuuntaisen muuntamisen ja viestinnän, mutta signaali on suoritettava vuorotellen, eikä sitä voida suorittaa kahteen suuntaan samanaikaisesti. Kaikki kenttälaitteet käyttävät tätä moduulia yhteyden muodostamiseen mikro-ohjaimeen, ja kytkentäkaavio on esitetty kuvassa 9.

TFT-LCD:n ja STM32 MCU:n kytkentäkaavio - Kuva 9

(4) LCD-näyttömoduuli

Koska laatikkotyyppisen kaukovalvontajärjestelmän paikan päällä olevan ohjaimen on näytettävä monia numeroita ja merkkejä, 2,8 tuuman TFT-LCD-nestekidenäyttö on valittu näyttömoduuliksi, ja sisällä on ILI9341-ohjain. Oletetaan, että STM32 voi kommunikoida ILI9341:n kanssa SPI-liitännän kautta, 8080 liitäntä tai RGB-liitäntä. Nopeamman virkistystaajuuden saavuttamiseksi, TFT-LCD käyttää 8080 rinnakkainen dataväyläliitäntä. STM32 tulostaa tiedot ILI9341-ohjaimen muistiin muuttuvan staattisen muistin FSMC-moduulin kautta.

(5) Äänihälytysmoduuli

Kun STM32-mikroprosessori havaitsee, että laatikkomuuntajan toimintatiedoissa on poikkeavuus tai vika, se lähettää viestin sarjaporttiin ja käynnistää äänihälytyksen. Äänievakuointimoduuli valitsee yleisesti käytetyn äänisirun SYN6288, ja lähettää automaattisesti äänihälytystiedot ohjelmoidun ohjelman mukaisesti. Järjestelmä käyttää koodia GB2312, joka soveltuu tiedonvaihtoon kiinalaisten merkkien käsittelyssä ja kiinalaisten merkkien kommunikaatiossa. SYN6288 tunnistaa myös numerot tarkasti, kellonajat ja päivämäärät, ja yleisesti käytetyt mittayksiköt.

(6) Relemoduuli

Kenttäohjain valitsee ryhmän 2-suuntaisia optoerottimen eristysrelemoduuleja ohjaamaan DC 12V hälytyskellon ja tuulettimen avaamista ja sulkemista, ja 220 V AC puolijohderele voidaan valita virtalähteen tyypin ja laatikkotyyppisen poistotuulettimen tehon mukaan. Jokaisessa relepiirimoduulissa on normaalisti avoimet ja normaalisti suljetut koskettimet, sekä LED-tilan ilmaisin; jokainen relepiiri on eristetty optoerottimilla, ja se on varustettu vapaakäyntidiodilla, joka vapauttaa releen indusoituneen jännitteen ja suojaa edellistä piiriä. Kun laatikkomuuntajan ympäristön lämpötila ylittää tietyn alueen, paikan päällä oleva ohjain tuottaa korkean tason, ja yksi optoerottimen eristysrele käynnistää tuulettimen jäähtyäkseen; kun ilmenee vakavia vikoja, kuten liiallinen savupitoisuus, ohjain ohjaa toista optoerottimen eristysrelettä kytkeäkseen Hälytyskellosilmukka lähettää hälytyksen paikan päällä. Releen toimintaperiaatekaaviolle sekä relemoduulin ja STM32-sirun väliselle kytkentäkaaviolle, ota yhteyttä valmistajaan ja lähetä pyyntö.

(7) Viestintämoduuli

10kV älykkään laatikkomuuntajan kaukovalvontajärjestelmän suunnitteluvaatimusten mukaan, älykkään laatikkomuuntajan ja pilven välinen viestintä valitsee langattoman GPRS-viestintätavan alhaisella liikennekustannuksilla. Gizwitsin laiteohjelmiston GPRS-moduuli.
*Gizwitsin laiteohjelmiston GPRS-moduuli (G510_GAgent-laiteohjelmisto). Tämä moduuli on sovellusohjelma, joka toimii useissa viestintämoduuleissa, tarjoaa toimintoja, kuten pilvi- ja tuotelaitetietojen kaksisuuntaisen siirron, laitteen määritykset verkkoon, löytäminen ja sitominen, ja ohjelmapäivityksiä. GPRS-moduulin ja pääohjaimen välisen piirikaavion saat ottamalla yhteyttä valmistajaan.

*GPRS-GA6 moduuli. Tämä moduuli voi toteuttaa äänen siirron, lyhytviestit ja tiedot alhaisella virrankulutuksella. Se sopii erilaisiin suunnitteluvaatimuksiin M2M-sovelluksissa, erityisesti kompaktien tuotteiden suunnitteluun. toiseksi, viestintäprotokolla ottaa käyttöön UART-sarjaporttiväylän lähetyksen, käyttää tavallisia AT-komentoja moduulin ohjaamiseen, ja valitsee tiedonsiirtonopeudeksi 115 200 bps. Ota yhteyttä IoT:n valmistaja GPRS-GA6-moduulin ja STM32-mikro-ohjaimen kytkentäkaaviolle.

3.3 Mikrotietokoneen kattava suojalaite

Tehomuuntajan suojaussuunnittelun eritelmän mukaan (GB/T 50062-2008), 10kV-muuntajissa on yleensä asennettava ylivirtasuojaus aikarajalla. Mikrotietokoneen suojalaitteessa on suojaus, muuntajien ja johtojen mittaus- ja ohjaustoiminnot, sekä tiedonkeruun toiminnot, valvonta ja järjestelmän itsetarkastus, ja sillä on korkea herkkyys ja luotettavuus.

Suunnitteluvaatimusten mukaan 10kV älylaatikkomuutos opiskelija-asunnossa, Ankerui AM3-I virtatyyppinen mikrotietokoneen kattava suojauslaite RS485-viestintätoiminnolla on valittu, IA:n kanssa, IB, IC, UA, UB, UC, P, K, Fr ja muut sähköiset Parametrimittaukset, 8-kanavan ulkoisen kytkimen signaalin hankinta, ja katkaisija kaukosäätimen avaus- ja sulkemistoiminnot ja muut toiminnot. AM3-I mikrotietokoneen suojalaitteen kytkentäkaavio on seuraava:

AM3-I mikrotietokoneen suojalaitteen kytkentäkaavio

3.4. Älykäs verkkomittari

Älykkäitä verkkomittareita käytetään sähköisten parametrien, kuten kolmivaihevirran, havaitsemiseen, pienjännitteisten tehonjakelupiirien jännite ja teho, sekä eristyskytkinten ja katkaisijoiden avautumis- ja sulkemistila. 10kV älykkään laatikkomuuntajan toissijaisen järjestelmän suunnitteluvaatimusten mukaan, Ankerui ACR-älyverkkomittari RS485-tiedonsiirtotoiminnolla on valittu, ja ACR-älyverkkomittarin ja pienjännitevirtamuuntajan kytkentäkaavio ja kytkimen tulon ja lähdön kytkentäkaavio on valittu.

ACR-älyverkkomittarin pienjännitevirtamuuntaja ja digitaalisen tulon ja lähdön kytkentäkaavio

ACR-älyverkkomittari käyttää Modbus-RTU-protokollaa, joka voi mitata ja kerätä tehoparametreja. Kytkimen tulotoiminto voi havaita erotuskytkimen ja katkaisijan kytkentätilan, ja relelähtötoiminto voi kytkeä katkaisijan päälle ja pois päältä kauko-ohjauksella. ACR-älyverkkomittarilla on yhtenäinen suunnitelma viestintäosoitetaulukolle, jotka voivat toteuttaa telemetrian kolme etätoimintoa, etämerkinanto ja kaukosäädin.

(1) AD-muunnos ja AC-analogisen signaalin laskenta

Sitä 3 vaihejännitesignaalit ja 3 nykyiset signaalit (virtamuuntajan lähtösignaalit) ACR-älyverkkomittarin suoraan keräämät analogiset suureet, jotka on muutettava digitaalisiksi signaaleiksi, jotka CPU voi tunnistaa tietojenkäsittelyä varten. Ensimmäinen, sitä 3 vaihejännitteet 220V ja 3 virtaanalogit muunnetaan pienjännitesignaaleiksi muuntimen kautta, ja muunnetaan AD-muuntimen sallimaksi jännitteeksi jännitteen muodostavan silmukan kautta; , muunnetaan digitaaliseksi signaaliksi AD:lla ja syötetään keskusyksikköön. Kaaviokaavio AC-analogisen määrän näytteenotto- ja AD-muunnosprosessista on saatavissa ottamalla yhteyttä valmistajaan.

* Analoginen jännitteen muunnos ja alipäästösuodatus. Jännitteenmuodostuspiirin tehtävänä on eristää ja muuntaa sähköisesti sähkö. Yleisesti, AD-muunnin vaatii tulosignaalin olevan ±5V ja ±10V, joten jännitemuuntimen muunnossuhde voidaan määrittää. Alipäästösuodattimet jaetaan passiivisuotimiin ja aktiivisiin suodattimiin. Aktiiviset suodattimet koostuvat kondensaattoreista, vastukset ja integroidut operaatiovahvistimet, jotka vahvistavat signaalia suodatuksen aikana. Passiivisilla suodattimilla on vain suodatustoimintoja, mutta ei signaalinvahvistustoimintoja.
* Analogisen signaalin näytteenotto. Näytteenottoprosessin tulee noudattaa Shannonin näytteenottolausetta, tuo on, näytteenottotaajuus ei saa olla pienempi kuin 2 kertaa tulosignaalin korkein taajuus. Näytteenottoprosessi on erittäin nopea. Nykyinen AD-muuntimen näytteenotto on saavuttanut nanosekunnin tason, kun sähköjärjestelmän automaattisen laitteen näytteenottojakso on millisekunnin tasolla, joten kuuden silmukan jännite- ja virtasignaalit voivat jakaa yhden AD-muuntimen, mutta näytteenottopiiri on varustettava näyte- ja pitolaitteella ja multiplekserikytkimellä.
* AD-muunnos. AD-muuntimet sisältävät peräkkäisen approksimoinnin, kiinteä, laskenta, rinnakkainen vertailu, ja VFC-jännite-taajuusmuuntimet. Peräkkäinen approksimaatio AD-muunnin edustaa sekä nopeutta että tarkkuutta ADC:ssä, ja sillä on korkeampi muunnostarkkuus korkeammalla muunnosprosentilla.

(2) Puolijakson itseisarvon integrointialgoritmi sinimuotoisen sähkösuureen

Ohjelmistolagoritmin avain on parantaa algoritmin toiminnan tarkkuutta ja nopeutta. Älymittarin AC-näytteenottoalgoritmin avain on ratkaista, kuinka sinimuotoisen näytteenottosignaalin amplitudi tai tehollinen arvo lasketaan sinimuotoisen signaalin hetkellisen arvon mukaan.. Yleisimmin käytetty algoritmi sinisuureille on puolijakson itseisarvon integrointialgoritmi. Puolijakson itseisarvon integrointialgoritmin periaate on, että sinisuureen itseisarvon integraali missä tahansa puolijaksossa on vakio S, ja integraaliarvovakiolla S ei ole mitään tekemistä integraalin aloituskulman kanssa . Kuvassa on esitetty sinifunktiomalliin perustuva puolijakson itseisarvon integrointialgoritmi 19.

Puolijakson itseisarvon integroinnin algoritmi sinifunktiomallin perusteella

Alla olevassa kuvassa on lauseke virran efektiivisen arvon laskemiseksi puolijakson itseisarvon integraalialgoritmia käyttäen:

Kaavassa, S edustaa itseisarvon integraalia puolen jakson sisällä; I edustaa virran efektiivistä arvoa; i edustaa virran hetkellistä arvoa; w edustaa kulmanopeutta; T edustaa vaihtovirtaa; f edustaa vaihtovirran taajuutta; N edustaa näytteiden määrää yhdessä syklissä ; Ts edustaa näytteenottojaksoa.

3.5 RS485 lämpötila- ja kosteusanturi

Ottaen huomioon, että laatikkotyyppisen muuntajan virtajohdossa voi olla vuoto, ylikuormitus, oikosulku ja liiallinen kosketusvastus, jotka voivat aiheuttaa tulipalon, ja polttoöljyllä upotetun muuntajan vika voi aiheuttaa tulipalon. Siksi, laatikkotyyppiseen muuntajaan on asennettava savuanturi laatikkotyyppisen muuntajan palon havaitsemiseksi. Mahdollisten vikojen havaitsemiseksi ajoissa. Mittaustarkkuuden varmistamiseksi ja kustannusten pienentämiseksi samanaikaisesti, RS485 lämpötila, kosteus- ja savuanturia käytetään lämpötilan havaitsemiseen, kosteus ja savupitoisuus laatikkomuuntajassa. Sitä lämpötila- ja kosteusanturi käyttää SHT30-anturia. Paikan päällä oleva ylijännite- ja pulssihäiriö. Anturissa on 4 johdot: punainen, musta, keltainen, ja vihreä. Lämpötila- ja kosteussavuanturin erityiselle kytkentämenetelmälle, ota yhteyttä IoT:n valmistajaan.

Tähän järjestelmään suunnitellut älykkäät mittarit ja anturit käyttävät Modbus-RTU-protokollaa, jotka voivat kommunikoida luotettavasti koko baudinopeusalueella 1200-115200. Älykkäiden mittareiden ja antureiden tiedonsiirtonopeus on asetettu tasaisesti 9600 bittiä sekunnissa. Anturin tiedonsiirtomuoto ja tiedonmuunnosmuoto ovat seuraavat:
Anturin datakyselyn kehysmuoto. Anturi noudattaa standardia Modbus-RTU-protokollaa, ja anturin lukema tallennetaan pitorekisteriin, ja toimintokoodi on 04. Ylempi tietokone lukee anturin datakyselyn kehysmuotoa, ja alempi tietokoneen anturin datakyselykehysmuoto.

3.6 PT100 lämpötilalähetin - RTD PT100:n toimintaperiaate - lämpötila-anturin toimintaperiaate

PT100 lämpötilalähetintä käytetään muuntajan kehon lämpötilan mittaamiseen, korkeajännite ja matalajännitekaapelin lämpötila, se soveltuu erilaisiin teollisuuskohteisiin. Muuntaja tuottaa häviöitä käytön aikana, pääasiassa raudan ja kuparin hävikki, tunnetaan myös nimellä ydinhäviö ja kuormitushäviö. Kuparihäviö vaihtelee kuormitusvirran mukaan ja on verrannollinen kuormitusvirran neliöön. Muuntajan häviön laskentakaava on seuraava:

Kaavassa, P0 edustaa muuntajan aktiivista tehoa tyhjäkäynnissä nimellisjännitteellä; I1 ja I2 edustavat korkeajännitteistä linjavirtaa ja pienjännitteisen sivulinjan virtaa; R1 ja R2 edustavat korkeajännitteisen puolen resistanssia ja pienjännitepuolen vastusta.

PT100 lämpötilalähettimessä on RS485-väyläliitäntä, ja jokainen lämpötilalähetin voidaan liittää 4 PT100 lämpötila-anturit.

3.7 Vesiuppolähettimen toimintaperiaate

Johtuen laatikkosähköaseman peruskuoppaan alhaisesta vedenpinnasta, kaapelikaivantoon ja perustuskuoppaan on usein kerääntynyt vettä rankkasateen jälkeen, ja kaapelivuoto voi aiheuttaa turvallisuusriskin, joten epäsäännöllinen tarkastus ja tyhjennys vaaditaan. Tässä mallissa, vesiuppoanturia käytetään havaitsemaan veden kerääntyminen laatikon alusrakenteen peruskuoppaan. Vesiupotusanturi soveltaa nesteen johtavuuden periaatetta, ja käyttää elektrodeja veden havaitsemiseen. Valitse kosketintyyppinen vesiuppoilmaisin RS485-tiedonsiirtotoiminnolla. Vesiuppoilmaisimen toimintaperiaate on esitetty kuvassa 23.

4. Järjestelmäohjelmistojen suunnittelu

Järjestelmäohjelmiston suunnittelu sisältää kaksi osaa: 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. Mikrotietokoneeseen integroitu suojalaite, Älykäs verkkomittari ja älykäs anturi laatikkomuuntajan kenttäväylän lähiverkossa sisältävät sulautetun sovellusohjelmiston, joten tarvitaan vain laatikkomuuntajan kenttäohjaimen ohjelmistosuunnittelu.

4.1 Kenttäohjainohjelmiston suunnittelu laatikkotyyppiselle muuntajalle

Kotelomuuntajan kenttäohjain on sulautettu järjestelmä, ja sen ohjelmistojärjestelmä koostuu sovellusohjelmasta, API, sulautettu käyttöjärjestelmä ja BSP (hallituksen tukipaketti). Monien parametrien ominaisuuksien mukaan, 10kV älykkään laatikkotyyppisen muuntajan kenttäohjain kerää monia tehtäviä ja korkeat reaaliaikaiset vaatimukset, μC/OS-Ⅲ sulautettu reaaliaikainen käyttöjärjestelmä, jota käytetään laajasti kaupallisessa tuotekehityksessä ja opetustutkimuksessa, on valittu. μC/OS-Ⅲ pitää tehtävät pienimpänä yksikkönä, ja minkä tahansa tehtävän ei tarvitse välittää resurssien erityisestä hallintamenetelmästä, jonka käyttöjärjestelmä määrittää.

4.2 Laatikkotyyppisen muuntajan kenttäohjaimen ohjelmistosuunnittelu

Koko ohjelmistojärjestelmän suunnittelu perustuu älykkäistä instrumenteista koostuvaan hajautettuun järjestelmään, anturit, kenttäohjaimet ja pilvialustat, sekä sovellusohjelmistojen suunnittelua ja kehitystä. Tiedonsiirto ja vaihto, paikan päällä oleva ohjain ja Gizwits-pilvipalvelin käyttävät Gizwits-viestintäprotokollaa GPRS-laiteohjelmistossa tiedonsiirtoon ja vaihtoon. Kotelotyyppisen muuntajan kenttäohjaimen sovellusohjelmiston pääohjelman vuokaavio.

*Ohjelmiston pääohjelma. Ensimmäinen, alusta kaikki järjestelmän osat, kuten GPIO, sarjaportti, kello, muistin hallinta, jne., ja luo tehtäviä μC/OS-Ⅲ. STM32 suorittaa anturin tiedonkeruun ja käsittelyn, ja lähettää oikeat tiedot LCD-näytölle. Samaan aikaan, STM32 lähettää AT-komennot GPRS-G510-moduulille, vaihtaa tietoja, muodostaa yhteyden Gizwits-pilvialustaan LwM2M-protokollan kautta, ja arvioi, onko GPRS-viestintämoduuli yhdistetty onnistuneesti Gizwits-pilvipalvelimeen. Jos yhteys onnistuu, tiedonsiirto suoritetaan. Arvioi sitten, onko käsitelty data suurempi kuin asetettu kynnys.
Jos kyseessä on laatikkosähköaseman pieni vika, lähettää datatiedot mobiilisovellukseen pilvialustan kautta; jos kyseessä on yleinen vika, lähettää datahälytystiedot mobiilisovellukseen pilvialustan kautta, ja käynnistä GPRS-GA6-viestintämoduuli lähettääksesi hälytystiedot matkapuhelimen tekstiviestillä; jos se on vakava vika, datahälytystiedot lähetetään matkapuhelinsovellukseen pilvialustan kautta, ja GPRS-GA6-viestintämoduuli aktivoituu lähettämään hälytystiedot matkapuhelimen tekstiviestillä ja soittamaan esiasetettuun asiaankuuluvaan henkilöstöön.