Untwerp fan 10kV yntelligint box-type substasjon basearre op Gizwits IoT platfoarm + STM32

It 10kV yntelliginte box-type substasjon remote control systeem yntrodusearre yn dit artikel is ûntwurpen en ûntwikkele troch Tian Hui fan Xi'an University of Science and Technology.

It systeem nimt it ûntwerp fan in 10kV yntelligint doazeferoaringssysteem foar in studintappartemint yn in kolleezje as de technyske eftergrûn, en ûntwerpt in 10kV yntelligint box-feroarjende systeem basearre op de Internet of Things. It systeem bestiet út trije dielen: perception laach, kommunikaasje laach en applikaasje laach. De belibbingslaach is ferantwurdlik foar it sammeljen fan sensorgegevens en oerdracht nei it fjildcontroller.

Ynklusyf sekundêre systeemapparatuer lykas mikrocomputerbeskermingsapparaten, yntelliginte netwurk meters, en yntelliginte reaktive macht kompensaasje controllers, lykas ek omjouwingsdeteksjeapparatuer lykas temperatuer en fochtigens, reek, en wetter immersion sensors. De on-site controller brûkt STM32 ynbêde mikroprosessor, ynklusyf LCD display, stim alarm module, estafette en GPRS kommunikaasje module, ensfh.; de kommunikaasje laach brûkt GPRS draadloze kommunikaasje, dy't ferantwurdlik is foar de twa-wei gegevens oerdracht tusken de on-site controller en de wolk platfoarm; It Gizwits-wolkplatfoarm ûntwikkelet in kontrôlesysteem op ôfstân en mobile app foar transformators fan doazetype, dy't ferantwurdlik is foar de opslach, analyze en ferwurkjen fan doaze-type transformator operaasje gegevens.

This system finally realizes the user's remote monitoring of environmental parameters such as variable temperature and humidity, reek alarm en stichting put wetter, lykas elektryske parameters lykas stroom, foltaazje, frekwinsje en macht faktor, en apparatuer wurkje status fia de kompjûter WEB of mobile APP.

As d'r in abnormaliteit of flater is yn 'e wurking fan' e box-type transformator, it tafersjochsysteem beoardielet automatysk it flaternivo, en stjoert in alaarm troch ferskate kombinaasjes fan on-site bell, mobile telefoan APP, SMS en telefoan, ensfh., en meldt it oanbelangjende personiel om ferburgen problemen op 'e tiid te eliminearjen en elektryske ûngemakken te foarkommen. . It is geskikt foar tafersjoch op ôfstân en sintralisearre behear fan doaze transformatoren en macht distribúsje keamers, en kin sterk ferbetterje de yntelliginsje nivo en macht oanbod feilichheid en betrouberens fan macht distribúsje apparatuer yn skoallen, bedriuwen en mienskippen.

1. Ynlieding

Mei de bou en ûntwikkeling fan sosjale ekonomy en distribúsje netwurk, der binne mear en mear 10kV box transformers. It tradisjonele 10kV-doaze-type substasjon nimt oer it algemien de operaasjemodus oan fan ûnbewaakte en hânmjittich reguliere ynspeksje, dy't in lege graad fan yntelliginsje hat en ûntbrekt op ôfstân tafersjoch en foutalarmsystemen foar it miljeu en apparatuer. Op it stuit, mei de rappe ûntwikkeling fan smart sensor technology, ynbêde technology, kommunikaasje technology en cloud computing technology en it ferminderjen fan kosten, it 10kV smart box-type substasjon basearre op it Internet of Things is de bêste kar wurden foar it opwurdearjen en transformearjen fan tradisjonele box-type substations.

It yntelliginte doaze-type substasjon-monitoringsysteem op ôfstân basearre op it Internet of Things kin de doaze-type substasjon-omjouwing op ôfstân kontrolearje, bestjoeringssysteem parameters en status fan apparatuer yn real time. Lykas werjûn yn figuer 1.

Brûkers kinne miljeuparameters op ôfstân kontrolearje lykas temperatuer en fochtigens fan 'e doaze, smoke alarm, en wetter accumulation yn stichting pits, lykas elektryske parameters lykas stroom, foltaazje, frekwinsje, en macht faktor, en apparatuerstatus fia kompjûters as mobile APP's op elk momint. Wannear't de doaze substation rint abnormaal of mislearret, it tafersjochsysteem sil it oanbelangjende personiel automatysk ynformearje fia ferskate metoaden fan mobile tillefoan APP, SMS en telefoan neffens de flater nivo, om ferburgen fouten op 'e tiid te eliminearjen en elektryske ûngemakken te foarkommen.

10kV smart box-type substasjon basearre op it Internet of Things

It monitoaringssysteem op ôfstân fan it substasjon fan smart box-type bestiet út in "fjildbus LAN" binnen de doaze-type substation en in "wolk platfoarm breed gebiet netwurk" bûten it fak-type substation. Dit strukturele model kin tapast wurde op 'e ûntwikkeling fan systemen foar monitoring op ôfstân foar systemen foar monitoring op ôfstân foar sekundêre wetterfoarsjenningsapparatuer, residential elektrisiteit lading behear systemen, en elevator remote monitoring systemen te ferbetterjen de yntelliginsje en behear nivo fan tradisjonele apparatuer en it befoarderjen fan de opwurdearring fan tradisjonele yndustry. It hat goede applikaasje wearde.

2. Algemiene programma ûntwerp

It ûntwerp fan substasjon fan smart box-type basearre op it Internet of Things is basearre op it ûntwerp fan in 10kV substasjon fan smart box-type yn in kolleezje studint appartemint. It primêre systeemûntwerp fan 'e 10kV yntelliginte box-type transformator is itselde as dat fan' e tradisjonele 10kV box-type transformator, en it hat de neiging om folwoeksen te wêzen. Dit artikel rjochtet him op it yntelliginte ûntwerp fan 'e 10kV smart box-type transformator. It folgjende is in koart oersjoch fan 'e ûntwerpynhâld fan it primêre systeem fan' e 10kV smart box-type transformator.

2.1 Primêr systeem ûntwerp fan 10kV yntelligint box-type substation

De macht load fan No. 5 studint appartemintegebou yn in universiteit is benammen ferljochting, kompjûters en nij tafoege air conditioner loads. Elts sliepseal wurdt berekkene as 8 folk, de ljochtlast is 100W, eltse studint kompjûter load is 200W, en elke 1.5P split-type hanger is nij ynstalleare mei airconditioning De krêft is 1.3kW, en de lading fan in inkele sliepkeamer is 3.0kW. Neffens de "Yndustriële en Boargerlike Power Supply and Distribution Design Manual", the dormitory's power load demand coefficient is 0.7, en de macht faktor is 0.8.

Sjoen de tanimming fan de elektrisiteitslast fan it studinteappartement yn 'e takomst, de transformator moat in bepaalde marzje reservearje, en de transformator mei in kapasiteit fan 1000kVA wurdt selektearre. Sjoen de inisjele ynvestearringskosten en bedriuwskosten fan 'e transformator, en ek de easken fan it lanlik belied foar enerzjybesparring en útstjitreduksje, de leech-ferlies folslein ôfsletten oalje-ûnderdompele transformator S13-M-1000/10-0.4 is selektearre foar dit doel.

Op grûn fan load statistyske berekkening, koartsluting berekkening, ferifikaasje fan dynamyske stabiliteit en ferifikaasje fan termyske stabiliteit, de wichtichste apparatuer fan it primêre systeem fan de doaze-type transformator wurdt selektearre. De spesifike modellen en technyske parameters fan 'e wichtichste apparatuer fan it primêre systeem wurde werjûn yn' e tabel 3, Tafel 4, Tafel 5 en tabel 6.

Neffens de ûntwerpeasken fan 'e No. 5 studint appartemint projekt box substation en de primêre systeem design berekkening, it haadbedradingsdiagram fan it ûntworpen primêre systeem fan 'e No. 5 studint appartemint box substation wurdt werjûn yn figuer 2.

Stal 2 : De wichtichste wiring diagram fan it primêre systeem fan in doaze-type substation yn in studint appartemint yn in universiteit

2.2 Intelligent ûntwerpskema fan 10kV Box Transformer

Rjochte op de ûntwerpdefekten en problemen besteande yn it operaasjebehear fan it tradysjonele 10kV-doaze-substasjon, de kaai foar it oplossen fan it probleem leit yn de bou fan in sletten-loop systeem foar de detectie, remote tafersjoch en alarm fan de yntelliginte box-type substasjon omjouwing en apparatuer, en it ûntwerp hat tafersjoch op ôfstân fan 'e bedriuwsomjouwing en elektryske apparatuer., ambient temperatuer en vochtigheid, smoke alarm, en wetter yn 'e kabelgrêft, likegoed as spanning, aktueel, aktive krêft, reaktive krêft, krêftfaktor, kabel temperatuer, transformator transformator, ensfh.

Lichaamstemperatuer en gas alarm sinjaal en oare apparatuer bestjoeringssysteem parameters, remote control exhaust fan, mikrocomputer beskerming apparaat en circuit breaker switch.

It systeem oannimt tûke ynstruminten en tûke sensoren mei kommunikaasjefunksjes dy't gewoanlik brûkt wurde yn yndustryterreinen, en stjoert de sammele gegevens oan it fjild controller fia fjild bus kommunikaasje, en de fjildkontrôler stjoert de gegevens nei de tsjinner of wolkhostkomputer fia in draadloze of bedrade kommunikaasjemodule. Realisearje funksjes lykas telemetry, remote signaling en remote control.

It kontrôlesysteem op ôfstân fan 10kV yntelliginte doazetransformator basearre op it Internet of Things brûkt yntelliginte ynstruminten en sensoren mei digitale twa-wei kommunikaasjefunksje, en unifoarm oannimt standert RS485 bus ynterface en Modbus-RTU kommunikaasje protokol. It kontrôlesysteem op ôfstân fan yntelliginte doazetransformator basearre op it Internet of Things is gearstald út trije dielen: de belibbingslaach, de kommunikaasjelaach en de applikaasjelaach.
* Perception laach: fia ferskate tûke meters en tûke sensoren om ferskate omjouwings te sammeljen, apparatuer bestjoeringssysteem parameters en apparatuer wurkje status fan de doaze transformator, en stjoer de gegevens nei it fjild controller fia de RS485 bus. De fjildcontroller hat in ynboude bestjoeringssysteem en hat gegevenssammeling, Computing, ferwurkjen en kontrôle funksjes.
* Kommunikaasje laach: Dizze laach is de ferbining en keppeling fan gegevensoerdracht en útwikseling, en is ferantwurdlik foar de twa-wei oerdracht fan gegevens tusken de wolk platfoarm en de on-site controller. Neffens de eigentlike kommunikaasjebetingsten fan 'e box-type transformator, ferskate kommunikaasjemetoaden lykas bedrade optyske kabel, Ethernet of draadloze GPRS kin selektearre wurde om gegevens oer te stjoeren nei it wolkplatfoarm.
*Applikaasje laach: Untwerp en ûntwikkelje in kontrôlesysteem op ôfstân foar transformators fan doazetype op it wolkplatfoarm, ferantwurdlik foar it ferstjoeren, ûntfangst en ferwurking fan histoaryske gegevens, kontrôle op ôfstân fan bestjoeringsparameters fan box-type transformator, en rekord opslach en analyze fan evenemint operaasje gegevens. En ûntwikkelje WEB en mobile APP op it wolkplatfoarm, de elektricien yn tsjinst kin op elk momint de operaasjegegevens en de wurkstatus fan apparatuer fan 'e doazetransformator kontrolearje fia de kompjûter as mobile APP.

3. Systeem hardware ûntwerp

3.1 RS485 bus lokaal gebiet netwurk fan de doaze transformator site

Mei de ûntwikkeling en foarútgong fan ynbêde technology en de fermindering fan kosten, in protte detection ynstruminten, sensors en actuators hawwe ynboude mikroprozessors foar de tekortkomingen en problemen fan ynformaasje oerdracht fan tradisjonele fjildapparatuer fan boxtype, dy't ADDA-konverzje en linearisaasje en digitale filtering kin foltôgje. In serial kommunikaasje gegevens ynterface wurdt tafoege binnen dizze digitale fjild apparaten, en de seriële twa-wei kommunikaasje tusken fjild apparaten kin wurde realisearre troch it brûken fan in unifoarme standert kommunikaasje protokol.

Benammen brûkt yndustriële bus netwurk op it stuit.

Ien fan 'e kaaien foar it ûntwerp fan it kontrôlesysteem op ôfstân foar transformators fan smart box-type is it selektearjen fan tûke ynstruminten en sensoren mei digitale twa-wei kommunikaasjefunksjes, en om standert en ferienige busynterfaces en kommunikaasjeprotokollen oan te nimmen. Begjin fan 'e yngenieurpraktyk fan it 10kV smart box-type transformaasje-ûntwerp yn' e No. 5 studint appartemint, de RS485 bus en Modbus-RTU kommunikaasje protokol algemien stipe troch smart sensors wurde selektearre.

Neffens it haadbedradingsdiagram fan it primêre systeem fan in doaze-transformator yn in studintappartemint yn in kolleezje en it systeemblokdiagram fan it 10kV yntelliginte doaze-transformator-monitorsysteem op ôfstân, it systeemhardware-ûntwerp nimt de doaze-transformator-fjildkontrôler as de kearn, en bestiet út in mikrocomputer yntegrearre beskerming apparaat, in yntelliginte netwurk meter en in yntelliginte reaktive macht Sekundêre systeem apparatuer lykas compensators, en omjouwingsdeteksjesensors lykas temperatuer en fochtigens reek sensoren, PT100 temperatuersensors en wetterynbraaksensors foarmje it RS485-bus lokale gebietnetwurk fan 'e doaze-oan-doaze transformaasjeside. It RS485 bus lokaal gebiet netwurk systeem diagram fan de doaze transformator wurdt werjûn yn figuer 4.

RS485 bus lokaal gebiet netwurk systeem diagram fan de doaze-type transformaasje site

(1) RS485 serial kommunikaasje bus

De kommunikaasje modus fan RS485 bus is master-slave modus, en de master apparaat polls elk slave apparaat foar kommunikaasje, en ien-nei-multi-punt netwurken kinne wurde oprjochte om in ferspraat systeem te foarmjen. De RS485-ynterface is in breed brûkte serial ynterface mei lege snelheid, en de RS485 ynterface hat de folgjende skaaimerken.
* RS485 ynterface.

RS485 ynterface kommunikaasje oannimt differinsjaaloperator transmissie modus, en hat in kombinaasje fan lykwichtige bestjoerder en differinsjaaloperator ûntfanger, en brûkt it spanningsferskil oan beide úteinen fan 'e kabel om sinjalen oer te stjoeren, dy't sterk fersterket de mooglikheid om te wjerstean mienskiplike-modus ynterferinsje en anty-lûd ynterferinsje.
* RS485 bus hat hege oerdracht taryf en lange oerdracht ôfstân. De maksimale oerdracht ôfstân is oer 1200 meters, en de maksimale oerdracht taryf is 10Mbps; syn oerdracht taryf is omkeard evenredich mei de oerdracht ôfstân, en de maksimale oerdracht ôfstân kin berikt wurde as de taryf is ûnder 20kbps.
* Stypje meardere knopen. Oer it algemien, in RS485 bus loop kin teoretysk stypje 247 apparaat knopen.

(2) Modbus-RTU serial kommunikaasje protokol

It Modbus-protokol wurdt tapast op it yndustriële busnetwurk. Troch it protokol, gegevenskommunikaasje kin wurde útfierd tusken de controller en de fjildapparatuer. De apparatuer produsearre troch ferskate fabrikanten kin in yndustrieel busnetwurk tafersjochsysteem foarmje nei in unifoarm protokol. It protokol hat in master-slave-struktuer, ien master knooppunt yn it netwurk, en de oaren binne slaveknooppunten, en elke slaafknoop hat in unyk apparaatadres.

Yn de serial bus netwurk, de master node begjint in kommando, en alle slave-apparaten sille it kommando ûntfange. It kommando Modbus befettet it adres fan it slave-apparaat dat it kommando útfiert, en de slaaf apparaat oanwiisd troch de master apparaat reagearret earst en dan fiert it kommando. D'r binne kontrôlesummen yn 'e Modbus-kommando's om te soargjen dat de oankommende kommando's net beskeadige binne. Modbus-kommando's kinne de RTU ynstruearje om syn registerwearde te feroarjen, lêze of kontrolearje de I / O haven, en bestel it apparaat om ien of mear registergegevens werom te jaan.

Modbus befettet ASCII, RTU en TCP trije berjochttypen. ASCII oerdracht modus, kontrôle nûmmer: LRC, lege oerdracht effisjinsje, mar yntuïtyf, ienfâldich en maklik te debuggen. RTU oerdracht modus, mei help fan CRC check, hege transmission effisjinsje, wat yngewikkelder as ASCII. Oer 't algemien, as de hoemannichte gegevens dy't moatte wurde oerdroegen lyts is, Jo kinne beskôgje it ASCII-protokol te brûken; as de hoemannichte gegevens dy't oerdroegen wurde relatyf grut is, it is it bêste om it RTU-protokol te brûken. Om dizze reden, de yntelliginte ynstruminten en sensoren fan dit systeem nimme de Modbus-RTU kommunikaasje modus unifoarm oan.

3.2 Hardware Untwerp fan Field Controller fan Box Transformer

De fjildkontrôler fan 'e doazetransformator is gearstald út in ynbêde systeem. It ynbêde systeem is applikaasje-sintraal, software en hardware kinne wurde oanpast, en realisearret apparatuer automatisearring, yntelliginsje, en remote monitoring funksjes. It is benammen gearstald út ynbêde mikroprocessors, relatearre hardware, ynbêde bestjoeringssystemen, en applikaasje software systemen.

(1) STM32 microprocessor minimum systeem

It minimale systeem fan ynbêde mikroprosessor omfettet ynbêde mikroprosessor, reset circuit en debuggen circuit. De klok circuit jout de fereaske eksterne klok sinjaal, de reset circuit jout in ferienige initial steat, en de debuggen circuit jout in ynterface foar programma download en debuggen.
* Ynsletten microprocessor opsje. Neffens de easken fan it 10kV yntelliginte box transformator remote monitoring systeem foar de prestaasjes fan de on-site controller, dit systeem kiest de STM32F103ZET6-chip as de kearnmikroprosessor fan 'e on-site controller. STM32F103ZET6 ynbêde mikroprosessor, MCU hat hege yntegraasje, leech enerzjyferbrûk, en hege kosten prestaasjes. It is geskikt foar ferskate tapassingseasken yn it yndustriële medyske fjild, en kin foldwaan oan de easken fan gegevens akwisysje en real-time ferwurking fan dit systeem.
* Crystal oscillator circuit. It kristal oscillator circuit leveret in fêste frekwinsje puls oan 'e mikroprosessor om de mikroprosessor normaal te wurkjen. De STM32 mikroprosessor hat twa kristal oscillators, de 8MHz crystal oscillator soarget foar in eksterne hege-snelheid klok, en de 32.768KHz kristaloscillator leveret in eksterne klok mei lege snelheid.

* Reset circuit. De funksje fan it microprocessor reset circuit is om it systeem opnij te starten. As it systeem mislearret, druk op de reset knop om it apparaat opnij te starten. Meastal, it reset circuit brûkt in sinjaal op leech nivo om opnij te begjinnen.

(2) Power circuit design

It systeem selekteart in eksterne DC-oanfier mei in nominale spanning fan 12V (2IN), en kiest in DC 5V (2IN) stromadapter mei in USB-ynterface om macht te leverjen oan 'e fjildkontrôler. De 12V DC-voeding is ferbûn mei it kontrôleboerd, en de DC 12V Netzteil wurdt dellein om in DC 5V Netzteil te krijen fia de LM2596S step-down module. De 5V-spanning wurdt dan troch de AMS1117-3.3V-regulator-chip trochjûn om in 3.3V-spanning te krijen om macht te leverjen oan de STM32-chip. It circuit diagram fan LM2596S en AMS1117-3.3V Netzteil regulator wurdt werjûn yn figuer 8.

(3) RS485 ynterface nei TTL module

De RS485-ynterface nei TTL-module realisearret de twa-wei-konverzje en kommunikaasje fan RS485-sinjaal en TTL-sinjaal, mar it sinjaal moat wurde útfierd ôfwikseljend, en kin net tagelyk yn twa rjochtingen útfierd wurde. Alle fjildapparaten brûke dizze module om te ferbinen mei de mikrocontroller, en de wiring diagram wurdt werjûn yn figuer 9.

Wiring Diagram fan TFT-LCD en STM32 MCU - Stal 9

(4) LCD display module

Sûnt de on-site controller fan it doaze-type remote monitoringsysteem moat in protte sifers en karakters werjaan, in 2,8-inch TFT-LCD LCD-display wurdt selektearre as displaymodule, en der is in ILI9341 controller binnen. Betink STM32 kin kommunisearje mei ILI9341 fia SPI ynterface, 8080 ynterface of RGB ynterface. Om in flugger ferfarskingsfrekwinsje te berikken, TFT-LCD brûkt 8080 parallel data bus ynterface. STM32 útfiert gegevens nei it ILI9341-controllerûnthâld fia de fariabele statyske ûnthâld FSMC-module.

(5) Stim alarm module

As de STM32 mikroprosessor detektearret dat d'r in abnormaliteit of fout is yn 'e operaasjegegevens fan' e doazetransformator, it sil in berjocht stjoere nei de seriële poarte en in stimalarm begjinne. De stimalarmmodule selekteart de meast brûkte stimchip SYN6288, en stjoert automatysk stimalarmynformaasje út neffens it programmearre programma. It systeem brûkt GB2312 koade, dy't geskikt is foar ynformaasje-útwikseling yn Sineeske karakterferwurking en Sineeske karakterkommunikaasje. De SYN6288 herkent ek nûmers akkuraat, tiden en datums, en meast brûkte ienheden fan mjitting.

(6) Relay module

De fjildkontrôler selekteart in groep 2-way optocoupler isolaasje relais modules om it iepenjen en sluten fan 'e DC 12V alarmbel en fan te kontrolearjen, en it 220V AC solid state relais kin wurde selekteare neffens it type stroomfoarsjenning en krêft fan 'e doaze-type útlaatventilator. Elts estafette circuit module hat normaal iepen en normaal sletten kontakten, lykas LED status yndikaasje; elk estafette circuit wurdt isolearre troch optocouplers, en is foarsjoen fan in freewheeling diode om de opwekke spanning fan it estafette los te meitsjen en it foarige sirkwy te beskermjen. Wannear't de ambient temperatuer fan de doaze transformator grutter is as in bepaald berik, de on-site controller útfiert in heech nivo, en ien optocoupler isolaasje estafette fungearret te skeakeljen de fan te cool down; as serieuze flaters lykas oermjittige reekkonsintraasje foarkomme, de kontrôler driuwt in oar optocoupler-isolaasjerelais om te ferbinen De alarmbellus stjoert in alarm. Foar it wurkprinsipediagram fan it estafette en it ferbiningsdiagram tusken de estafettemodule en de STM32-chip, nim dan kontakt op mei de fabrikant en stjoer it fersyk.

(7) Kommunikaasje module

Neffens de ûntwerpeasken fan it 10kV yntelliginte doaze-transformator-monitorsysteem op ôfstân, de kommunikaasje tusken de yntelliginte box-transformator en de wolk kiest de GPRS-draadloze kommunikaasjemetoade mei lege ferkearskosten. Gizwits firmware GPRS module.
*Gizwits firmware GPRS module (G510_GAgent firmware). Dizze module is in applikaasjeprogramma dat rint op ferskate kommunikaasjemodules, it leverjen fan funksjes lykas twa-wei oerdracht fan gegevens fan wolk en produktapparatuer, apparaat konfiguraasje yn it netwurk, ûntdekking en bining, en programma upgrades. It circuitdiagram tusken de GPRS-module en de haadkontrôler kin wurde krigen troch kontakt te meitsjen mei de fabrikant.

*GPRS-GA6 module. Dizze module kin de oerdracht fan stim realisearje, koart berjocht en gegevens mei lege macht konsumpsje. It is geskikt foar ferskate ûntwerpeasken yn M2M-applikaasjes, benammen foar it ûntwerp fan kompakte produkten. Twads, de kommunikaasje protokol oannimt UART serial poarte bus oerdracht, brûkt standert AT-kommando's om de module te kontrolearjen, en selektearje de baud rate fan 115200bps. Nim kontakt op mei de IoT fabrikant foar de ferbining circuit diagram fan de GPRS-GA6 module en de STM32 mikrocontroller.

3.3 Microcomputer wiidweidich beskerming apparaat

Neffens de spesifikaasjes foar beskerming fan krêfttransformatoren (GB/T 50062-2008), 10kV-transformatoren moatte normaal oerstreambeskerming ynstalleare mei tiidlimyt. De mikrocomputer beskerming apparaat hat de beskerming, mjitting en kontrôle funksjes fan transformators en linen, lykas de funksjes fan gegevenswinning, tafersjoch en systeem sels-ynspeksje, en hat hege gefoelichheid en betrouberens.

Neffens de ûntwerpeasken fan 'e 10kV yntelliginte fakferoaring yn' e studintappartemint, de Ankerui AM3-I mikrokomputer wiidweidich beskermingsapparaat mei RS485-kommunikaasje is selektearre, mei IA, IB, IC, UA, UB, UC, P, Q, Fr en oare elektryske Parametermjitting, 8-kanaal eksterne switch sinjaal acquisition, en circuit breaker remote control iepening en sluten operaasjes en oare funksjes. De wiring terminal diagram fan AM3-I mikrocomputer beskerming apparaat is as folget:

Wiring terminal diagram fan AM3-I mikrocomputer beskerming apparaat

3.4. Smart netwurk meter

Slimme netwurkmeters wurde brûkt om elektryske parameters te detektearjen lykas trije-faze stroom, spanning en macht fan lege-voltage macht distribúsje circuits, lykas de iepenings- en slutingsstatus fan isolearjende skeakels en circuit breakers. Neffens de ûntwerpeasken fan it sekundêre systeem fan 10kV yntelliginte boxtransformator, Ankerui ACR yntelliginte netwurk meter mei RS485 kommunikaasje funksje wurdt selektearre, en it bedrading diagram fan ACR yntelliginte netwurk meter en leechspanning hjoeddeistige transformator en it bedrading diagram fan switch input en output wurde selektearre.

ACR smart netwurk meter low-voltage hjoeddeistige transformator en digitale ynfier- en útfier wiring diagram

ACR smart netwurk meter oannimt Modbus-RTU protokol, dy't machtparameters mjitte en sammelje kinne. De skeakelynfierfunksje kin de skeakelstatus fan 'e isolearjende switch en circuit breaker detektearje, en de relaisútfierfunksje kin de circuit breaker op ôfstân yn- en útsette. De ACR yntelliginte netwurk meter hat in unifoarm plan foar de kommunikaasje adres tabel, dy't de trije funksjes op ôfstân fan telemetry kinne realisearje, remote signaling en remote control.

(1) AD-konverzje en berekkening fan AC analoog sinjaal

De 3 faze voltage sinjalen en 3 aktuele sinjalen (hjoeddeistige transformator útfier sinjalen) direkt sammele troch de ACR smart netwurk meter binne allegear analoge hoemannichten, dy't moatte wurde omset yn digitale sinjalen dy't kinne wurde werkend troch de CPU foar gegevens ferwurking. Earste, de 3 faze voltages fan 220V en 3 hjoeddeistige analogen wurde omfoarme ta leechspanningssignalen fia de converter, en omboud ta de spanning tastien troch de AD converter fia in spanning foarmjende lus; , omboud ta in digitaal sinjaal troch AD en ynfier nei de CPU. It skematyske diagram fan it sampling- en AD-konverzjeproses fan 'e AC analoge kwantiteit kin wurde krigen troch kontakt te meitsjen mei de fabrikant.

* Analoge spanningskonverzje en leechpassfiltering. De funksje fan it spanningsfoarmjende circuit is om de elektrisiteit elektrysk te isolearjen en te transformearjen. Meastal, de AD-konverter fereasket dat it ynfiersinjaal ± 5V en ± 10V is, sadat de transformaasjeferhâlding fan 'e spanningskonverter kin wurde bepaald. Low-pass filters wurde ferdield yn passive filters en aktive filters. Aktive filters binne gearstald út capacitors, wjerstannen en yntegreare operasjonele fersterkers, dy't it sinjaal fersterkje by it filterjen. Passive filters hawwe allinich filterfunksjes, mar gjin sinjaalfersterkingsfunksjes.
* Analog sinjaal sampling. The sampling process should follow Shannon's sampling theorem, dat is, de sampling frekwinsje moat net minder as 2 kear de heechste frekwinsje fan it ynfier sinjaal. It samplingproses is heul rap. De hjoeddeistige AD-konverter-sampling hat it nanosekonde-nivo berikt, wylst de sampling perioade fan de macht systeem automatyske apparaat is op it millisekonde nivo, sadat de spannings- en aktuele sinjalen fan 'e seis loops ien AD-konverter diele kinne, mar de sampling circuit moat wurde foarsjoen fan in stekproef-en-hold apparaat en in multiplexer switch.
* Konvertiere AD. AD converters befetsje opienfolgjende approximation, yntegraal, telle, parallel ferliking, en VFC spanning-frekwinsje converters. De opienfolgjende approximation AD converter is in fertsjintwurdiger fan sawol snelheid as presyzje yn 'e ADC, en it hat in hegere konverzje resolúsje op in hegere konverzje taryf.

(2) Heal syklus absolute wearde yntegraasje algoritme fan sinusoidal elektryske kwantiteit

De kaai fan it softwarealgoritme is om de krektens en snelheid fan 'e algoritme-operaasje te ferbetterjen. De kaai fan it AC-samplingalgoritme fan 'e tûke meter is om op te lossen hoe't jo de amplitude as effektive wearde fan it sinusoïdale samplingsignaal kinne berekkenje neffens de momentane wearde fan it sinusoïdale sinjaal. It meast brûkte algoritme foar sinushoeveelheden is it heale syklus absolute wearde yntegraasje algoritme. It prinsipe fan it heale syklus absolute wearde yntegraasje algoritme is dat de yntegraal fan 'e absolute wearde fan' e sinus kwantiteit yn elke heale syklus is in konstante S, en de yntegraal wearde konstante S hat neat te krijen mei de yntegraal start hoeke . De heale syklus absolute wearde yntegraasje algoritme basearre op de sinus funksje model wurdt werjûn yn figuer 19.

Algoritme fan heal-syklus absolute wearde yntegraasje basearre op sinus funksje model

De útdrukking foar it berekkenjen fan de effektive wearde fan 'e aktuele troch it brûken fan it yntegraal algoritme foar absolute wearde fan' e heale syklus wurdt werjûn yn 'e figuer hjirûnder:

Yn de formule, S stiet foar de yntegraal fan 'e absolute wearde binnen in heale syklus; I stiet foar de effektive wearde fan de hjoeddeiske; i stiet foar de momentane wearde fan 'e stroom; w stiet foar de hoeksnelheid; T stiet foar de AC macht syklus; f stiet foar de AC macht frekwinsje; N stiet foar it oantal samples yn ien syklus ; Ts stiet foar de samplingperioade.

3.5 RS485 temperatuer en vochtigheid reek sensor

Yn betinken nommen dat de macht oanbod line yn de box-type transformator kin hawwe lekkage, oerlêst, koartsluting en oermjittich kontaktresistinsje, dy't brân feroarsaakje kinne, en it mislearjen fan 'e transformator dy't ûnderdompele yn brânstofoalje kin brân feroarsaakje. Dêrom, it is nedich om in reeksensor te ynstallearjen yn 'e box-type transformator foar brândeteksje fan' e box-type transformator. Om potinsjele flaters betiid te ûntdekken. Om de mjitting krektens te garandearjen en de kosten tagelyk te ferminderjen, de RS485 temperatuer, Feuchte en reek trije-yn-ien sensor wurdt brûkt om detect de temperatuer, fochtigens en reekkonsintraasje yn 'e doazetransformator. De temperatuer en vochtigheid sensor brûkt de SHT30-sonde. On-site surge en puls ynterferinsje. De sensor hat 4 triedden: read, swart, giel, en grien. Foar de spesifike wiring metoade fan de temperatuer en vochtigheid reek sensor, nim dan kontakt op mei de IoT-fabrikant.

De tûke meters en sensoren ûntworpen yn dit systeem nimme it Modbus-RTU-protokol oan, dat kin kommunisearje betrouber binnen de folsleine baudrate berik fan 1200-115200. De baudrate fan smart meters en sensors is unifoarm ynsteld op 9600bps. It datatransmissionformaat en datakonverzjeformaat fan 'e sensor binne as folget:
Sensor data query frame format. De sensor folget it standert Modbus-RTU protokol, en de sensor lêzing wurdt opslein yn de holding register, en de funksje koade is 04. De boppeste kompjûter lêst it frame-formaat fan 'e sensorgegevens, en de legere kompjûter sensor data inquiry frame opmaak.

3.6 PT100 temperatuer stjoerder - wurkje prinsipe fan RTD PT100 - wurkje prinsipe fan temperatuer sensor

PT100 temperatuerstjoerder wurdt brûkt om transformator lichemstemperatuer te detektearjen, hege spanning en lege spanning kabel temperatuer, it is geskikt foar ferskate yndustryterreinen. Transformer sil produsearje ferliezen tidens operaasje, benammen izerferlies en koperferlies, ek bekend as kearnferlies en loadferlies. Koperferlies feroaret mei de ladingstrom en is evenredich mei it kwadraat fan 'e ladingstrom. Formule foar berekkening fan transformatorferlies is as folget:

Yn de formule, P0 stiet foar de aktive krêft fan 'e transformator yn operaasje sûnder laden by de nominale spanning; I1 en I2 fertsjintwurdigje de heechspanningslinestroom en de leechspanningssidelinestroom; R1 en R2 fertsjintwurdigje de hege spanning side ferset en de leechspanning side ferset.

De PT100 temperatuerstjoerder is ynbêde mei RS485 busynterface, en elke temperatuerstjoerder kin wurde ferbûn oan 4 PT100 temperatuer sensoren.

3.7 Wurkprinsipe fan wetter immersion stjoerder

Troch it lege wetterpeil fan de kiste substasjon stichtingsput, der is faaks wetterophoping yn de kabelsleat en fundearringsput nei de swiere rein, en der is in potinsjele feiligens gefaar fan kabel leakage, sa ûnregelmjittige ynspeksje en ôfwettering binne nedich. Yn dit ûntwerp, de wetterdompelsensor wurdt brûkt om de wetterakkumulaasje te detektearjen yn 'e stiftingsput fan' e doazeûnderbou. De wetterdompelsensor tapast it prinsipe fan floeibere konduksje, en brûkt elektroden om te detektearjen oft der wetter is. Selektearje in kontakt type wetter immersion detector mei RS485 kommunikaasje funksje. It wurkprinsipe fan 'e wetterdompeldetektor wurdt werjûn yn figuer 23.

4. Systeem software ûntwerp

It ûntwerp fan systeemsoftware omfettet twa dielen: 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. De mikrocomputer yntegreare beskermingsapparaat, smart netwurk meter en smart sensor yn it fjild bus lokale gebiet netwurk fan de doaze transformator hawwe ynbêde applikaasje software, sa is allinich it ûntwerp fan it softwareprogramma fan 'e fjildkontrôler fan' e doazetransformator fereaske.

4.1 Ûntwerp fan fjild controller software foar box-type transformator

De fjildkontrôler fan 'e doazetransformator is in ynbêde systeem, en syn software systeem is gearstald út applikaasje programma, API, ynbêde bestjoeringssysteem en BSP (board stipe pakket). Neffens de skaaimerken fan in protte parameters, in protte taken en hege realtime easken sammele troch de fjildkontrôler fan 'e 10kV yntelliginte box-type transformator, de μC / OS-Ⅲ ynbêde real-time bestjoeringssysteem, dat wurdt in protte brûkt yn kommersjele produktûntwikkeling en ûndersiikûndersyk, selektearre is. μC/OS-Ⅲ beskôget taken as de lytste ienheid, en elke taak hoecht net te soargen oer de spesifike behearmetoade fan boarnen, dat wurdt bepaald troch it bestjoeringssysteem.

4.2 Software programma ûntwerp fan fjild controller fan box-type transformator

It hiele ûntwerp fan it softwaresysteem is basearre op it ferspraat systeem dat bestiet út yntelliginte ynstruminten, sensors, fjild controllers en wolk platfoarms, en it ûntwerp en ûntwikkeling fan tapassingssoftware wurdt útfierd. Gegevens oerdracht en útwikseling, de kontrôler op it plak en de Gizwits-wolkserver brûke it Gizwits-kommunikaasjeprotokol yn 'e GPRS-firmware foar gegevensoerdracht en útwikseling. It haadprogramma-streamdiagram fan 'e fjildcontrollerapplikaasjesoftware fan' e box-type transformator.

*Software haadprogramma. Earste, inisjalisearje alle dielen fan it systeem, lykas GPIO, serial poarte, klok, ûnthâld behear, ensfh., en meitsje taken yn μC / OS-Ⅲ. STM32 fiert sensorgegevenswinning en ferwurking út, en stjoert korrekte ynformaasje nei LCD display. Tagelyk, de STM32 stjoert AT-kommando's nei de GPRS-G510-module, data útwikselje, ferbynt mei it Gizwits-wolkplatfoarm fia it LwM2M-protokol, en oardielet oft de GPRS-kommunikaasjemodule mei súkses ferbûn is mei de Gizwits-wolktsjinner. As de ferbining suksesfol is, gegevens oerdracht wurdt útfierd. Beoardielje dan oft de ferwurke gegevens grutter binne as de ynstelde drompel.
As it is in lytse flater fan it fak substation, stjoer de gegevensynformaasje nei de mobile APP fia it wolkplatfoarm; as it in algemiene mislearring is, stjoer de gegevensalarmynformaasje nei de mobile APP fia it wolkplatfoarm, en start de GPRS-GA6-kommunikaasjemodule om de alarmynformaasje te stjoeren fia de mobile tillefoan SMS; as As it is in serieuze skuld, de gegevensalarmynformaasje sil stjoerd wurde nei de APP foar mobile tillefoan fia it wolkplatfoarm, en de GPRS-GA6-kommunikaasjemodule sil aktivearre wurde om de alarmynformaasje te stjoeren fia it tekstberjocht fan 'e mobile tillefoan en it ynstelde relevante personiel te skiljen.