10 kV-os intelligens doboz típusú alállomás tervezése Gizwits IoT platformon + STM32

A cikkben bemutatott 10 kV-os intelligens dobozos alállomási távirányító rendszert Tian Hui, a Xi'an Tudományos és Technológiai Egyetem tervezte és fejlesztette..

A rendszer mérnöki háttérként egy 10kV-os intelligens dobozcserélő rendszer tervezését veszi egy főiskolai diáklakásba., és 10kV-os intelligens dobozváltó rendszert tervez az alapján A dolgok internete. A rendszer három részből áll: észlelési réteg, kommunikációs réteg és alkalmazási réteg. Az észlelési réteg felelős az érzékelő adatok gyűjtéséért és továbbításáért a terepi vezérlőhöz.

Beleértve a másodlagos rendszerberendezéseket, például a mikroszámítógép-védelmi eszközöket, intelligens hálózati mérőórák, és intelligens meddőteljesítmény kompenzációs vezérlők, valamint környezetérzékelő berendezések, például hőmérséklet és páratartalom, füst, és vízmerülés érzékelők. A helyszíni vezérlő STM32 beágyazott mikroprocesszort használ, beleértve az LCD kijelzőt, vészhangosítási modul, relé és GPRS kommunikációs modul, stb.; a kommunikációs réteg GPRS vezeték nélküli kommunikációt használ, amely a helyszíni vezérlő és a felhőplatform közötti kétirányú adatátvitelért felelős; A Gizwits felhőplatform távfelügyeleti rendszert és mobilalkalmazást fejleszt doboz típusú transzformátorokhoz, amely a tárolásért felelős, doboz típusú transzformátor üzemi adatok elemzése és feldolgozása.

Ez a rendszer végre megvalósítja a környezeti paraméterek, például a változó hőmérséklet és páratartalom felhasználó általi távfelügyeletét, füstjelző és alapozógödör víz, valamint elektromos paraméterek, például áram, feszültség, frekvencia és teljesítménytényező, és a berendezés működési állapota a számítógépes WEB-en vagy mobilalkalmazáson keresztül.

Ha a doboz típusú transzformátor működésében rendellenesség vagy hiba lép fel, a felügyeleti rendszer automatikusan megítéli a hibaszintet, és riasztást küld a helyszíni csengő különböző kombinációival, mobiltelefon APP, SMS és telefon, stb., és értesíti az illetékes munkatársakat, hogy a rejtett hibákat időben hárítsák el és megelőzzék az elektromos baleseteket. . Alkalmas doboztranszformátorok és áramelosztó helyiségek távfelügyeletére és központosított kezelésére, és nagymértékben javíthatja az iskolai áramelosztó berendezések intelligencia szintjét és áramellátásának biztonságát és megbízhatóságát, vállalkozások és közösségek.

1. Bevezetés

Szociális gazdaság és elosztóhálózat kiépítésével, fejlesztésével, egyre több a 10kV-os doboztranszformátor. A hagyományos 10 kV-os doboz típusú alállomás általában a felügyelet nélküli és manuális rendszeres ellenőrzés üzemmódját alkalmazza, amely alacsony intelligenciával rendelkezik, és hiányzik a környezet és a berendezések távfelügyeleti és hibajelző rendszerei. Jelenleg, az intelligens érzékelő technológia rohamos fejlődésével, beágyazott technológia, kommunikációs technológia és számítási felhő technológia, valamint a költségek csökkentése, a 10 kV-os intelligens doboz típusú, a tárgyak internete alapú alállomás a legjobb választás lett a hagyományos doboz típusú alállomások korszerűsítésére és átalakítására.

Az intelligens doboz típusú alállomási távfelügyeleti rendszer, amely a Dolgok Internetén alapul, távolról tudja felügyelni a doboz típusú alállomási környezetet, működési paraméterek és a berendezések állapota valós időben. ábrán látható módon 1.

A felhasználók távolról felügyelhetik a környezeti paramétereket, például a doboz hőmérsékletét és páratartalmát, füstjelző, és a víz felhalmozódása az alapozási gödrökben, valamint elektromos paraméterek, például áram, feszültség, frekvencia, és teljesítménytényező, és a berendezés állapotát számítógépeken vagy mobilalkalmazásokon keresztül bármikor. Amikor a doboz alállomás rendellenesen működik vagy meghibásodik, a felügyeleti rendszer automatikusan értesíti az érintett személyzetet a mobiltelefon APP különböző módszereivel, SMS és telefon a hibaszintnek megfelelően, a rejtett hibák időben történő kiküszöbölése és az elektromos balesetek megelőzése érdekében.

10kV-os intelligens doboz típusú alállomás, amely a dolgok internetén alapul

A smart box típusú alállomás távfelügyeleti rendszere a "terepibusz LAN" a doboz típusú alállomáson belül és a "felhő platform nagy kiterjedésű hálózat" a doboz típusú alállomáson kívül. Ez a szerkezeti modell alkalmazható a másodlagos vízellátó berendezések távfelügyeleti rendszereinek távfelügyeleti rendszereinek fejlesztésére, lakossági villamosenergia-díj-kezelő rendszerek, és liftes távfelügyeleti rendszerek a hagyományos berendezések intelligenciájának és irányítási szintjének javítására, valamint a hagyományos iparágak korszerűsítésének előmozdítására. Jó alkalmazási értéke van.

2. Átfogó programtervezés

A tárgyak internete alapú smart box típusú alállomás tervezése egy 10 kV-os intelligens doboz típusú alállomás tervezésén alapul egy főiskolai hallgatói lakásban. A 10 kV-os intelligens dobozos transzformátor elsődleges rendszerkialakítása megegyezik a hagyományos 10 kV-os dobozos transzformátoréval, és inkább érett. Ez a cikk a 10 kV-os intelligens doboz típusú transzformátor intelligens kialakítására összpontosít. Az alábbiakban rövid áttekintést adunk a 10 kV-os smart box típusú transzformátor primer rendszerének tervezési tartalmáról.

2.1 10kV-os intelligens dobozos alállomás elsődleges rendszerterve

A teljesítményterhelés a sz. 5 Egyetemi diáklakásos épületek főként világítással foglalkoznak, számítógépek és újonnan hozzáadott klímaberendezések. Minden kollégium számítása a következőképpen történik 8 emberek, a világítás teljesítménye 100W, minden diák számítógép terhelése 200 W, és mindegyik 1,5P osztott típusú akasztó újonnan van felszerelve légkondicionálóval. A teljesítmény 1,3 kW, egy kollégium terhelése pedig 3,0kW. Szerint a "Ipari és polgári áramellátási és elosztási tervezési kézikönyv", a kollégium teljesítményterhelési igényének együtthatója az 0.7, a teljesítménytényező pedig az 0.8.

Figyelembe véve a diáklakás villamosenergia-terhelésének növekedését a jövőben, a transzformátornak le kell foglalnia egy bizonyos tartalékot, és az 1000kVA teljesítményű transzformátor kerül kiválasztásra. Figyelembe véve a transzformátor kezdeti beruházási költségét és üzemeltetési költségét, valamint a nemzeti energiatakarékossági és kibocsátás-csökkentési politika követelményeit, erre a célra az S13-M-1000/10-0.4 kis veszteségű, teljesen zárt olajbemerült transzformátort választottuk..

Terhelési statisztikai számítás alapján, rövidzárlat számítás, dinamikus stabilitás-ellenőrzés és hőstabilitás-ellenőrzés, a doboz típusú transzformátor primer rendszerének fő berendezése kerül kiválasztásra. Az elsődleges rendszer fő berendezéseinek konkrét modelljeit és műszaki paramétereit a táblázat tartalmazza 3, asztal 4, asztal 5 és táblázat 6.

számú tervezési követelményei szerint. 5 diáklakás projekt doboz alállomás és az elsődleges rendszer tervezési számítás, számú tervezett primer rendszerének fő kapcsolási rajza. 5 diáklakás doboz alállomás az ábrán látható 2.

Ábra 2 : A doboz típusú alállomás primer rendszerének fő kapcsolási rajza egy egyetemi diáklakásban

2.2 10 kV-os doboztranszformátor intelligens tervezési sémája

A 10kV-os hagyományos dobozos alállomás tervezési hibáira és problémáira törekedve, a probléma megoldásának kulcsa egy zárt hurkú észlelési rendszer felépítésében rejlik, Az intelligens doboz típusú alállomási környezet és berendezések távfelügyelete és riasztása, és a kialakítás rendelkezik az üzemi környezet és az elektromos berendezések távfelügyeletével. Az intelligens doboztranszformátor rendszer különféle funkciókkal képes gyűjteni és felügyelni a környezeti paramétereket, például a doboztranszformátor beléptetését, környezeti hőmérséklet és páratartalom, füstjelző, és vizet a kábelárokban, valamint a feszültség, jelenlegi, aktív teljesítmény, meddő teljesítmény, teljesítménytényező, kábel hőmérséklet, transzformátor transzformátor, stb.

Testhőmérséklet és gázriasztó jelzés és egyéb berendezések működési paraméterei, távirányítós elszívó ventilátor, mikroszámítógép védőeszköz és megszakító kapcsoló.

A rendszer intelligens műszereket és intelligens érzékelőket alkalmaz az ipari telephelyeken általánosan használt kommunikációs funkciókkal, és az összegyűjtött adatokat terepi busz kommunikáción keresztül továbbítja a terepi vezérlőnek, és a terepi vezérlő vezeték nélküli vagy vezetékes kommunikációs modulon keresztül továbbítja az adatokat a szervernek vagy a felhőalapú gazdaszámítógépnek. Olyan funkciókat valósítson meg, mint például a telemetria, távjelzés és távirányító.

A 10kV-os intelligens doboztranszformátor távfelügyeleti rendszere a Dolgok Internetén alapul, intelligens műszereket és érzékelőket használ digitális kétirányú kommunikációs funkcióval, és egységesen alkalmazza a szabványos RS485 busz interfészt és a Modbus-RTU kommunikációs protokollt. A Dolgok Internetén alapuló intelligens doboztranszformátor távfelügyeleti rendszere három részből áll: az észlelési réteg, a kommunikációs réteg és az alkalmazási réteg.
* Érzékelési réteg: különféle intelligens mérőórákon és intelligens érzékelőkön keresztül a különféle környezetek összegyűjtéséhez, a berendezés működési paraméterei és a doboztranszformátor berendezés üzemállapota, és továbbítsa az adatokat a terepi vezérlőnek az RS485 buszon keresztül. A terepi vezérlő beépített operációs rendszerrel és adatgyűjtéssel rendelkezik, Számítástechnika, feldolgozási és ellenőrzési funkciók.
* Kommunikációs réteg: Ez a réteg az adatátvitel és adatcsere kapcsolata és láncszeme, és felelős az adatok kétirányú továbbításáért a felhőplatform és a helyszíni vezérlő között. A doboz típusú transzformátor tényleges kommunikációs feltételei szerint, különféle kommunikációs módszerek, például vezetékes optikai kábel, Ethernet vagy vezeték nélküli GPRS választható az adatok felhőplatformra történő továbbításához.
*Alkalmazási réteg: Távfelügyeleti rendszer tervezése és fejlesztése doboz típusú transzformátorokhoz felhőplatformon, a küldésért felelős, történelmi adatok fogadása és feldolgozása, doboz típusú transzformátor működési paramétereinek távfelügyelete, valamint az események működési adatainak rekordtárolása és elemzése. Webes és mobilalkalmazások fejlesztése a felhőplatformon, az ügyeletes villanyszerelő számítógépen vagy mobil applikáción keresztül bármikor figyelemmel kísérheti a doboztranszformátor üzemi adatait és berendezési állapotát.

3. Rendszer hardver tervezés

3.1 A doboztranszformátor telephelyének RS485 busz helyi hálózata

A beágyazott technológia fejlődésével és előrehaladásával, valamint a költségek csökkentésével, számos érzékelő műszer, az érzékelők és aktuátorok beépített mikroprocesszorokkal rendelkeznek a hagyományos doboz típusú terepi berendezések információátviteli hiányosságaira és problémáira, amely képes befejezni az ADDA konverziót és a linearizálást és a digitális szűrést. Ezekben a digitális terepi eszközökben soros kommunikációs adatinterfész került beépítésre, a terepi eszközök közötti soros kétirányú kommunikáció pedig egységes szabványos kommunikációs protokoll használatával valósítható meg.

Jelenleg főként használt ipari buszhálózat.

A smart box típusú transzformátorok távfelügyeleti rendszerének tervezésének egyik kulcsa a digitális kétirányú kommunikációs funkcióval rendelkező intelligens műszerek és érzékelők kiválasztása., valamint szabványos és egységes buszinterfészek és kommunikációs protokollok elfogadása. A 10kV-os smart box típusú transzformációs tervezés mérnöki gyakorlatából kiindulva a sz. 5 diáklakás, az RS485 busz és a Modbus-RTU kommunikációs protokoll, amelyet általában az intelligens érzékelők támogatnak.

A főiskolai diáklakásban lévő doboz-transzformátor primer rendszerének fő kapcsolási rajza és a 10kV-os intelligens doboz-transzformátor távfelügyeleti rendszer blokkvázlata szerint, a rendszer hardver kialakítása a doboz-transzformátor terepi vezérlőt veszi magnak, és egy mikroszámítógépbe integrált védelmi eszközből áll, egy intelligens hálózati mérő és egy intelligens meddőteljesítmény Másodlagos rendszer berendezései, például kompenzátorok, és környezetérzékelő szenzorok, mint pl hőmérséklet és páratartalom füstérzékelők, A PT100 hőmérséklet-érzékelők és a vízbetörés-érzékelők alkotják a box-to-box transzformációs telephely RS485 busz helyi hálózatát. A doboztranszformátor RS485 busz helyi hálózati rendszer diagramja az ábrán látható 4.

A doboz típusú transzformációs hely RS485 busz helyi hálózati rendszer diagramja

(1) RS485 soros kommunikációs busz

Az RS485 busz kommunikációs módja master-slave mód, és a mester eszköz minden szolga eszközt lekérdez a kommunikációhoz, és egy-többpontos hálózatot lehet létrehozni az elosztott rendszer kialakításához. Az RS485 interfész egy széles körben használt alacsony sebességű soros interfész, és az RS485 interfész a következő jellemzőkkel rendelkezik.
* RS485 interfész.

Az RS485 interfész kommunikáció differenciális átviteli módot alkalmaz, és kiegyensúlyozott meghajtó és differenciál vevő kombinációja van, és a kábel mindkét végén lévő feszültségkülönbséget használja a jelek továbbítására, ami nagymértékben javítja a közös módú interferenciáknak és a zajgátló interferenciáknak való ellenálló képességet.
* Az RS485 busz nagy átviteli sebességgel és hosszú átviteli távolsággal rendelkezik. A maximális átviteli távolság kb 1200 méter, és a maximális átviteli sebesség 10 Mbps; átviteli sebessége fordítottan arányos az átviteli távolsággal, és a maximális átviteli távolság akkor érhető el, ha a sebesség 20 kbps alatt van.
* Több csomópont támogatása. Általában, egy RS485 busz hurok elméletileg támogatja 247 eszköz csomópontjai.

(2) Modbus-RTU soros kommunikációs protokoll

A Modbus protokollt az ipari buszhálózatra alkalmazzák. A protokollon keresztül, adatkommunikáció végezhető a vezérlő és a terepi berendezés között. A különböző gyártók által gyártott berendezések egységes protokollt követve ipari buszhálózat-felügyeleti rendszert alkothatnak. A protokoll master-slave struktúrával rendelkezik, egy fő csomópont a hálózatban, a többiek pedig szolga csomópontok, és minden szolga csomópont egyedi eszközcímmel rendelkezik.

A soros busz hálózatban, a mester csomópont elindít egy parancsot, és minden slave eszköz megkapja a parancsot. A Modbus parancs a parancsot végrehajtó slave eszköz címét tartalmazza, és a mester eszköz által kijelölt szolga eszköz először válaszol, majd végrehajtja a parancsot. A Modbus parancsokban ellenőrző összegek találhatók, hogy megbizonyosodjanak arról, hogy a beérkező parancsok nem sérültek-e meg. A Modbus parancsok utasíthatják az RTU-t a regiszterérték megváltoztatására, olvassa vagy vezérelje az I/O portot, és rendelje meg a készüléket egy vagy több regiszteradat visszaküldésére.

A Modbus ASCII-t tartalmaz, RTU és TCP három üzenettípus. ASCII átviteli mód, LRC ellenőrző összeg, alacsony átviteli hatékonyság, de intuitív, egyszerű és könnyen hibakereshető. RTU átviteli mód, CRC ellenőrzés segítségével, magas átviteli hatékonyság, kicsit bonyolultabb, mint az ASCII. Általában véve, ha kicsi a továbbítandó adatmennyiség, fontolóra veheti az ASCII protokoll használatát; ha a továbbítandó adatmennyiség viszonylag nagy, legjobb az RTU protokollt használni. Emiatt, ennek a rendszernek az intelligens műszerei és érzékelői egységesen alkalmazzák a Modbus-RTU kommunikációs módot.

3.2 A Box Transformer terepi vezérlőjének hardvertervezése

A dobozos transzformátor terepi vezérlője egy beágyazott rendszerből áll. A beágyazott rendszer alkalmazásközpontú, a szoftver és a hardver személyre szabható, és berendezések automatizálását valósítja meg, intelligencia, és távfelügyeleti funkciók. Főleg beágyazott mikroprocesszorokból áll, kapcsolódó hardver, beágyazott operációs rendszerek, és alkalmazásszoftver-rendszerek.

(1) STM32 mikroprocesszoros minimum rendszer

A beágyazott mikroprocesszor minimális rendszere magában foglalja a beágyazott mikroprocesszort, reset áramkör és hibakereső áramkör. Az óraáramkör biztosítja a szükséges külső órajelet, a reset áramkör egységes kezdeti állapotot biztosít, a hibakereső áramkör pedig interfészt biztosít a programok letöltéséhez és hibakereséséhez.
* Beágyazott mikroprocesszor opció. A 10 kV-os intelligens dobozos transzformátor távfelügyeleti rendszer követelményei szerint a helyszíni vezérlő teljesítményéhez, ez a rendszer az STM32F103ZET6 chipet választja a helyszíni vezérlő központi mikroprocesszoraként. STM32F103ZET6 beágyazott mikroprocesszor, Az MCU magas szintű integrációval rendelkezik, alacsony energia fogyasztás, és magas költségű teljesítmény. Alkalmas az ipari orvostudomány különféle alkalmazási követelményeire, és teljesíteni tudja e rendszer adatgyűjtésének és valós idejű feldolgozásának követelményeit.
* Kristály oszcillátor áramkör. A kristályoszcillátor áramkör fix frekvenciájú impulzust biztosít a mikroprocesszornak, hogy a mikroprocesszor normálisan működjön. Az STM32 mikroprocesszor két kristályoszcillátorral rendelkezik, a 8 MHz-es kristályoszcillátor külső nagy sebességű órajelet biztosít, a 32,768 kHz-es kristályoszcillátor pedig egy külső, alacsony sebességű órát biztosít.

* Reset áramkör. A mikroprocesszor-visszaállító áramkör feladata a rendszer újraindítása. Amikor a rendszer meghibásodik, nyomja meg a reset gombot a készülék újraindításához. Általában, a visszaállító áramkör alacsony szintű jelet használ az újraindításhoz.

(2) Tápáramkör kialakítása

A rendszer 12 V névleges feszültségű külső egyenáramú tápegységet választ (2A), és kiválaszt egy DC 5V-ot (2A) hálózati adapter USB interfésszel a terepi vezérlő tápellátásához. A 12V DC tápegység a vezérlőkártyához van csatlakoztatva, és a DC 12V-os tápegységet le kell csökkenteni, hogy az LM2596S levezető modulon keresztül DC 5V-os tápegységet kapjon. Az 5 V-os feszültség ezután áthalad az AMS1117-3,3 V-os szabályozó chipen, hogy 3,3 V-os feszültséget kapjon az STM32 chip áramellátásához. Az LM2596S és az AMS1117-3,3V tápegység szabályozó kapcsolási rajza az ábrán látható 8.

(3) RS485 interfész a TTL modulhoz

Az RS485 interfész a TTL modulhoz valósítja meg az RS485 jel és a TTL jel kétirányú átalakítását és kommunikációját, de a jelzést felváltva kell végrehajtani, és nem lehet egyszerre két irányban végrehajtani. Minden terepi eszköz ezt a modult használja a mikrokontrollerhez való csatlakozáshoz, ábra pedig a kapcsolási rajz látható 9.

A TFT-LCD és az STM32 MCU bekötési rajza - Ábra 9

(4) LCD kijelző modul

Mivel a doboz típusú távfelügyeleti rendszer helyszíni vezérlőjének sok számot és karaktert kell megjelenítenie, 2,8 hüvelykes TFT-LCD folyadékkristályos kijelző van kiválasztva kijelzőmodulként, és van benne egy ILI9341 vezérlő. Vegyük figyelembe, hogy az STM32 képes kommunikálni az ILI9341-gyel az SPI interfészen keresztül, 8080 interfész vagy RGB interfész. A gyorsabb frissítési gyakoriság elérése érdekében, TFT-LCD használat 8080 párhuzamos adatbusz interfész. Az STM32 adatokat ad ki az ILI9341 vezérlő memóriájába az FSMC változó statikus memória modulon keresztül.

(5) Hangriasztó modul

Amikor az STM32 mikroprocesszor azt észleli, hogy rendellenesség vagy hiba van a doboz transzformátor működési adataiban, üzenetet küld a soros portra, és hangriasztást indít. A vészhangosítási modul kiválasztja az általánosan használt SYN6288 hangchipet, és automatikusan sugározza a vészhangosítási információkat a beprogramozott programnak megfelelően. A rendszer GB2312 kódot használ, amely alkalmas információcserére a kínai karakterfeldolgozásban és a kínai karakteres kommunikációban. A SYN6288 a számokat is pontosan felismeri, időpontok és időpontok, és általánosan használt mértékegységek.

(6) Relé modul

A terepi vezérlő kiválasztja a 2-utas optocsatoló leválasztó relé modulok csoportját a DC 12V-os riasztócsengő és a ventilátor nyitásának és zárásának vezérlésére., és a 220V AC szilárdtest relé a tápegység típusa és a doboz típusú elszívó ventilátor teljesítménye szerint választható. Minden relé áramköri modulnak alaphelyzetben nyitott és zárt érintkezői vannak, valamint LED állapotjelzés; minden relé áramkört optocsatolók választanak el, és szabadonfutó diódával van felszerelve a relé indukált feszültségének oldására és az előző áramkör védelmére. Ha a doboztranszformátor környezeti hőmérséklete meghalad egy bizonyos tartományt, a helyszíni vezérlő magas szintet ad ki, és egy optocsatoló leválasztó relé működik a ventilátor bekapcsolására, hogy lehűljön; ha súlyos hibák, például túlzott füstkoncentráció lép fel, a vezérlő egy másik optocsatoló leválasztó relét hajt meg a csatlakozáshoz A riasztócsengő hurok helyszíni riasztást küld. A relé működési elvi diagramjához, valamint a relémodul és az STM32 chip közötti kapcsolási rajzhoz, vegye fel a kapcsolatot a gyártóval és küldje el az igényt.

(7) Kommunikációs modul

A 10kV-os intelligens dobozos transzformátor távfelügyeleti rendszer tervezési követelményeinek megfelelően, az intelligens box transzformátor és a felhő közötti kommunikáció a GPRS vezeték nélküli kommunikációs módszert választja alacsony forgalmi költséggel. Gizwits firmware GPRS modul.
*Gizwits firmware GPRS modul (G510_GAgent firmware). Ez a modul egy alkalmazási program, amely különböző kommunikációs modulokon fut, olyan funkciókat biztosít, mint a felhő és a termékeszköz adatok kétirányú továbbítása, az eszköz konfigurációját a hálózatba, felfedezés és kötés, és programfrissítések. A GPRS-modul és a fővezérlő közötti kapcsolási rajzot a gyártótól kaphatja meg.

*GPRS-GA6 modul. Ez a modul képes hangátvitelt megvalósítani, rövid üzenetek és adatok alacsony fogyasztás mellett. Alkalmas különféle tervezési követelményekhez M2M alkalmazásokban, különösen kompakt termékek tervezéséhez. Másodszor, a kommunikációs protokoll UART soros port busz átvitelt alkalmaz, szabványos AT parancsokat használ a modul vezérléséhez, és kiválasztja az 115200 bps adatátviteli sebességet. Vegye fel a kapcsolatot a IoT gyártó a GPRS-GA6 modul és az STM32 mikrokontroller csatlakozási kapcsolási rajzához.

3.3 Mikroszámítógép átfogó védelmi eszköz

A teljesítménytranszformátor védelmi tervezési előírása szerint (GB/T 50062-2008), 10A kV-os transzformátoroknak általában időkorlátos túláramvédelmet kell felszerelni. A mikroszámítógép-védőeszköz rendelkezik a védelemmel, transzformátorok és vezetékek mérési és vezérlési funkciói, valamint az adatgyűjtés funkcióit, felügyelet és rendszer önellenőrzés, és nagy érzékenységgel és megbízhatósággal rendelkezik.

A tervezési követelményeknek megfelelően a 10kV-os intelligens doboz változás a diáklakásban, az Ankerui AM3-I áram típusú mikroszámítógép átfogó védelmi eszköz RS485 kommunikációs funkcióval van kiválasztva, az IA-val, IB, IC, UA, UB, UC, P, K, Fr és egyéb elektromos Paramétermérés, 8-csatornás külső kapcsoló jelgyűjtése, és megszakító távirányító nyitási és zárási műveletek és egyéb funkciók. Az AM3-I mikroszámítógép-védelmi eszköz bekötési rajza a következő:

AM3-I mikroszámítógép védőeszköz bekötési rajza

3.4. Intelligens hálózati mérő

Az intelligens hálózati mérőórák elektromos paraméterek, például háromfázisú áram érzékelésére szolgálnak, kisfeszültségű áramelosztó áramkörök feszültsége és teljesítménye, valamint a leválasztó kapcsolók és megszakítók nyitási és zárási állapota. A 10 kV-os intelligens dobozos transzformátor másodlagos rendszerének tervezési követelményei szerint, Ankerui ACR intelligens hálózati mérő RS485 kommunikációs funkcióval van kiválasztva, és az ACR intelligens hálózati mérő és a kisfeszültségű áramváltó kapcsolási rajza, valamint a kapcsoló bemeneti és kimeneti kapcsolási rajza ki van választva.

ACR intelligens hálózati mérő alacsony feszültségű áramváltó és digitális bemeneti és kimeneti kapcsolási rajz

Az ACR intelligens hálózati mérő a Modbus-RTU protokollt alkalmazza, amely képes mérni és összegyűjteni a teljesítményparamétereket. A kapcsoló bemeneti funkció képes érzékelni a leválasztó kapcsoló és a megszakító kapcsolási állapotát, a relé kimenet funkciója pedig távolról tudja be- és kikapcsolni a megszakítót. Az ACR intelligens hálózati mérő egységes tervvel rendelkezik a kommunikációs címtáblázathoz, amely képes megvalósítani a telemetria három távoli funkcióját, távjelzés és távirányító.

(1) AD átalakítás és AC analóg jel számítása

A 3 fázisfeszültség jelek és 3 áramjelek (áramváltó kimeneti jelei) Az ACR intelligens hálózati mérő által közvetlenül gyűjtött analóg mennyiségek, amelyeket a CPU által adatfeldolgozáshoz felismerhető digitális jelekké kell alakítani. Első, a 3 220V fázisfeszültség és 3 Az áramanalógok az átalakítón keresztül kisfeszültségű jelekké alakulnak, és egy feszültségképző hurkon keresztül az AD átalakító által megengedett feszültséggé alakítják át; , AD-vel digitális jellé alakítják, és a CPU-ba továbbítják. Az AC analóg mennyiség mintavételi és AD átalakítási folyamatának sematikus diagramja a gyártóval való kapcsolatfelvétellel szerezhető be.

* Analóg feszültség átalakítás és aluláteresztő szűrés. A feszültségképző áramkör feladata az elektromosság elektromos leválasztása és átalakítása. Általában, az AD konverter megköveteli, hogy a bemeneti jel ±5V és ±10V legyen, így a feszültségátalakító transzformációs aránya meghatározható. Az aluláteresztő szűrőket passzív és aktív szűrőkre osztják. Az aktív szűrők kondenzátorokból állnak, ellenállások és integrált műveleti erősítők, amelyek szűrés közben felerősítik a jelet. A passzív szűrőknek csak szűrési funkciójuk van, de jelerősítő funkciójuk nincs.
* Analóg jel mintavételezés. A mintavételi folyamatnak követnie kell Shannon mintavételi tételét, vagyis, a mintavételi gyakoriság nem lehet kisebb, mint 2 a bemeneti jel legmagasabb frekvenciájának szorzata. A mintavételi folyamat nagyon gyors. A jelenlegi AD konverter mintavételezése elérte a nanoszekundumos szintet, míg az energiarendszer automata készülékének mintavételi periódusa ezredmásodperces szinten van, így a hat hurok feszültség- és áramjelei egy AD átalakítón osztozhatnak, de a mintavevő áramkört fel kell szerelni mintavételező eszközzel és multiplexer kapcsolóval.
* AD átalakítás. Az AD konverterek egymás utáni közelítést tartalmaznak, integrál, számolás, párhuzamos összehasonlítás, és VFC feszültség-frekvencia átalakítók. Az egymást követő közelítő AD konverter mind a sebességet, mind a pontosságot reprezentálja az ADC-ben, és nagyobb konverziós felbontással rendelkezik magasabb konverziós arány mellett.

(2) Szinuszos elektromos mennyiség félciklusú abszolútérték-integrációs algoritmusa

A szoftveralgoritmus kulcsa az algoritmus működésének pontosságának és sebességének javítása. Az intelligens mérő AC mintavételi algoritmusának kulcsa, hogy megoldja, hogyan számítsuk ki a szinuszos mintavételi jel amplitúdóját vagy effektív értékét a szinuszos jel pillanatnyi értékének megfelelően. A szinuszmennyiségek leggyakrabban használt algoritmusa a félciklus abszolútérték-integrációs algoritmus. A félciklus abszolútérték-integrációs algoritmus elve az, hogy a szinuszmennyiség abszolút értékének integrálja bármely félciklusban állandó S, az S integrálérték állandónak pedig semmi köze az integrál kezdőszögéhez . A szinuszfüggvény modellen alapuló félciklus abszolút érték integrációs algoritmus az ábrán látható 19.

Félciklusú abszolút érték integráció algoritmusa szinuszfüggvény modell alapján

Az áram effektív értékének félciklusú abszolútérték integrál algoritmussal történő kiszámításának kifejezése az alábbi ábrán látható:

A képletben, S az abszolút érték integrálja fél cikluson belül; Az I az áram effektív értékét jelenti; i az áram pillanatnyi értékét jelenti; w a szögsebesség; T a váltakozó áramú tápciklus; f jelöli a váltakozó áram frekvenciáját; N a minták számát jelenti egy ciklusban ; Ts a mintavételi időszakot jelöli.

3.5 RS485 hőmérséklet és páratartalom füstérzékelő

Figyelembe véve, hogy a doboz típusú transzformátor tápvezetéke szivároghat, túlterhelés, rövidzárlat és túlzott érintkezési ellenállás, ami tüzet okozhat, és a fűtőolajba merülő transzformátor meghibásodása tüzet okozhat. Ebből adódóan, a dobozos transzformátorba füstérzékelőt kell beépíteni a dobozos transzformátor tűzérzékeléséhez. Az esetleges hibák korai felismerése érdekében. A mérési pontosság biztosítása és a költségek egyidejű csökkentése érdekében, az RS485 hőmérsékletet, páratartalom és füst három az egyben érzékelő a hőmérséklet érzékelésére szolgál, páratartalom és füstkoncentráció a doboz transzformátorban. A hőmérséklet és páratartalom érzékelő SHT30 szondát használ. Helyszíni túlfeszültség és impulzus interferencia. Az érzékelőnek van 4 vezetékek: piros, fekete, sárga, és zöld. A hőmérséklet és páratartalom füstérzékelő speciális bekötési módjához, forduljon az IoT gyártójához.

Az ebben a rendszerben tervezett intelligens mérők és érzékelők a Modbus-RTU protokollt alkalmazzák, amelyek megbízhatóan kommunikálhatnak a teljes adatátviteli sebesség tartományon belül 1200-115200. Az intelligens mérők és érzékelők adatátviteli sebessége egységesen 9600 bps. Az érzékelő adatátviteli formátuma és adatkonverziós formátuma a következő:
Érzékelőadat-lekérdezési keretformátum. Az érzékelő a szabványos Modbus-RTU protokollt követi, és az érzékelő leolvasása a tartási regiszterben tárolódik, a funkció kódja pedig az 04. A felső számítógép beolvassa az érzékelő adatlekérdezési keretformátumát, és az alsó számítógépes érzékelő adatlekérdezési keretformátuma.

3.6 PT100 hőmérséklet távadó - az RTD PT100 működési elve - hőmérséklet-érzékelő működési elve

A PT100 hőmérséklet-távadó a transzformátor testhőmérsékletének érzékelésére szolgál, nagyfeszültségű és alacsony feszültségű kábelhőmérséklet, különböző ipari területekre alkalmas. A transzformátor veszteséget termel működés közben, főleg vasveszteség és rézveszteség, más néven magvesztés és terhelési veszteség. A réz vesztesége a terhelési áram függvényében változik, és arányos a terhelési áram négyzetével. A transzformátor veszteségszámítási képlete a következő:

A képletben, P0 a transzformátor aktív teljesítményét jelenti üresjáratban a névleges feszültség mellett; Az I1 és I2 a nagyfeszültségű vonali áramot és az alacsony feszültségű oldalvonali áramot jelenti; R1 és R2 a nagyfeszültségű oldali ellenállást és az alacsony feszültségű oldali ellenállást jelentik.

A PT100 hőmérséklet-távadó RS485 busz interfésszel van beépítve, és mindegyik hőmérséklet-távadó csatlakoztatható 4 PT100 hőmérséklet érzékelők.

3.7 A merülő távadó működési elve

A doboz alállomás alapgödörének alacsony vízállása miatt, a heves esőzés után gyakran víz gyűlik fel a kábelárokban és az alapgödörben, és potenciális biztonsági veszély áll fenn a kábelszivárgás miatt, ezért szabálytalan ellenőrzésre és víztelenítésre van szükség. Ebben a kialakításban, a merülő vízérzékelő a víz felhalmozódásának érzékelésére szolgál a doboz alépítményének alapgödrében. A merülő vízérzékelő a folyadékvezetés elvét alkalmazza, és elektródák segítségével érzékeli, hogy van-e víz. Válasszon érintkező típusú merülő érzékelőt RS485 kommunikációs funkcióval. A merülő vízérzékelő működési elvét az ábra mutatja 23.

4. Rendszerszoftver tervezés

A rendszerszoftver tervezése két részből áll: 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. A mikroszámítógépbe integrált védelmi eszköz, Az intelligens hálózati mérő és az intelligens érzékelő a doboz transzformátor terepi busz helyi hálózatában beágyazott alkalmazásszoftverrel rendelkezik, tehát csak a doboztranszformátor terepi vezérlőjének szoftveres programterve szükséges.

4.1 Terepi vezérlő szoftver tervezése doboz típusú transzformátorhoz

A dobozos transzformátor terepi vezérlője beágyazott rendszer, szoftverrendszere pedig alkalmazási programból áll, API, beágyazott operációs rendszer és BSP (tábla támogatási csomag). Számos paraméter jellemzői szerint, A 10kV-os intelligens doboz típusú transzformátor terepi vezérlője sok feladatot és magas valós idejű követelményt gyűjt össze, a μC/OS-Ⅲ beágyazott valós idejű operációs rendszer, amelyet széles körben használnak a kereskedelmi termékfejlesztésben és az oktatási kutatásban, van kiválasztva. A μC/OS-Ⅲ a feladatokat tekinti a legkisebb egységnek, és minden feladatnak nem kell törődnie az erőforrásokkal való konkrét gazdálkodási módszerrel, amelyet az operációs rendszer határoz meg.

4.2 Doboz típusú transzformátor terepi vezérlőjének szoftver programtervezése

A teljes szoftverrendszer tervezése az intelligens eszközökből álló elosztott rendszeren alapul, érzékelők, terepi vezérlők és felhőplatformok, valamint alkalmazási szoftverek tervezését és fejlesztését végzik. Adatátvitel és adatcsere, a helyszíni vezérlő és a Gizwits felhőszerver a Gizwits kommunikációs protokollt használja a GPRS firmware-ben az adatátvitelhez és -cseréhez. A doboz típusú transzformátor terepi vezérlő alkalmazási szoftverének fő programfolyamatábrája.

*Szoftver fő program. Első, inicializálja a rendszer összes részét, mint például a GPIO, soros port, óra, memóriakezelés, stb., és hozzon létre feladatokat μC/OS-Ⅲ-ben. Az STM32 szenzor adatgyűjtést és -feldolgozást végez, és helyes információkat küld az LCD kijelzőre. Ugyanabban az időben, az STM32 AT parancsokat küld a GPRS-G510 modulnak, adatokat cserél, LwM2M protokollon keresztül csatlakozik a Gizwits felhőplatformhoz, és megítéli, hogy a GPRS kommunikációs modul sikeresen csatlakozik-e a Gizwits felhőkiszolgálóhoz. Ha a kapcsolat sikeres, adatátvitel történik. Ezután döntse el, hogy a feldolgozott adatok nagyobbak-e a beállított küszöbértéknél.
Ha ez a doboz alállomás kisebb meghibásodása, küldje el az adatinformációkat a mobilalkalmazásnak a felhőplatformon keresztül; ha általános kudarcról van szó, küldje el az adatriasztási információkat a mobilalkalmazásnak a felhőplatformon keresztül, és indítsa el a GPRS-GA6 kommunikációs modult a riasztási információk mobiltelefon SMS-en keresztül történő elküldéséhez; ha Ha súlyos hibáról van szó, az adatriasztási információkat a felhőplatformon keresztül küldi el a mobiltelefon APP, és a GPRS-GA6 kommunikációs modul aktiválódik, hogy a riasztási információkat mobiltelefonon keresztül szöveges üzenetben küldje el, és felhívja az előre beállított illetékes személyzetet.