Progettazione di una sottostazione box intelligente da 10kV basata sulla piattaforma IoT di Gizwits + STM32

Il sistema di controllo remoto della sottostazione intelligente a scatola da 10kV introdotto in questo articolo è stato progettato e sviluppato da Tian Hui dell'Università di Scienza e Tecnologia di Xi'an.

Il sistema prende come base ingegneristica la progettazione di un sistema di cambio intelligente da 10 kV per un appartamento per studenti in un college, e progetta un sistema di cambio scatola intelligente da 10kV basato su Internet delle cose. Il sistema si compone di tre parti: strato di percezione, livello di comunicazione e livello di applicazione. Il livello di percezione è responsabile della raccolta dei dati del sensore e della trasmissione al controller sul campo.

Comprese le apparecchiature del sistema secondario come i dispositivi di protezione del microcomputer, misuratori di rete intelligenti, e controllori intelligenti di compensazione della potenza reattiva, nonché apparecchiature di rilevamento ambientale come temperatura e umidità, Fumo, e sensori di immersione in acqua. Il controller in loco utilizza il microprocessore incorporato STM32, incluso display LCD, modulo di allarme vocale, relè e modulo di comunicazione GPRS, eccetera.; il livello di comunicazione utilizza la comunicazione wireless GPRS, che è responsabile della trasmissione bidirezionale dei dati tra il controller in loco e la piattaforma cloud; La piattaforma cloud Gizwits sviluppa un sistema di monitoraggio remoto e un'app mobile per trasformatori di tipo box, che è responsabile della conservazione, analisi ed elaborazione dei dati di funzionamento del trasformatore scatolato.

Questo sistema realizza infine il monitoraggio remoto da parte dell'utente di parametri ambientali come temperatura e umidità variabili, rilevatore di fumo e acqua di fondazione, così come i parametri elettrici come la corrente, voltaggio, frequenza e fattore di potenza, e lo stato di funzionamento delle apparecchiature tramite il WEB del computer o l'APP mobile.

Quando c'è un'anomalia o un guasto nel funzionamento del trasformatore a cassetta, il sistema di monitoraggio giudica automaticamente il livello di guasto, e invia un allarme attraverso diverse combinazioni di suoneria in loco, APP per cellulare, SMS e telefono, eccetera., e avvisa il personale competente per eliminare i problemi nascosti in tempo e prevenire incidenti elettrici. . È adatto per il monitoraggio remoto e la gestione centralizzata di trasformatori a cassetta e locali di distribuzione dell'energia, e può migliorare notevolmente il livello di intelligenza e la sicurezza e l'affidabilità dell'alimentazione delle apparecchiature di distribuzione dell'energia nelle scuole, imprese e comunità.

1. introduzione

Con la costruzione e lo sviluppo dell'economia sociale e della rete distributiva, ci sono sempre più trasformatori box da 10kV. La tradizionale sottostazione a scatola da 10 kV adotta generalmente la modalità operativa di ispezione regolare manuale e non presidiata, che ha un basso grado di intelligenza e manca di sistemi di monitoraggio remoto e di allarme guasti per l'ambiente e le apparecchiature. Attualmente, con il rapido sviluppo della tecnologia dei sensori intelligenti, tecnologia incorporata, la tecnologia della comunicazione e la tecnologia del cloud computing e la riduzione dei costi, la sottostazione smart box 10kV basata sull'Internet of Things è diventata la scelta migliore per l'aggiornamento e la trasformazione delle tradizionali sottostazioni box type.

Il sistema di monitoraggio remoto della sottostazione di tipo box intelligente basato sull'Internet of Things può monitorare da remoto l'ambiente della sottostazione di tipo box, parametri di funzionamento e stato delle apparecchiature in tempo reale. Come mostrato in figura 1.

Gli utenti possono monitorare da remoto i parametri ambientali come la temperatura e l'umidità della scatola, allarme antincendio, e accumulo di acqua nelle fosse di fondazione, così come i parametri elettrici come la corrente, voltaggio, frequenza, e fattore di potenza, e lo stato delle apparecchiature tramite computer o APP mobili in qualsiasi momento. Quando la sottostazione box funziona in modo anomalo o si guasta, il sistema di monitoraggio avviserà automaticamente il personale interessato attraverso diversi metodi di APP per telefoni cellulari, SMS e telefono in base al livello di guasto, in modo da eliminare i guasti nascosti nel tempo e prevenire incidenti elettrici.

10sottostazione di tipo smart box kV basata su Internet of Things

Il sistema di telecontrollo della sottostazione di tipo smart box è costituito da a "LAN del bus di campo" all'interno della sottostazione scatolare e a "rete geografica della piattaforma cloud" all'esterno della sottostazione scatolare. Questo modello strutturale può essere applicato allo sviluppo di sistemi di monitoraggio remoto per i sistemi di monitoraggio remoto delle apparecchiature di approvvigionamento idrico secondario, sistemi di gestione della carica elettrica residenziale, e sistemi di monitoraggio remoto degli ascensori per migliorare il livello di intelligenza e gestione delle apparecchiature tradizionali e promuovere l'aggiornamento delle industrie tradizionali. Ha un buon valore applicativo.

2. Progettazione generale del programma

La progettazione di una sottostazione di tipo smart box basata sull'Internet of Things si basa sulla progettazione di una sottostazione di tipo smart box da 10kV in un appartamento per studenti universitari. Il design del sistema principale del trasformatore a scatola intelligente da 10 kV è lo stesso del tradizionale trasformatore a scatola da 10 kV, e tende ad essere maturo. Questo articolo si concentra sul design intelligente del trasformatore di tipo smart box da 10 kV. Quella che segue è una breve panoramica del contenuto progettuale del sistema primario del trasformatore di tipo smart box da 10kV.

2.1 Progettazione del sistema primario di una sottostazione a scatola intelligente da 10 kV

Il carico di potenza del n. 5 il condominio per studenti in un'università è principalmente l'illuminazione, computer e carichi di aria condizionata appena aggiunti. Ogni dormitorio è calcolato come 8 persone, il carico di illuminazione è di 100W, ogni carico del computer dello studente è di 200 W, e ogni gancio di tipo split da 1,5 P è stato appena installato con condizionatori d'aria La potenza è di 1,3 kW, e il carico di un singolo dormitorio è di 3,0kW. Secondo il "Manuale di Progettazione di Alimentazione e Distribuzione Industriale e Civile", il coefficiente di domanda di carico di potenza del dormitorio è 0.7, e il fattore di potenza è 0.8.

Considerando l'aumento del carico elettrico dell'appartamento dello studente in futuro, il trasformatore deve riservare un certo margine, e viene selezionato il trasformatore con una capacità di 1000kVA. Considerando il costo di investimento iniziale e il costo operativo del trasformatore, così come i requisiti della politica nazionale di risparmio energetico e riduzione delle emissioni, a tale scopo viene selezionato il trasformatore in bagno d'olio completamente sigillato a basse perdite S13-M-1000/10-0.4.

Sulla base del calcolo statistico del carico, calcolo del cortocircuito, verifica della stabilità dinamica e verifica della stabilità termica, viene selezionata l'apparecchiatura principale del sistema primario del trasformatore a scatola. I modelli specifici e i parametri tecnici delle principali apparecchiature del sistema primario sono riportati in Tabella 3, Tavolo 4, Tavolo 5 e Tavola 6.

Secondo i requisiti di progettazione del n. 5 sottostazione della scatola del progetto dell'appartamento per studenti e il calcolo della progettazione del sistema primario, lo schema elettrico principale del sistema primario progettato del n. 5 la sottostazione del box dell'appartamento studentesco è mostrata nella figura 2.

Figura 2 : Lo schema elettrico principale del sistema primario di una sottostazione a scatola in un appartamento per studenti in un'università

2.2 Schema di progettazione intelligente del trasformatore box da 10 kV

Mirare ai difetti di progettazione e ai problemi esistenti nella gestione operativa della cabina tradizionale 10kV, la chiave per risolvere il problema sta nella costruzione di un sistema a circuito chiuso per il rilevamento, monitoraggio remoto e allarme dell'ambiente e delle apparecchiature della sottostazione a scatola intelligente, e il design ha il monitoraggio remoto dell'ambiente operativo e delle apparecchiature elettriche Il sistema di trasformatore box intelligente con varie funzioni può raccogliere e monitorare parametri ambientali come il controllo dell'accesso al trasformatore box, temperatura e umidità ambiente, allarme antincendio, e acqua nella trincea del cavo, così come la tensione, attuale, Potenza attiva, potere reattivo, fattore di potenza, temperatura del cavo, trasformatore trasformatore, eccetera.

Segnale di allarme temperatura corporea e gas e altri parametri di funzionamento delle apparecchiature, aspiratore telecomandato, dispositivo di protezione del microcomputer e interruttore automatico.

Il sistema adotta strumenti intelligenti e sensori intelligenti con funzioni di comunicazione comunemente utilizzati nei siti industriali, e trasmette i dati raccolti al controller di campo tramite la comunicazione bus di campo, e il controller sul campo trasmette i dati al server o al computer host cloud tramite un modulo di comunicazione wireless o cablato. Realizza funzioni come la telemetria, telesegnalazione e telecontrollo.

Il sistema di monitoraggio remoto del trasformatore box intelligente da 10kV basato su Internet of Things utilizza strumenti e sensori intelligenti con funzione di comunicazione bidirezionale digitale, e adotta uniformemente l'interfaccia bus standard RS485 e il protocollo di comunicazione Modbus-RTU. Il sistema di monitoraggio remoto del trasformatore box intelligente basato su Internet of Things è composto da tre parti: lo strato percettivo, il livello di comunicazione e il livello di applicazione.
* Strato di percezione: attraverso vari contatori intelligenti e sensori intelligenti per raccogliere vari ambienti, parametri di funzionamento dell'apparecchiatura e stato di funzionamento dell'apparecchiatura del trasformatore a scatola, e trasmettere i dati al controller di campo attraverso il bus RS485. Il controller da campo ha un sistema operativo integrato e ha la raccolta dei dati, Informatica, funzioni di elaborazione e controllo.
* Livello di comunicazione: Questo livello è la connessione e il collegamento della trasmissione e dello scambio di dati, ed è responsabile della trasmissione bidirezionale dei dati tra la piattaforma cloud e il controller in loco. In base alle effettive condizioni di comunicazione del trasformatore a cassetta, vari metodi di comunicazione come il cavo ottico cablato, È possibile selezionare Ethernet o GPRS wireless per trasmettere i dati alla piattaforma cloud.
*Livello di applicazione: Progettare e sviluppare un sistema di monitoraggio remoto per trasformatori scatolati sulla piattaforma cloud, responsabile dell'invio, ricezione ed elaborazione dei dati storici, monitoraggio remoto dei parametri di funzionamento del trasformatore scatolato, e registrare l'archiviazione e l'analisi dei dati operativi dell'evento. E sviluppare WEB e APP mobile sulla piattaforma cloud, l'elettricista di turno può monitorare i dati di funzionamento e lo stato di funzionamento delle apparecchiature del trasformatore della scatola in qualsiasi momento tramite il computer o l'APP mobile.

3. Progettazione hardware di sistema

3.1 Rete locale del bus RS485 del sito del trasformatore del box

Con lo sviluppo e il progresso della tecnologia embedded e la riduzione dei costi, molti strumenti di rilevamento, sensori e attuatori hanno microprocessori incorporati per le carenze e i problemi di trasmissione delle informazioni delle tradizionali apparecchiature da campo a scatola, che può completare la conversione e la linearizzazione ADDA e il filtraggio digitale. Un'interfaccia dati di comunicazione seriale viene aggiunta all'interno di questi dispositivi di campo digitali, e la comunicazione bidirezionale seriale tra i dispositivi di campo può essere realizzata utilizzando un protocollo di comunicazione standard unificato.

Rete di bus industriale principalmente utilizzata attualmente.

Una delle chiavi per la progettazione del sistema di monitoraggio remoto per trasformatori di tipo smart box è selezionare strumenti e sensori intelligenti con funzioni di comunicazione bidirezionale digitale, e adottare interfacce bus e protocolli di comunicazione standard e unificati. A partire dalla pratica ingegneristica del progetto di trasformazione di tipo smart box da 10kV nel n. 5 appartamento per studenti, viene selezionato il bus RS485 e il protocollo di comunicazione Modbus-RTU generalmente supportato dai sensori intelligenti.

Secondo lo schema elettrico principale del sistema primario di un trasformatore a scatola in un appartamento per studenti in un college e lo schema a blocchi del sistema di monitoraggio remoto del trasformatore a scatola intelligente da 10 kV, il design dell'hardware del sistema prende come fulcro il controller di campo del trasformatore box, ed è costituito da un dispositivo di protezione integrato nel microcomputer, un contatore di rete intelligente e una potenza reattiva intelligente Apparecchiature di sistema secondarie come i compensatori, e sensori di rilevamento ambientale come sensori di fumo temperatura e umidità, I sensori di temperatura PT100 e i sensori di intrusione dell'acqua formano la rete locale del bus RS485 del sito di trasformazione box-to-box. Lo schema del sistema di rete locale del bus RS485 del trasformatore box è mostrato in Figura 4.

Schema del sistema di rete locale del bus RS485 del sito di trasformazione a scatola

(1) Bus di comunicazione seriale RS485

La modalità di comunicazione del bus RS485 è la modalità master-slave, e il dispositivo master interroga ogni dispositivo slave per la comunicazione, e può essere stabilita una rete da uno a più punti per formare un sistema distribuito. L'interfaccia RS485 è un'interfaccia seriale a bassa velocità ampiamente utilizzata, e l'interfaccia RS485 ha le seguenti caratteristiche.
* Interfaccia RS485.

La comunicazione dell'interfaccia RS485 adotta la modalità di trasmissione differenziale, e ha una combinazione di driver bilanciato e ricevitore differenziale, e utilizza la differenza di tensione su entrambe le estremità del cavo per trasmettere i segnali, che migliora notevolmente la capacità di resistere alle interferenze di modo comune e alle interferenze antirumore.
* Il bus RS485 ha un'elevata velocità di trasmissione e una lunga distanza di trasmissione. La distanza massima di trasmissione è di circa 1200 metri, e la velocità di trasmissione massima è di 10 Mbps; la sua velocità di trasmissione è inversamente proporzionale alla distanza di trasmissione, e la massima distanza di trasmissione può essere raggiunta quando la velocità è inferiore a 20kbps.
* Supporta più nodi. Generalmente, un loop bus RS485 può teoricamente supportare 247 nodi del dispositivo.

(2) Protocollo di comunicazione seriale Modbus-RTU

Il protocollo Modbus è applicato alla rete bus industriale. Attraverso il protocollo, la comunicazione dei dati può essere effettuata tra il controller e l'apparecchiatura di campo. Le apparecchiature prodotte da produttori diversi possono formare un sistema di monitoraggio di reti di bus industriali seguendo un protocollo unificato. Il protocollo ha una struttura master-slave, un nodo master nella rete, e gli altri sono nodi slave, e ogni nodo slave ha un indirizzo di dispositivo univoco.

Nella rete del bus seriale, il nodo master avvia un comando, e tutti i dispositivi slave riceveranno il comando. Il comando Modbus contiene l'indirizzo del dispositivo slave che esegue il comando, e il dispositivo slave designato dal dispositivo master risponde per primo e quindi esegue il comando. Sono presenti checksum nei comandi Modbus per assicurarsi che i comandi in arrivo non siano stati danneggiati. I comandi Modbus possono istruire la RTU a modificare il proprio valore di registro, leggere o controllare la porta I/O, e ordinare al dispositivo di restituire uno o più dati di registro.

Modbus include ASCII, RTU e TCP tre tipi di messaggio. Modalità di trasmissione ASCII, Somma di controllo LRC, bassa efficienza di trasmissione, ma intuitivo, semplice e facile da eseguire il debug. Modalità di trasmissione RTU, utilizzando il controllo CRC, alta efficienza di trasmissione, leggermente più complicato di ASCII. Parlando in generale, se la quantità di dati da trasmettere è piccola, puoi prendere in considerazione l'utilizzo del protocollo ASCII; se la quantità di dati da trasmettere è relativamente grande, è meglio usare il protocollo RTU. Per questa ragione, gli strumenti intelligenti ei sensori di questo sistema adottano in modo uniforme la modalità di comunicazione Modbus-RTU.

3.2 Progettazione hardware del controller di campo del trasformatore box

Il controller di campo del trasformatore box è composto da un sistema integrato. Il sistema integrato è incentrato sull'applicazione, software e hardware possono essere personalizzati, e realizza l'automazione delle apparecchiature, intelligenza, e funzioni di monitoraggio remoto. È composto principalmente da microprocessori embedded, relativo hardware, sistemi operativi incorporati, e sistemi software applicativi.

(1) Sistema minimo a microprocessore STM32

Il sistema minimo di microprocessore incorporato include un microprocessore incorporato, circuito di ripristino e circuito di debug. Il circuito di clock fornisce il segnale di clock esterno richiesto, il circuito di ripristino fornisce uno stato iniziale unificato, e il circuito di debug fornisce un'interfaccia per il download e il debug del programma.
* Opzione microprocessore integrato. Secondo i requisiti del sistema di monitoraggio remoto del trasformatore box intelligente da 10kV per le prestazioni del controller in loco, questo sistema sceglie il chip STM32F103ZET6 come microprocessore principale del controller in loco. Microprocessore integrato STM32F103ZET6, MCU ha un'elevata integrazione, basso consumo energetico, e prestazioni ad alto costo. È adatto a varie esigenze applicative nel campo medico industriale, e può soddisfare i requisiti dell'acquisizione dei dati e dell'elaborazione in tempo reale di questo sistema.
* Circuito dell'oscillatore a cristallo. Il circuito dell'oscillatore a cristallo fornisce un impulso a frequenza fissa al microprocessore per far funzionare normalmente il microprocessore. Il microprocessore STM32 ha due oscillatori a cristallo, l'oscillatore a cristallo da 8 MHz fornisce un clock esterno ad alta velocità, e l'oscillatore a cristallo da 32,768 KHz fornisce un clock esterno a bassa velocità.

* Resettare il circuito. La funzione del circuito di ripristino del microprocessore è quella di riavviare il sistema. Quando il sistema fallisce, premere il pulsante di ripristino per riavviare il dispositivo. Generalmente, il circuito di ripristino utilizza un segnale di basso livello per riavviarsi.

(2) Progettazione del circuito di potenza

Il sistema seleziona un alimentatore esterno DC con una tensione nominale di 12V (2UN), e seleziona un DC 5V (2UN) adattatore di alimentazione con un'interfaccia USB per fornire alimentazione al controller da campo. L'alimentatore 12V DC è collegato alla scheda di controllo, e l'alimentazione DC 12V viene abbassata per ottenere un'alimentazione DC 5V attraverso il modulo step-down LM2596S. La tensione di 5 V viene quindi fatta passare attraverso il chip regolatore AMS1117-3,3 V per ottenere una tensione di 3,3 V per alimentare il chip STM32. Lo schema elettrico del regolatore di alimentazione LM2596S e AMS1117-3.3V è mostrato in Figura 8.

(3) Interfaccia RS485 al modulo TTL

L'interfaccia RS485 al modulo TTL realizza la conversione bidirezionale e la comunicazione del segnale RS485 e del segnale TTL, ma il segnale deve essere eseguito alternativamente, e non può essere eseguito in due direzioni contemporaneamente. Tutti i dispositivi di campo utilizzano questo modulo per connettersi al microcontrollore, e lo schema elettrico è mostrato in figura 9.

Schema elettrico di TFT-LCD e MCU STM32 - Figura 9

(4) Modulo display LCD

Poiché il controller in loco del sistema di monitoraggio remoto di tipo box deve visualizzare molti numeri e caratteri, come modulo di visualizzazione viene selezionato un display a cristalli liquidi TFT-LCD da 2,8 pollici, e c'è un controller ILI9341 all'interno. Considera che STM32 può comunicare con ILI9341 tramite l'interfaccia SPI, 8080 interfaccia o interfaccia RGB. Al fine di ottenere una frequenza di aggiornamento più rapida, Usi TFT-LCD 8080 interfaccia bus dati parallela. STM32 invia i dati alla memoria del controller ILI9341 tramite il modulo FSMC a memoria statica variabile.

(5) Modulo di allarme vocale

Quando il microprocessore STM32 rileva che c'è un'anomalia o un guasto nei dati di funzionamento del trasformatore del box, invierà un messaggio alla porta seriale e avvierà un allarme vocale. Il modulo di allarme vocale seleziona il chip vocale comunemente usato SYN6288, e trasmette automaticamente le informazioni di allarme vocale in base al programma programmato. Il sistema utilizza il codice GB2312, che è adatto per lo scambio di informazioni nell'elaborazione dei caratteri cinesi e nella comunicazione dei caratteri cinesi. Il SYN6288 riconosce anche accuratamente i numeri, tempi e date, e le unità di misura comunemente utilizzate.

(6) Modulo relè

Il controller sul campo seleziona un gruppo di moduli relè di isolamento optoaccoppiatore a 2 vie per controllare l'apertura e la chiusura del campanello d'allarme e della ventola CC 12V, e il relè a stato solido da 220 V CA può essere selezionato in base al tipo di alimentazione e alla potenza dell'aspiratore di tipo scatolato. Ogni modulo del circuito relè ha contatti normalmente aperti e normalmente chiusi, così come l'indicazione di stato del LED; ogni circuito relè è isolato da optoaccoppiatori, ed è dotato di un diodo a ruota libera per rilasciare la tensione indotta del relè e proteggere il circuito precedente. Quando la temperatura ambiente del trasformatore box supera un certo intervallo, il controller in loco emette un livello elevato, e un relè di isolamento dell'accoppiatore ottico agisce per accendere la ventola per il raffreddamento; quando si verificano guasti gravi come un'eccessiva concentrazione di fumo, il controller aziona un altro relè di isolamento optoaccoppiatore per la connessione Il loop del campanello di allarme invia un allarme in loco. Per lo schema di principio di funzionamento del relè e lo schema di collegamento tra il modulo relè e il chip STM32, si prega di contattare il produttore e inviare la richiesta.

(7) Modulo di comunicazione

In base ai requisiti di progettazione del sistema di monitoraggio remoto del trasformatore box intelligente da 10kV, la comunicazione tra l'intelligent box transformer e il cloud sceglie il metodo di comunicazione wireless GPRS a basso costo di traffico. Firmware Gizwits Modulo GPRS.
*Firmware Gizwits Modulo GPRS (Firmware G510_GAgent). Questo modulo è un programma applicativo eseguito su vari moduli di comunicazione, fornendo funzioni come la trasmissione bidirezionale dei dati del dispositivo cloud e del prodotto, configurazione del dispositivo nella rete, scoperta e legame, e aggiornamenti del programma. Lo schema elettrico tra il modulo GPRS e il controller principale può essere ottenuto contattando il produttore.

*Modulo GPRS-GA6. Questo modulo può realizzare la trasmissione della voce, messaggi brevi e dati a basso consumo energetico. È adatto a vari requisiti di progettazione nelle applicazioni M2M, soprattutto per la progettazione di prodotti compatti. In secondo luogo, il protocollo di comunicazione adotta la trasmissione del bus della porta seriale UART, utilizza i comandi AT standard per controllare il modulo, e seleziona il baud rate di 115200bps. Contatta il Produttore di IoT per lo schema elettrico di connessione del modulo GPRS-GA6 e del microcontrollore STM32.

3.3 Dispositivo di protezione completo del microcomputer

Secondo le specifiche di progettazione della protezione del trasformatore di potenza (GB/T 50062-2008), 10I trasformatori kV di solito devono installare una protezione da sovracorrente con limite di tempo. Il dispositivo di protezione del microcomputer ha la protezione, funzioni di misura e controllo di trasformatori e linee, così come le funzioni di acquisizione dei dati, monitoraggio e autoispezione del sistema, e ha un'elevata sensibilità e affidabilità.

Secondo i requisiti di progettazione della scatola intelligente da 10kV cambia nell'appartamento dello studente, viene selezionato il dispositivo di protezione completo del microcomputer di tipo corrente Ankerui AM3-I con funzione di comunicazione RS485, con I.A, IB, CIRCUITO INTEGRATO, U.S.A, U.B, UC, P, Q, Fr e altre misurazioni dei parametri elettrici, 8-acquisizione del segnale di commutazione esterno del canale, e operazioni di apertura e chiusura telecomandate dell'interruttore e altre funzioni. Lo schema dei terminali di cablaggio del dispositivo di protezione del microcomputer AM3-I è il seguente:

Schema dei morsetti di cablaggio del dispositivo di protezione del microcomputer AM3-I

3.4. Misuratore di rete intelligente

I contatori di rete intelligenti vengono utilizzati per rilevare parametri elettrici come la corrente trifase, tensione e potenza dei circuiti di distribuzione dell'energia a bassa tensione, nonché lo stato di apertura e chiusura di sezionatori e interruttori automatici. Secondo i requisiti di progettazione del sistema secondario del trasformatore box intelligente da 10kV, Viene selezionato il misuratore di rete intelligente Ankerui ACR con funzione di comunicazione RS485, e vengono selezionati lo schema elettrico del misuratore di rete intelligente ACR e del trasformatore di corrente a bassa tensione e lo schema elettrico dell'ingresso e dell'uscita dell'interruttore.

Trasformatore di corrente a bassa tensione del contatore di rete intelligente ACR e schema elettrico di ingresso e uscita digitale

Il misuratore di rete intelligente ACR adotta il protocollo Modbus-RTU, che può misurare e raccogliere parametri di potenza. La funzione di ingresso di commutazione può rilevare lo stato di commutazione del sezionatore e dell'interruttore automatico, e la funzione di uscita relè può accendere e spegnere da remoto l'interruttore automatico. Il contatore di rete intelligente ACR ha un piano unificato per la tabella degli indirizzi di comunicazione, che può realizzare le tre funzioni remote della telemetria, telesegnalazione e telecontrollo.

(1) Conversione AD e calcolo del segnale analogico AC

IL 3 segnali di tensione di fase e 3 segnali di corrente (segnali di uscita del trasformatore di corrente) raccolti direttamente dallo smart meter di rete ACR sono tutte grandezze analogiche, che devono essere convertiti in segnali digitali che possono essere riconosciuti dalla CPU per l'elaborazione dei dati. Primo, IL 3 tensioni di fase di 220V e 3 gli analoghi di corrente vengono trasformati in segnali a bassa tensione attraverso il convertitore, e convertito nella tensione consentita dal convertitore AD attraverso un anello di formazione della tensione; , convertito in un segnale digitale da AD e immesso nella CPU. Il diagramma schematico del processo di campionamento e conversione AD della grandezza analogica AC può essere ottenuto contattando il produttore.

* Conversione di tensione analogica e filtraggio passa-basso. La funzione del circuito di formazione della tensione è isolare elettricamente e trasformare l'elettricità. Generalmente, il convertitore AD richiede che il segnale di ingresso sia ±5V e ±10V, quindi è possibile determinare il rapporto di trasformazione del convertitore di tensione. I filtri passa-basso si dividono in filtri passivi e filtri attivi. I filtri attivi sono composti da condensatori, resistori e amplificatori operazionali integrati, che amplificano il segnale durante il filtraggio. I filtri passivi hanno solo funzioni di filtraggio ma nessuna funzione di amplificazione del segnale.
* Campionamento del segnale analogico. Il processo di campionamento dovrebbe seguire il teorema del campionamento di Shannon, questo è, la frequenza di campionamento non deve essere inferiore a 2 volte la frequenza più alta del segnale di ingresso. Il processo di campionamento è molto veloce. L'attuale campionamento del convertitore AD ha raggiunto il livello dei nanosecondi, mentre il periodo di campionamento del dispositivo automatico del sistema di alimentazione è a livello di millisecondi, quindi i segnali di tensione e corrente dei sei loop possono condividere un convertitore AD, ma il circuito di campionamento deve essere dotato di un dispositivo sample-and-hold e di un interruttore multiplexer.
* Conversione AD. I convertitori AD includono approssimazioni successive, integrante, conteggio, confronto parallelo, e convertitori tensione-frequenza VFC. Il convertitore AD ad approssimazioni successive rappresenta sia la velocità che la precisione dell'ADC, e ha una risoluzione di conversione più elevata a un tasso di conversione più elevato.

(2) Algoritmo di integrazione in valore assoluto semiciclo di grandezze elettriche sinusoidali

La chiave dell'algoritmo del software è migliorare l'accuratezza e la velocità del funzionamento dell'algoritmo. La chiave dell'algoritmo di campionamento AC del contatore intelligente è risolvere come calcolare l'ampiezza o il valore effettivo del segnale di campionamento sinusoidale in base al valore istantaneo del segnale sinusoidale. L'algoritmo più comunemente utilizzato per le quantità sinusoidali è l'algoritmo di integrazione del valore assoluto a semiciclo. Il principio dell'algoritmo di integrazione del valore assoluto del semiciclo è che l'integrale del valore assoluto della quantità seno in qualsiasi semiciclo è una costante S, e il valore integrale costante S non ha nulla a che fare con l'angolo iniziale integrale . L'algoritmo di integrazione del valore assoluto a semiciclo basato sul modello della funzione seno è mostrato in Figura 19.

Algoritmo di integrazione del valore assoluto semiciclo basato sul modello della funzione seno

L'espressione per calcolare il valore effettivo della corrente utilizzando l'algoritmo integrale del valore assoluto di semiciclo è mostrata nella figura seguente:

Nella formula, S rappresenta l'integrale del valore assoluto entro mezzo ciclo; I rappresenta il valore effettivo della corrente; i rappresenta il valore istantaneo della corrente; w rappresenta la velocità angolare; T rappresenta il ciclo di alimentazione CA; f rappresenta la frequenza di alimentazione CA; N rappresenta il numero di campioni in un ciclo ; Ts rappresenta il periodo di campionamento.

3.5 Sensore di fumo di temperatura e umidità RS485

Considerando che la linea di alimentazione nel trasformatore a scatola potrebbe presentare perdite, sovraccarico, cortocircuito ed eccessiva resistenza di contatto, che possono causare incendi, e il guasto del trasformatore immerso nell'olio combustibile può causare incendi. Perciò, è necessario installare un sensore di fumo nel trasformatore scatolato per il rilevamento dell'incendio del trasformatore scatolato. Per rilevare tempestivamente potenziali guasti. Al fine di garantire l'accuratezza della misurazione e ridurre i costi allo stesso tempo, la temperatura RS485, sensore di umidità e fumo tre in uno viene utilizzato per rilevare la temperatura, umidità e concentrazione di fumi nella scatola del trasformatore. IL sensore di temperatura e umidità utilizza la sonda SHT30. Interferenza da picchi e impulsi in loco. Il sensore ha 4 fili: rosso, nero, giallo, e verde. Per il metodo di cablaggio specifico del sensore di fumo temperatura e umidità, si prega di contattare il produttore dell'IoT.

I contatori intelligenti e i sensori progettati in questo sistema adottano il protocollo Modbus-RTU, in grado di comunicare in modo affidabile all'interno dell'intero intervallo di baud rate di 1200-115200. La velocità di trasmissione di contatori e sensori intelligenti è impostata uniformemente su 9600 bps. Il formato di trasmissione dei dati e il formato di conversione dei dati del sensore sono i seguenti:
Formato del frame di query dei dati del sensore. Il sensore segue il protocollo standard Modbus-RTU, e la lettura del sensore viene memorizzata nel registro di mantenimento, e il codice della funzione è 04. Il computer superiore legge il formato del frame di richiesta dati del sensore, e il formato del frame di richiesta dati del sensore del computer inferiore.

3.6 Trasmettitore di temperatura PT100 - principio di funzionamento di RTD PT100 - principio di funzionamento del sensore di temperatura

Il trasmettitore di temperatura PT100 viene utilizzato per rilevare la temperatura del corpo del trasformatore, temperatura del cavo ad alta e bassa tensione, è adatto a vari siti industriali. Il trasformatore produrrà perdite durante il funzionamento, principalmente perdita di ferro e perdita di rame, noto anche come perdita di nucleo e perdita di carico. La perdita di rame varia con la corrente di carico ed è proporzionale al quadrato della corrente di carico. La formula di calcolo della perdita del trasformatore è la seguente:

Nella formula, P0 rappresenta la potenza attiva del trasformatore in funzionamento a vuoto alla tensione nominale; I1 e I2 rappresentano la corrente della linea ad alta tensione e la corrente della linea laterale a bassa tensione; R1 e R2 rappresentano la resistenza del lato ad alta tensione e la resistenza del lato a bassa tensione.

Il trasmettitore di temperatura PT100 è integrato con l'interfaccia bus RS485, e ogni trasmettitore di temperatura può essere collegato 4 Sensori di temperatura PT100.

3.7 Principio di funzionamento del trasmettitore ad immersione in acqua

A causa del basso livello dell'acqua della fossa di fondazione della sottostazione a cassetta, c'è spesso accumulo d'acqua nella trincea del cavo e nella fossa di fondazione dopo la pioggia battente, e c'è un potenziale rischio per la sicurezza di perdita del cavo, quindi sono necessarie ispezioni e drenaggi irregolari. In questo disegno, il sensore di immersione in acqua viene utilizzato per rilevare l'accumulo di acqua nella fossa di fondazione della sottostruttura scatolare. Il sensore ad immersione in acqua applica il principio della conduzione del liquido, e utilizza gli elettrodi per rilevare se c'è acqua. Selezionare un rilevatore di immersione in acqua del tipo a contatto con funzione di comunicazione RS485. Il principio di funzionamento del rilevatore di immersione in acqua è mostrato in figura 23.

4. Progettazione del software di sistema

La progettazione del software di sistema comprende due parti: the field bus LAN software design of the box-type transformer and the remote monitoring system design of the box-type transformer based on the Gizwits cloud platform. Il dispositivo di protezione integrato nel microcomputer, il misuratore di rete intelligente e il sensore intelligente nella rete locale del bus di campo del trasformatore box hanno un software applicativo integrato, quindi è richiesta solo la progettazione del programma software del controller di campo del trasformatore box.

4.1 Progettazione del software del controller di campo per il trasformatore di tipo box

Il controller di campo del trasformatore box è un sistema integrato, e il suo sistema software è composto da un programma applicativo, API, sistema operativo integrato e BSP (pacchetto di supporto della scheda). Secondo le caratteristiche di molti parametri, molte attività e requisiti elevati in tempo reale raccolti dal controller di campo del trasformatore a scatola intelligente da 10 kV, il sistema operativo in tempo reale embedded μC/OS-Ⅲ, che è ampiamente utilizzato nello sviluppo di prodotti commerciali e nella ricerca didattica, è selezionato. μC/OS-Ⅲ considera i compiti come l'unità più piccola, e qualsiasi attività non deve preoccuparsi del metodo di gestione specifico delle risorse, che è determinato dal sistema operativo.

4.2 Progettazione del programma software del controller di campo del trasformatore a scatola

L'intera progettazione del sistema software si basa sul sistema distribuito composto da strumenti intelligenti, sensori, controller di campo e piattaforme cloud, e viene effettuata la progettazione e lo sviluppo del software applicativo. Trasmissione e scambio di dati, il controller in loco e il server cloud Gizwits utilizzano il protocollo di comunicazione Gizwits nel firmware GPRS per la trasmissione e lo scambio di dati. Il diagramma di flusso del programma principale del software applicativo del controller di campo del trasformatore a scatola.

*Programma principale del software. Primo, inizializzare tutte le parti del sistema, come GPIO, porta seriale, orologio, gestione della memoria, eccetera., e creare attività in μC/OS-Ⅲ. STM32 esegue l'acquisizione e l'elaborazione dei dati del sensore, e invia informazioni corrette al display LCD. Allo stesso tempo, l'STM32 invia i comandi AT al modulo GPRS-G510, scambia dati, si connette alla piattaforma cloud Gizwits attraverso il protocollo LwM2M, e giudica se il modulo di comunicazione GPRS è connesso correttamente al server cloud Gizwits. Se la connessione ha esito positivo, viene eseguita la trasmissione dei dati. Quindi giudicare se i dati elaborati sono superiori alla soglia impostata.
Se si tratta di un guasto minore della sottostazione box, inviare le informazioni sui dati all'APP mobile tramite la piattaforma cloud; se si tratta di un fallimento generale, inviare le informazioni di allarme dei dati all'APP mobile tramite la piattaforma cloud, e avviare il modulo di comunicazione GPRS-GA6 per inviare le informazioni di allarme tramite SMS del telefono cellulare; se Se si tratta di un difetto grave, le informazioni sull'allarme dei dati verranno inviate all'APP del telefono cellulare tramite la piattaforma cloud, e il modulo di comunicazione GPRS-GA6 verrà attivato per inviare le informazioni di allarme tramite il messaggio di testo del telefono cellulare e chiamare il personale interessato preimpostato.