ギズウィッツIoTプラットフォームに基づく10kVインテリジェントボックス型変電所の設計 + STM32

この記事で紹介した10kVインテリジェントボックス型変電所リモートコントロールシステムは、西安科学技術大学のTian Huiによって設計および開発されました.

このシステムは、エンジニアリングの背景として、大学の学生アパート用の10kVインテリジェントボックス交換システムの設計を採用しています, に基づいて10kVインテリジェントボックス交換システムを設計します モノのインターネット. システムは3つの部分で構成されています: 知覚層, 通信層とアプリケーション層. 知覚層は、センサーデータの収集とフィールドコントローラーへの送信を担当します.

マイコン保護装置などの二次システム機器を含む, インテリジェントネットワークメーター, インテリジェントな無効電力補償コントローラ, 温度や湿度などの環境検出装置と同様に, 煙, および水浸センサー. オンサイトコントローラはSTM32組み込みマイクロプロセッサを使用, LCDディスプレイを含む, 音声アラームモジュール, リレーおよびGPRS通信モジュール, 等; 通信層はGPRS無線通信を使用します, オンサイトコントローラーとクラウドプラットフォーム間の双方向データ伝送を担当します; Gizwitsクラウドプラットフォームは、ボックス型変圧器用のリモート監視システムとモバイルアプリを開発します, ストレージを担当します, 箱型変圧器運転データの解析・加工.

このシステムは、最終的に、温度や湿度の可変などの環境パラメータのユーザーのリモート監視を実現します, 煙探知器と基礎ピット水, 電流などの電気的パラメータと同様に, 電圧, 周波数と力率, コンピュータWEBまたはモバイルアプリを介した機器の作業ステータス.

箱型変圧器の動作に異常や故障があった場合, 監視システムは自動的に障害レベルを判断します, オンサイトベルのさまざまな組み合わせでアラームを送信します, 携帯電話アプリ, SMSと電話, 等, また、関連するスタッフに通知して、隠れたトラブルを時間内に排除し、電気事故を防ぎます. . ボックス変圧器や配電室の遠隔監視や集中管理に適しています, 学校の配電設備のインテリジェンスレベルと電源の安全性と信頼性を大幅に向上させることができます, 企業とコミュニティ.

1. 紹介

社会経済と流通ネットワークの構築と発展に伴い, ますます多くの10kVボックス変圧器があります. 従来の10kVボックス型変電所は、通常、無人および手動の定期検査の動作モードを採用しています, インテリジェンスの程度が低く、環境と機器のリモート監視および障害警報システムがありません. 現在のところ, スマートセンサー技術の急速な発展に伴い, 組み込み技術, 通信技術とクラウドコンピューティング技術とコスト削減, モノのインターネットに基づく10kVスマートボックス型変電所は、従来のボックス型変電所のアップグレードと変換に最適な選択肢となっています.

モノのインターネットに基づくインテリジェントなボックス型変電所リモート監視システムは、ボックス型変電所環境をリモートで監視できます, リアルタイムでの機器の動作パラメータとステータス. 図に示すように 1.

ユーザーは、ボックスの温度や湿度などの環境パラメータをリモートで監視できます, 煙探知器, 基礎ピットへの水の蓄積, 電流などの電気的パラメータと同様に, 電圧, 周波数, と力率, いつでもコンピューターまたはモバイルAPPを介した機器のステータス. ボックス変電所が異常運転または故障した場合, 監視システムは、携帯電話APPのさまざまな方法で関連するスタッフに自動的に通知します, 障害レベルに応じたSMSと電話, 時間内に隠れた障害を排除し、電気事故を防ぐために.

10モノのインターネットに基づくkVスマートボックス型変電所

スマートボックス型変電所の遠隔監視システムは、 "フィールドバスLAN" ボックス型変電所の内部と "クラウドプラットフォーム広域ネットワーク" 箱型変電所の外. この構造モデルは、二次給水設備遠隔監視システムの遠隔監視システムの開発に応用できます, 住宅用電気料金管理システム, エレベータリモート監視システムにより、従来の機器のインテリジェンスと管理レベルを向上させ、従来の産業のアップグレードを促進します. それは良いアプリケーション価値を持っています.

2. プログラム全体の設計

モノのインターネットに基づくスマートボックス型変電所の設計は、大学生のアパートにある10kVスマートボックス型変電所の設計に基づいています. 10kVインテリジェントボックス型変圧器の主なシステム設計は、従来の10kVボックス型変圧器と同じです, そしてそれは成熟する傾向があります. この記事では、10kVスマートボックスタイプの変圧器のインテリジェント設計に焦点を当てています. 以下は、10kVスマートボックス型変圧器の一次システムの設計内容の概要です.

2.1 10kVインテリジェントボックス型変電所の一次システム設計

いいえの電力負荷. 5 大学の学生アパートは主に照明です, コンピューターと新しく追加されたエアコンの負荷. 各寮は次のように計算されます。 8 人々, 照明負荷は100Wです, 各学生のコンピュータの負荷は200Wです, 各1.5Pスプリットタイプのハンガーにエアコンを新設電力は1.3kW, 1つの寮の負荷は3.0kWです. による "産業用および民生用電源および配電設計マニュアル", 寮の電力負荷需要係数は 0.7, 力率は 0.8.

今後の学生アパートの電気負荷の増加を考える, 変圧器は一定のマージンを確保する必要があります, 1000kVAの容量の変圧器が選択されます. 変圧器の初期投資コストと運用コストを考慮, 国の省エネおよび排出削減政策の要件と同様に, この目的のために、低損失の完全密閉型油浸変圧器S13-M-1000 / 10-0.4が選択されています.

負荷統計計算に基づく, 短絡計算, 動的安定性検証と熱安定性検証, 箱型変圧器の一次システムの主要機器が選択されています. プライマリシステムの主要機器の特定のモデルと技術的パラメータを表に示します 3, テーブル 4, テーブル 5 とテーブル 6.

いいえの設計要件によると. 5 学生アパートプロジェクトボックス変電所と一次システム設計計算, Noの設計されたプライマリシステムの主な配線図. 5 学生アパートボックス変電所は図に示されています 2.

像 2 : 大学の学生アパートのボックス型変電所の一次システムの主な配線図

2.2 10kVボックストランスのインテリジェント設計スキーム

従来の10kVボックス型変電所の運転管理に存在する設計上の欠陥と問題を目指して, この問題を解決するための鍵は、検出のための閉ループシステムの構築にあります, インテリジェントボックス型変電所の環境と機器の遠隔監視とアラーム, また、設計には動作環境と電気機器のリモート監視があり、さまざまな機能を備えたインテリジェントボックス変圧器システムは、ボックス変圧器のアクセス制御などの環境パラメータを収集および監視できます, 周囲の温度と湿度, 煙探知器, ケーブルトレンチ内の水, 電圧だけでなく, 現在の, 有効電力, 無効電力, 力率, ケーブル温度, 変圧器変圧器, 等.

体温およびガス警報信号およびその他の機器の動作パラメータ, リモートコントロール排気ファン, マイコン保護装置及び遮断器用スイッチ.

このシステムは、産業現場で一般的に使用される通信機能を備えたスマート機器とスマートセンサーを採用しています, 収集したデータをフィールドバス通信を介してフィールドコントローラに送信します, フィールドコントローラーは、無線または有線通信モジュールを介してサーバーまたはクラウドホストコンピューターにデータを送信します. テレメトリなどの機能を実現, リモートシグナリングとリモートコントロール.

モノのインターネットに基づく10kVインテリジェントボックス変圧器のリモート監視システムは、デジタル双方向通信機能を備えたインテリジェント機器とセンサーを使用しています, 標準のRS485バスインターフェースとModbus-RTU通信プロトコルを均一に採用. モノのインターネットに基づくインテリジェントボックストランスのリモート監視システムは、3つの部分で構成されています: 知覚層, 通信層とアプリケーション層.
* 知覚層: さまざまなスマートメーターとスマートセンサーを介してさまざまな環境を収集します, ボックス変圧器の機器の動作パラメータと機器の動作ステータス, RS485バスを介してフィールドコントローラにデータを送信します. フィールドコントローラーにはオペレーティングシステムが組み込まれており、データ収集があります, コンピューティング, 処理および制御機能.
* 通信層: この層は、データの送信と交換の接続とリンクです, クラウドプラットフォームとオンサイトコントローラー間の双方向データ伝送を担当します. 箱型変圧器の実際の通信条件に応じて, 有線光ケーブルなど各種通信方式, イーサネットまたはワイヤレスGPRSを選択して、クラウドプラットフォームにデータを送信できます.
*アプリケーション層: クラウドプラットフォーム上でのボックス型変圧器の遠隔監視システムの設計・開発, 送信を担当, 履歴データの受信と処理, ボックス型変圧器の動作パラメータの遠隔監視, イベント操作データの保存と分析を記録します. そして、クラウドプラットフォーム上でWEBとモバイルアプリを開発します, 当直の電気技師は、コンピューターまたはモバイルアプリを介していつでもボックス変圧器の動作データと機器の動作状態を監視できます.

3. システムハードウェア設計

3.1 ボックス変圧器サイトのRS485バスローカルエリアネットワーク

組み込み技術の開発と進歩、およびコスト削減に伴い, 多くの検出装置, センサーとアクチュエーターには、従来のボックスタイプのフィールド機器の情報伝送の欠点と問題のためのマイクロプロセッサが組み込まれています, AD DA変換と線形化、およびデジタルフィルタリングを完了できます. シリアル通信データインターフェースは、これらのデジタルフィールドデバイス内に追加されます, また、フィールドデバイス間のシリアル双方向通信は、統一された標準通信プロトコルを使用して実現できます.

現在、主に使用されている産業用バスネットワーク.

スマートボックス型変圧器の遠隔監視システムの設計の鍵の1つは、デジタル双方向通信機能を備えたスマート機器とセンサーを選択することです, 標準および統一されたバスインターフェースと通信プロトコルを採用する. 10kVスマートボックス型変電設計のエンジニアリング実践からスタート. 5 学生アパート, スマートセンサーで一般的にサポートされているRS485バスとModbus-RTU通信プロトコルが選択されています.

大学の学生アパートの箱型変圧器の一次システムの主配線図と10kVインテリジェント箱型変圧器遠隔監視システムのシステムブロック図による, システムのハードウェア設計は、ボックス変圧器フィールドコントローラーをコアとして採用します。, マイコン内蔵の保護装置で構成されています, インテリジェントネットワークメーターとインテリジェント無効電力補償器などの二次系機器, などの環境検知センサー 温度と湿度の煙センサー, PT100 温度センサーと水侵入センサーは、ボックスツーボックス変換サイトの RS485 バスローカルエリアネットワークを形成します. ボックス変圧器の RS485 バスローカルエリアネットワークシステム図を図に示します。 4.

ボックス型変換サイトのRS485バスローカルエリアネットワーク系統図

(1) RS485シリアル通信バス

RS485バスの通信モードはマスタースレーブモードです, マスターデバイスは通信のために各スレーブデバイスをポーリングします, 1 対マルチポイントのネットワーキングを確立して分散システムを形成できます。. RS485 インターフェイスは、広く使用されている低速シリアルインターフェイスです。, RS485 インターフェースには次の特徴があります。.
* RS485インターフェース.

RS485インターフェース通信は差動伝送モードを採用, バランスドライバーと差動レシーバーの組み合わせを備えています, ケーブルの両端の電圧差を利用して信号を送信します, これにより、コモンモード干渉とアンチノイズ干渉に対する耐性が大幅に強化されます。.
* RS485バスは高い伝送速度と長い伝送距離を備えています. 最大伝送距離は約 1200 メートル, 最大伝送速度は10Mbpsです; 伝送速度は伝送距離に反比例します。, 最大伝送距離は、レートが 20kbps 未満の場合に到達できます。.
* 複数のノードをサポート. 一般に, RS485 バスループは理論的にはサポートできます 247 デバイスノード.

(2) Modbus-RTUシリアル通信プロトコル

Modbusプロトコルは産業用バスネットワークに適用されます. プロトコルを通じて, コントローラとフィールド機器間でデータ通信が可能. 異なるメーカーが製造した機器でも、統一プロトコルに従った産業用バスネットワーク監視システムを形成できます。. プロトコルはマスター/スレーブ構造になっています, ネットワーク内の 1 つのマスターノード, 他はスレーブノードです, 各スレーブノードには一意のデバイスアドレスがあります。.

シリアルバスネットワーク内, マスターノードがコマンドを開始します, すべてのスレーブデバイスがコマンドを受信します. Modbus コマンドには、コマンドを実行するスレーブデバイスのアドレスが含まれます。, マスターデバイスによって指定されたスレーブデバイスが最初に応答し、その後コマンドを実行します。. Modbus コマンドには、到着したコマンドが破損していないことを確認するためのチェックサムがあります。. Modbus コマンドは、RTU にレジスタ値を変更するように指示できます。, I/Oポートの読み取りまたは制御, デバイスに 1 つ以上のレジスタデータを返すように命令します.

Modbus には ASCII が含まれます, RTU と TCP の 3 つのメッセージタイプ. アスキー送信モード, LRCチェックサム, 伝達効率が低い, しかし直感的, シンプルでデバッグが簡単. RTU送信モード, CRCチェックを使用する, 高い伝達効率, ASCIIよりも少し複雑. 一般的に言えば, 送信するデータ量が少ない場合, ASCII プロトコルの使用を検討してください。; 送信するデータ量が比較的大きい場合, RTU プロトコルを使用するのが最善です. このため, このシステムのインテリジェント機器とセンサーは、Modbus-RTU通信モードを一律に採用しています。.

3.2 箱型変圧器のフィールドコントローラのハードウェア設計

ボックス変圧器のフィールドコントローラーは組み込みシステムで構成されています. 組み込みシステムはアプリケーション中心です, ソフトウェアとハードウェアはカスタマイズ可能, 設備の自動化を実現します, 知能, 遠隔監視機能. 主に組み込みマイクロプロセッサで構成されています, 関連ハードウェア, 組み込みオペレーティングシステム, およびアプリケーションソフトウェアシステム.

(1) STM32マイクロプロセッサ最小システム

組み込みマイクロプロセッサの最小システムには組み込みマイクロプロセッサが含まれます, リセット回路とデバッグ回路. クロック回路は必要な外部クロック信号を提供します。, リセット回路は統一された初期状態を提供します, デバッグ回路はプログラムのダウンロードとデバッグのためのインターフェイスを提供します。.
* 組み込みマイクロプロセッサオプション. オンサイトコントローラーのパフォーマンスのための10kVインテリジェントボックス変圧器遠隔監視システムの要件に従って, このシステムは、オンサイトコントローラのコアマイクロプロセッサとして STM32F103ZET6 チップを選択します. STM32F103ZET6 組み込みマイクロプロセッサ, MCUは集積度が高い, 低消費電力, そして高いコストパフォーマンス. 産業医療分野のさまざまなアプリケーション要件に適しています, このシステムのデータ収集とリアルタイム処理の要件を満たすことができます。.
* 水晶発振回路. 水晶発振回路は、マイクロプロセッサを正常に動作させるために、固定周波数のパルスをマイクロプロセッサに提供します。. STM32 マイクロプロセッサには 2 つの水晶発振器が搭載されています, 8MHz水晶発振器は外部高速クロックを提供します, 32.768KHz 水晶発振器は外部低速クロックを提供します。.

* リセット回路. マイクロプロセッサのリセット回路の機能は、システムを再起動することです。. システムに障害が発生した場合, リセットボタンを押してデバイスを再起動します. 一般的に, リセット回路はローレベル信号を使用して再起動します.

(2) 電源回路設計

システムは定格電圧 12V の DC 外部電源を選択します。 (2あ), DC 5Vを選択します (2あ) フィールドコントローラーに電力を供給するUSBインターフェースを備えた電源アダプター. DC12V電源は制御基板に接続されています, DC 12V 電源は、LM2596S 降圧モジュールを介して DC 5V 電源を得るために降圧されます。. 次に、5V 電圧が AMS1117-3.3V レギュレータチップを通過して、STM32 チップに電力を供給する 3.3V 電圧が得られます。. LM2596S と AMS1117-3.3V 電源レギュレータの回路図を図に示します。 8.

(3) TTLモジュールへのRS485インターフェース

TTLモジュールへのRS485インターフェースは、RS485信号とTTL信号の双方向変換と通信を実現します。, ただし、シグナルは交互に実行する必要があります, 同時に 2 方向に実行することはできません. すべてのフィールドデバイスはこのモジュールを使用してマイクロコントローラーに接続します, 配線図を図に示します。 9.

TFT-LCD と STM32 MCU の配線図 - 像 9

(4) LCDディスプレイモジュール

ボックス型遠隔監視システムの現場コントローラーは多くの数字や文字を表示する必要があるため、, ディスプレイモジュールとして2.8インチTFT-LCD液晶ディスプレイを選択, 内部にはILI9341コントローラーがあります. STM32 が SPI インターフェイスを介して ILI9341 と通信できることを考慮してください, 8080 インターフェースまたはRGBインターフェース. より高速なリフレッシュレートを実現するには, TFT-LCDの用途 8080 パラレルデータバスインターフェース. STM32 は、可変スタティックメモリ FSMC モジュールを介して ILI9341 コントローラメモリにデータを出力します。.

(5) 音声アラームモジュール

STM32マイコンが箱変圧器の動作データの異常または故障を検出した場合, シリアルポートにメッセージを送信し、音声アラームを開始します。. 音声アラームモジュールは、一般的に使用される音声チップSYN6288を選択します, 設定されたプログラムに従って音声アラーム情報を自動的に放送します。. システムは GB2312 コードを使用します, 漢字処理や漢字コミュニケーションにおける情報交換に適しています。. SYN6288 は数字も正確に認識します, 時間と日付, および一般的に使用される測定単位.

(6) リレーモジュール

フィールドコントローラは、DC 12V 警報ベルとファンの開閉を制御する 2 方向フォトカプラ絶縁リレーモジュールのグループを選択します。, ボックス型排気ファンの電源タイプと出力に応じて、AC220Vソリッドステートリレーを選択できます。. 各リレー回路モジュールには常開接点と常閉接点があります。, LEDステータス表示だけでなく; 各リレー回路はフォトカプラによって絶縁されています, リレーの誘導電圧を解放し、前の回路を保護するフリーホイールダイオードが装備されています。. 箱型変圧器の周囲温度が一定範囲を超えた場合, 現場のコントローラーがハイレベルを出力, 1 つのフォトカプラ絶縁リレーがファンをオンにして冷却します。; 煙濃度過多など重大な異常が発生した場合, コントローラは別のフォトカプラ絶縁リレーを駆動して接続しますアラームベルループがオンサイトアラームを送信します. リレーの動作原理図とリレーモジュールとSTM32チップ間の接続図については, メーカーに連絡してリクエストを送信してください.

(7) 通信モジュール

10kV インテリジェントボックス変圧器遠隔監視システムの設計要件による, インテリジェントボックス変圧器とクラウド間の通信には、トラフィックコストの低いGPRS無線通信方式が選択されます。. Gizwits ファームウェア GPRS モジュール.
*Gizwits ファームウェア GPRS モジュール (G510_GAgent ファームウェア). このモジュールは、各種通信モジュール上で動作するアプリケーションプログラムです。, クラウドと製品のデバイスデータの双方向送信などの機能を提供, デバイス設定をネットワークに取り込む, 発見と結合, そしてプログラムのアップグレード. GPRS モジュールとメインコントローラー間の回路図は、メーカーに問い合わせることで入手できます。.

*GPRS-GA6モジュール. このモジュールは音声の送信を実現できます。, 短いメッセージとデータを低消費電力で実現. M2Mアプリケーションのさまざまな設計要件に適しています, 特にコンパクトな製品の設計に最適. 第二に, 通信プロトコルはUARTシリアルポートバス伝送を採用, 標準の AT コマンドを使用してモジュールを制御します, ボーレート 115200bps を選択します. に連絡してください IoTメーカー GPRS-GA6モジュールとSTM32マイコンの接続回路図はこちら.

3.3 マイコン総合保護装置

電源トランス保護設計仕様による (ギガバイト/トン 50062-2008), 10kV変圧器は通常、時間制限付きの過電流保護を取り付ける必要があります. マイコン保護装置は保護されています, 変圧器およびラインの測定および制御機能, データ収集の機能と同様に, 監視とシステムの自己検査, 高い感度と信頼性を備えています.

学生アパートの10kVインテリジェントボックス変更の設計要件によると, RS3通信機能を備えたAnkeruiAM485-I電流型マイコン総合保護装置が選択されています, IA付き, ティッカー, 集積回路, ティッカー, ティッカー, ティッカー, P, Q, Frおよびその他の電気パラメータ測定, 8-チャンネル外部スイッチ信号取得, 回路ブレーカーのリモコン開閉操作およびその他の機能. AM3-Iマイコン保護装置の配線端子図は以下の通りです:

AM3-Iマイコン保護装置の配線端子図

3.4. スマートネットワークメーター

スマートネットワークメーターは、三相電流などの電気パラメータを検出するために使用されます。, 低圧配電回路の電圧と電力, 遮断器や遮断器の開閉状態も確認可能. 10kV インテリジェントボックス変圧器の二次システムの設計要件による, RS485通信機能を搭載したAnkerui ACRインテリジェントネットワークメーターを選択, ACRインテリジェントネットワークメーターと低圧変流器の配線図とスイッチ入力と出力の配線図が選択されます.

ACR スマートネットワークメーターの低圧変流器とデジタル入出力の配線図

ACRスマートネットワークメーターはModbus-RTUプロトコルを採用, 電力パラメータを測定および収集できる. 開閉器や遮断器の開閉状態を検出できるスイッチ入力機能, リレー出力機能により、遠隔からサーキットブレーカーをオン/オフすることができます。. ACR インテリジェントネットワークメーターには、通信アドレステーブルの統一プランがあります。, テレメトリの 3 つのリモート機能を実現できます。, リモートシグナリングとリモートコントロール.

(1) ACアナログ信号のAD変換と演算

の 3 相電圧信号と 3 電流信号 (変流器出力信号) ACR スマートネットワークメーターによって直接収集されるのはすべてアナログ量です, データ処理のために CPU が認識できるデジタル信号に変換する必要がある. 初め, の 3 220Vの相電圧と 3 アナログ電流はコンバータを通じて低電圧信号に変換されます。, 電圧形成ループを介してADコンバータによって許容される電圧に変換されます; , ADでデジタル信号に変換し、CPUに入力. ACアナログ量のサンプリングおよびAD変換プロセスの概略図は、製造元に連絡することによって取得できます.

* アナログ電圧変換とローパスフィルタリング. 電圧形成回路の機能は、電気を電気的に絶縁して変換することです. 一般的に, ADコンバータでは、入力信号が±5Vおよび±10Vである必要があります, したがって、電圧変換器の変換比を決定できます. ローパスフィルターは、パッシブフィルターとアクティブフィルターに分けられます. アクティブフィルタはコンデンサで構成されています, 抵抗と内蔵オペアンプ, フィルタリングしながら信号を増幅します. パッシブフィルターはフィルター機能のみを持ち、信号増幅機能はありません。.
* アナログ信号のサンプリング. サンプリングプロセスはシャノンのサンプリング定理に従う必要があります。, あれは, サンプリング周波数は以下であってはなりません 2 入力信号の最高周波数の倍. サンプリングプロセスは非常に高速です. 現在のADコンバータのサンプリングはナノ秒レベルに達しています, 電力系統自動装置のサンプリング周期はミリ秒レベルですが, そのため、6 つのループの電圧信号と電流信号が 1 つの AD コンバーターを共有できます。, ただし、サンプリング回路にはサンプルアンドホールドデバイスとマルチプレクサスイッチが装備されている必要があります.
* AD変換. ADコンバータには逐次比較機能が含まれています, 積分, 数える, 並列比較, および VFC 電圧-周波数コンバータ. 逐次比較型 AD コンバータは、ADC の速度と精度の両方を代表するものです。, より高い変換レートでより高い変換解像度を備えています。.

(2) 正弦波電気量の半周期絶対値積分アルゴリズム

ソフトウェアアルゴリズムの鍵は、アルゴリズム動作の精度と速度を向上させることです. スマートメーターのACサンプリングアルゴリズムの鍵は、正弦波信号の瞬時値に応じて正弦波サンプリング信号の振幅または実効値をどのように計算するかを解決することです。. 正弦量に対して最も一般的に使用されるアルゴリズムは、半サイクル絶対値積分アルゴリズムです。. 半サイクル絶対値積分アルゴリズムの原理は、任意の半サイクルにおける正弦量の絶対値の積分は定数 S であるということです。, そして積分値定数Sは積分開始角度とは関係がありません。 . 正弦関数モデルに基づく半周期絶対値積分アルゴリズムを図に示します。 19.

正弦関数モデルに基づく半周期絶対値積分のアルゴリズム

半周期絶対値積分アルゴリズムによる電流実効値の計算式を下図に示します。:

式では, Sは半周期以内の絶対値の積分を表す; Iは電流の実効値を表す; iは電流の瞬時値を表す; wは角速度を表す; T は AC 電源サイクルを表します; f は AC 電源周波数を表します; Nは1サイクルのサンプル数を表す ; Tsはサンプリング周期を表す.

3.5 RS485温度および湿気の煙センサー

箱型変圧器の電源ラインに漏れがある可能性があることを考慮すると, オーバーロード, 短絡と過度の接触抵抗, 火災の原因となることがあります, また、燃料油浸漬変圧器の故障により火災の原因となることがあります. したがって, 箱型変圧器の火災検知には、箱型変圧器に煙センサーを設置する必要があります. 潜在的な障害を早期に検出するため. 測定精度を確保し、同時にコストを削減するため, RS485の温度, 湿度と煙のスリーインワンセンサーを使用して温度を検出します, ボックス変圧器内の湿度と煙の濃度. の 温度および湿度センサー SHT30プローブを使用. オンサイトのサージとパルス干渉. センサーは持っています 4 ワイヤ: 赤い, 黒い, 黄色, と緑. 温湿度煙センサーの具体的な配線方法について, IoTメーカーにお問い合わせください.

このシステムで設計されたスマートメーターとセンサーは、Modbus-RTUプロトコルを採用しています, これは、ボーレートの全範囲内で確実に通信できます。 1200-115200. スマートメーターとセンサーのボーレートは一律に9600bpsに設定されています. センサのデータ伝送形式とデータ変換形式は次のとおりです:
センサーデータクエリフレーム形式. センサーは標準のModbus-RTUプロトコルに従います, センサーの読み取り値は保持レジスタに保存されます, そして関数コードは 04. 上位コンピュータはセンサーデータ問い合わせフレームフォーマットを読み込みます, および下位コンピュータセンサーデータ問い合わせフレームフォーマット.

3.6 PT100温度伝送器 - RTD PT100の動作原理 - 温度センサーの動作原理

PT100 温度トランスミッターは変圧器の本体温度を検出するために使用されます。, 高電圧および低電圧ケーブルの温度, さまざまな産業現場に適しています. 変圧器は動作中に損失を生じます, 主に鉄損と銅損, コア損失および負荷損失とも呼ばれます. 銅損は負荷電流によって変化し、負荷電流の二乗に比例します。. トランス損失の計算式は以下の通りです:

式では, P0 は、定格電圧での無負荷動作時の変圧器の有効電力を表します。; I1、I2は高圧側線電流、低圧側線電流を表します。; R1、R2は高圧側抵抗、低圧側抵抗を表します。.

PT100 温度トランスミッタには RS485 バスインターフェイスが組み込まれています, 各温度伝送器は、 4 PT100 温度センサー.

3.7 水浸発信器の動作原理

ボックス変電所基礎ピットの水位低下のため, 大雨の後、ケーブルトレンチや基礎ピットに水がたまることがよくあります。, ケーブルの漏れによる潜在的な安全上の危険があります, 不定期な点検と排水が必要です. このデザインでは, 水浸センサーは、ボックス基礎構造の基礎ピット内の水の蓄積を検出するために使用されます。. 水浸センサーは液体伝導の原理を応用したものです, 電極を使用して水の有無を検出します. RS485通信機能付き接触式浸水検知器を選定. 浸水検知器の動作原理を図に示します。 23.

4. システムソフトウェア設計

システムソフトウェア設計には 2 つの部分が含まれます: 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. マイコン一体型保護装置, フィールドバスのスマートネットワークメーターとスマートセンサーボックス変圧器のローカルエリアネットワークにはアプリケーションソフトウェアが組み込まれています, したがって、ボックス変圧器のフィールドコントローラのソフトウェアプログラム設計のみが必要です.

4.1 ボックス型変圧器用フィールドコントローラソフトウェアの設計

ボックス変圧器のフィールドコントローラーは組み込みシステムです, そしてそのソフトウェアシステムはアプリケーションプログラムで構成されています, API, 組み込みオペレーティングシステムと BSP (ボードサポートパッケージ). 多くのパラメータの特性に従って, 10kVインテリジェントボックス型変圧器のフィールドコントローラによって収集される多くのタスクと高いリアルタイム要件, μC/OS-Ⅲ組み込みリアルタイムオペレーティングシステム, 商業製品の開発や教育研究に広く使用されています, 選択されています. μC/OS-Ⅲはタスクを最小単位とみなします, また、どのタスクでもリソースの特定の管理方法を気にする必要はありません。, これはオペレーティングシステムによって決定されます.

4.2 箱型変圧器のフィールドコントローラのソフトウェアプログラム設計

ソフトウェアシステム全体の設計は、インテリジェントな機器で構成される分散システムに基づいています, センサー, フィールドコントローラとクラウドプラットフォーム, アプリケーションソフトウェアの設計と開発が行われます. データの送信と交換, オンサイトコントローラーとギズウィッツクラウドサーバーは、データの送信と交換にGPRSファームウェアのギズウィッツ通信プロトコルを使用します. ボックス型変圧器のフィールドコントローラアプリケーションソフトウェアのメインプログラムフローチャート.

*ソフトウェアメインプログラム. 初め, システムのすべての部分を初期化する, GPIO など, シリアルポート, 時計, メモリ管理, 等, μC/OS-IIIでタスクを作成します。. STM32はセンサ・データの取得と処理を実行, 正しい情報をLCDディスプレイに送信します。. 同時に, STM32 は AT コマンドを GPRS-G510 モジュールに送信します。, データを交換する, LwM2M プロトコルを介して Gizwits クラウドプラットフォームに接続します, GPRS通信モジュールがGizwitsクラウドサーバーに正常に接続されているかどうかを判断します. 接続が成功した場合, データ送信が行われる. 次に、処理されたデータが設定されたしきい値より大きいかどうかを判断します.
ボックス変電所の軽微な故障の場合, クラウドプラットフォームを通じてデータ情報をモバイルAPPに送信します; 一般的な失敗の場合, クラウドプラットフォームを通じてデータアラーム情報をモバイルAPPに送信します, GPRS-GA6通信モジュールを起動し、携帯電話のSMSを通じてアラーム情報を送信します。; もしそれが重大な過失である場合, データアラーム情報はクラウドプラットフォームを通じて携帯電話APPに送信されます, GPRS-GA6通信モジュールが起動し、携帯電話のテキストメッセージを通じてアラーム情報を送信し、事前に設定した関連担当者に電話します。.