Дизајн на 10kV интелигентна трафостаница од типот кутија базирана на Gizwits IoT платформа + STM32

Системот за далечинско управување со интелигентна трафостаница од 10 kV воведен во овој напис е дизајниран и развиен од Тиан Хуи од Универзитетот за наука и технологија Ксиан.

Системот го зема дизајнот на 10 kV интелигентен систем за менување кутии за студентски стан во колеџ како инженерска позадина, и дизајнира 10kV интелигентен систем за менување кутии врз основа на Интернет на нештата. Системот се состои од три дела: слој на перцепција, слој за комуникација и слој на апликација. Слојот на перцепција е одговорен за собирање и пренос на податоци од сензорот до контролорот на теренот.

Вклучувајќи ја секундарната системска опрема како што се уреди за заштита на микрокомпјутер, интелигентни мрежни броила, и интелигентни контролери за компензација на реактивна моќност, како и опрема за откривање на животната средина како температура и влажност, чад, и сензори за потопување во вода. Контролерот на лице место користи вграден микропроцесор STM32, вклучувајќи LCD дисплеј, модул за говорен аларм, реле и GPRS комуникациски модул, итн.; слојот за комуникација користи GPRS безжична комуникација, кој е одговорен за двонасочниот пренос на податоци помеѓу контролорот на самото место и облак платформата; Облак платформата Gizwits развива систем за далечинско следење и мобилна апликација за трансформатори од типот кутија, кој е одговорен за складирањето, анализа и обработка на податоци за работата на трансформаторот од типот на кутија.

This system finally realizes the user's remote monitoring of environmental parameters such as variable temperature and humidity, аларм за чад и вода за темелна јама, како и електричните параметри како струја, Напон, фреквенција и фактор на моќност, и работниот статус на опремата преку компјутерската WEB или мобилната апликација.

Кога има абнормалност или дефект во работата на трансформаторот од типот на кутија, системот за следење автоматски го проценува нивото на дефект, и испраќа аларм преку различни комбинации на ѕвонче на лице место, АПП за мобилен телефон, СМС и телефон, итн., и го известува релевантниот персонал да ги отстрани скриените неволји навреме и да спречи електрични несреќи. . Погоден е за далечинско следење и централизирано управување со кутии трансформатори и простории за дистрибуција на електрична енергија, и може во голема мера да го подобри нивото на интелигенција и безбедноста и доверливоста на снабдувањето со електрична енергија на опремата за дистрибуција на електрична енергија во училиштата, претпријатија и заедници.

1. Вовед

Со изградбата и развојот на социјалната економија и дистрибутивната мрежа, има се повеќе кутиски трансформатори од 10 kV. Традиционалната трафостаница од типот на кутија од 10 kV генерално го прифаќа режимот на работа на без надзор и рачна редовна инспекција, кој има низок степен на интелигенција и нема системи за далечинско следење и аларм за дефекти за животната средина и опремата. Во моментов, со брзиот развој на технологијата за паметни сензори, вградена технологија, комуникациска технологија и облак компјутерска технологија и намалување на трошоците, трафостаницата од 10 kV паметна кутија заснована на Интернет на нештата стана најдобриот избор за надградба и трансформација на традиционалните трафостаници од типот кутии.

Интелигентниот систем за далечинско следење на трафостаницата од типот кутија базиран на Интернет на нештата може далечински да ја следи околината на трафостаницата од типот кутија, работни параметри и статус на опремата во реално време. Како што е прикажано на слика 1.

Корисниците можат далечински да ги следат еколошките параметри како што се температурата и влажноста на кутијата, аларм за чад, и акумулација на вода во темелите, како и електричните параметри како струја, Напон, фреквенција, и фактор на моќност, и статусот на опремата преку компјутери или мобилни АПП во секое време. Кога кутиската трафостаница работи ненормално или откажува, системот за следење автоматски ќе го извести релевантниот персонал преку различни методи на апликација за мобилни телефони, СМС и телефон според нивото на дефект, за навреме да се отстранат скриените дефекти и да се спречат електрични несреќи.

10kV трафостаница од типот на паметна кутија базирана на Интернет на нештата

Системот за далечинско следење на трафостаницата од типот на паметна кутија се состои од a "fieldbus LAN" внатре во трафостаницата од тип на кутија и а "облак платформа на широка мрежа" надвор од трафостаницата од типот на кутија. Овој структурен модел може да се примени за развој на системи за далечинско следење за секундарна опрема за водоснабдување системи за далечинско следење, системи за управување со полнење на електрична енергија во станбени простории, и системи за далечинско следење на лифтот за подобрување на нивото на интелигенција и управување со традиционалната опрема и промовирање на надградба на традиционалните индустрии. Има добра апликативна вредност.

2. Целокупниот дизајн на програмата

Дизајнот на трафостаница од типот на паметна кутија заснована на Интернет на нештата се заснова на дизајнот на трафостаница од типот паметна кутија од 10 kV во стан на студент на колеџ. Дизајнот на примарниот систем на интелигентниот трансформатор од типот кутија од 10 kV е ист како оној на традиционалниот трансформатор од типот кутија од 10 kV, и има тенденција да биде зрело. Оваа статија се фокусира на интелигентниот дизајн на трансформаторот од типот на паметна кутија од 10 kV. Следното е краток преглед на дизајнерската содржина на примарниот систем на трансформаторот од типот на паметна кутија од 10 kV.

2.1 Дизајн на примарен систем на 10kV интелигентна трафостаница од типот на кутија

Оптоварувањето на моќноста на бр. 5 студентска станбена зграда на универзитет е главно осветлување, компјутери и новододадени оптоварувања на климатизерот. Секој студентски дом се пресметува како 8 луѓе, оптоварувањето на осветлувањето е 100W, оптоварувањето на секој студентски компјутер е 200W, и секоја 1.5P закачалка тип сплит е ново инсталирана со клима уреди Моќноста е 1.3kW, а носивоста на еден студентски дом е 3,0kW. Во согласност со "Прирачник за дизајнирање на индустриско и цивилно напојување и дистрибуција", the dormitory's power load demand coefficient is 0.7, а факторот на моќност е 0.8.

Со оглед на зголемувањето на оптоварувањето со електрична енергија на студентскиот стан во иднина, трансформаторот треба да резервира одредена маржа, и се избира трансформаторот со капацитет од 1000kVA. Имајќи ги предвид почетните инвестициски трошоци и трошоците за работа на трансформаторот, како и барањата на националната политика за зачувување на енергијата и намалување на емисиите, за оваа цел е избран целосно запечатениот трансформатор потопен во масло со ниска загуба S13-M-1000/10-0.4.

Врз основа на статистичка пресметка на оптоварувањето, пресметка на краток спој, верификација на динамичка стабилност и верификација на термичка стабилност, се избира главната опрема на примарниот систем на трансформаторот од типот на кутија. Специфичните модели и техничките параметри на главната опрема на примарниот систем се прикажани во Табела 3, Табела 4, Табела 5 и Табела 6.

Според барањата за дизајн на бр. 5 студентски стан проект кутија трафостаница и примарниот систем дизајн пресметка, главниот дијаграм за поврзување на проектираниот примарен систем на бр. 5 студентски стан кутија трафостаница е прикажана на слика 2.

Слика 2 : Главниот дијаграм за поврзување на примарниот систем на трафостаница од типот кутија во студентски стан на универзитет

2.2 Интелигентна шема за дизајн на 10kV кутија трансформатор

Со цел кон проектантските дефекти и проблеми кои постојат во оперативното управување на традиционалната трафостаница од 10 kV, клучот за решавање на проблемот лежи во изградбата на затворен систем за откривање, далечинско следење и аларм на интелигентното опкружување и опрема на трафостаницата од типот на кутија, и дизајнот има далечински мониторинг на работната средина и електричната опрема Интелигентниот систем трансформатор на кутии со различни функции може да собира и следи параметри на животната средина, како што е контролата на пристапот на трансформаторот на кутијата, температура и влажност на околината, аларм за чад, и вода во кабелскиот ров, како и напонот, струја, активна моќност, реактивна моќност, фактор на моќност, температура на кабелот, трансформатор трансформатор, итн.

Температура на телото и сигнал за аларм за гас и други работни параметри на опремата, издувен вентилатор со далечински управувач, уред за заштита на микрокомпјутер и прекинувач за прекинувач.

Системот прифаќа паметни инструменти и паметни сензори со комуникациски функции кои вообичаено се користат во индустриските локации, и ги пренесува собраните податоци до контролорот на терен преку комуникација на теренска магистрала, а контролорот на теренот ги пренесува податоците до серверот или компјутерот-домаќин во облак преку безжичен или жичен комуникациски модул. Реализација на функции како што е телеметрија, далечинско сигнализирање и далечински управувач.

Системот за далечинско следење на 10 kV интелигентен кутиски трансформатор базиран на Интернет на нештата користи интелигентни инструменти и сензори со дигитална двонасочна комуникациска функција, и рамномерно го усвојува стандардниот магистрален интерфејс RS485 и протоколот за комуникација Modbus-RTU. Системот за далечинско следење на интелигентниот кутиски трансформатор базиран на Интернет на нештата е составен од три дела: слојот на перцепција, слојот за комуникација и слојот на апликацијата.
* Слој на перцепција: преку разни паметни броила и паметни сензори за собирање различни средини, параметри за работа на опремата и работниот статус на опремата на кутијата трансформатор, и пренесете ги податоците до контролорот на теренот преку магистралата RS485. Теренскиот контролер има вграден оперативен систем и има собирање податоци, Пресметување, функции за обработка и контрола.
* Слој за комуникација: Овој слој е врска и врска на пренос и размена на податоци, и е одговорен за двонасочен пренос на податоци помеѓу облак платформата и контролорот на лице место. Според реалните услови за комуникација на трансформаторот од типот на кутија, различни методи на комуникација како жичен оптички кабел, Може да се избере етернет или безжичен GPRS за пренос на податоци на облак платформата.
*Слој за апликација: Дизајнирајте и развијте систем за далечинско следење за трансформатори од типот кутија на платформата за облак, одговорен за испраќањето, примање и обработка на историски податоци, далечинско следење на работните параметри на трансформаторот од типот на кутија, и евиденција за складирање и анализа на податоците за работата на настаните. И развијте WEB и мобилна апликација на облак платформата, дежурниот електричар може да ги следи податоците за работа и работниот статус на опремата на кутијата трансформатор во секое време преку компјутерската или мобилната апликација.

3. Системски хардверски дизајн

3.1 RS485 автобус локална мрежа на кутија трансформатор сајт

Со развојот и напредокот на вградената технологија и намалувањето на трошоците, многу инструменти за откривање, сензорите и актуаторите имаат вградени микропроцесори за недостатоците и проблемите на преносот на информации на традиционалната теренска опрема од типот кутија, кој може да ја заврши ADDA конверзија и линеаризација и дигитално филтрирање. Во овие дигитални теренски уреди се додава сериски комуникациски интерфејс, а сериската двонасочна комуникација помеѓу теренските уреди може да се реализира со користење на унифициран стандарден протокол за комуникација.

Во моментов главно се користи индустриска автобуска мрежа.

Еден од клучевите за дизајнот на системот за далечинско следење за трансформатори од типот на паметна кутија е да се изберат паметни инструменти и сензори со дигитални двонасочни комуникациски функции, и да се усвојат стандардни и унифицирани магистрални интерфејси и протоколи за комуникација. Поаѓајќи од инженерската практика на дизајнот на трансформација од типот на паметна кутија од 10 kV во бр. 5 студентски стан, се избираат магистралата RS485 и протоколот за комуникација Modbus-RTU, генерално поддржани од паметни сензори.

Според главниот дијаграм за поврзување на примарниот систем на кутија-трансформатор во студентски стан на колеџ и системскиот блок дијаграм на системот за далечинско следење на интелигентен кутија-трансформатор од 10 kV, хардверскиот дизајн на системот го зема контролерот на полето на кутија-трансформатор како јадро, и се состои од микрокомпјутер интегриран заштитен уред, интелигентен мрежен мерач и интелигентна реактивна моќност Секундарна системска опрема како што се компензатори, и сензори за откривање на животната средина како што се сензори за чад за температура и влажност, PT100 температурни сензори и сензори за упад на вода ја формираат локалната мрежа на магистралата RS485 на местото на трансформација од кутија во кутија. Системскиот дијаграм на локалната мрежа на магистралата RS485 на кутијата трансформатор е прикажан на слика 4.

RS485 магистрала локална мрежа системски дијаграм на местото на трансформација од типот на кутија

(1) RS485 сериски комуникациски автобус

Режимот на комуникација на магистралата RS485 е режим на господар-роб, и главниот уред го анкетира секој slave уред за комуникација, и може да се воспостави вмрежување од една до повеќе точки за да се формира дистрибуиран систем. Интерфејсот RS485 е широко користен сериски интерфејс со мала брзина, а интерфејсот RS485 ги има следните карактеристики.
* RS485 интерфејс.

RS485 интерфејс комуникацијата го прифаќа режимот на диференцијален пренос, и има комбинација од балансиран двигател и диференцијален приемник, и ја користи разликата на напонот на двата краја на кабелот за пренос на сигнали, што во голема мера ја подобрува способноста да се спротивстави на пречки со заеднички режим и пречки против бучава.
* Автобусот RS485 има висока брзина на пренос и долго растојание на пренос. Максималното растојание на пренос е околу 1200 метри, а максималната брзина на пренос е 10Mbps; неговата брзина на пренос е обратно пропорционална на преносното растојание, а максималното растојание на пренос може да се постигне кога брзината е под 20 kbps.
* Поддржете повеќе јазли. Генерално, RS485 магистрална јамка теоретски може да поддржува 247 јазли на уредот.

(2) Сериски протокол за комуникација Modbus-RTU

Протоколот Modbus се применува на индустриската магистрална мрежа. Преку протоколот, комуникацијата со податоци може да се изврши помеѓу контролорот и теренската опрема. Опремата произведена од различни производители може да формира систем за следење на индустриска магистрална мрежа по унифициран протокол. Протоколот има структура господар-роб, еден главен јазол во мрежата, а другите се робови јазли, и секој slave јазол има единствена адреса на уред.

Во мрежата на сериски автобуси, главниот јазол започнува команда, и сите slave уреди ќе ја добијат командата. Командата Modbus ја содржи адресата на slave уредот што ја извршува командата, и slave уредот назначен од главниот уред прво реагира, а потоа ја извршува командата. Има контролни суми во командите на Modbus за да се осигураме дека командите што пристигнуваат не се оштетени. Modbus командите може да му наложат на RTU да ја промени вредноста на својот регистар, читање или контролирање на влезната/излезната порта, и нареди на уредот да врати еден или повеќе податоци од регистарот.

Modbus вклучува ASCII, RTU и TCP три типа пораки. ASCII режим на пренос, Проверка на LRC, ниска ефикасност на преносот, но интуитивен, едноставен и лесен за дебагирање. Режим на пренос на RTU, користејќи CRC проверка, висока ефикасност на преносот, малку покомплицирано од ASCII. Општо земено, ако количината на податоци што треба да се пренесат е мала, можете да размислите за користење на протоколот ASCII; ако количината на податоци што треба да се пренесат е релативно голема, најдобро е да се користи протоколот RTU. Од оваа причина, интелигентните инструменти и сензори на овој систем рамномерно го прифаќаат режимот на комуникација Modbus-RTU.

3.2 Хардверски дизајн на теренски контролер на кутија трансформатор

Теренскиот контролер на кутискиот трансформатор е составен од вграден систем. Вградениот систем е насочен кон апликацијата, софтверот и хардверот може да се прилагодат, и реализира автоматизација на опремата, интелигенција, и функции за далечинско следење. Главно е составен од вградени микропроцесори, поврзан хардвер, вградени оперативни системи, и апликативни софтверски системи.

(1) Минимум микропроцесорски систем STM32

Минималниот систем на вграден микропроцесор вклучува вграден микропроцесор, коло за ресетирање и коло за дебагирање. Колото на часовникот го обезбедува потребниот надворешен такт-сигнал, колото за ресетирање обезбедува унифицирана почетна состојба, а колото за дебагирање обезбедува интерфејс за преземање и дебагирање на програмата.
* Опција за вграден микропроцесор. Според барањата на системот за далечинско следење на интелигентна кутија трансформатор од 10 kV за перформансите на контролорот на лице место, овој систем го избира чипот STM32F103ZET6 како главен микропроцесор на контролорот на лице место. Вграден микропроцесор STM32F103ZET6, MCU има висока интеграција, мала потрошувачка на енергија, и високи трошоци за перформанси. Погоден е за различни барања за примена во индустриското медицинско поле, и може да ги исполни барањата за прибирање податоци и обработка во реално време на овој систем.
* Кристално осцилаторно коло. Колото на кристалните осцилатори обезбедува пулс со фиксна фреквенција на микропроцесорот за да може микропроцесорот да работи нормално. Микропроцесорот STM32 има два кристални осцилатори, кристалниот осцилатор од 8 MHz обезбедува надворешен часовник со голема брзина, и кристалниот осцилатор од 32,768 KHz обезбедува надворешен часовник со мала брзина.

* Ресетирај го колото. Функцијата на колото за ресетирање на микропроцесорот е да го рестартира системот. Кога системот ќе пропадне, притиснете го копчето за ресетирање за да го рестартирате уредот. Општо земено, колото за ресетирање користи сигнал на ниско ниво за рестартирање.

(2) Дизајн на колото за напојување

Системот избира надворешно напојување со еднонасочна струја со номинален напон од 12V (2А), и избира DC 5V (2А) адаптер за напојување со USB интерфејс за напојување на контролорот на теренот. Напојувањето од 12V DC е поврзано со контролната табла, и DC 12V напојувањето се намалува за да се добие DC 5V напојување преку модулот за спуштање LM2596S. Напонот од 5V потоа се пренесува преку чипот на регулаторот AMS1117-3.3V за да се добие напон од 3.3V за да се напојува STM32 чипот.. Дијаграмот на колото на регулаторот за напојување LM2596S и AMS1117-3.3V е прикажан на слика 8.

(3) RS485 интерфејс со TTL модул

Интерфејсот RS485 во TTL модулот ја реализира двонасочната конверзија и комуникација на сигналот RS485 и сигналот TTL, но сигналот мора да се извршува наизменично, и не може да се врши во две насоки во исто време. Сите теренски уреди го користат овој модул за поврзување со микроконтролерот, а дијаграмот за поврзување е прикажан на слика 9.

Дијаграм за поврзување на TFT-LCD и STM32 MCU - Слика 9

(4) Модул за LCD дисплеј

Бидејќи контролорот на лице место на системот за далечинско следење од типот кутија треба да прикажува многу броеви и знаци, како модул за прикажување е избран 2,8-инчен TFT-LCD дисплеј со течни кристали, а внатре има контролер ILI9341. Размислете дека STM32 може да комуницира со ILI9341 преку интерфејсот SPI, 8080 интерфејс или RGB интерфејс. Со цел да се постигне побрза стапка на освежување, TFT-LCD користи 8080 интерфејс за паралелна магистрала за податоци. STM32 емитува податоци во меморијата на контролорот ILI9341 преку модулот за променлива статичка меморија FSMC.

(5) Модул за говорен аларм

Кога микропроцесорот STM32 ќе открие дека има абнормалност или дефект во податоците за работа на кутискиот трансформатор, ќе испрати порака до сериската порта и ќе започне гласовен аларм. Модулот за гласовниот аларм го избира најчесто користениот гласовен чип SYN6288, и автоматски емитува информации за гласовниот аларм според програмираната програма. Системот користи код GB2312, кој е погоден за размена на информации при обработка на кинески знаци и комуникација со кинески знаци. SYN6288 исто така прецизно препознава броеви, времиња и датуми, и најчесто користените мерни единици.

(6) Реле модул

Теренскиот контролер избира група модули за изолационо реле на оптоспојувачот со две насоки за да го контролира отворањето и затворањето на ѕвончето за аларм DC 12V и вентилаторот, и 220V AC релето во цврста состојба може да се избере според типот на напојување и моќноста на издувниот вентилатор од типот кутија. Секој модул на колото на релето има вообичаено отворени и нормално затворени контакти, како и LED индикатор за статус; секое релејно коло е изолирано со оптоспојувачи, и е опремен со диода со слободно тркала за ослободување на индуцираниот напон на релето и заштита на претходното коло. Кога температурата на околината на кутијата трансформатор надминува одреден опсег, контролорот на лице место дава високо ниво, а едно реле за изолација на оптоспојувач делува да го вклучи вентилаторот за да се излади; кога се појавуваат сериозни дефекти како што е прекумерната концентрација на чад, контролорот управува со друго реле за изолација на оптоспојувачот за поврзување.. За дијаграмот на принципот на работа на релето и дијаграмот за поврзување помеѓу модулот за реле и чипот STM32, ве молиме контактирајте го производителот и испратете го барањето.

(7) Модул за комуникација

Според барањата за дизајн на системот за далечинско следење на интелигентна кутија трансформатор од 10 kV, комуникацијата помеѓу интелигентниот кутиски трансформатор и облакот го избира методот на безжична комуникација GPRS со ниска сообраќајна цена. Gizwits фирмверот GPRS модул.
*Gizwits фирмверот GPRS модул (Фирмверот G510_GAgent). Овој модул е апликативна програма која работи на различни комуникациски модули, обезбедување на функции како двонасочен пренос на облак и податоци за уредот на производот, конфигурација на уредот во мрежата, откривање и врзување, и надградби на програмата. Дијаграмот на колото помеѓу GPRS модулот и главниот контролер може да се добие со контактирање со производителот.

*GPRS-GA6 модул. Овој модул може да го реализира преносот на гласот, кратки пораки и податоци со мала потрошувачка на енергија. Погоден е за различни барања за дизајн во M2M апликации, особено за дизајн на компактни производи. Второ, комуникацискиот протокол го усвојува преносот на магистралата со сериска порта UART, користи стандардни AT команди за да го контролира модулот, и ја избира брзината на бауд од 115200bps. Контактирајте со Производител на IoT за дијаграмот на колото за поврзување на модулот GPRS-GA6 и микроконтролерот STM32.

3.3 Уред за сеопфатна заштита на микрокомпјутер

Според спецификацијата за дизајн за заштита на енергетскиот трансформатор (МК/Т 50062-2008), 10kV трансформаторите обично треба да инсталираат заштита од прекумерна струја со временско ограничување. Уредот за заштита на микрокомпјутерот ја има заштитата, мерни и контролни функции на трансформатори и водови, како и функциите на прибирање податоци, мониторинг и само-инспекција на системот, и има висока чувствителност и доверливост.

Според барањата за дизајн на 10kV интелигентна кутија промена во студентски стан, избран е уред за сеопфатна заштита на микрокомпјутер од тековен тип Ankerui AM3-I со комуникациска функција RS485, со ИА, IB, ИЦ, UA, УБ, УЗ, П, П, Fr и други електрични Мерења на параметри, 8-стекнување сигнал за надворешен прекинувач на канал, Операции за отворање и затворање на далечинскиот управувач на прекинувачот и други функции. Дијаграмот на приклучокот за поврзување на уредот за заштита на микрокомпјутер AM3-I е како што следува:

Дијаграм за поврзување на терминалот на уред за заштита на микрокомпјутер AM3-I

3.4. Паметен мрежен мерач

Паметните мрежни броила се користат за откривање на електрични параметри како трифазна струја, напонот и моќноста на нисконапонските дистрибутивни кола, како и статусот на отворање и затворање на изолационите прекинувачи и прекинувачите. Според барањата за дизајн на секундарниот систем на 10kV интелигентен кутиски трансформатор, Избран е интелигентен мрежен мерач Ankerui ACR со комуникациска функција RS485, и се избира дијаграмот за поврзување на интелигентниот мрежен мерач ACR и нисконапонскиот струен трансформатор и дијаграмот за поврзување на влезот и излезот на прекинувачот.

ACR паметен мрежен мерач на нисконапонски струен трансформатор и дигитален влезно-излезен дијаграм за поврзување

Паметниот мрежен мерач ACR го прифаќа протоколот Modbus-RTU, кој може да ги мери и собира параметрите за моќност. Влезната функција на прекинувачот може да го открие статусот на префрлување на изолациониот прекинувач и прекинувачот, а функцијата за излез на реле може далечински да го вклучува и исклучува прекинувачот. Интелигентниот мрежен мерач ACR има унифициран план за табелата со адреси за комуникација, кој може да ги реализира трите далечински функции на телеметријата, далечинско сигнализирање и далечински управувач.

(1) АД конверзија и пресметка на аналоген сигнал со наизменична струја

На 3 фазни напонски сигнали и 3 тековни сигнали (излезни сигнали од струен трансформатор) директно собрани од паметниот мрежен метар ACR се сите аналогни количини, кои треба да се претворат во дигитални сигнали кои може да се препознаат од процесорот за обработка на податоци. Прво, на 3 фазни напони од 220V и 3 тековните аналози се трансформираат во нисконапонски сигнали преку конверторот, и се претвора во напон дозволен од AD конверторот преку јамка за формирање на напон; , претворена во дигитален сигнал од страна на АД и влез во процесорот. Шематскиот дијаграм на процесот на земање примероци и AD конверзија на аналогната количина наизменична струја може да се добие со контактирање со производителот.

* Аналогна конверзија на напон и нископропусно филтрирање. Функцијата на колото за формирање на напон е електрично да ја изолира и трансформира електричната енергија. Општо земено, AD конверторот бара влезниот сигнал да биде ±5V и ±10V, па може да се одреди односот на трансформација на конверторот на напонот. Нископропусните филтри се поделени на пасивни и активни филтри. Активните филтри се составени од кондензатори, отпорници и интегрирани оперативни засилувачи, кои го засилуваат сигналот при филтрирање. Пасивните филтри имаат само функции за филтрирање, но немаат функции за засилување на сигналот.
* Земање примероци од аналоген сигнал. The sampling process should follow Shannon's sampling theorem, тоа е, фреквенцијата на земање мостри не смее да биде помала од 2 пати поголема од највисоката фреквенција на влезниот сигнал. Процесот на земање мостри е многу брз. Тековното земање примероци од AD конверторот го достигна нивото на наносекунда, додека периодот на земање примероци на автоматскиот уред на електроенергетскиот систем е на ниво од милисекунда, така што сигналите на напонот и струјата на шесте јамки можат да делат еден AD конвертор, но колото за земање примероци Мора да биде опремено со уред за држење примерок и прекинувач со мултиплексер.
* Конверзија од АД. АД конверторите вклучуваат последователно приближување, интегрален, броење, паралелна споредба, и VFC конвертори на напон-фреквенција. АД конверторот со последователна приближување е претставник и на брзината и на прецизноста во ADC, и има поголема резолуција на конверзија при повисока стапка на конверзија.

(2) Алгоритам за интеграција на апсолутна вредност на половина циклус на синусоидна електрична количина

Клучот на софтверскиот алгоритам е да се подобри точноста и брзината на алгоритмот. Клучот на алгоритмот за земање примероци наизменична струја на паметниот метар е да се реши како да се пресмета амплитудата или ефективната вредност на сигналот за синусоидално земање примероци според моменталната вредност на синусоидниот сигнал. Најчесто користен алгоритам за синусни количини е алгоритам за интеграција со апсолутна вредност на половина циклус.. Принципот на алгоритамот за интеграција на апсолутна вредност полуциклус е дека интегралот на апсолутната вредност на синусната количина во која било половина циклус е константа S, а интегралната вредност константа S нема никаква врска со интегралниот агол на стартување . Алгоритмот за интеграција на апсолутна вредност на половина циклус заснован на моделот на синусната функција е прикажан на слика 19.

Алгоритам на полуциклусна апсолутна вредносна интеграција заснован на модел на синусна функција

Изразот за пресметување на ефективната вредност на струјата со користење на полуциклусниот интегрален алгоритам со апсолутна вредност е прикажан на сликата подолу:

Во формулата, S го претставува интегралот на апсолутната вредност во рамките на половина циклус; Јас ја претставува ефективната вредност на струјата; i ја претставува моменталната вредност на струјата; w ја претставува аголната брзина; T го претставува циклусот на наизменична струја; f ја претставува фреквенцијата на наизменична струја; N го претставува бројот на примероци во еден циклус ; Ts го претставува периодот на земање примероци.

3.5 Сензор за чад за температура и влажност RS485

Имајќи предвид дека линијата за напојување во трансформаторот од типот на кутија може да има истекување, преоптоварување, краток спој и прекумерна отпорност на контакт, што може да предизвика пожари, а дефектот на трансформаторот потопен во мазут може да предизвика пожари. Затоа, потребно е да се инсталира сензор за чад во трансформаторот од типот кутија за откривање пожар на трансформаторот од типот кутија. Со цел рано да се откријат потенцијалните неуспеси. Со цел да се обезбеди точност на мерењето и да се намалат трошоците во исто време, температурата RS485, За откривање на температурата се користи сензор за влажност и чад три во едно, влажност и концентрација на чад во кутијата трансформатор. На сензор за температура и влажност користи сондата SHT30. Пренапони и пулсни пречки на лице место. Сензорот има 4 жици: црвено, црна, жолта, и зелена. За специфичниот метод на поврзување на сензорот за чад за температура и влажност, ве молиме контактирајте го производителот на IoT.

Паметните броила и сензори дизајнирани во овој систем го прифаќаат протоколот Modbus-RTU, кои можат сигурно да комуницираат во рамките на целиот опсег на брзина на бауд на 1200-115200. Стапката на бауд кај паметните броила и сензори е подеднакво поставена на 9600bps. Форматот за пренос на податоци и форматот на конверзија на податоци на сензорот се како што следува:
Формат на рамка за барање податоци од сензор. Сензорот го следи стандардниот протокол Modbus-RTU, а отчитувањето на сензорот се чува во регистерот за задржување, а кодот на функцијата е 04. Горниот компјутер го чита форматот на рамката за барање податоци од сензорот, и долниот формат на рамката за барање податоци за сензорот на компјутерот.

3.6 Температурен предавател PT100 - принцип на работа на RTD PT100 - принцип на работа на сензорот за температура

Температурниот предавател PT100 се користи за откривање на температурата на телото на трансформаторот, температура на висок напон и нисконапонски кабел, тој е погоден за различни индустриски локации. Трансформаторот ќе произведува загуби за време на работата, главно губење на железо и губење на бакар, познат и како загуба на јадрото и загуба на оптоварување. Загубата на бакар варира со струјата на оптоварување и е пропорционална на квадратот на струјата на оптоварување. Формулата за пресметка на загубата на трансформаторот е како што следува:

Во формулата, P0 ја претставува активната моќност на трансформаторот при работа без оптоварување на номиналниот напон; I1 и I2 ја претставуваат високонапонската струја и нисконапонската странична струја; R1 и R2 го претставуваат високонапонскиот страничен отпор и нисконапонскиот страничен отпор.

Температурниот предавател PT100 е вграден со магистрален интерфејс RS485, и може да се поврзе секој температурен предавател 4 PT100 сензори за температура.

3.7 Принцип на работа на предавателот за потопување вода

Поради ниското ниво на вода на јамата за основање на кутијата трафостаница, често има акумулација на вода во кабелскиот ров и темелната јама по силниот дожд, и постои потенцијална безбедносна опасност од истекување на кабелот, па се бара неправилна проверка и одводнување. Во овој дизајн, сензорот за потопување во вода се користи за откривање на акумулација на вода во јамата за основање на подградбата на кутијата. Сензорот за потопување во вода го применува принципот на спроводливост на течноста, и користи електроди за да открие дали има вода. Изберете детектор за потопување вода од типот на контакт со комуникациска функција RS485. Принципот на работа на детекторот за потопување во вода е прикажан на Слика 23.

4. Дизајн на системски софтвер

Дизајнот на системскиот софтвер вклучува два дела: 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. Интегриран заштитен уред со микрокомпјутер, паметен мрежен мерач и паметен сензор во теренската магистрала локална мрежа на кутискиот трансформатор имаат вграден апликативен софтвер, така што е потребен само дизајнот на софтверската програма на теренскиот контролер на кутискиот трансформатор.

4.1 Дизајн на софтвер за теренски контролер за трансформатор од типот кутија

Теренскиот контролер на кутискиот трансформатор е вграден систем, а неговиот софтверски систем е составен од апликативна програма, API, вграден оперативен систем и BSP (пакет за поддршка на одборот). Според карактеристиките на многу параметри, многу задачи и високи барања во реално време собрани од теренскиот контролер на интелигентниот трансформатор од типот кутија од 10 kV, μC/OS-Ⅲ вграден оперативен систем во реално време, кој е широко користен во развој на комерцијални производи и наставни истражувања, е избрано. μC/OS-Ⅲ ги смета задачите како најмалата единица, и секоја задача не треба да се грижи за специфичниот метод на управување со ресурсите, што го одредува оперативниот систем.

4.2 Софтверски програмски дизајн на теренски контролер на трансформатор од типот кутија

Целиот дизајн на софтверскиот систем се базира на дистрибуираниот систем составен од интелигентни инструменти, сензори, теренски контролери и облак платформи, а се врши дизајн и развој на апликативен софтвер. Пренос и размена на податоци, контролорот на локацијата и облак серверот Gizwits го користат протоколот за комуникација Gizwits во фирмверот GPRS за пренос и размена на податоци. Главниот програмски дијаграм на проток на полето контролер апликативен софтвер на трансформаторот од типот кутија.

*Главната програма на софтверот. Прво, иницијализирајте ги сите делови на системот, како што е GPIO, сериска порта, часовник, управување со меморијата, итн., и креирајте задачи во μC/OS-Ⅲ. STM32 врши собирање и обработка на податоците од сензорот, и испраќа точни информации на LCD дисплејот. Во исто време, STM32 испраќа AT команди до модулот GPRS-G510, разменува податоци, се поврзува со облак платформата Gizwits преку протоколот LwM2M, и проценува дали GPRS комуникацискиот модул е успешно поврзан со облак-серверот Gizwits. Ако врската е успешна, се врши пренос на податоци. Потоа проценете дали обработените податоци се поголеми од поставениот праг.
Ако се работи за помал дефект на трафостаницата на боксот, испратете ги податоците за податоците до мобилната АПП преку облак платформата; ако се работи за општ неуспех, испратете ги информациите за алармот за податоци до мобилната АПП преку платформата за облак, и вклучете го GPRS-GA6 комуникацискиот модул за испраќање информации за алармот преку SMS на мобилниот телефон; ако се работи за сериозна грешка, информациите за алармот за податоци ќе бидат испратени до апликацијата за мобилни телефони преку облак платформата, и GPRS-GA6 комуникацискиот модул ќе се активира за испраќање информации за алармот преку текстуална порака на мобилниот телефон и повикување на претходно поставениот релевантен персонал.