Reka bentuk pencawang jenis kotak pintar 10kV berdasarkan platform Gizwits IoT + STM32

Sistem kawalan jauh pencawang jenis kotak pintar 10kV yang diperkenalkan dalam artikel ini direka dan dibangunkan oleh Tian Hui dari Universiti Sains dan Teknologi Xi'an.

Sistem ini mengambil reka bentuk sistem menukar kotak pintar 10kV untuk pangsapuri pelajar di kolej sebagai latar belakang kejuruteraan, dan mereka bentuk sistem penukaran kotak pintar 10kV berdasarkan Internet Perkara. Sistem ini terdiri daripada tiga bahagian: lapisan persepsi, lapisan komunikasi dan lapisan aplikasi. Lapisan persepsi bertanggungjawab untuk pengumpulan dan penghantaran data sensor kepada pengawal lapangan.

Termasuk peralatan sistem sekunder seperti peranti perlindungan mikrokomputer, Meter rangkaian pintar, dan pengawal pampasan kuasa reaktif pintar, serta peralatan pengesanan persekitaran seperti suhu dan kelembapan, Asap, dan sensor rendaman air. Pengawal di tapak menggunakan mikropemproses tertanam STM32, termasuk paparan LCD, Modul penggera suara, modul komunikasi geganti dan GPRS, dan lain-lain.; lapisan komunikasi menggunakan komunikasi tanpa wayar GPRS, yang bertanggungjawab untuk penghantaran data dua hala antara pengawal di tapak dan platform awan; Platform awan Gizwits membangunkan sistem pemantauan jauh dan aplikasi mudah alih untuk transformer jenis kotak, yang bertanggungjawab untuk penyimpanan, analisis dan pemprosesan data operasi transformer jenis kotak.

This system finally realizes the user's remote monitoring of environmental parameters such as variable temperature and humidity, Penggera asap dan air lubang asas, serta parameter elektrik seperti arus, Voltan, kekerapan dan faktor kuasa, dan status kerja peralatan melalui WEB komputer atau APP mudah alih.

Apabila terdapat kelainan atau kesalahan dalam operasi transformer jenis kotak, sistem pemantauan secara automatik menilai tahap kesalahan, dan menghantar penggera melalui kombinasi loceng di lokasi yang berbeza, APP telefon bimbit, SMS dan telefon, dan lain-lain., dan memberitahu kakitangan yang berkaitan untuk menghapuskan masalah tersembunyi dalam masa dan mencegah kemalangan elektrik. . Ia sesuai untuk pemantauan jauh dan pengurusan berpusat transformer kotak dan bilik pengedaran kuasa, dan dapat meningkatkan tahap kecerdasan dan keselamatan bekalan kuasa dan kebolehpercayaan peralatan pengedaran kuasa di sekolah, perusahaan dan komuniti.

1. Pengenalan

Dengan pembinaan dan pembangunan ekonomi sosial dan rangkaian pengedaran, terdapat lebih banyak transformer kotak 10kV. Pencawang jenis kotak 10kV tradisional secara amnya menggunakan mod operasi pemeriksaan biasa tanpa pengawasan dan manual, yang mempunyai kecerdasan yang rendah dan tidak mempunyai pemantauan jarak jauh dan sistem penggera kerosakan untuk alam sekitar dan peralatan. Pada masa ini, dengan perkembangan pesat teknologi sensor pintar, Teknologi terbenam, teknologi komunikasi dan teknologi pengkomputeran awan dan pengurangan kos, pencawang jenis kotak pintar 10kV berdasarkan Internet of Things telah menjadi pilihan terbaik untuk menaik taraf dan transformasi pencawang jenis kotak tradisional.

Sistem pemantauan jauh pencawang jenis kotak pintar berdasarkan Internet of Things dapat memantau persekitaran pencawang jenis kotak dari jauh, Parameter operasi dan status peralatan dalam masa nyata. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1.

Pengguna boleh memantau parameter alam sekitar dari jauh seperti suhu dan kelembapan kotak, Penggera asap, dan pengumpulan air di lubang asas, serta parameter elektrik seperti arus, Voltan, Kekerapan, dan faktor kuasa, dan status peralatan melalui komputer atau APP mudah alih pada bila-bila masa. Apabila pencawang kotak berjalan secara tidak normal atau gagal, sistem pemantauan akan memberitahu kakitangan yang berkaitan secara automatik melalui kaedah APP telefon bimbit yang berbeza, SMS dan telefon mengikut tahap kerosakan, untuk menghapuskan kerosakan tersembunyi dalam masa dan mencegah kemalangan elektrik.

10pencawang jenis kotak pintar kV berdasarkan Internet of Things

Sistem pemantauan jauh pencawang jenis kotak pintar terdiri daripada a "LAN Fieldbus" di dalam pencawang jenis kotak dan a "rangkaian kawasan luas platform awan" di luar pencawang jenis kotak. Model struktur ini boleh digunakan untuk pembangunan sistem pemantauan jarak jauh untuk peralatan bekalan air sekunder sistem pemantauan jauh, Sistem Pengurusan Caj Elektrik Kediaman, dan lif sistem pemantauan jarak jauh untuk meningkatkan kecerdasan dan pengurusan peralatan tradisional dan menggalakkan peningkatan industri tradisional. Ia mempunyai nilai aplikasi yang baik.

2. Reka bentuk program keseluruhan

Reka bentuk pencawang jenis kotak pintar berdasarkan Internet of Things adalah berdasarkan reka bentuk pencawang jenis kotak pintar 10kV di pangsapuri pelajar kolej. Reka bentuk sistem utama transformer jenis kotak pintar 10kV adalah sama dengan transformer jenis kotak 10kV tradisional, dan ia cenderung matang. Artikel ini memberi tumpuan kepada reka bentuk pintar transformer jenis kotak pintar 10kV. Berikut adalah gambaran ringkas mengenai kandungan reka bentuk sistem utama transformer jenis kotak pintar 10kV.

2.1 Reka bentuk sistem utama pencawang jenis kotak pintar 10kV

Beban kuasa Tidak. 5 Bangunan pangsapuri pelajar di universiti terutamanya pencahayaan, komputer dan beban penghawa dingin yang baru ditambah. Setiap asrama dikira sebagai 8 orang ramai, beban pencahayaan ialah 100W, setiap beban komputer pelajar ialah 200W, dan setiap penyangkut jenis pecahan 1.5P baru dipasang dengan penghawa dingin Kuasa adalah 1.3kW, dan beban asrama tunggal ialah 3.0kW. Mengikut "Manual Reka Bentuk Bekalan dan Pengedaran Kuasa Perindustrian dan Awam", the dormitory's power load demand coefficient is 0.7, dan faktor kuasa adalah 0.8.

Memandangkan peningkatan beban elektrik pangsapuri pelajar pada masa akan datang, transformer perlu menyimpan margin tertentu, dan transformer dengan kapasiti 1000kVA dipilih. Memandangkan kos pelaburan awal dan kos operasi transformer, serta keperluan Dasar Pemuliharaan Tenaga dan Pengurangan Pelepasan Kebangsaan, transformer tenggelam minyak bertutup rendah S13-M-1000/10-0.4 dipilih untuk tujuan ini.

Berdasarkan pengiraan statistik beban, Pengiraan litar pintas, Pengesahan kestabilan dinamik dan Pengesahan Kestabilan Terma, Peralatan utama sistem utama transformer jenis kotak dipilih. Model tertentu dan parameter teknikal peralatan utama sistem utama ditunjukkan dalam Jadual 3, Jadual 4, Jadual 5 dan Jadual 6.

Mengikut keperluan reka bentuk No. 5 Pencawang kotak projek pangsapuri pelajar dan pengiraan reka bentuk sistem utama, gambarajah pendawaian utama sistem utama yang direka bentuk No. 5 pencawang kotak pangsapuri pelajar ditunjukkan dalam Rajah 2.

Rajah 2 : Gambar rajah pendawaian utama sistem utama pencawang jenis kotak di pangsapuri pelajar di universiti

2.2 Skim Reka Bentuk Pintar Transformer Kotak 10kV

Bertujuan untuk kecacatan reka bentuk dan masalah yang ada dalam pengurusan operasi pencawang jenis kotak tradisional 10kV, Kunci untuk menyelesaikan masalah terletak pada pembinaan sistem gelung tertutup untuk pengesanan, pemantauan jauh dan penggera persekitaran pencawang jenis kotak pintar dan peralatan, dan reka bentuk mempunyai pemantauan jauh persekitaran operasi dan peralatan elektrik Sistem transformer kotak pintar dengan pelbagai fungsi boleh mengumpul dan memantau parameter alam sekitar seperti kawalan akses transformer kotak, suhu dan kelembapan persekitaran, Penggera asap, dan air di parit kabel, serta voltan, Semasa, Kuasa aktif, kuasa reaktif, Faktor kuasa, Suhu kabel, transformer transformer, dan lain-lain.

Isyarat penggera suhu badan dan gas dan parameter operasi peralatan lain, Kipas ekzos kawalan jauh, Peranti perlindungan mikrokomputer dan suis pemutus litar.

Sistem ini menggunakan instrumen pintar dan sensor pintar dengan fungsi komunikasi yang biasa digunakan di tapak perindustrian, dan menghantar data yang dikumpul kepada pengawal lapangan melalui komunikasi bas lapangan, dan pengawal medan menghantar data ke pelayan atau komputer tuan rumah awan melalui modul komunikasi tanpa wayar atau berwayar. Merealisasikan fungsi seperti telemetri, Isyarat jauh dan alat kawalan jauh.

Sistem pemantauan jauh transformer kotak pintar 10kV berdasarkan Internet of Things menggunakan instrumen pintar dan sensor dengan fungsi komunikasi dua hala digital, dan secara seragam menggunakan antara muka bas RS485 standard dan protokol komunikasi Modbus-RTU. Sistem pemantauan jauh transformer kotak pintar berdasarkan Internet of Things terdiri daripada tiga bahagian: lapisan persepsi, lapisan komunikasi dan lapisan aplikasi.
* Lapisan persepsi: Melalui pelbagai meter pintar dan sensor pintar untuk mengumpul pelbagai persekitaran, Parameter operasi peralatan dan status kerja peralatan transformer kotak, dan menghantar data kepada pengawal lapangan melalui bas RS485. Pengawal medan mempunyai sistem pengendalian terbina dalam dan mempunyai pengumpulan data, Pengkomputeran, fungsi pemprosesan dan kawalan.
* Lapisan komunikasi: Lapisan ini adalah sambungan dan pautan penghantaran dan pertukaran data, dan bertanggungjawab untuk penghantaran data dua hala antara platform awan dan pengawal di tapak. Mengikut keadaan komunikasi sebenar transformer jenis kotak, Pelbagai kaedah komunikasi seperti kabel optik berwayar, GPRS ethernet atau wayarles boleh dipilih untuk menghantar data ke platform awan.
*Lapisan aplikasi: Reka bentuk dan bangunkan sistem pemantauan jauh untuk transformer jenis kotak di platform awan, bertanggungjawab untuk penghantaran, Menerima dan memproses data sejarah, pemantauan jauh parameter operasi transformer jenis kotak, dan penyimpanan rekod dan analisis data operasi acara. Dan membangunkan WEB dan APLIKASI mudah alih pada platform awan, juruelektrik yang bertugas boleh memantau data operasi dan status kerja peralatan transformer kotak pada bila-bila masa melalui komputer atau APP mudah alih.

3. Reka bentuk perkakasan sistem

3.1 RS485 bas rangkaian kawasan tempatan tapak transformer kotak

Dengan perkembangan dan kemajuan teknologi tertanam dan pengurangan kos, banyak instrumen pengesanan, Sensor dan penggerak mempunyai mikropemproses terbina dalam untuk kekurangan dan masalah penghantaran maklumat peralatan medan jenis kotak tradisional, yang boleh melengkapkan penukaran dan linearisasi ADDA dan penapisan digital. Antara muka data komunikasi bersiri ditambah di dalam peranti medan digital ini, dan komunikasi dua hala bersiri antara peranti medan boleh direalisasikan dengan menggunakan protokol komunikasi standard bersatu.

Rangkaian bas industri yang digunakan terutamanya pada masa ini.

Salah satu kunci kepada reka bentuk sistem pemantauan jauh untuk transformer jenis kotak pintar adalah memilih instrumen pintar dan sensor dengan fungsi komunikasi dua hala digital, dan untuk menerima pakai antara muka bas standard dan bersatu dan protokol komunikasi. Bermula dari amalan kejuruteraan reka bentuk transformasi jenis kotak pintar 10kV dalam No. 5 Pangsapuri Pelajar, protokol komunikasi bas RS485 dan Modbus-RTU umumnya disokong oleh sensor pintar dipilih.

Menurut gambarajah pendawaian utama sistem utama transformer kotak di pangsapuri pelajar di kolej dan gambarajah blok sistem pemantauan jauh transformer kotak pintar 10kV, Reka bentuk perkakasan sistem mengambil pengawal medan box-transformer sebagai teras, dan terdiri daripada peranti perlindungan bersepadu mikrokomputer, meter rangkaian pintar dan peralatan sistem sekunder kuasa reaktif pintar seperti pampasan, dan sensor pengesanan alam sekitar seperti Sensor asap suhu dan kelembapan, Sensor suhu PT100 dan sensor pencerobohan air membentuk rangkaian kawasan tempatan bas RS485 tapak transformasi kotak ke kotak. Gambar rajah sistem rangkaian kawasan tempatan bas RS485 bagi transformer kotak ditunjukkan dalam Rajah 4.

RS485 bas tempatan sistem rangkaian kawasan tempatan gambar rajah tapak transformasi jenis kotak

(1) Bas komunikasi bersiri RS485

Mod komunikasi bas RS485 adalah mod master-slave, dan peranti induk polls setiap peranti hamba untuk komunikasi, dan rangkaian satu-ke-berbilang titik boleh diwujudkan untuk membentuk sistem teragih. Antara muka RS485 adalah antara muka bersiri berkelajuan rendah yang digunakan secara meluas, dan antara muka RS485 mempunyai ciri-ciri berikut.
* Antara muka RS485.

Komunikasi antara muka RS485 menggunakan mod penghantaran pembezaan, dan mempunyai gabungan pemandu seimbang dan penerima pembezaan, dan menggunakan perbezaan voltan di kedua-dua hujung kabel untuk menghantar isyarat, yang sangat meningkatkan keupayaan untuk menahan gangguan mod biasa dan gangguan anti-bunyi.
* Bas RS485 mempunyai kadar penghantaran yang tinggi dan jarak penghantaran yang panjang. Jarak penghantaran maksimum adalah kira-kira 1200 meter, dan kadar penghantaran maksimum ialah 10Mbps; Kadar penghantarannya berkadar songsang dengan jarak penghantaran, dan jarak penghantaran maksimum boleh dicapai apabila kadarnya di bawah 20kbps.
* Menyokong berbilang nod. Secara umum, gelung bas RS485 secara teorinya boleh menyokong 247 Nod peranti.

(2) Protokol komunikasi bersiri Modbus-RTU

Protokol Modbus digunakan untuk rangkaian bas perindustrian. Melalui protokol, komunikasi data boleh dilakukan antara pengawal dan peralatan lapangan. Peralatan yang dihasilkan oleh pengeluar yang berbeza boleh membentuk sistem pemantauan rangkaian bas industri berikutan protokol bersatu. Protokol ini mempunyai struktur tuan-hamba, satu nod induk dalam rangkaian, dan yang lain adalah nod hamba, dan setiap nod hamba mempunyai alamat peranti yang unik.

Dalam rangkaian bas bersiri, nod induk memulakan arahan, dan semua peranti hamba akan menerima arahan. Perintah Modbus mengandungi alamat peranti hamba yang melaksanakan arahan, dan peranti hamba yang ditetapkan oleh peranti induk bertindak balas terlebih dahulu dan kemudian melaksanakan perintah itu. Terdapat pemeriksaan dalam arahan Modbus untuk memastikan bahawa arahan tiba tidak rosak. Arahan Modbus boleh mengarahkan RTU untuk menukar nilai daftarnya, membaca atau mengawal port I/O, dan memerintahkan peranti untuk mengembalikan satu atau lebih data daftar.

Modbus termasuk ASCII, RTU dan TCP tiga jenis mesej. Mod penghantaran ASCII, Pemeriksaan LRC, kecekapan penghantaran yang rendah, tetapi intuitif, Mudah dan mudah untuk dinyahpepijat. Mod penghantaran RTU, menggunakan cek CRC, kecekapan penghantaran yang tinggi, sedikit lebih rumit daripada ASCII. Secara amnya bercakap, jika jumlah data yang hendak dihantar adalah kecil, anda boleh mempertimbangkan untuk menggunakan protokol ASCII; jika jumlah data yang hendak dihantar agak besar, sebaiknya gunakan protokol RTU. Atas sebab ini, instrumen pintar dan sensor sistem ini menggunakan mod komunikasi Modbus-RTU secara seragam.

3.2 Reka Bentuk Perkakasan Pengawal Medan Transformer Kotak

Pengawal medan transformer kotak terdiri daripada sistem terbenam. Sistem terbenam adalah aplikasi berpusatkan, Perisian dan perkakasan boleh disesuaikan, dan merealisasikan automasi peralatan, Perisikan, dan fungsi pemantauan jarak jauh. Ia terutamanya terdiri daripada mikropemproses tertanam, Perkakasan Berkaitan, sistem pengendalian terbenam, dan sistem perisian aplikasi.

(1) STM32 mikropemproses sistem minimum

Sistem minimum mikropemproses tertanam termasuk mikropemproses tertanam, Tetapkan semula litar dan litar penyahpepijatan. Litar jam menyediakan isyarat jam luaran yang diperlukan, litar set semula menyediakan keadaan awal bersatu, dan litar penyahpepijatan menyediakan antara muka untuk muat turun program dan penyahpepijatan.
* Pilihan mikropemproses terbenam. Mengikut keperluan sistem pemantauan jauh transformer kotak pintar 10kV untuk prestasi pengawal di tapak, sistem ini memilih cip STM32F103ZET6 sebagai mikropemproses teras pengawal di tapak. STM32F103ZET6 mikropemproses terbenam, MCU mempunyai integrasi yang tinggi, penggunaan kuasa yang rendah, dan prestasi kos yang tinggi. Ia sesuai untuk pelbagai keperluan aplikasi dalam bidang perubatan perindustrian, dan boleh memenuhi keperluan pemerolehan data dan pemprosesan masa nyata sistem ini.
* Litar pengayun kristal. Litar pengayun kristal menyediakan nadi frekuensi tetap kepada mikropemproses untuk menjadikan mikropemproses beroperasi seperti biasa. Mikropemproses STM32 mempunyai dua pengayun kristal, pengayun kristal 8MHz menyediakan jam berkelajuan tinggi luaran, dan pengayun kristal 32.768KHz menyediakan jam berkelajuan rendah luaran.

* Mengeset semula litar. Fungsi litar reset mikropemproses adalah untuk memulakan semula sistem. Apabila sistem gagal, Tekan butang set semula untuk memulakan semula peranti. Secara amnya, Litar set semula menggunakan isyarat tahap rendah untuk memulakan semula.

(2) Reka bentuk litar kuasa

Sistem ini memilih bekalan kuasa luaran DC dengan voltan undian 12V (2A), dan memilih DC 5V (2A) penyesuai kuasa dengan antara muka USB untuk membekalkan kuasa kepada pengawal medan. Bekalan kuasa 12V DC disambungkan ke papan kawalan, dan bekalan kuasa DC 12V diturunkan untuk mendapatkan bekalan kuasa DC 5V melalui modul step-down LM2596S. Voltan 5V kemudiannya disalurkan melalui cip pengatur AMS1117-3.3V untuk mendapatkan voltan 3.3V untuk membekalkan kuasa kepada cip STM32. Gambar rajah litar LM2596S dan AMS1117-3.3V pengawal selia bekalan kuasa ditunjukkan dalam Rajah 8.

(3) Antara muka RS485 ke modul TTL

Antara muka RS485 ke modul TTL menyedari penukaran dan komunikasi dua hala isyarat RS485 dan isyarat TTL, tetapi isyarat mesti dilaksanakan secara bergantian, dan tidak boleh dijalankan dalam dua arah pada masa yang sama. Semua peranti medan menggunakan modul ini untuk menyambung dengan pengawal mikro, dan gambar rajah pendawaian ditunjukkan dalam Rajah 9.

Gambar rajah pendawaian TFT-LCD dan STM32 MCU - Rajah 9

(4) Modul paparan LCD

Oleh kerana pengawal di tapak sistem pemantauan jauh jenis kotak perlu memaparkan banyak nombor dan aksara, paparan kristal cecair TFT-LCD 2.8 inci dipilih sebagai modul paparan, dan terdapat pengawal ILI9341 di dalamnya. Pertimbangkan STM32 boleh berkomunikasi dengan ILI9341 melalui antara muka SPI, 8080 antara muka atau antara muka RGB. Untuk mencapai kadar segar semula yang lebih cepat, Kegunaan TFT-LCD 8080 Antara muka bas data selari. STM32 mengeluarkan data kepada memori pengawal ILI9341 melalui modul memori statik berubah-ubah FSMC.

(5) Modul penggera suara

Apabila mikropemproses STM32 mengesan bahawa terdapat kelainan atau kesalahan dalam data operasi pengubah kotak, Ia akan menghantar mesej ke port bersiri dan memulakan penggera suara. Modul penggera suara memilih cip suara yang biasa digunakan SYN6288, dan menyiarkan maklumat penggera suara secara automatik mengikut program yang diprogramkan. Sistem ini menggunakan kod GB2312, yang sesuai untuk pertukaran maklumat dalam pemprosesan aksara Cina dan komunikasi aksara Cina. SYN6288 juga mengenal pasti nombor dengan tepat, Masa dan tarikh, dan unit pengukuran yang biasa digunakan.

(6) Modul geganti

Pengawal lapangan memilih sekumpulan modul geganti pengasingan optocoupler 2 hala untuk mengawal pembukaan dan penutupan loceng penggera DC 12V dan kipas, dan geganti keadaan pepejal 220V AC boleh dipilih mengikut jenis bekalan kuasa dan kuasa kipas ekzos jenis kotak. Setiap modul litar geganti biasanya mempunyai kenalan terbuka dan biasanya ditutup, serta petunjuk status LED; Setiap litar geganti diasingkan oleh optocouplers, dan dilengkapi dengan diod freewheeling untuk melepaskan voltan teraruh geganti dan melindungi litar sebelumnya. Apabila suhu persekitaran pengubah kotak melebihi julat tertentu, Pengawal di tapak mengeluarkan tahap tinggi, dan satu relay pengasingan optocoupler bertindak untuk menghidupkan kipas untuk menyejukkan badan; Apabila kesalahan serius seperti kepekatan asap berlebihan berlaku, pengawal memacu satu lagi geganti pengasingan optocoupler untuk menyambung Gelung loceng penggera menghantar penggera di tapak. Untuk gambarajah prinsip kerja geganti dan gambarajah sambungan antara modul geganti dan cip STM32, Sila hubungi pengilang dan hantar permintaan.

(7) Modul komunikasi

Mengikut keperluan reka bentuk sistem pemantauan jauh transformer kotak pintar 10kV, komunikasi antara transformer kotak pintar dan awan memilih kaedah komunikasi tanpa wayar GPRS dengan kos trafik yang rendah. Modul Gizwits firmware GPRS.
*Modul Gizwits firmware GPRS (G510_GAgent perisian tegar). Modul ini adalah program aplikasi yang berjalan pada pelbagai modul komunikasi, menyediakan fungsi seperti penghantaran data awan dan peranti produk dua hala, konfigurasi peranti ke dalam rangkaian, penemuan dan pengikatan, dan peningkatan program. Gambar rajah litar antara modul GPRS dan pengawal utama boleh didapati dengan menghubungi pengilang.

*Modul GPRS-GA6. Modul ini dapat merealisasikan penghantaran suara, Mesej ringkas dan data dengan penggunaan kuasa yang rendah. Ia sesuai untuk pelbagai keperluan reka bentuk dalam aplikasi M2M, Terutama untuk reka bentuk produk padat. Kedua, protokol komunikasi mengguna pakai penghantaran bas pelabuhan bersiri UART, menggunakan arahan AT standard untuk mengawal modul, dan memilih kadar baud 115200bps. Hubungi Pengilang IoT untuk gambarajah litar sambungan modul GPRS-GA6 dan mikropengawal STM32.

3.3 Peranti perlindungan komprehensif mikrokomputer

Mengikut spesifikasi reka bentuk perlindungan transformer kuasa (GB/T 50062-2008), 10transformer kV biasanya perlu memasang perlindungan overcurrent dengan had masa. Peranti perlindungan mikrokomputer mempunyai perlindungan, Fungsi pengukuran dan kawalan transformer dan garisan, serta fungsi pemerolehan data, pemantauan dan pemeriksaan kendiri sistem, dan mempunyai sensitiviti dan kebolehpercayaan yang tinggi.

Mengikut keperluan reka bentuk perubahan kotak pintar 10kV di apartmen pelajar, peranti perlindungan komprehensif mikrokomputer jenis semasa Ankerui AM3-I dengan fungsi komunikasi RS485 dipilih, dengan IA, IB, IC, UA, UB, UC, P, Q, Fr dan pengukuran Parameter elektrik lain, 8-pemerolehan isyarat suis luaran saluran, dan pemutus litar kawalan jauh membuka dan menutup operasi dan fungsi lain. Gambar rajah terminal pendawaian peranti perlindungan mikrokomputer AM3-I adalah seperti berikut:

Gambar rajah terminal pendawaian peranti perlindungan mikrokomputer AM3-I

3.4. Meter rangkaian pintar

Meter rangkaian pintar digunakan untuk mengesan parameter elektrik seperti arus tiga fasa, voltan dan kuasa litar pengedaran kuasa voltan rendah, serta status pembukaan dan penutupan suis pengasingan dan pemutus litar. Mengikut keperluan reka bentuk sistem sekunder transformer kotak pintar 10kV, Ankerui ACR meter rangkaian pintar dengan fungsi komunikasi RS485 dipilih, dan gambarajah pendawaian meter rangkaian pintar ACR dan transformer arus voltan rendah dan gambarajah pendawaian input suis dan output dipilih.

ACR meter rangkaian pintar transformer arus voltan rendah dan gambarajah pendawaian input dan output digital

Meter rangkaian pintar ACR mengamalkan protokol Modbus-RTU, yang boleh mengukur dan mengumpul parameter kuasa. Fungsi input suis dapat mengesan status penukaran suis pengasingan dan pemutus litar, dan fungsi output geganti boleh menghidupkan dan mematikan pemutus litar dari jauh. Meter rangkaian pintar ACR mempunyai pelan bersatu untuk jadual alamat komunikasi, yang dapat merealisasikan tiga fungsi telemetri jauh, Isyarat jauh dan alat kawalan jauh.

(1) Penukaran AD dan pengiraan isyarat analog AC

The 3 Isyarat voltan fasa dan 3 Isyarat semasa (Isyarat output transformer semasa) dikumpulkan secara langsung oleh meter rangkaian pintar ACR adalah semua kuantiti analog, yang perlu ditukar kepada isyarat digital yang boleh diiktiraf oleh CPU untuk pemprosesan data. Pertama, yang 3 voltan fasa 220V dan 3 Analog semasa diubah menjadi isyarat voltan rendah melalui penukar, dan ditukar kepada voltan yang dibenarkan oleh penukar AD melalui gelung pembentuk voltan; , ditukar kepada isyarat digital oleh AD dan input kepada CPU. Gambar rajah skematik proses pensampelan dan penukaran AD kuantiti analog AC boleh didapati dengan menghubungi pengilang.

* Penukaran voltan analog dan penapisan lulus rendah. Fungsi litar pembentuk voltan adalah untuk mengasingkan dan mengubah elektrik. Secara amnya, penukar AD memerlukan isyarat input ±5V dan ±10V, Jadi nisbah transformasi penukar voltan boleh ditentukan. Penapis lulus rendah dibahagikan kepada penapis pasif dan penapis aktif. Penapis aktif terdiri daripada kapasitor, perintang dan penguat operasi bersepadu, yang menguatkan isyarat semasa menapis. Penapis pasif hanya mempunyai fungsi penapisan tetapi tiada fungsi amplifikasi isyarat.
* Pensampelan isyarat analog. The sampling process should follow Shannon's sampling theorem, itu dia, kekerapan pensampelan tidak boleh kurang daripada 2 kali kekerapan tertinggi isyarat input. Proses pensampelan sangat cepat. Pensampelan penukar AD semasa telah mencapai tahap nanosecond, manakala tempoh pensampelan peranti automatik sistem kuasa berada pada tahap milisaat, jadi voltan dan isyarat arus enam gelung boleh berkongsi satu penukar AD, tetapi litar pensampelan Mesti dilengkapi dengan peranti sampel dan tahan dan suis multiplexer.
* Penukaran iklan. Penukar AD termasuk penghampiran berturut-turut, Penting, Kiraan, perbandingan selari, dan penukar frekuensi voltan VFC. Penukar AD penghampiran berturut-turut adalah wakil kedua-dua kelajuan dan ketepatan dalam ADC, dan ia mempunyai resolusi penukaran yang lebih tinggi pada kadar penukaran yang lebih tinggi.

(2) Algoritma integrasi nilai mutlak separuh kitaran kuantiti elektrik sinusoidal

Kunci algoritma perisian adalah untuk meningkatkan ketepatan dan kelajuan operasi algoritma. Kunci algoritma pensampelan AC meter pintar adalah untuk menyelesaikan cara mengira amplitud atau nilai berkesan isyarat pensampelan sinusoidal mengikut nilai seketika isyarat sinusoidal. Algoritma yang paling biasa digunakan untuk kuantiti sinus ialah algoritma integrasi nilai mutlak separuh kitaran. Prinsip algoritma integrasi nilai mutlak separuh kitaran adalah bahawa integral nilai mutlak kuantiti sinus dalam mana-mana separuh kitaran adalah S malar, dan pemalar nilai integral S tidak ada kaitan dengan sudut permulaan yang penting . Algoritma integrasi nilai mutlak separuh kitaran berdasarkan model fungsi sinus ditunjukkan dalam Rajah 19.

Algoritma integrasi nilai mutlak separuh kitaran berdasarkan model fungsi sinus

Ungkapan untuk mengira nilai efektif semasa menggunakan algoritma integral nilai mutlak separuh kitaran ditunjukkan dalam rajah di bawah:

Dalam formula, S mewakili integral nilai mutlak dalam setengah kitaran; Saya mewakili nilai efektif semasa; Saya mewakili nilai seketika semasa; W mewakili halaju sudut; T mewakili kitaran kuasa AC; f mewakili frekuensi kuasa AC; N mewakili bilangan sampel dalam satu kitaran ; Ts mewakili tempoh pensampelan.

3.5 Sensor asap suhu dan kelembapan RS485

Memandangkan talian bekalan kuasa dalam transformer jenis kotak mungkin mengalami kebocoran, beban berlebihan, litar pintas dan rintangan hubungan yang berlebihan, yang boleh menyebabkan kebakaran, dan kegagalan transformer yang direndam minyak bahan api boleh menyebabkan kebakaran. Oleh itu, Ia perlu memasang sensor asap dalam transformer jenis kotak untuk pengesanan kebakaran transformer jenis kotak. Untuk mengesan kemungkinan kegagalan lebih awal. Untuk memastikan ketepatan pengukuran dan mengurangkan kos pada masa yang sama, suhu RS485, Kelembapan dan asap sensor tiga dalam satu digunakan untuk mengesan suhu, Kelembapan dan kepekatan asap dalam transformer kotak. The Sensor suhu dan kelembapan menggunakan probe SHT30. Lonjakan di tapak dan gangguan nadi. Sensor mempunyai 4 Wayar: Merah, Hitam, Kuning, dan hijau. Untuk kaedah pendawaian khusus sensor asap suhu dan kelembapan, sila hubungi pengeluar IoT.

Meter pintar dan sensor yang direka dalam sistem ini menggunakan protokol Modbus-RTU, yang boleh berkomunikasi dengan pasti dalam julat kadar baud penuh 1200-115200. Kadar baud meter pintar dan sensor ditetapkan secara seragam kepada 9600bps. Format penghantaran data dan format penukaran data sensor adalah seperti berikut:
Format bingkai pertanyaan data sensor. Sensor mengikuti protokol Modbus-RTU standard, dan bacaan sensor disimpan dalam daftar pegangan, dan kod fungsi ialah 04. Komputer atas membaca format bingkai pertanyaan data sensor, dan format rangka pertanyaan data sensor komputer yang lebih rendah.

3.6 Pemancar suhu PT100 - prinsip kerja JPJ PT100 - prinsip kerja sensor suhu

Pemancar suhu PT100 digunakan untuk mengesan suhu badan pengubah, voltan tinggi dan suhu kabel voltan rendah, Ia sesuai untuk pelbagai tapak perindustrian. Transformer akan menghasilkan kerugian semasa operasi, terutamanya kehilangan besi dan kehilangan tembaga, Juga dikenali sebagai kehilangan teras dan kehilangan beban. Kehilangan tembaga berbeza dengan arus beban dan berkadar dengan kuasa dua arus beban. Formula pengiraan kerugian transformer adalah seperti berikut:

Dalam formula, P0 mewakili kuasa aktif transformer dalam operasi tanpa beban pada voltan undian; I1 dan I2 mewakili arus talian voltan tinggi dan arus talian sisi voltan rendah; R1 dan R2 mewakili rintangan sisi voltan tinggi dan rintangan sisi voltan rendah.

Pemancar suhu PT100 tertanam dengan antara muka bas RS485, dan setiap pemancar suhu boleh disambungkan ke 4 Penderia suhu PT100.

3.7 Prinsip kerja pemancar rendaman air

Oleh kerana paras air rendah lubang asas pencawang kotak, Selalunya terdapat pengumpulan air di parit kabel dan lubang asas selepas hujan lebat, dan terdapat potensi bahaya keselamatan kebocoran kabel, jadi pemeriksaan dan saliran yang tidak teratur diperlukan. Dalam reka bentuk ini, Sensor rendaman air digunakan untuk mengesan pengumpulan air di lubang asas substruktur kotak. Sensor rendaman air menggunakan prinsip pengaliran cecair, dan menggunakan elektrod untuk mengesan sama ada terdapat air. Pilih pengesan rendaman air jenis kenalan dengan fungsi komunikasi RS485. Prinsip kerja pengesan rendaman air ditunjukkan dalam Rajah 23.

4. Reka bentuk perisian sistem

Reka bentuk perisian sistem merangkumi dua bahagian: 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. Peranti perlindungan bersepadu mikrokomputer, meter rangkaian pintar dan sensor pintar dalam rangkaian kawasan tempatan bas lapangan transformer kotak telah membenamkan perisian aplikasi, Oleh itu, hanya reka bentuk program perisian pengawal lapangan transformer kotak diperlukan.

4.1 Reka bentuk perisian pengawal lapangan untuk transformer jenis kotak

Pengawal medan transformer kotak adalah sistem terbenam, dan sistem perisiannya terdiri daripada program aplikasi, API, sistem pengendalian terbenam dan BSP (Pakej sokongan papan). Mengikut ciri-ciri banyak parameter, banyak tugas dan keperluan masa nyata yang tinggi yang dikumpulkan oleh pengawal medan transformer jenis kotak pintar 10kV, μC/OS-III. sistem pengendalian masa nyata terbenam, yang digunakan secara meluas dalam pembangunan produk komersial dan penyelidikan pengajaran, dipilih. μC/OS-III. menganggap tugas sebagai unit terkecil, dan apa-apa tugas tidak perlu mengambil berat tentang kaedah pengurusan sumber tertentu, yang ditentukan oleh sistem operasi.

4.2 Reka bentuk program perisian pengawal lapangan transformer jenis kotak

Keseluruhan reka bentuk sistem perisian adalah berdasarkan sistem teragih yang terdiri daripada instrumen pintar, penderia, Pengawal lapangan dan platform awan, dan reka bentuk dan pembangunan perisian aplikasi dijalankan. Penghantaran dan pertukaran data, pengawal di tapak dan pelayan awan Gizwits menggunakan protokol komunikasi Gizwits dalam perisian tegar GPRS untuk penghantaran dan pertukaran data. Carta alir program utama perisian aplikasi pengawal lapangan transformer jenis kotak.

*Program utama perisian. Pertama, memulakan semua bahagian sistem, seperti GPIO, pelabuhan bersiri, Jam, pengurusan memori, dan lain-lain., dan buat tugas dalam μC/OS-III.. STM32 melakukan pemerolehan dan pemprosesan data sensor, dan menghantar maklumat yang betul kepada paparan LCD. Pada masa yang sama, STM32 menghantar arahan AT ke modul GPRS-G510, data pertukaran, menyambung ke platform awan Gizwits melalui protokol LwM2M, dan menilai sama ada modul komunikasi GPRS berjaya disambungkan ke pelayan awan Gizwits. Sekiranya sambungan berjaya, penghantaran data dilakukan. Kemudian hakim sama ada data yang diproses lebih besar daripada ambang yang ditetapkan.
Sekiranya ia adalah kegagalan kecil pencawang kotak, menghantar maklumat data ke APP mudah alih melalui platform awan; jika ia adalah kegagalan umum, menghantar maklumat penggera data ke APP mudah alih melalui platform awan, dan mulakan modul komunikasi GPRS-GA6 untuk menghantar maklumat penggera melalui SMS telefon bimbit; jika ia adalah kesalahan serius, maklumat penggera data akan dihantar ke APP telefon bimbit melalui platform awan, dan modul komunikasi GPRS-GA6 akan diaktifkan untuk menghantar maklumat penggera melalui mesej teks telefon bimbit dan hubungi kakitangan yang telah ditetapkan.