Projekt inteligentnej rozdzielni skrzynkowej 10kV w oparciu o platformę Gizwits IoT + STM32

Przedstawiony w tym artykule inteligentny system zdalnego sterowania podstacją typu skrzynkowego 10 kV został zaprojektowany i opracowany przez Tian Hui z Xi'an University of Science and Technology.

System wykorzystuje projekt inteligentnego systemu wymiany skrzynek 10 kV dla mieszkania studenckiego w college'u jako tło inżynierskie, i projektuje inteligentny system przełączania skrzynek 10kV oparty na Internet przedmiotów. System składa się z trzech części: warstwa percepcji, warstwę komunikacyjną i warstwę aplikacji. Warstwa percepcji odpowiada za zbieranie i przesyłanie danych z czujników do kontrolera terenowego.

W tym drugorzędne wyposażenie systemu, takie jak urządzenia zabezpieczające mikrokomputery, inteligentne liczniki sieciowe, oraz inteligentne regulatory kompensacji mocy biernej, a także sprzęt do wykrywania środowiska, taki jak temperatura i wilgotność, palić, i czujniki zanurzenia w wodzie. Sterownik lokalny wykorzystuje wbudowany mikroprocesor STM32, w tym wyświetlacz LCD, moduł alarmu dźwiękowego, przekaźnik i moduł komunikacji GPRS, itp.; warstwa komunikacyjna wykorzystuje komunikację bezprzewodową GPRS, który odpowiada za dwukierunkową transmisję danych między kontrolerem na miejscu a platformą chmurową; Platforma chmurowa Gizwits rozwija system zdalnego monitoringu oraz aplikację mobilną dla transformatorów skrzynkowych, który jest odpowiedzialny za przechowywanie, analiza i przetwarzanie danych eksploatacyjnych transformatorów skrzynkowych.

System ten w końcu realizuje zdalne monitorowanie przez użytkownika parametrów środowiskowych, takich jak zmienna temperatura i wilgotność, czujnik dymu i studnia fundamentowa, a także parametry elektryczne, takie jak prąd, Napięcie, częstotliwość i współczynnik mocy, i stan pracy sprzętu za pośrednictwem komputera WEB lub aplikacji mobilnej.

Gdy występuje nieprawidłowość lub usterka w działaniu transformatora skrzynkowego, system monitorowania automatycznie ocenia poziom awarii, i wysyła alarm za pomocą różnych kombinacji dzwonka na miejscu, aplikacja na telefon komórkowy, SMS i telefon, itp., i powiadamia odpowiedni personel, aby na czas wyeliminować ukryte problemy i zapobiec wypadkom elektrycznym. . Nadaje się do zdalnego monitorowania i scentralizowanego zarządzania transformatorami skrzynkowymi i pomieszczeniami dystrybucji energii, i może znacznie poprawić poziom inteligencji oraz bezpieczeństwo zasilania i niezawodność sprzętu do dystrybucji energii w szkołach, przedsiębiorstw i społeczności.

1. Wstęp

Wraz z budową i rozwojem ekonomii społecznej oraz sieci dystrybucji, jest coraz więcej transformatorów skrzynkowych 10kV. Tradycyjna podstacja skrzynkowa 10 kV zasadniczo przyjmuje tryb pracy bezobsługowej i ręcznej regularnej kontroli, który charakteryzuje się niskim stopniem inteligencji i nie posiada systemów zdalnego monitorowania i alarmowania o awariach środowiska i sprzętu. Obecnie, wraz z szybkim rozwojem technologii inteligentnych czujników, technologia osadzona, technologii komunikacyjnej i technologii przetwarzania w chmurze oraz redukcji kosztów, inteligentna stacja elektroenergetyczna 10kV oparta na Internecie Rzeczy stała się najlepszym wyborem do modernizacji i transformacji tradycyjnych stacji skrzynkowych.

Inteligentny system zdalnego monitorowania podstacji typu skrzynkowego oparty na Internecie rzeczy może zdalnie monitorować środowisko podstacji typu skrzynkowego, parametrów pracy i stanu urządzeń w czasie rzeczywistym. Jak pokazano na rysunku 1.

Użytkownicy mogą zdalnie monitorować parametry środowiskowe, takie jak temperatura i wilgotność skrzynki, alarm przeciwpożarowy, i gromadzenia się wody w dołach fundamentowych, a także parametry elektryczne, takie jak prąd, Napięcie, częstotliwość, i współczynnik mocy, i status sprzętu za pośrednictwem komputerów lub aplikacji mobilnych w dowolnym momencie. Gdy podstacja skrzynkowa działa nieprawidłowo lub ulega awarii, system monitorowania automatycznie powiadomi odpowiedni personel za pomocą różnych metod aplikacji na telefon komórkowy, SMS i telefon w zależności od poziomu awarii, tak, aby na czas wyeliminować ukryte usterki i zapobiec wypadkom elektrycznym.

10Inteligentna stacja elektroenergetyczna kV oparta na Internecie Rzeczy

System zdalnego monitoringu podstacji typu smart box składa się z: "magistrala LAN" wewnątrz podstacji skrzynkowej oraz a "sieć rozległa platformy chmurowej" poza podstacją skrzynkową. Ten model strukturalny można zastosować do rozwoju systemów zdalnego monitorowania systemów zdalnego monitorowania urządzeń zaopatrzenia w wodę wtórnego, domowe systemy zarządzania opłatami za energię elektryczną, i systemy zdalnego monitorowania wind w celu poprawy inteligencji i poziomu zarządzania tradycyjnym sprzętem oraz promowania modernizacji tradycyjnych gałęzi przemysłu. Ma dobrą wartość aplikacyjną.

2. Ogólny projekt programu

Projekt stacji elektroenergetycznej typu smart box w oparciu o Internet Rzeczy na podstawie projektu stacji elektroenergetycznej typu smart box 10kV w mieszkaniu studenckim. Projekt systemu pierwotnego inteligentnego transformatora skrzynkowego 10 kV jest taki sam jak w przypadku tradycyjnego transformatora skrzynkowego 10 kV, i bywa dojrzała. Ten artykuł koncentruje się na inteligentnym projekcie inteligentnego transformatora skrzynkowego 10kV. Poniżej znajduje się krótki przegląd zawartości projektowej systemu pierwotnego transformatora typu smart box 10kV.

2.1 Projekt systemu podstawowego inteligentnej rozdzielni skrzynkowej 10kV

Obciążenie mocy nr. 5 budynek mieszkalny dla studentów na uniwersytecie to głównie oświetlenie, komputerów i nowo dodanych obciążeń klimatyzacyjnych. Każdy akademik jest obliczany jako 8 ludzie, obciążenie oświetlenia wynosi 100 W, obciążenie każdego komputera ucznia wynosi 200 W, a każdy wieszak typu split 1,5P jest nowo instalowany z klimatyzatorami Moc 1,3kW, a obciążenie pojedynczego akademika wynosi 3,0 kW. Według "Podręcznik projektowania zasilania i dystrybucji zasilania przemysłowego i cywilnego", współczynnik zapotrzebowania na moc w akademiku wynosi 0.7, a współczynnik mocy wynosi 0.8.

Biorąc pod uwagę wzrost obciążenia elektrycznego mieszkania studenckiego w przyszłości, transformator musi zarezerwować pewien margines, i dobierany jest transformator o mocy 1000kVA. Biorąc pod uwagę początkowy koszt inwestycji i koszt eksploatacji transformatora, a także wymagania krajowej polityki oszczędności energii i redukcji emisji, do tego celu wybrano niskostratny, w pełni uszczelniony transformator zanurzony w oleju S13-M-1000/10-0,4.

Na podstawie obliczeń statystycznych obciążenia, obliczenia zwarciowe, weryfikacja stabilności dynamicznej i weryfikacja stabilności termicznej, wybiera się główne wyposażenie układu pierwotnego transformatora skrzynkowego. Konkretne modele i parametry techniczne głównych urządzeń systemu podstawowego przedstawiono w tabeli 3, Tabela 4, Tabela 5 i Tabela 6.

Zgodnie z wymaganiami projektowymi No. 5 podstacja projektowa mieszkania studenckiego i obliczenia projektu systemu podstawowego, schemat główny projektowanej instalacji podstawowej nr. 5 podstacja skrzynki mieszkania studenckiego jest pokazana na rysunku 2.

Postać 2 : Główny schemat okablowania systemu podstawowego stacji elektroenergetycznej w mieszkaniu studenckim na uniwersytecie

2.2 Schemat inteligentnego projektu transformatora skrzynkowego 10kV

Zmierzenie się z wadami projektowymi i problemami występującymi w zarządzaniu eksploatacją rozdzielni skrzynkowej tradycyjnej 10kV, kluczem do rozwiązania problemu jest zbudowanie zamkniętego systemu detekcji, zdalny monitoring i alarmowanie inteligentnego środowiska i urządzeń podstacji typu skrzynkowego, a konstrukcja ma zdalny monitoring środowiska pracy i urządzeń elektrycznych Inteligentny system transformatorów skrzynkowych z różnymi funkcjami może zbierać i monitorować parametry środowiskowe, takie jak kontrola dostępu do transformatorów skrzynkowych, temperatura i wilgotność otoczenia, alarm przeciwpożarowy, i wody w wykopie kablowym, jak i napięcie, aktualny, czynna moc, reaktywna moc, współczynnik mocy, temperatura kabla, transformator transformator, itp.

Temperatura ciała i sygnał alarmowy gazu oraz inne parametry pracy sprzętu, zdalnie sterowany wentylator wyciągowy, urządzenie zabezpieczające mikrokomputer i wyłącznik automatyczny.

System wykorzystuje inteligentne instrumenty i inteligentne czujniki z funkcjami komunikacyjnymi powszechnie używanymi w obiektach przemysłowych, i przesyła zebrane dane do kontrolera polowego za pośrednictwem magistrali komunikacyjnej, a kontroler terenowy przesyła dane do serwera lub hosta w chmurze za pośrednictwem bezprzewodowego lub przewodowego modułu komunikacyjnego. Realizuj funkcje, takie jak telemetria, zdalna sygnalizacja i zdalne sterowanie.

System zdalnego monitoringu inteligentnego transformatora skrzynkowego 10kV w oparciu o Internet Rzeczy wykorzystuje inteligentne przyrządy i czujniki z funkcją cyfrowej dwukierunkowej komunikacji, i jednolicie przyjmuje standardowy interfejs magistrali RS485 i protokół komunikacyjny Modbus-RTU. System zdalnego monitoringu inteligentnego transformatora skrzynkowego oparty na Internecie Rzeczy składa się z trzech części: warstwa percepcji, warstwę komunikacyjną i warstwę aplikacji.
* Warstwa percepcji: za pomocą różnych inteligentnych liczników i inteligentnych czujników do zbierania różnych środowisk, parametry pracy sprzętu i stan pracy sprzętu transformatora skrzynkowego, i przesyłać dane do kontrolera polowego przez magistralę RS485. Kontroler terenowy ma wbudowany system operacyjny i zbiera dane, Przetwarzanie danych, funkcje przetwarzania i sterowania.
* Warstwa komunikacji: Ta warstwa jest połączeniem i ogniwem transmisji i wymiany danych, i odpowiada za dwukierunkową transmisję danych między platformą chmurową a kontrolerem na miejscu. Zgodnie z rzeczywistymi warunkami komunikacji transformatora skrzynkowego, różne metody komunikacji, takie jak przewodowy kabel optyczny, Do transmisji danych na platformę w chmurze można wybrać Ethernet lub bezprzewodowy GPRS.
*Warstwa aplikacji: Zaprojektuj i opracuj system zdalnego monitorowania transformatorów skrzynkowych na platformie chmurowej, odpowiedzialny za wysłanie, odbieranie i przetwarzanie danych historycznych, zdalny monitoring parametrów pracy transformatora skrzynkowego, oraz przechowywanie zapisów i analiza danych operacyjnych zdarzeń. I opracuj WEB i APLIKACJĘ mobilną na platformie chmurowej, dyżurny elektryk może w dowolnym momencie monitorować dane operacyjne i stan pracy transformatora skrzynkowego za pośrednictwem komputera lub aplikacji mobilnej.

3. Projekt sprzętu systemowego

3.1 Sieć lokalna magistrali RS485 w miejscu transformatora skrzynkowego

Wraz z rozwojem i postępem technologii wbudowanych oraz redukcją kosztów, wiele instrumentów wykrywających, czujniki i elementy wykonawcze mają wbudowane mikroprocesory dla niedociągnięć i problemów z transmisją informacji tradycyjnych urządzeń polowych typu pudełkowego, który może zakończyć konwersję i linearyzację ADDA oraz filtrowanie cyfrowe. Wewnątrz tych cyfrowych urządzeń polowych dodano szeregowy interfejs danych komunikacyjnych, a dwukierunkowa komunikacja szeregowa między urządzeniami obiektowymi może być realizowana przy użyciu ujednoliconego standardowego protokołu komunikacyjnego.

Obecnie używana głównie przemysłowa sieć autobusowa.

Jednym z kluczy do zaprojektowania systemu zdalnego monitorowania transformatorów typu smart box jest dobór inteligentnych przyrządów i czujników z cyfrowymi funkcjami dwukierunkowej komunikacji, oraz przyjęcie standardowych i ujednoliconych interfejsów magistrali i protokołów komunikacyjnych. Począwszy od praktyki inżynierskiej projektu transformacji typu smart box 10kV w nr 1000-1000. 5 mieszkanie studenckie, wybrano magistralę RS485 i protokół komunikacyjny Modbus-RTU, które są ogólnie obsługiwane przez inteligentne czujniki.

Wg schematu głównego instalacji pierwotnej transformatora skrzynkowego w mieszkaniu studenckim w akademiku oraz schematu blokowego systemu inteligentnego systemu zdalnego monitoringu transformatora skrzynkowego 10kV, konstrukcja sprzętowa systemu opiera się na kontrolerze polowym z transformatorem skrzynkowym jako rdzeniem, i składa się z urządzenia zabezpieczającego zintegrowanego z mikrokomputerem, inteligentny licznik sieciowy i inteligentny licznik mocy biernej. Wtórne wyposażenie systemu, takie jak kompensatory, oraz czujniki do wykrywania otoczenia, takie jak czujniki dymu temperatury i wilgotności, Czujniki temperatury PT100 i czujniki wtargnięcia wody tworzą lokalną sieć magistrali RS485 w miejscu transformacji box-to-box. Schemat systemu sieci lokalnej magistrali RS485 transformatora skrzynkowego pokazano na rysunku 4.

Schemat systemu sieci lokalnej magistrali RS485 w miejscu transformacji typu pudełkowego

(1) Szeregowa magistrala komunikacyjna RS485

Tryb komunikacji magistrali RS485 to tryb master-slave, a urządzenie nadrzędne odpytuje każde urządzenie podrzędne w celu nawiązania komunikacji, a sieć jeden-do-wielu punktów może zostać ustanowiona w celu utworzenia systemu rozproszonego. Interfejs RS485 jest szeroko stosowanym interfejsem szeregowym o niskiej prędkości, a interfejs RS485 ma następujące cechy.
* Interfejs RS485.

Komunikacja interfejsu RS485 przyjmuje tryb transmisji różnicowej, i ma kombinację zbalansowanego sterownika i odbiornika różnicowego, i wykorzystuje różnicę napięcia na obu końcach kabla do przesyłania sygnałów, co znacznie zwiększa odporność na zakłócenia w trybie wspólnym i zakłócenia przeciwszumowe.
* Magistrala RS485 ma dużą szybkość transmisji i dużą odległość transmisji. Maksymalna odległość transmisji wynosi ok 1200 metry, a maksymalna szybkość transmisji wynosi 10 Mb/s; jego szybkość transmisji jest odwrotnie proporcjonalna do odległości transmisji, a maksymalna odległość transmisji może zostać osiągnięta, gdy szybkość jest niższa niż 20 kb/s.
* Obsługa wielu węzłów. Ogólnie, pętla magistrali RS485 może teoretycznie obsługiwać 247 węzły urządzeń.

(2) Protokół komunikacji szeregowej Modbus-RTU

Protokół Modbus jest stosowany w przemysłowej sieci magistrali. Poprzez protokół, komunikacja danych może odbywać się między kontrolerem a sprzętem polowym. Urządzenia produkowane przez różnych producentów mogą tworzyć system monitorowania sieci magistrali przemysłowej zgodnie z ujednoliconym protokołem. Protokół ma strukturę master-slave, jeden główny węzeł w sieci, a pozostałe to węzły podrzędne, a każdy węzeł podrzędny ma unikalny adres urządzenia.

W sieci magistrali szeregowej, węzeł główny uruchamia polecenie, a wszystkie urządzenia podporządkowane otrzymają polecenie. Polecenie Modbus zawiera adres urządzenia podrzędnego, które wykonuje polecenie, a urządzenie podrzędne wyznaczone przez urządzenie nadrzędne najpierw odpowiada, a następnie wykonuje polecenie. W poleceniach Modbus znajdują się sumy kontrolne, aby upewnić się, że przychodzące polecenia nie zostały uszkodzone. Polecenia Modbus mogą instruować RTU, aby zmienił wartość swojego rejestru, czytać lub kontrolować port we/wy, i nakazać urządzeniu zwrócenie jednego lub więcej danych rejestrowych.

Modbus zawiera ASCII, RTU i TCP trzy typy komunikatów. Tryb transmisji ASCII, Suma kontrolna LRC, niska wydajność transmisji, ale intuicyjny, proste i łatwe do debugowania. Tryb transmisji RTU, za pomocą sprawdzania CRC, wysoka wydajność transmisji, nieco bardziej skomplikowane niż ASCII. Ogólnie rzecz biorąc, jeśli ilość przesyłanych danych jest niewielka, możesz rozważyć użycie protokołu ASCII; jeśli ilość przesyłanych danych jest stosunkowo duża, najlepiej jest używać protokołu RTU. Z tego powodu, inteligentne przyrządy i czujniki tego systemu jednolicie przyjmują tryb komunikacji Modbus-RTU.

3.2 Projekt sprzętu kontrolera polowego transformatora skrzynkowego

Kontroler pola transformatora skrzynkowego składa się z systemu wbudowanego. System wbudowany jest zorientowany na aplikacje, oprogramowanie i sprzęt można dostosować, i realizuje automatyzację urządzeń, inteligencja, oraz funkcje zdalnego monitoringu. Składa się głównie z wbudowanych mikroprocesorów, powiązany sprzęt, wbudowane systemy operacyjne, i systemów oprogramowania użytkowego.

(1) Minimalny system mikroprocesorowy STM32

Minimalny system wbudowanego mikroprocesora obejmuje wbudowany mikroprocesor, obwód resetowania i obwód debugowania. Obwód zegara zapewnia wymagany zewnętrzny sygnał zegara, obwód resetowania zapewnia ujednolicony stan początkowy, a obwód debugowania zapewnia interfejs do pobierania i debugowania programu.
* Opcja wbudowanego mikroprocesora. Zgodnie z wymaganiami inteligentnego systemu zdalnego monitorowania transformatora skrzynkowego 10kV dla wydajności kontrolera na miejscu, ten system wybiera układ STM32F103ZET6 jako mikroprocesor rdzeniowy kontrolera na miejscu. Wbudowany mikroprocesor STM32F103ZET6, MCU ma wysoką integrację, niskie zużycie energii, i wysoką wydajność kosztową. Nadaje się do różnych wymagań aplikacji w przemysłowej dziedzinie medycyny, i może sprostać wymaganiom akwizycji danych i przetwarzania w czasie rzeczywistym tego systemu.
* Obwód oscylatora kwarcowego. Obwód oscylatora kwarcowego dostarcza impuls o stałej częstotliwości do mikroprocesora, aby mikroprocesor działał normalnie. Mikroprocesor STM32 ma dwa oscylatory kwarcowe, oscylator kwarcowy 8 MHz zapewnia zewnętrzny szybki zegar, a oscylator kwarcowy 32,768 KHz zapewnia zewnętrzny zegar o niskiej prędkości.

* Zresetuj obwód. Funkcją obwodu resetowania mikroprocesora jest ponowne uruchomienie systemu. Gdy system zawiedzie, naciśnij przycisk resetowania, aby ponownie uruchomić urządzenie. Ogólnie, obwód resetowania wykorzystuje sygnał niskiego poziomu do ponownego uruchomienia.

(2) Projekt obwodu zasilania

Układ wybiera zewnętrzny zasilacz prądu stałego o napięciu znamionowym 12V (2A), i wybiera DC 5V (2A) zasilacz z interfejsem USB do zasilania kontrolera polowego. Zasilacz 12 V DC jest podłączony do płyty sterującej, a zasilanie DC 12 V jest obniżane, aby uzyskać zasilanie DC 5 V przez moduł obniżający napięcie LM2596S. Napięcie 5 V jest następnie przepuszczane przez układ regulatora AMS1117-3,3 V w celu uzyskania napięcia 3,3 V do zasilania układu STM32. Schemat obwodu regulatora zasilania LM2596S i AMS1117-3.3V pokazano na rysunku 8.

(3) Interfejs RS485 do modułu TTL

Interfejs RS485 do modułu TTL realizuje dwukierunkową konwersję i komunikację sygnału RS485 i sygnału TTL, ale sygnał musi być wykonywany naprzemiennie, i nie może odbywać się w dwóch kierunkach jednocześnie. Wszystkie urządzenia polowe używają tego modułu do łączenia się z mikrokontrolerem, a schemat okablowania pokazano na rysunku 9.

Schemat połączeń TFT-LCD i MCU STM32 - Postać 9

(4) Moduł wyświetlacza LCD

Ponieważ lokalny kontroler systemu zdalnego monitoringu typu skrzynkowego musi wyświetlać wiele cyfr i znaków, Jako moduł wyświetlacza wybrano 2,8-calowy wyświetlacz ciekłokrystaliczny TFT-LCD, a w środku jest kontroler ILI9341. Rozważmy, że STM32 może komunikować się z ILI9341 przez interfejs SPI, 8080 interfejs lub interfejs RGB. Aby osiągnąć większą częstotliwość odświeżania, zastosowań TFT-LCD 8080 równoległy interfejs magistrali danych. STM32 wyprowadza dane do pamięci sterownika ILI9341 poprzez moduł zmiennej pamięci statycznej FSMC.

(5) Moduł alarmu dźwiękowego

Gdy mikroprocesor STM32 wykryje nieprawidłowość lub błąd w danych operacyjnych transformatora skrzynkowego, wyśle wiadomość do portu szeregowego i uruchomi alarm głosowy. Moduł alarmu dźwiękowego wybiera powszechnie używany układ głosowy SYN6288, i automatycznie nadaje informacje o alarmie głosowym zgodnie z zaprogramowanym programem. System wykorzystuje kod GB2312, który jest odpowiedni do wymiany informacji w przetwarzaniu znaków chińskich i komunikacji znaków chińskich. SYN6288 również dokładnie rozpoznaje liczby, czasy i daty, i powszechnie stosowane jednostki miary.

(6) Moduł przekaźnika

Kontroler polowy wybiera grupę 2-drożnych modułów przekaźników izolujących transoptor do sterowania otwieraniem i zamykaniem dzwonka alarmowego 12 V DC i wentylatora, a przekaźnik półprzewodnikowy 220 V AC można wybrać zgodnie z typem zasilania i mocą wentylatora wyciągowego typu skrzynkowego. Każdy moduł obwodu przekaźnika ma styki normalnie otwarte i normalnie zamknięte, a także wskaźnik stanu LED; każdy obwód przekaźnika jest izolowany transoptorami, i jest wyposażony w diodę gaszącą do zwalniania napięcia indukowanego przekaźnika i zabezpieczania poprzedniego obwodu. Gdy temperatura otoczenia transformatora skrzynkowego przekroczy określony zakres, sterownik lokalny generuje wysoki poziom, a jeden przekaźnik izolujący transoptor włącza wentylator w celu schłodzenia; w przypadku wystąpienia poważnych usterek, takich jak nadmierne stężenie dymu, sterownik steruje podłączeniem kolejnego przekaźnika izolującego transoptor. Pętla dzwonka alarmowego wysyła alarm na miejscu. Aby zapoznać się ze schematem zasady działania przekaźnika i schematem połączeń między modułem przekaźnikowym a układem STM32, skontaktuj się z producentem i wyślij zapytanie.

(7) Moduł komunikacyjny

Zgodnie z wymaganiami projektowymi inteligentnego systemu zdalnego monitorowania transformatora skrzynkowego 10 kV, komunikacja między inteligentnym transformatorem skrzynkowym a chmurą wybiera metodę komunikacji bezprzewodowej GPRS o niskim koszcie ruchu. Moduł GPRS oprogramowania układowego Gizwits.
*Moduł GPRS oprogramowania układowego Gizwits (Oprogramowanie układowe G510_GAgenta). Moduł ten jest programem aplikacyjnym działającym na różnych modułach komunikacyjnych, dostarczanie takich funkcji jak dwukierunkowa transmisja danych z chmury i urządzeń produktowych, konfigurację urządzenia do sieci, odkrywanie i wiązanie, i uaktualnień programu. Schemat połączeń modułu GPRS z głównym sterownikiem można uzyskać kontaktując się z producentem.

*Moduł GPRS-GA6. Ten moduł może realizować transmisję głosu, krótkie wiadomości i dane przy niskim zużyciu energii. Nadaje się do różnych wymagań projektowych w aplikacjach M2M, zwłaszcza do projektowania produktów kompaktowych. Po drugie, protokół komunikacyjny przyjmuje transmisję magistrali portu szeregowego UART, używa standardowych poleceń AT do sterowania modułem, i wybiera szybkość transmisji 115200bps. Skontaktować się z Producent IoT do schematu połączeń modułu GPRS-GA6 i mikrokontrolera STM32.

3.3 Kompleksowe urządzenie zabezpieczające mikrokomputer

Zgodnie ze specyfikacją projektu zabezpieczenia transformatora mocy (GB/T 50062-2008), 10Transformatory kV zwykle wymagają zainstalowania zabezpieczenia nadprądowego z ograniczeniem czasowym. Urządzenie zabezpieczające mikrokomputer ma ochronę, funkcje pomiarowe i kontrolne transformatorów i linii, jak również funkcje pozyskiwania danych, monitoring i samokontrola systemu, i ma wysoką czułość i niezawodność.

Zgodnie z wymaganiami projektowymi inteligentna zmiana skrzynki 10kV w mieszkaniu studenckim, wybrano wszechstronne urządzenie zabezpieczające mikrokomputer typu Ankerui AM3-I z funkcją komunikacji RS485, z IA, IB, IC, UA, UB, UC, P, Q, Fr i inne pomiary parametrów elektrycznych, 8-akwizycja sygnału zewnętrznego przełącznika kanału, oraz operacje otwierania i zamykania zdalnego wyłącznika oraz inne funkcje. Schemat zacisków okablowania urządzenia zabezpieczającego mikrokomputer AM3-I jest następujący:

Schemat połączeń elektrycznych urządzenia zabezpieczającego mikrokomputer AM3-I

3.4. Inteligentny miernik sieci

Inteligentne liczniki sieciowe służą do wykrywania parametrów elektrycznych, takich jak prąd trójfazowy, napięcie i moc obwodów dystrybucji energii niskiego napięcia, jak również stanu otwarcia i zamknięcia rozłączników i wyłączników automatycznych. Zgodnie z wymaganiami projektowymi wtórnego systemu inteligentnego transformatora skrzynkowego 10 kV, Wybrano inteligentny miernik sieci Ankerui ACR z funkcją komunikacji RS485, Wybrano schemat połączeń inteligentnego miernika sieci ACR i przekładnika prądowego niskiego napięcia oraz schemat połączeń wejścia i wyjścia przełącznika.

Inteligentny miernik sieci ACR niskonapięciowy przekładnik prądowy oraz schemat okablowania wejść i wyjść cyfrowych

Inteligentny miernik sieci ACR przyjmuje protokół Modbus-RTU, który może mierzyć i zbierać parametry mocy. Funkcja wejścia przełącznika może wykrywać stan przełączania wyłącznika izolacyjnego i wyłącznika automatycznego, a funkcja wyjścia przekaźnikowego może zdalnie włączać i wyłączać wyłącznik automatyczny. Inteligentny licznik sieciowy ACR ma ujednolicony plan tabeli adresów komunikacyjnych, który może realizować trzy zdalne funkcje telemetrii, zdalna sygnalizacja i zdalne sterowanie.

(1) Konwersja AD i obliczanie sygnału analogowego AC

Ten 3 sygnały napięcia fazowego i 3 sygnały prądowe (sygnały wyjściowe przekładnika prądowego) bezpośrednio zbierane przez inteligentny licznik sieciowy ACR są wielkościami analogowymi, które muszą zostać przekształcone w sygnały cyfrowe, które mogą być rozpoznawane przez CPU do przetwarzania danych. Pierwszy, ten 3 napięcia fazowe 220V i 3 prądowe analogi są przetwarzane przez przetwornik na sygnały niskonapięciowe, i przekształcane na napięcie dozwolone przez konwerter AD poprzez pętlę formowania napięcia; , konwertowany na sygnał cyfrowy przez AD i wprowadzany do procesora. Schemat ideowy procesu próbkowania i konwersji AD wielkości analogowej AC można uzyskać, kontaktując się z producentem.

* Analogowa konwersja napięcia i filtrowanie dolnoprzepustowe. Funkcją obwodu tworzącego napięcie jest elektryczna izolacja i transformacja energii elektrycznej. Ogólnie, konwerter AD wymaga, aby sygnał wejściowy wynosił ±5V i ±10V, więc można określić współczynnik transformacji przetwornika napięcia. Filtry dolnoprzepustowe dzielą się na filtry pasywne i filtry aktywne. Filtry aktywne składają się z kondensatorów, rezystory i zintegrowane wzmacniacze operacyjne, które wzmacniają sygnał podczas filtrowania. Filtry pasywne mają tylko funkcje filtrowania, ale nie mają funkcji wzmacniania sygnału.
* Próbkowanie sygnału analogowego. Proces próbkowania powinien być zgodny z twierdzeniem Shannona o próbkowaniu, to jest, częstotliwość próbkowania nie może być mniejsza niż 2 razy najwyższa częstotliwość sygnału wejściowego. Proces pobierania próbek jest bardzo szybki. Bieżące próbkowanie konwertera AD osiągnęło poziom nanosekund, podczas gdy okres próbkowania automatu systemu elektroenergetycznego jest na poziomie milisekund, więc sygnały napięciowe i prądowe sześciu pętli mogą współdzielić jeden konwerter AD, ale obwód próbkujący Musi być wyposażony w urządzenie próbkujące i zatrzymujące oraz przełącznik multipleksera.
* Konwersja AD. Konwertery AD zawierają kolejne przybliżenia, całka, rachunkowość, porównanie równoległe, oraz przetwornice napięcia i częstotliwości VFC. Konwerter AD z kolejną aproksymacją jest przedstawicielem zarówno szybkości, jak i precyzji w przetworniku ADC, i ma wyższą rozdzielczość konwersji przy wyższym współczynniku konwersji.

(2) Algorytm całkowania wartości bezwzględnej półcyklu sinusoidalnej wielkości elektrycznej

Kluczem algorytmu oprogramowania jest poprawa dokładności i szybkości działania algorytmu. Kluczem algorytmu próbkowania AC inteligentnego licznika jest rozwiązanie sposobu obliczania amplitudy lub wartości skutecznej sinusoidalnego sygnału próbkującego zgodnie z chwilową wartością sygnału sinusoidalnego. Najczęściej stosowanym algorytmem dla wielkości sinusoidalnych jest algorytm całkowania wartości bezwzględnej w połowie cyklu. Zasada algorytmu całkowania wartości bezwzględnej półcyklu polega na tym, że całka wartości bezwzględnej wielkości sinusoidalnej w dowolnym półcyklu jest stałą S, a stała wartości całkowania S nie ma nic wspólnego z całkowym kątem początkowym . Algorytm całkowania wartości bezwzględnej półcyklu oparty na modelu funkcji sinusoidalnej pokazano na rysunku 19.

Algorytm całkowania wartości bezwzględnej półcyklu w oparciu o model funkcji sinusoidalnej

Wyrażenie do obliczania wartości skutecznej prądu za pomocą algorytmu całkowania wartości bezwzględnej półcyklu pokazano na poniższym rysunku:

W formule, S reprezentuje całkę wartości bezwzględnej w połowie cyklu; I reprezentuje skuteczną wartość prądu; i reprezentuje chwilową wartość prądu; w reprezentuje prędkość kątową; T reprezentuje cykl zasilania AC; f reprezentuje częstotliwość prądu przemiennego; N oznacza liczbę próbek w jednym cyklu ; Ts reprezentuje okres próbkowania.

3.5 RS485 czujnik temperatury i wilgotności dymu

Biorąc pod uwagę, że linia zasilająca w transformatorze skrzynkowym może mieć wyciek, przeciążać, zwarcie i nadmierna rezystancja styków, które mogą powodować pożary, a awaria transformatora zanurzonego w paliwie może spowodować pożar. Dlatego, konieczne jest zamontowanie czujnika dymu w transformatorze skrzynkowym do wykrywania pożaru transformatora skrzynkowego. W celu wczesnego wykrycia potencjalnych awarii. Aby zapewnić dokładność pomiaru i jednocześnie obniżyć koszty, temperatura RS485, czujnik wilgotności i dymu trzy w jednym służy do wykrywania temperatury, wilgotność i stężenie dymu w skrzyni transformatora. Ten czujnik temperatury i wilgotności wykorzystuje sondę SHT30. Przepięcia i zakłócenia impulsowe na miejscu. Czujnik ma 4 przewody: czerwony, czarny, żółty, i zielony. Dla konkretnego sposobu okablowania czujnika dymu temperatury i wilgotności, skontaktuj się z producentem IoT.

Inteligentne liczniki i czujniki zaprojektowane w tym systemie przyjmują protokół Modbus-RTU, które mogą komunikować się niezawodnie w pełnym zakresie szybkości transmisji 1200-115200. Szybkość transmisji inteligentnych liczników i czujników jest jednolicie ustawiona na 9600bps. Format transmisji danych i format konwersji danych czujnika są następujące:
Format ramki zapytania o dane czujnika. Czujnik jest zgodny ze standardowym protokołem Modbus-RTU, a odczyt czujnika jest zapisywany w rejestrze przechowywania, a kod funkcji to 04. Górny komputer odczytuje format ramki zapytania o dane czujnika, oraz dolny format ramki zapytania o dane z czujnika komputerowego.

3.6 Przetwornik temperatury PT100 - zasada działania RTD PT100 - zasada działania czujnika temp

Przetwornik temperatury PT100 służy do pomiaru temperatury korpusu transformatora, temperatura przewodów wysokiego i niskiego napięcia, nadaje się do różnych obiektów przemysłowych. Transformator będzie generował straty podczas pracy, głównie utrata żelaza i utrata miedzi, znany również jako utrata rdzenia i utrata obciążenia. Straty miedzi zmieniają się wraz z prądem obciążenia i są proporcjonalne do kwadratu prądu obciążenia. Formuła obliczania strat transformatora jest następująca:

W formule, P0 reprezentuje moc czynną transformatora w stanie jałowym przy napięciu znamionowym; I1 i I2 reprezentują prąd linii wysokiego napięcia i prąd linii bocznej niskiego napięcia; R1 i R2 reprezentują rezystancję strony wysokiego napięcia i rezystancję strony niskiego napięcia.

Przetwornik temperatury PT100 posiada wbudowany interfejs magistrali RS485, i każdy przetwornik temperatury można podłączyć 4 Czujniki temperatury PT100.

3.7 Zasada działania nadajnika zanurzeniowego w wodzie

Ze względu na niski poziom wody w wykopie fundamentowym podstacji skrzynkowej, po ulewnym deszczu często gromadzi się woda w wykopie kablowym i wykopie fundamentowym, i istnieje potencjalne zagrożenie bezpieczeństwa wynikające z wycieku kabla, dlatego wymagana jest nieregularna kontrola i drenaż. W tym projekcie, czujnik zanurzeniowy służy do wykrywania gromadzenia się wody w wykopie fundamentowym podkonstrukcji skrzynkowej. Czujnik zanurzenia w wodzie wykorzystuje zasadę przewodnictwa cieczy, i wykorzystuje elektrody do wykrywania obecności wody. Wybierz stykowy czujnik zanurzeniowy z funkcją komunikacji RS485. Zasada działania detektora zanurzenia w wodzie jest pokazana na rysunku 23.

4. Projektowanie oprogramowania systemowego

Projekt oprogramowania systemowego składa się z dwóch części: 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. Zintegrowane urządzenie zabezpieczające mikrokomputer, inteligentny miernik sieci i inteligentny czujnik w sieci lokalnej magistrali polowej transformatora skrzynkowego mają wbudowane oprogramowanie aplikacyjne, więc wymagany jest tylko projekt oprogramowania kontrolera polowego transformatora skrzynkowego.

4.1 Projekt oprogramowania kontrolera polowego dla transformatora skrzynkowego

Kontrolerem polowym transformatora skrzynkowego jest system wbudowany, a jego system oprogramowania składa się z aplikacji, API, wbudowany system operacyjny i BSP (pakiet wsparcia zarządu). Zgodnie z charakterystyką wielu parametrów, wiele zadań i wysokie wymagania czasu rzeczywistego zebrane przez sterownik polowy inteligentnego transformatora skrzynkowego 10kV, wbudowany system operacyjny czasu rzeczywistego μC/OS-Ⅲ, który jest szeroko stosowany w rozwoju produktów komercyjnych i badaniach dydaktycznych, jest zaznaczona. μC/OS-Ⅲ traktuje zadania jako najmniejszą jednostkę, i żadne zadanie nie musi dbać o konkretny sposób zarządzania zasobami, który jest określany przez system operacyjny.

4.2 Projekt oprogramowania sterownika polowego transformatora skrzynkowego

Cały projekt systemu oprogramowania oparty jest na systemie rozproszonym złożonym z inteligentnych instrumentów, czujniki, kontrolery terenowe i platformy chmurowe, oraz projektowanie i rozwój oprogramowania aplikacyjnego. Transmisja i wymiana danych, kontroler lokalny i serwer w chmurze Gizwits wykorzystują protokół komunikacyjny Gizwits w oprogramowaniu GPRS do transmisji i wymiany danych. Główny schemat blokowy programu oprogramowania aplikacyjnego kontrolera polowego transformatora skrzynkowego.

*Główny program oprogramowania. Pierwszy, zainicjować wszystkie części systemu, jak GPIO, Port szeregowy, zegar, zarządzanie pamięcią, itp., i tworzyć zadania w μC/OS-Ⅲ. STM32 wykonuje akwizycję i przetwarzanie danych z czujników, i wysyła poprawne informacje do wyświetlacza LCD. W tym samym czasie, STM32 wysyła polecenia AT do modułu GPRS-G510, wymienia dane, łączy się z platformą chmurową Gizwits poprzez protokół LwM2M, i ocenia, czy moduł komunikacyjny GPRS został pomyślnie połączony z serwerem w chmurze Gizwits. Jeśli połączenie się powiedzie, odbywa się transmisja danych. Następnie oceń, czy przetworzone dane są większe niż ustawiony próg.
Jeśli jest to drobna awaria podstacji skrzynkowej, wyślij informacje o danych do aplikacji mobilnej za pośrednictwem platformy chmurowej; jeśli jest to ogólna awaria, wyślij informacje o alarmie danych do aplikacji mobilnej za pośrednictwem platformy chmurowej, i uruchom moduł komunikacyjny GPRS-GA6, aby wysłać informacje o alarmie za pomocą wiadomości SMS telefonu komórkowego; Jeśli jest to poważna usterka, informacje o alarmie danych zostaną wysłane do aplikacji na telefon komórkowy za pośrednictwem platformy w chmurze, a moduł komunikacyjny GPRS-GA6 zostanie aktywowany w celu wysłania informacji o alarmie za pomocą wiadomości tekstowej na telefon komórkowy i wezwania ustawionego odpowiedniego personelu.