Projeto de subestação tipo caixa inteligente de 10kV baseado na plataforma Gizwits IoT + STM32

O sistema de controle remoto de subestação inteligente tipo caixa de 10kV apresentado neste artigo foi projetado e desenvolvido por Tian Hui da Universidade de Ciência e Tecnologia de Xi'an.

O sistema usa o projeto de um sistema de troca de caixa inteligente de 10kV para um apartamento de estudante em uma faculdade como fundo de engenharia, e projeta um sistema de troca de caixa inteligente de 10kV baseado no Internet das Coisas. O sistema é composto por três partes: camada de percepção, camada de comunicação e camada de aplicação. A camada de percepção é responsável pela coleta de dados do sensor e transmissão para o controlador de campo.

Incluindo equipamento de sistema secundário, como dispositivos de proteção de microcomputador, medidores de rede inteligentes, e controladores inteligentes de compensação de energia reativa, bem como equipamentos de detecção ambiental, como temperatura e umidade, fumaça, e sensores de imersão em água. O controlador no local usa microprocessador embutido STM32, incluindo visor LCD, módulo de alarme por voz, relé e módulo de comunicação GPRS, etc.; a camada de comunicação usa comunicação sem fio GPRS, que é responsável pela transmissão bidirecional de dados entre o controlador no local e a plataforma de nuvem; A plataforma de nuvem Gizwits desenvolve um sistema de monitoramento remoto e aplicativo móvel para transformadores tipo caixa, que é responsável pelo armazenamento, análise e processamento de dados de operação do transformador tipo caixa.

Este sistema finalmente realiza o monitoramento remoto do usuário de parâmetros ambientais, como temperatura e umidade variáveis, alarme de fumaça e água do poço da fundação, bem como parâmetros elétricos, como corrente, tensão, frequência e fator de potência, e status de trabalho do equipamento através do computador WEB ou APP móvel.

Quando houver alguma anormalidade ou falha no funcionamento do transformador tipo caixa, o sistema de monitoramento julga automaticamente o nível de falha, e envia um alarme através de diferentes combinações de campainha no local, aplicativo de celular, SMS e telefone, etc., e notifica a equipe relevante para eliminar problemas ocultos a tempo e evitar acidentes elétricos. . É adequado para monitoramento remoto e gerenciamento centralizado de transformadores de caixa e salas de distribuição de energia, e pode melhorar muito o nível de inteligência e a segurança e confiabilidade do fornecimento de energia do equipamento de distribuição de energia nas escolas, empresas e comunidades.

1. Introdução

Com a construção e desenvolvimento da economia social e rede de distribuição, há cada vez mais transformadores de caixa de 10kV. A subestação tipo caixa tradicional de 10kV geralmente adota o modo de operação de inspeção regular autônoma e manual, que possui baixo grau de inteligência e carece de monitoramento remoto e sistemas de alarme de falhas para o ambiente e equipamentos. Atualmente, com o rápido desenvolvimento da tecnologia de sensores inteligentes, tecnologia embarcada, tecnologia de comunicação e tecnologia de computação em nuvem e a redução de custo, a subestação tipo caixa inteligente de 10kV baseada na Internet das Coisas tornou-se a melhor escolha para a atualização e transformação de subestações tradicionais tipo caixa.

O sistema inteligente de monitoramento remoto da subestação tipo caixa baseado na Internet das Coisas pode monitorar remotamente o ambiente da subestação tipo caixa, parâmetros operacionais e status do equipamento em tempo real. Como mostrado na figura 1.

Os usuários podem monitorar remotamente os parâmetros ambientais, como temperatura e umidade da caixa, alarme de fumo, e acúmulo de água em poços de fundação, bem como parâmetros elétricos, como corrente, tensão, frequência, e fator de potência, e status do equipamento por meio de computadores ou aplicativos móveis a qualquer momento. Quando a subestação de caixa funciona de forma anormal ou falha, o sistema de monitoramento notificará automaticamente a equipe relevante por meio de diferentes métodos de aplicativo de celular, SMS e telefone de acordo com o nível de falha, de modo a eliminar falhas ocultas a tempo e evitar acidentes elétricos.

10Subestação tipo caixa inteligente kV baseada na Internet das Coisas

O sistema de monitoramento remoto da subestação tipo caixa inteligente consiste em um "fieldbus LAN" dentro da subestação tipo caixa e um "rede de área ampla de plataforma de nuvem" fora da subestação tipo caixa. Este modelo estrutural pode ser aplicado ao desenvolvimento de sistemas de monitoramento remoto para sistemas de monitoramento remoto de equipamentos secundários de abastecimento de água, sistemas de gerenciamento de carga de eletricidade residencial, e sistemas de monitoramento remoto de elevadores para melhorar a inteligência e o nível de gerenciamento de equipamentos tradicionais e promover a atualização de indústrias tradicionais. Tem bom valor de aplicação.

2. Projeto geral do programa

O projeto da subestação do tipo caixa inteligente baseada na Internet das Coisas é baseado no projeto de uma subestação do tipo caixa inteligente de 10kV em um apartamento de estudante universitário. O design do sistema primário do transformador tipo caixa inteligente de 10kV é o mesmo do transformador tradicional tipo caixa de 10kV, e tende a ser maduro. Este artigo enfoca o design inteligente do transformador tipo caixa inteligente de 10kV. A seguir, uma breve visão geral do conteúdo do projeto do sistema primário do transformador tipo caixa inteligente de 10kV.

2.1 Projeto de sistema primário de subestação tipo caixa inteligente de 10kV

A carga de energia de Não. 5 prédio de apartamentos estudantis em uma universidade é principalmente iluminação, computadores e cargas de ar condicionado recém-adicionadas. Cada dormitório é calculado como 8 pessoas, a carga de iluminação é de 100W, cada carga do computador do aluno é de 200 W, e cada cabide do tipo split 1.5P é recém-instalado com condicionadores de ar A potência é de 1,3kW, e a carga de um único dormitório é de 3,0kW. De acordo com "Manual de Projetos de Fornecimento e Distribuição de Energia Industrial e Civil", o coeficiente de demanda de carga de energia do dormitório é 0.7, e o fator de potência é 0.8.

Considerando o aumento da carga elétrica do apartamento estudantil no futuro, o transformador precisa reservar uma certa margem, e o transformador com capacidade de 1000kVA é selecionado. Considerando o custo de investimento inicial e o custo operacional do transformador, bem como os requisitos da política nacional de conservação de energia e redução de emissões, o transformador imerso em óleo totalmente vedado e de baixa perda S13-M-1000/10-0.4 é selecionado para essa finalidade.

Com base no cálculo estatístico de carga, cálculo de curto-circuito, verificação de estabilidade dinâmica e verificação de estabilidade térmica, o equipamento principal do sistema primário do transformador tipo caixa é selecionado. Os modelos específicos e parâmetros técnicos dos principais equipamentos do sistema primário são mostrados na Tabela 3, Mesa 4, Mesa 5 e mesa 6.

De acordo com os requisitos de projeto do No. 5 subestação de caixa de projeto de apartamento estudantil e o cálculo do projeto do sistema primário, o diagrama de fiação principal do sistema primário projetado do No. 5 A subestação de caixa de apartamento de estudante é mostrada na Figura 2.

Figura 2 : O diagrama de fiação principal do sistema primário de uma subestação tipo caixa em um apartamento de estudante em uma universidade

2.2 Esquema de Design Inteligente do Transformador de Caixa de 10kV

Visando os defeitos de projeto e problemas existentes na gestão da operação da subestação tipo caixa tradicional de 10kV, a chave para resolver o problema está na construção de um sistema em malha fechada para a detecção, monitoramento remoto e alarme do ambiente e equipamentos da subestação tipo caixa inteligente, e o design possui monitoramento remoto do ambiente operacional e equipamentos elétricos O sistema de transformador de caixa inteligente com várias funções pode coletar e monitorar parâmetros ambientais, como controle de acesso do transformador de caixa, temperatura ambiente e umidade, alarme de fumo, e água na vala do cabo, assim como a voltagem, atual, poder ativo, potência reativa, fator de potência, temperatura do cabo, transformador transformador, etc.

Temperatura corporal e sinal de alarme de gás e outros parâmetros operacionais do equipamento, exaustor de controle remoto, dispositivo de proteção do microcomputador e interruptor do disjuntor.

O sistema adota instrumentos inteligentes e sensores inteligentes com funções de comunicação comumente usadas em locais industriais, e transmite os dados coletados para o controlador de campo por meio de comunicação de barramento de campo, e o controlador de campo transmite os dados para o servidor ou computador host em nuvem por meio de um módulo de comunicação com ou sem fio. Realize funções como telemetria, sinalização remota e controle remoto.

O sistema de monitoramento remoto do transformador de caixa inteligente de 10kV baseado na Internet das Coisas usa instrumentos e sensores inteligentes com função de comunicação bidirecional digital, e adota uniformemente interface de barramento padrão RS485 e protocolo de comunicação Modbus-RTU. O sistema de monitoramento remoto de transformador de caixa inteligente baseado na Internet das Coisas é composto de três partes: a camada de percepção, a camada de comunicação e a camada de aplicação.
* Camada de percepção: através de vários medidores inteligentes e sensores inteligentes para coletar vários ambientes, parâmetros operacionais do equipamento e status de trabalho do equipamento do transformador de caixa, e transmitir os dados para o controlador de campo através do barramento RS485. O controlador de campo possui um sistema operacional integrado e coleta de dados, Informática, funções de processamento e controle.
* camada de comunicação: Esta camada é a conexão e o link de transmissão e troca de dados, e é responsável pela transmissão bidirecional de dados entre a plataforma de nuvem e o controlador no local. De acordo com as condições reais de comunicação do transformador tipo caixa, vários métodos de comunicação, como cabo óptico com fio, Ethernet ou GPRS sem fio pode ser selecionado para transmitir dados para a plataforma de nuvem.
*Camada de aplicação: Projetar e desenvolver um sistema de monitoramento remoto para transformadores tipo caixa na plataforma de nuvem, responsável pelo envio, recebimento e processamento de dados históricos, monitoramento remoto dos parâmetros operacionais do transformador tipo caixa, e armazenamento de registros e análise de dados de operação de eventos. E desenvolver WEB e APP móvel na plataforma de nuvem, o eletricista de plantão pode monitorar os dados de operação e o status de funcionamento do equipamento do transformador de caixa a qualquer momento através do computador ou aplicativo móvel.

3. Projeto de hardware do sistema

3.1 Rede local de barramento RS485 do local do transformador de caixa

Com o desenvolvimento e progresso da tecnologia embarcada e a redução de custo, muitos instrumentos de detecção, sensores e atuadores possuem microprocessadores embutidos para as deficiências e problemas de transmissão de informações de equipamentos de campo tradicionais do tipo caixa, que pode completar a conversão ADDA e linearização e filtragem digital. Uma interface de dados de comunicação serial é adicionada dentro desses dispositivos de campo digital, e a comunicação serial bidirecional entre dispositivos de campo pode ser realizada usando um protocolo de comunicação padrão unificado.

Rede de ônibus industrial usada principalmente no momento.

Uma das chaves para o projeto do sistema de monitoramento remoto para transformadores do tipo caixa inteligente é selecionar instrumentos e sensores inteligentes com funções de comunicação digital bidirecional, e adotar interfaces de barramento padrão e unificadas e protocolos de comunicação. A partir da prática de engenharia do projeto de transformação do tipo caixa inteligente de 10kV no No. 5 apartamento estudantil, o barramento RS485 e o protocolo de comunicação Modbus-RTU geralmente suportados por sensores inteligentes são selecionados.

De acordo com o diagrama de fiação principal do sistema primário de um transformador de caixa em um apartamento de estudante em uma faculdade e o diagrama de blocos do sistema do sistema de monitoramento remoto de transformador de caixa inteligente de 10kV, o projeto de hardware do sistema leva o controlador de campo do transformador de caixa como o núcleo, e consiste em um dispositivo de proteção integrado ao microcomputador, um medidor de rede inteligente e um equipamento de sistema secundário de energia reativa inteligente, como compensadores, e sensores de detecção ambiental, como sensores de fumaça de temperatura e umidade, Os sensores de temperatura PT100 e os sensores de intrusão de água formam a rede local de barramento RS485 do local de transformação box-to-box. O diagrama do sistema de rede local do barramento RS485 do transformador de caixa é mostrado na Figura 4.

Diagrama do sistema de rede local de barramento RS485 do local de transformação do tipo caixa

(1) Barramento de comunicação serial RS485

O modo de comunicação do barramento RS485 é o modo mestre-escravo, e o dispositivo mestre sonda cada dispositivo escravo para comunicação, e rede de um para vários pontos pode ser estabelecida para formar um sistema distribuído. A interface RS485 é uma interface serial de baixa velocidade amplamente utilizada, e a interface RS485 tem as seguintes características.
* Interface RS485.

A comunicação da interface RS485 adota o modo de transmissão diferencial, e tem uma combinação de driver balanceado e receptor diferencial, e usa a diferença de tensão em ambas as extremidades do cabo para transmitir sinais, o que aumenta muito a capacidade de resistir à interferência de modo comum e à interferência anti-ruído.
* O barramento RS485 possui alta taxa de transmissão e longa distância de transmissão. A distância máxima de transmissão é de cerca de 1200 metros, e a taxa máxima de transmissão é de 10 Mbps; sua taxa de transmissão é inversamente proporcional à distância de transmissão, e a distância máxima de transmissão pode ser alcançada quando a taxa estiver abaixo de 20kbps.
* Suporta vários nós. Em geral, um loop de barramento RS485 pode, teoricamente, suportar 247 nós de dispositivo.

(2) Protocolo de comunicação serial Modbus-RTU

O protocolo Modbus é aplicado à rede de barramento industrial. Através do protocolo, a comunicação de dados pode ser realizada entre o controlador e o equipamento de campo. Os equipamentos produzidos por diferentes fabricantes podem formar um sistema de monitoramento de rede de barramento industrial seguindo um protocolo unificado. O protocolo tem uma estrutura mestre-escravo, um nó mestre na rede, e os outros são nós escravos, e cada nó escravo tem um endereço de dispositivo único.

Na rede de barramento serial, o nó mestre inicia um comando, e todos os dispositivos escravos receberão o comando. O comando Modbus contém o endereço do dispositivo escravo que executa o comando, e o dispositivo escravo designado pelo dispositivo mestre responde primeiro e depois executa o comando. Existem somas de verificação nos comandos Modbus para garantir que os comandos que chegam não foram corrompidos. Os comandos Modbus podem instruir a RTU a alterar seu valor de registro, ler ou controlar a porta de E/S, e ordenar que o dispositivo retorne um ou mais dados cadastrais.

Modbus inclui ASCII, RTU e TCP três tipos de mensagem. Modo de transmissão ASCII, soma de verificação LRC, baixa eficiência de transmissão, mas intuitivo, simples e fácil de depurar. Modo de transmissão RTU, usando cheque CRC, alta eficiência de transmissão, um pouco mais complicado que ASCII. De um modo geral, se a quantidade de dados a serem transmitidos for pequena, você pode considerar usar o protocolo ASCII; se a quantidade de dados a serem transmitidos for relativamente grande, é melhor usar o protocolo RTU. Por esta razão, os instrumentos e sensores inteligentes deste sistema adotam o modo de comunicação Modbus-RTU uniformemente.

3.2 Projeto de hardware do controlador de campo do transformador de caixa

O controlador de campo do transformador de caixa é composto por um sistema embarcado. O sistema embarcado é centrado no aplicativo, software e hardware podem ser adaptados, e realiza automação de equipamentos, inteligência, e funções de monitoramento remoto. É composto principalmente de microprocessadores embutidos, hardware relacionado, sistemas operacionais embarcados, e sistemas de software aplicativo.

(1) Sistema mínimo de microprocessador STM32

O sistema mínimo de microprocessador embutido inclui microprocessador embutido, circuito de reset e circuito de depuração. O circuito de relógio fornece o sinal de relógio externo necessário, o circuito de reinicialização fornece um estado inicial unificado, e o circuito de depuração fornece uma interface para download e depuração do programa.
* Opção de microprocessador integrado. De acordo com os requisitos do sistema de monitoramento remoto do transformador de caixa inteligente de 10kV para o desempenho do controlador no local, este sistema escolhe o chip STM32F103ZET6 como o microprocessador central do controlador no local. Microprocessador embutido STM32F103ZET6, MCU tem alta integração, Baixo consumo de energia, e desempenho de alto custo. É adequado para vários requisitos de aplicação na área médica industrial, e pode atender aos requisitos de aquisição de dados e processamento em tempo real deste sistema.
* Circuito oscilador de cristal. O circuito do oscilador de cristal fornece um pulso de frequência fixa ao microprocessador para fazer o microprocessador operar normalmente. O microprocessador STM32 possui dois osciladores de cristal, o oscilador de cristal de 8MHz fornece um relógio externo de alta velocidade, e o oscilador de cristal de 32,768KHz fornece um relógio externo de baixa velocidade.

* Redefinir circuito. A função do circuito de reinicialização do microprocessador é reiniciar o sistema. Quando o sistema falha, pressione o botão reset para reiniciar o dispositivo. Geralmente, o circuito de reinicialização usa um sinal de baixo nível para reiniciar.

(2) Projeto de circuito de energia

O sistema seleciona uma fonte de alimentação externa DC com uma tensão nominal de 12V (2A), e seleciona um DC 5V (2A) adaptador de energia com uma interface USB para fornecer energia ao controlador de campo. A fonte de alimentação de 12V DC está conectada à placa de controle, e a fonte de alimentação DC 12V é reduzida para obter uma fonte de alimentação DC 5V através do módulo redutor LM2596S. A tensão de 5 V é então passada através do chip regulador AMS1117-3,3 V para obter uma tensão de 3,3 V para fornecer energia ao chip STM32. O diagrama de circuito do regulador de fonte de alimentação LM2596S e AMS1117-3.3V é mostrado na Figura 8.

(3) Interface RS485 para módulo TTL

A interface RS485 para o módulo TTL realiza a conversão bidirecional e a comunicação do sinal RS485 e do sinal TTL, mas o sinal deve ser executado alternadamente, e não pode ser realizado em duas direções ao mesmo tempo. Todos os dispositivos de campo usam este módulo para se conectar com o microcontrolador, e o diagrama de fiação é mostrado na Figura 9.

Diagrama de Fiação de TFT-LCD e STM32 MCU - Figura 9

(4) módulo de exibição LCD

Como o controlador local do sistema de monitoramento remoto tipo caixa precisa exibir muitos números e caracteres, uma tela de cristal líquido TFT-LCD de 2,8 polegadas é selecionada como o módulo de exibição, e há um controlador ILI9341 dentro. Considere que o STM32 pode se comunicar com o ILI9341 por meio da interface SPI, 8080 interface ou interface RGB. Para obter uma taxa de atualização mais rápida, Usos do TFT-LCD 8080 interface de barramento de dados paralelo. O STM32 envia dados para a memória do controlador ILI9341 através do módulo FSMC de memória estática variável.

(5) Módulo de alarme por voz

Quando o microprocessador STM32 detecta que há uma anormalidade ou falha nos dados de operação do transformador de caixa, ele enviará uma mensagem para a porta serial e iniciará um alarme por voz. O módulo de alarme por voz seleciona o chip de voz comumente usado SYN6288, e transmite automaticamente informações de alarme por voz de acordo com o programa programado. O sistema usa o código GB2312, que é adequado para troca de informações em processamento de caracteres chineses e comunicação de caracteres chineses. O SYN6288 também reconhece números com precisão, horários e datas, e unidades de medida comumente usadas.

(6) módulo de relé

O controlador de campo seleciona um grupo de módulos de relé de isolamento de optoacoplador de 2 vias para controlar a abertura e o fechamento da campainha de alarme de 12 V CC e do ventilador, e o relé de estado sólido de 220V AC pode ser selecionado de acordo com o tipo de fonte de alimentação e a potência do exaustor tipo caixa. Cada módulo de circuito de relé tem contatos normalmente abertos e normalmente fechados, bem como LED de indicação de status; cada circuito de relé é isolado por optoacopladores, e está equipado com um diodo de roda livre para liberar a tensão induzida do relé e proteger o circuito anterior. Quando a temperatura ambiente do transformador de caixa excede um determinado intervalo, o controlador no local emite um alto nível, e um relé de isolamento do optoacoplador atua para ligar o ventilador para esfriar; quando ocorrem falhas graves, como concentração excessiva de fumaça, o controlador aciona outro relé de isolamento do optoacoplador para conectar O loop da campainha de alarme envia um alarme no local. Para o diagrama de princípio de funcionamento do relé e o diagrama de conexão entre o módulo de relé e o chip STM32, entre em contato com o fabricante e envie o pedido.

(7) módulo de comunicação

De acordo com os requisitos de projeto do sistema de monitoramento remoto do transformador de caixa inteligente de 10kV, a comunicação entre o transformador de caixa inteligente e a nuvem escolhe o método de comunicação sem fio GPRS com baixo custo de tráfego. Módulo GPRS de firmware Gizwits.
*Módulo GPRS de firmware Gizwits (Firmware G510_GAgent). Este módulo é um programa aplicativo executado em vários módulos de comunicação, fornecendo funções como transmissão bidirecional de nuvem e dados do dispositivo do produto, configuração do dispositivo na rede, descoberta e vinculação, e atualizações do programa. O diagrama do circuito entre o módulo GPRS e o controlador principal pode ser obtido entrando em contato com o fabricante.

*Módulo GPRS-GA6. Este módulo pode realizar a transmissão de voz, mensagem curta e dados com baixo consumo de energia. É adequado para vários requisitos de design em aplicações M2M, especialmente para o design de produtos compactos. em segundo lugar, o protocolo de comunicação adota transmissão de barramento de porta serial UART, usa comandos AT padrão para controlar o módulo, e seleciona a taxa de transmissão de 115200bps. Contate o fabricante de IoT para o diagrama de circuito de conexão do módulo GPRS-GA6 e o microcontrolador STM32.

3.3 Dispositivo de proteção abrangente do microcomputador

De acordo com a especificação do projeto de proteção do transformador de potência (GB/T 50062-2008), 10Os transformadores de kV geralmente precisam instalar proteção de sobrecorrente com limite de tempo. O dispositivo de proteção do microcomputador tem a proteção, funções de medição e controle de transformadores e linhas, bem como as funções de aquisição de dados, monitoramento e autoinspeção do sistema, e tem alta sensibilidade e confiabilidade.

De acordo com os requisitos de design da caixa inteligente de 10kV, mude no apartamento do aluno, o dispositivo de proteção abrangente do microcomputador tipo corrente Ankerui AM3-I com função de comunicação RS485 é selecionado, com IA, BI, CI, UA, UB, UC, P, Q, Fr e outras medições de parâmetros elétricos, 8-aquisição de sinal de chave externa de canal, e operações de abertura e fechamento do controle remoto do disjuntor e outras funções. O diagrama do terminal de fiação do dispositivo de proteção do microcomputador AM3-I é o seguinte:

Diagrama de terminais de fiação do dispositivo de proteção de microcomputador AM3-I

3.4. medidor de rede inteligente

Medidores de rede inteligentes são usados para detectar parâmetros elétricos, como corrente trifásica, tensão e potência de circuitos de distribuição de energia de baixa tensão, bem como o status de abertura e fechamento de chaves seccionadoras e disjuntores. De acordo com os requisitos de projeto do sistema secundário do transformador de caixa inteligente de 10kV, O medidor de rede inteligente Ankerui ACR com função de comunicação RS485 é selecionado, e o diagrama de fiação do medidor de rede inteligente ACR e transformador de corrente de baixa tensão e o diagrama de fiação de entrada e saída do interruptor são selecionados.

Transformador de corrente de baixa tensão do medidor de rede inteligente ACR e diagrama de fiação de entrada e saída digital

O medidor de rede inteligente ACR adota o protocolo Modbus-RTU, que pode medir e coletar parâmetros de energia. A função de entrada do interruptor pode detectar o status de comutação do interruptor de isolamento e do disjuntor, e a função de saída de relé pode ligar e desligar remotamente o disjuntor. O medidor de rede inteligente ACR possui um plano unificado para a tabela de endereços de comunicação, que pode realizar as três funções remotas de telemetria, sinalização remota e controle remoto.

(1) Conversão AD e cálculo do sinal analógico AC

O 3 sinais de tensão de fase e 3 sinais atuais (sinais de saída do transformador de corrente) coletadas diretamente pelo medidor de rede inteligente ACR são todas grandezas analógicas, que precisam ser convertidos em sinais digitais que podem ser reconhecidos pela CPU para processamento de dados. Primeiro, o 3 tensões de fase de 220V e 3 analógicos atuais são transformados em sinais de baixa tensão através do conversor, e convertido na tensão permitida pelo conversor AD através de um loop de formação de tensão; , convertido em um sinal digital por AD e inserido na CPU. O diagrama esquemático do processo de amostragem e conversão AD da quantidade analógica AC pode ser obtido entrando em contato com o fabricante.

* Conversão de tensão analógica e filtragem passa-baixa. A função do circuito de formação de tensão é isolar eletricamente e transformar a eletricidade. Geralmente, o conversor AD requer que o sinal de entrada seja ± 5V e ± 10V, então a taxa de transformação do conversor de tensão pode ser determinada. Os filtros passa-baixa são divididos em filtros passivos e filtros ativos. Os filtros ativos são compostos por capacitores, resistores e amplificadores operacionais integrados, que amplificam o sinal enquanto filtram. Os filtros passivos possuem apenas funções de filtragem, mas nenhuma função de amplificação de sinal.
* Amostragem de sinal analógico. O processo de amostragem deve seguir o teorema de amostragem de Shannon, aquilo é, a frequência de amostragem não deve ser inferior a 2 vezes a frequência mais alta do sinal de entrada. O processo de amostragem é muito rápido. A amostragem atual do conversor AD atingiu o nível de nanossegundos, enquanto o período de amostragem do dispositivo automático do sistema de energia está no nível de milissegundos, então os sinais de tensão e corrente dos seis loops podem compartilhar um conversor AD, mas o circuito de amostragem deve ser equipado com um dispositivo sample-and-hold e um interruptor multiplexador.
* conversão AD. Os conversores AD incluem aproximações sucessivas, integrante, contando, comparação paralela, e conversores de tensão-frequência VFC. O conversor AD de aproximação sucessiva é um representante de velocidade e precisão no ADC, e tem uma resolução de conversão mais alta com uma taxa de conversão mais alta.

(2) Algoritmo de integração de valor absoluto de meio ciclo de grandeza elétrica senoidal

A chave do algoritmo de software é melhorar a precisão e a velocidade da operação do algoritmo. A chave do algoritmo de amostragem AC do medidor inteligente é resolver como calcular a amplitude ou valor efetivo do sinal de amostragem senoidal de acordo com o valor instantâneo do sinal senoidal. O algoritmo mais comumente usado para grandezas senoidais é o algoritmo de integração de valor absoluto de meio ciclo. O princípio do algoritmo de integração de valor absoluto de meio ciclo é que a integral do valor absoluto da quantidade senoidal em qualquer meio ciclo é uma constante S, e a constante de valor integral S não tem nada a ver com o ângulo inicial integral . O algoritmo de integração de valor absoluto de meio ciclo baseado no modelo de função senoidal é mostrado na Figura 19.

Algoritmo de integração de valor absoluto de meio ciclo baseado no modelo de função senoidal

A expressão para calcular o valor efetivo da corrente usando o algoritmo integral de valor absoluto de meio ciclo é mostrada na figura abaixo:

na fórmula, S representa a integral do valor absoluto dentro de meio ciclo; I representa o valor efetivo da corrente; i representa o valor instantâneo da corrente; w representa a velocidade angular; T representa o ciclo de energia CA; f representa a frequência de energia AC; N representa o número de amostras em um ciclo ; Ts representa o período de amostragem.

3.5 Sensor de fumaça de temperatura e umidade RS485

Considerando que a linha de alimentação do transformador tipo caixa pode apresentar vazamento, sobrecarga, curto-circuito e resistência de contato excessiva, que pode causar incêndios, e a falha do transformador imerso em óleo combustível pode causar incêndios. Portanto, é necessário instalar um sensor de fumaça no transformador tipo caixa para detecção de incêndio do transformador tipo caixa. Para detectar possíveis falhas antecipadamente. A fim de garantir a precisão da medição e reduzir o custo ao mesmo tempo, a temperatura RS485, sensor três em um de umidade e fumaça é usado para detectar a temperatura, umidade e concentração de fumaça no transformador de caixa. O sensor de temperatura e umidade usa a sonda SHT30. Sobretensão no local e interferência de pulso. o sensor tem 4 fios: vermelho, preto, amarelo, e verde. Para o método de fiação específico do sensor de fumaça de temperatura e umidade, entre em contato com o fabricante da IoT.

Os medidores e sensores inteligentes projetados neste sistema adotam o protocolo Modbus-RTU, que pode se comunicar de forma confiável dentro da faixa de taxa de transmissão total de 1200-115200. A taxa de transmissão de medidores e sensores inteligentes é definida uniformemente para 9600bps. O formato de transmissão de dados e o formato de conversão de dados do sensor são os seguintes:
Formato do quadro de consulta de dados do sensor. O sensor segue o protocolo Modbus-RTU padrão, e a leitura do sensor é armazenada no registrador de retenção, e o código da função é 04. O computador superior lê o formato do quadro de consulta de dados do sensor, e o formato de quadro de consulta de dados do sensor de computador inferior.

3.6 transmissor de temperatura PT100 - princípio de funcionamento do RTD PT100 - princípio de funcionamento do sensor de temperatura

O transmissor de temperatura PT100 é usado para detectar a temperatura corporal do transformador, temperatura do cabo de alta tensão e baixa tensão, é adequado para vários locais industriais. O transformador produzirá perdas durante a operação, principalmente perda de ferro e perda de cobre, também conhecido como perda de núcleo e perda de carga. A perda de cobre varia com a corrente de carga e é proporcional ao quadrado da corrente de carga. A fórmula de cálculo de perda do transformador é a seguinte:

na fórmula, P0 representa a potência ativa do transformador em operação sem carga na tensão nominal; I1 e I2 representam a corrente de linha de alta tensão e a corrente de linha lateral de baixa tensão; R1 e R2 representam a resistência lateral de alta tensão e a resistência lateral de baixa tensão.

O transmissor de temperatura PT100 é incorporado com interface de barramento RS485, e cada transmissor de temperatura pode ser conectado a 4 Sensores de temperatura PT100.

3.7 Princípio de funcionamento do transmissor de imersão em água

Devido ao baixo nível de água do poço de fundação da subestação caixa, muitas vezes há acúmulo de água na vala do cabo e no poço da fundação após a chuva forte, e há um risco potencial de segurança de vazamento de cabo, portanto, inspeção e drenagem irregulares são necessárias. neste projeto, o sensor de imersão em água é usado para detectar o acúmulo de água no poço de fundação da subestrutura da caixa. O sensor de imersão em água aplica o princípio da condução líquida, e usa eletrodos para detectar se há água. Selecione um detector de imersão em água tipo contato com função de comunicação RS485. O princípio de funcionamento do detector de imersão em água é mostrado na Figura 23.

4. Projeto de software do sistema

O design do software do sistema inclui duas partes: 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. O dispositivo de proteção integrado do microcomputador, medidor de rede inteligente e sensor inteligente na rede de área local do barramento de campo do transformador de caixa têm software de aplicativo embutido, portanto, apenas o design do programa de software do controlador de campo do transformador de caixa é necessário.

4.1 Projeto de software controlador de campo para transformador tipo caixa

O controlador de campo do transformador de caixa é um sistema embarcado, e seu sistema de software é composto de programa aplicativo, API, sistema operacional embarcado e BSP (pacote de suporte de placa). De acordo com as características de muitos parâmetros, muitas tarefas e altos requisitos em tempo real coletados pelo controlador de campo do transformador tipo caixa inteligente de 10kV, o sistema operacional de tempo real integrado μC/OS-Ⅲ, que é amplamente utilizado no desenvolvimento de produtos comerciais e pesquisa de ensino, é selecionado. μC/OS-Ⅲ considera as tarefas como a menor unidade, e qualquer tarefa não precisa se preocupar com o método específico de gerenciamento de recursos, que é determinado pelo sistema operacional.

4.2 Projeto de programa de software do controlador de campo do transformador tipo caixa

Todo o projeto do sistema de software é baseado no sistema distribuído composto por instrumentos inteligentes, sensores, controladores de campo e plataformas de nuvem, e o design e desenvolvimento do software aplicativo é realizado. Transmissão e troca de dados, o controlador no local e o servidor em nuvem Gizwits usam o protocolo de comunicação Gizwits no firmware GPRS para transmissão e troca de dados. O fluxograma do programa principal do software de aplicação do controlador de campo do transformador tipo caixa.

*Programa principal do software. Primeiro, inicializar todas as partes do sistema, como GPIO, porta serial, relógio, gerenciamento de memória, etc., e criar tarefas em μC/OS-Ⅲ. O STM32 realiza aquisição e processamento de dados do sensor, e envia informações corretas para o display LCD. Ao mesmo tempo, o STM32 envia comandos AT para o módulo GPRS-G510, troca dados, conecta-se à plataforma de nuvem Gizwits através do protocolo LwM2M, e julga se o módulo de comunicação GPRS está conectado com sucesso ao servidor de nuvem Gizwits. Se a conexão for bem-sucedida, transmissão de dados é realizada. Em seguida, julgue se os dados processados são maiores que o limite definido.
Se for uma falha menor da subestação de caixa, envie as informações de dados para o aplicativo móvel através da plataforma de nuvem; se for uma falha geral, envie as informações de alarme de dados para o aplicativo móvel através da plataforma de nuvem, e iniciar o módulo de comunicação GPRS-GA6 para enviar as informações de alarme através do celular SMS; se Se for uma falta grave, as informações de alarme de dados serão enviadas para o aplicativo de celular por meio da plataforma de nuvem, e o módulo de comunicação GPRS-GA6 será ativado para enviar as informações de alarme através da mensagem de texto do celular e chamar o pessoal relevante predefinido.