Proiectarea stației inteligente de tip cutie de 10kV bazată pe platforma Gizwits IoT + STM32

Sistemul inteligent de control de tip cutie de 10kV introdus în acest articol a fost proiectat și dezvoltat de Tian Hui de la Universitatea de Știință și Tehnologie Xi'an.

Sistemul preia proiectarea unui sistem inteligent de schimbare a cutiei de 10kV pentru un apartament studențesc într-un colegiu ca fundal de inginerie, și proiectează un sistem inteligent de schimbare a cutiei de 10kV bazat pe internetul Lucrurilor. Sistemul este format din trei părți: stratul de percepție, Nivel de comunicare și nivel de aplicație. Stratul de percepție este responsabil pentru colectarea și transmiterea datelor senzorului către controlerul de câmp.

Inclusiv echipamente de sistem secundar, cum ar fi dispozitivele de protecție pentru microcalculatoare, Contoare de rețea inteligente, și controlere inteligente de compensare a puterii reactive, precum și echipamente de detectare a mediului, cum ar fi temperatura și umiditatea, fum, și senzori de imersie în apă. Controlerul la fața locului utilizează microprocesorul încorporat STM32, inclusiv afișaj LCD, Modul de alarmă vocală, releu și modul de comunicare GPRS, etc.; stratul de comunicare utilizează comunicații fără fir GPRS, care este responsabil pentru transmiterea bidirecțională a datelor între controlerul de la fața locului și platforma cloud; Platforma cloud Gizwits dezvoltă un sistem de monitorizare de la distanță și o aplicație mobilă pentru transformatoare de tip cutie, care este responsabil pentru depozitare, analiza și prelucrarea datelor de funcționare a transformatoarelor de tip cutie.

Acest sistem realizează în cele din urmă monitorizarea de la distanță a parametrilor de mediu, cum ar fi temperatura și umiditatea variabile, alarmă de fum și apă de fundație, precum și parametrii electrici, cum ar fi curentul, voltaj, Frecvență și factor de putere, și starea de funcționare a echipamentului prin intermediul computerului WEB sau al aplicației mobile.

Când există o anomalie sau o defecțiune în funcționarea transformatorului de tip cutie, Sistemul de monitorizare judecă automat nivelul de eroare, și trimite o alarmă prin diferite combinații de sonerie la fața locului, APP pentru telefonul mobil, SMS și telefon, etc., și notifică personalul relevant pentru a elimina problemele ascunse la timp și pentru a preveni accidentele electrice. . Este potrivit pentru monitorizarea de la distanță și gestionarea centralizată a transformatoarelor de cutie și a camerelor de distribuție a energiei electrice, și poate îmbunătăți considerabil nivelul de inteligență și siguranța sursei de alimentare și fiabilitatea echipamentelor de distribuție a energiei electrice din școli, Întreprinderi și comunități.

1. Introducere

Odată cu construirea și dezvoltarea economiei sociale și a rețelei de distribuție, există din ce în ce mai multe transformatoare cutie de 10kV. Stația tradițională de tip cutie de 10kV adoptă, în general, modul de funcționare a inspecției regulate nesupravegheate și manuale, care are un grad scăzut de inteligență și nu dispune de sisteme de monitorizare de la distanță și de alarmă în caz de defecțiune pentru mediu și echipamente. În prezent, Odată cu dezvoltarea rapidă a tehnologiei senzorilor inteligenți, Tehnologie încorporată, tehnologia comunicațiilor și tehnologia cloud computing și reducerea costurilor, stația de tip smart box de 10kV bazată pe Internet of Things a devenit cea mai bună alegere pentru modernizarea și transformarea stațiilor tradiționale de tip cutie.

Sistemul inteligent de monitorizare de la distanță de tip cutie bazat pe Internet of Things poate monitoriza de la distanță mediul stației de tip cutie, Parametrii de funcționare și starea echipamentelor în timp real. După cum se arată în figura 1.

Utilizatorii pot monitoriza de la distanță parametrii de mediu, cum ar fi temperatura și umiditatea cutiei, alarmă de fum, și acumularea de apă în gropile de fundație, precum și parametrii electrici, cum ar fi curentul, voltaj, frecvență, și factorul de putere, și starea echipamentelor prin computere sau aplicații mobile în orice moment. Când stația box funcționează anormal sau eșuează, sistemul de monitorizare va notifica automat personalul relevant prin diferite metode de APP pentru telefonul mobil, SMS și telefon în funcție de nivelul defecțiunii, astfel încât să se elimine defecțiunile ascunse în timp și să se prevină accidentele electrice.

10stație de tip smart box kV bazată pe Internetul obiectelor

Sistemul de monitorizare de la distanță al stației de tip smart box constă dintr-un "fieldbus LAN" în interiorul stației de tip cutie și o "Rețea de arie largă a platformei cloud" în afara stației de tip cutie. Acest model structural poate fi aplicat la dezvoltarea sistemelor de monitorizare la distanță pentru echipamentele secundare de alimentare cu apă, sisteme de monitorizare la distanță, Sisteme rezidențiale de gestionare a încărcării cu energie electrică, și sisteme de monitorizare de la distanță a ascensoarelor pentru a îmbunătăți nivelul de inteligență și gestionare al echipamentelor tradiționale și pentru a promova modernizarea industriilor tradiționale. Are o valoare bună de aplicare.

2. Proiectarea generală a programului

Proiectarea substației de tip smart box bazată pe Internet of Things se bazează pe proiectarea unei stații de tip smart box de 10kV într-un apartament studențesc. Proiectarea sistemului primar al transformatorului inteligent de tip cutie de 10kV este aceeași cu cea a transformatorului tradițional de tip cutie de 10kV, și tinde să fie matur. Acest articol se concentrează pe designul inteligent al transformatorului de tip cutie inteligentă de 10kV. Următoarea este o scurtă prezentare generală a conținutului de proiectare al sistemului primar al transformatorului de tip cutie inteligentă de 10kV.

2.1 Proiectarea sistemului primar al stației inteligente de tip cutie de 10kV

Sarcina de putere a lui No. 5 Blocul de apartamente studențești dintr-o universitate este în principal iluminat, computere și încărcături de aer condiționat nou adăugate. Fiecare cămin este calculat după cum urmează: 8 oameni, sarcina de iluminare este de 100W, fiecare încărcare a computerului elevului este de 200W, și fiecare cuier de tip split 1.5P este nou instalat cu aparate de aer condiționat Puterea este de 1.3kW, iar sarcina unui singur dormitor este de 3,0kW. In conformitate cu "Manual de proiectare a alimentării și distribuției industriale și civile", Coeficientul de cerere de sarcină electrică al căminului este 0.7, iar factorul de putere este 0.8.

Având în vedere creșterea sarcinii electrice a apartamentului studențesc în viitor, transformatorul trebuie să rezerve o anumită marjă, și este selectat transformatorul cu o capacitate de 1000kVA. Având în vedere costul investiției inițiale și costul de funcționare al transformatorului, precum și cerințele politicii naționale de conservare a energiei și de reducere a emisiilor, transformatorul imersat în ulei complet etanșat cu pierderi reduse S13-M-1000/10-0.4 este selectat în acest scop.

Pe baza calculului statistic al sarcinii, Calculul scurtcircuitului, verificarea stabilității dinamice și verificarea stabilității termice, este selectat echipamentul principal al sistemului primar al transformatorului de tip cutie. Modelele specifice și parametrii tehnici ai echipamentului principal al sistemului primar sunt prezentate în tabelul 3, Masă 4, Masă 5 și tabel 6.

În conformitate cu cerințele de proiectare ale nr.. 5 Proiectul de apartament studențesc Box Substation și calculul proiectării sistemului primar, schema electrică principală a sistemului primar proiectat al nr.. 5 stația de tip student apartment box este prezentată în figură 2.

Cifră 2 : Schema principală de cablare a sistemului primar al unei stații de tip cutie într-un apartament studențesc dintr-o universitate

2.2 Schema inteligentă de proiectare a transformatorului cutiei de 10kV

Urmărirea defectelor de proiectare și a problemelor existente în managementul funcționării stației tradiționale de tip cutie de 10kV, Cheia rezolvării problemei constă în construirea unui sistem cu buclă închisă pentru detectare, monitorizarea și alarmarea de la distanță a mediului și echipamentelor stației inteligente de tip cutie, iar proiectul are monitorizare de la distanță a mediului de operare și a echipamentelor electrice Sistemul inteligent de transformare cutie cu diverse funcții poate colecta și monitoriza parametrii de mediu, cum ar fi controlul accesului transformatorului cutiei, temperatura si umiditatea mediului ambiant, alarmă de fum, și apă în șanțul de cablu, precum și tensiune, curent, Putere activă, putere reactivă, factor de putere, temperatura cablului, transformator transformator, etc.

Temperatura corpului și semnalul de alarmă al gazului și alți parametri de funcționare ai echipamentului, ventilator de evacuare cu telecomandă, dispozitiv de protecție a microcomputerului și întrerupător de circuit.

Sistemul adoptă instrumente inteligente și senzori inteligenți cu funcții de comunicare utilizate în mod obișnuit în siturile industriale, și transmite datele colectate către controlerul de teren prin comunicarea magistralei de teren, iar controlerul de câmp transmite datele către server sau computerul gazdă cloud printr-un modul de comunicare fără fir sau prin cablu. Realizați funcții precum telemetria, Semnalizare la distanță și telecomandă.

Sistemul de monitorizare de la distanță al transformatorului cutie inteligent de 10kV bazat pe Internetul obiectelor utilizează instrumente inteligente și senzori cu funcție digitală de comunicare bidirecțională, și adoptă uniform interfața standard RS485 bus și protocolul de comunicare Modbus-RTU. Sistemul de monitorizare de la distanță al transformatorului inteligent bazat pe Internet of Things este compus din trei părți: stratul de percepție, nivelul de comunicare și nivelul de aplicare.
* Stratul de percepție: prin diverse contoare inteligente și senzori inteligenți pentru a colecta diverse medii, parametrii de funcționare a echipamentelor și starea de funcționare a echipamentului transformatorului cutiei, și să transmită datele către controlerul de teren prin magistrala RS485. Controlerul de câmp are un sistem de operare încorporat și are colectarea datelor, Calcul, Funcții de procesare și control.
* Strat de comunicare: Acest strat este conexiunea și legătura transmisiei și schimbului de date, și este responsabil pentru transmiterea bidirecțională a datelor între platforma cloud și controlerul de la fața locului. În funcție de condițiile reale de comunicare ale transformatorului de tip cutie, diverse metode de comunicare, cum ar fi cablul optic cu fir, Ethernet sau GPRS wireless pot fi selectate pentru a transmite date către platforma cloud.
*Strat de aplicație: Proiectarea și dezvoltarea unui sistem de monitorizare la distanță pentru transformatoarele de tip cutie pe platforma cloud, responsabil pentru trimitere, Primirea și prelucrarea datelor istorice, monitorizarea de la distanță a parametrilor de funcționare ai transformatorului de tip cutie, și stocarea înregistrărilor și analiza datelor privind funcționarea evenimentelor. Și dezvoltați WEB și APP mobil pe platforma cloud, electricianul de serviciu poate monitoriza datele de funcționare și starea de funcționare a echipamentului transformatorului cutiei în orice moment prin intermediul computerului sau al aplicației mobile.

3. Proiectarea hardware-ului sistemului

3.1 Rețeaua locală de autobuze RS485 a site-ului transformatorului cutie

Odată cu dezvoltarea și progresul tehnologiei încorporate și reducerea costurilor, multe instrumente de detectare, Senzorii și actuatoarele au microprocesoare încorporate pentru deficiențele și problemele de transmitere a informațiilor echipamentelor tradiționale de câmp de tip cutie, care poate finaliza conversia ADDA și liniarizarea și filtrarea digitală. O interfață de date de comunicații seriale este adăugată în interiorul acestor dispozitive digitale de câmp, iar comunicarea serială bidirecțională între dispozitivele de câmp poate fi realizată prin utilizarea unui protocol de comunicație standard unificat.

În prezent, rețeaua de autobuze industriale utilizată în principal.

Una dintre cheile proiectării sistemului de monitorizare la distanță pentru transformatoarele de tip smart box este selectarea instrumentelor inteligente și a senzorilor cu funcții digitale de comunicare bidirecțională, și să adopte interfețe bus standard și unificate și protocoale de comunicație. Pornind de la practica inginerească a proiectării transformării de tip cutie inteligentă de 10kV în. 5 Apartament studențesc, sunt selectate magistrala RS485 și protocolul de comunicație Modbus-RTU susținute în general de senzori inteligenți.

Conform schemei principale de cablare a sistemului primar al unui transformator de cutie într-un apartament studențesc într-un colegiu și schema blocului de sistem al sistemului inteligent de monitorizare la distanță a cutiei-transformatorului inteligent de 10kV, Proiectarea hardware-ului sistemului ia controlerul de câmp box-transformator ca nucleu, și constă dintr-un dispozitiv de protecție integrat în microcomputer, un contor de rețea inteligent și o putere reactivă inteligentă Echipamente de sistem secundar, cum ar fi compensatoarele, și senzori de detectare a mediului, cum ar fi senzori de fum de temperatură și umiditate, Senzorii de temperatură PT100 și senzorii de pătrundere a apei formează rețeaua locală de magistrală RS485 a locului de transformare box-to-box. Diagrama sistemului de rețea locală RS485 bus a transformatorului cutie este prezentată în figură 4.

RS485 autobuz diagrama sistemului de rețea locală a locului de transformare de tip cutie

(1) Magistrală de comunicații seriale RS485

Modul de comunicare al magistralei RS485 este modul master-slave, iar dispozitivul principal sondează fiecare dispozitiv secundar pentru comunicare, și rețeaua unu-la-multipunct poate fi stabilită pentru a forma un sistem distribuit. Interfața RS485 este o interfață serială cu viteză redusă utilizată pe scară largă, iar interfața RS485 are următoarele caracteristici.
* Interfață RS485.

Comunicarea interfeței RS485 adoptă modul de transmisie diferențială, și are o combinație de driver echilibrat și receptor diferențial, și utilizează diferența de tensiune la ambele capete ale cablului pentru a transmite semnale, care îmbunătățește foarte mult capacitatea de a rezista interferențelor de mod obișnuit și interferențelor anti-zgomot.
* Autobuzul RS485 are o rată de transmisie ridicată și o distanță lungă de transmisie. Distanța maximă de transmisie este de aproximativ 1200 metri, iar rata maximă de transmisie este de 10Mbps; viteza sa de transmisie este invers proporțională cu distanța de transmisie, iar distanța maximă de transmisie poate fi atinsă atunci când rata este sub 20kbps.
* Suportă mai multe noduri. În general, o buclă de autobuz RS485 poate suporta teoretic 247 noduri de dispozitiv.

(2) Protocol de comunicare serială Modbus-RTU

Protocolul Modbus se aplică rețelei de autobuze industriale. Prin protocol, Comunicarea datelor poate fi efectuată între operator și echipamentul de teren. Echipamentele produse de diferiți producători pot forma un sistem industrial de monitorizare a rețelei de magistrale urmând un protocol unificat. Protocolul are o structură stăpân-sclav, Un nod principal în rețea, iar celelalte sunt noduri slave, și fiecare nod slave are o adresă unică a dispozitivului.

În rețeaua de magistrale seriale, Nodul principal pornește o comandă, și toate dispozitivele slave vor primi comanda. Comanda Modbus conține adresa dispozitivului secundar care execută comanda, iar dispozitivul secundar desemnat de dispozitivul principal răspunde mai întâi și apoi execută comanda. Există sume de control în comenzile Modbus pentru a vă asigura că comenzile sosite nu au fost corupte. Comenzile Modbus pot instrui RTU să-și schimbe valoarea de înregistrare, citirea sau controlul portului I/O, și să ordone dispozitivului să returneze una sau mai multe date de înregistrare.

Modbus include ASCII, RTU și TCP: trei tipuri de mesaje. Modul de transmisie ASCII, Suma de control LRC, eficiență scăzută a transmisiei, dar intuitiv, simplu și ușor de depanat. Modul de transmisie RTU, folosind verificarea CRC, eficiență ridicată a transmisiei, puțin mai complicat decât ASCII. General, în cazul în care cantitatea de date care trebuie transmise este mică, puteți lua în considerare utilizarea protocolului ASCII; în cazul în care cantitatea de date care trebuie transmise este relativ mare, cel mai bine este să utilizați protocolul RTU. Din acest motiv, instrumentele inteligente și senzorii acestui sistem adoptă uniform modul de comunicare Modbus-RTU.

3.2 Proiectarea hardware a controlerului de câmp al transformatorului cutiei

Controlerul de câmp al transformatorului de cutie este compus dintr-un sistem încorporat. Sistemul încorporat este centrat pe aplicație, Software-ul și hardware-ul pot fi adaptate, și realizează automatizarea echipamentelor, inteligență, și funcții de monitorizare de la distanță. Este compus în principal din microprocesoare încorporate, Hardware conex, sisteme de operare încorporate, și sisteme software de aplicații.

(1) Sistem minim microprocesor STM32

Sistemul minim de microprocesor încorporat include microprocesor încorporat, Circuitul de resetare și circuitul de depanare. Circuitul ceasului furnizează semnalul ceasului extern necesar, Circuitul de resetare oferă o stare inițială unificată, iar circuitul de depanare oferă o interfață pentru descărcarea și depanarea programelor.
* Opțiune microprocesor încorporat. Conform cerințelor sistemului inteligent de monitorizare de la distanță a transformatorului cu cutie inteligentă de 10kV pentru performanța controlerului la fața locului, acest sistem alege cipul STM32F103ZET6 ca microprocesor de bază al controlerului la fața locului. Microprocesor încorporat STM32F103ZET6, MCU are o integrare ridicată, consum redus de energie, și performanță ridicată a costurilor. Este potrivit pentru diverse cerințe de aplicare în domeniul medical industrial, și poate îndeplini cerințele de achiziție de date și prelucrare în timp real a acestui sistem.
* Circuit oscilator cristal. Circuitul oscilatorului de cristal oferă un impuls de frecvență fixă microprocesorului pentru a face microprocesorul să funcționeze normal. Microprocesorul STM32 are două oscilatoare de cristal, oscilatorul de cristal de 8MHz oferă un ceas extern de mare viteză, iar oscilatorul de cristal de 32.768KHz oferă un ceas extern cu viteză redusă.

* Resetați circuitul. Funcția circuitului de resetare a microprocesorului este de a reporni sistemul. Când sistemul eșuează, Apăsați butonul Reset pentru a reporni dispozitivul. În general, Circuitul de resetare utilizează un semnal de nivel scăzut pentru a reporni.

(2) Proiectarea circuitului de alimentare

Sistemul selectează o sursă de alimentare externă DC cu o tensiune nominală de 12V (2Un), și selectează un DC 5V (2Un) adaptor de alimentare cu interfață USB pentru alimentarea controlerului de câmp. Sursa de alimentare de 12V DC este conectată la placa de control, iar sursa de alimentare DC 12V este redusă pentru a obține o sursă de alimentare DC 5V prin modulul pas cu pas LM2596S. Tensiunea de 5V este apoi trecută prin cipul regulator AMS1117-3.3V pentru a obține o tensiune de 3.3V pentru a alimenta cipul STM32. Schema circuitului regulatorului de alimentare LM2596S și AMS1117-3.3V este prezentată în figură 8.

(3) Interfață RS485 cu modulul TTL

Interfata RS485 cu modulul TTL realizeaza conversia bidirectionala si comunicarea semnalului RS485 si a semnalului TTL, Dar semnalul trebuie executat alternativ, și nu poate fi efectuată în două direcții în același timp. Toate dispozitivele de câmp utilizează acest modul pentru a se conecta la microcontroler, iar schema de cablare este prezentată în figură 9.

Schema electrică a TFT-LCD și STM32 MCU - Cifră 9

(4) Modul de afișare LCD

Deoarece controlerul la fața locului al sistemului de monitorizare la distanță de tip cutie trebuie să afișeze multe numere și caractere, un afișaj TFT-LCD cu cristale lichide de 2,8 inci este selectat ca modul de afișare, și există un controler ILI9341 în interior. Luați în considerare STM32 poate comunica cu ILI9341 prin interfața SPI, 8080 interfață sau interfață RGB. Pentru a obține o rată de reîmprospătare mai rapidă, TFT-LCD utilizează 8080 Interfață magistrală de date paralelă. STM32 transmite date către memoria controlerului ILI9341 prin modulul FSMC cu memorie statică variabilă.

(5) Modul de alarmă vocală

Când microprocesorul STM32 detectează că există o anomalie sau o defecțiune în datele de funcționare ale transformatorului cutiei, Acesta va trimite un mesaj către portul serial și va porni o alarmă vocală. Modulul de alarmă vocală selectează cipul de voce SYN6288 utilizat în mod obișnuit, și transmite automat informații de alarmă vocală conform programului programat. Sistemul utilizează codul GB2312, care este adecvat pentru schimbul de informații în prelucrarea caracterelor chinezești și comunicarea caracterelor chinezești. De asemenea, SYN6288 recunoaște cu precizie numerele, ore și date, și unitățile de măsură utilizate în mod obișnuit.

(6) Modul releu

Controlerul de câmp selectează un grup de module de releu de izolare optocuplare cu 2 căi pentru a controla deschiderea și închiderea soneriei de alarmă și a ventilatorului DC 12V, iar releul solid de 220V AC poate fi selectat în funcție de tipul sursei de alimentare și de puterea ventilatorului de evacuare de tip cutie. Fiecare modul de circuit releu are contacte normal deschise și normal închise, precum și indicarea stării cu LED-uri; fiecare circuit releu este izolat de optocuploare, și este echipat cu o diodă liberă pentru a elibera tensiunea indusă a releului și pentru a proteja circuitul anterior. Când temperatura ambiantă a transformatorului cutiei depășește un anumit interval, Controlerul de la fața locului emite un nivel ridicat, și un releu de izolare optocuplor, acționează pentru a porni ventilatorul pentru a se răci; când apar defecțiuni grave, cum ar fi concentrația excesivă de fum, controlerul acționează un alt releu de izolare a optocuplorului pentru conectare Bucla soneriei de alarmă trimite o alarmă la fața locului. Pentru diagrama principiului de lucru al releului și diagrama de conectare între modulul releu și cipul STM32, Vă rugăm să contactați producătorul și să trimiteți solicitarea.

(7) Modul de comunicare

Conform cerințelor de proiectare ale sistemului de monitorizare de la distanță a transformatorului cutie inteligent de 10kV, comunicarea dintre transformatorul inteligent și cloud alege metoda de comunicare fără fir GPRS cu costuri reduse de trafic. Modul GPRS firmware Gizwits.
*Modul GPRS firmware Gizwits (G510_GAgent firmware). Acest modul este un program de aplicație care rulează pe diverse module de comunicare, furnizarea de funcții, cum ar fi transmiterea bidirecțională a datelor cloud și ale dispozitivelor produselor, Configurarea dispozitivului în rețea, Descoperire și legare, și upgrade-uri de programe. Schema circuitului dintre modulul GPRS și controlerul principal poate fi obținută contactând producătorul.

*Modul GPRS-GA6. Acest modul poate realiza transmiterea vocii, mesaje scurte și date cu consum redus de energie. Este potrivit pentru diferite cerințe de proiectare în aplicațiile M2M, în special pentru proiectarea produselor compacte. În al doilea rând, protocolul de comunicare adoptă transmisia magistralei de port serial UART, utilizează comenzi AT standard pentru a controla modulul, și selectează rata BAUD de 115200bps. Contactați Producător IoT pentru schema circuitului de conectare a modulului GPRS-GA6 și a microcontrolerului STM32.

3.3 Dispozitiv de protecție cuprinzător pentru microcomputer

Conform specificației de proiectare a protecției transformatorului de putere (GB/T 50062-2008), 10transformatoarele kV trebuie, de obicei, să instaleze protecție la supracurent cu limită de timp. Dispozitivul de protecție a microcomputerului are protecția, funcțiile de măsurare și control ale transformatoarelor și liniilor, precum și funcțiile de achiziție a datelor, monitorizarea și auto-inspecția sistemului, și are sensibilitate și fiabilitate ridicate.

Conform cerințelor de proiectare ale schimbării cutiei inteligente de 10kV în apartamentul studențesc, este selectat dispozitivul de protecție completă a microcomputerului de tip curent Ankerui AM3-I cu funcție de comunicare RS485, cu IA, IB, IC, UA, UB, UC, P, Q, Fr și alte electrice Măsurarea parametrilor, 8-Achiziția semnalului comutatorului extern al canalului, și operații de deschidere și închidere a telecomenzii disjunctorului și alte funcții. Schema terminală de cablare a dispozitivului de protecție a microcomputerului AM3-I este următoarea:

Schema terminală de cablare a dispozitivului de protecție a microcomputerului AM3-I

3.4. Contor de rețea inteligent

Contoarele de rețea inteligente sunt utilizate pentru a detecta parametrii electrici, cum ar fi curentul trifazat, tensiunea și puterea circuitelor de distribuție a energiei electrice de joasă tensiune, precum și starea de deschidere și închidere a întrerupătoarelor de izolare și a întreruptoarelor. Conform cerințelor de proiectare ale sistemului secundar al transformatorului cutie inteligentă de 10kV, Este selectat contorul de rețea inteligent Ankerui ACR cu funcție de comunicare RS485, și sunt selectate schema electrică a contorului de rețea inteligent ACR și a transformatorului de curent de joasă tensiune și schema de cablare a intrării și ieșirii comutatorului.

ACR contor de rețea inteligent transformator de curent de joasă tensiune și diagramă de cablare digitală de intrare și ieșire

Contorul de rețea inteligent ACR adoptă protocolul Modbus-RTU, care poate măsura și colecta parametrii de putere. Funcția de intrare a comutatorului poate detecta starea de comutare a comutatorului izolator și a întreruptorului, iar funcția de ieșire a releului poate porni și opri de la distanță întrerupătorul. Contorul de rețea inteligent ACR are un plan unificat pentru tabelul de adrese de comunicare, care poate realiza cele trei funcții la distanță ale telemetriei, Semnalizare la distanță și telecomandă.

(1) Conversia AD și calculul semnalului analogic AC

Cel 3 semnale de tensiune de fază și 3 Semnale curente (semnale de ieșire ale transformatorului de curent) colectate direct de contorul de rețea inteligent ACR sunt toate cantitățile analogice, care trebuie convertite în semnale digitale care pot fi recunoscute de CPU pentru prelucrarea datelor. Primul, cel 3 tensiuni de fază de 220V și 3 Analogii de curent sunt transformați în semnale de joasă tensiune prin convertor, și convertită în tensiunea permisă de convertorul AD printr-o buclă de formare a tensiunii; , convertit într-un semnal digital prin AD și intrare în CPU. Diagrama schematică a procesului de eșantionare și conversie AD a cantității analogice de curent alternativ poate fi obținută contactând producătorul.

* Conversie analogică a tensiunii și filtrare trece-jos. Funcția circuitului de formare a tensiunii este de a izola electric și de a transforma energia electrică. În general, convertorul AD necesită ca semnalul de intrare să fie ±5V și ±10V, astfel încât raportul de transformare al convertorului de tensiune poate fi determinat. Filtrele trece-jos sunt împărțite în filtre pasive și filtre active. Filtrele active sunt compuse din condensatoare, rezistoare și amplificatoare operaționale integrate, care amplifică semnalul în timpul filtrării. Filtrele pasive au doar funcții de filtrare, dar nu și funcții de amplificare a semnalului.
* Eșantionarea semnalului analogic. Procesul de eșantionare ar trebui să urmeze teorema de eșantionare a lui Shannon, acesta este, frecvența prelevării de probe nu trebuie să fie mai mică de: 2 înmulțit cu cea mai mare frecvență a semnalului de intrare. Procesul de eșantionare este foarte rapid. Eșantionarea curentă a convertorului AD a atins nivelul nanosecundelor, în timp ce perioada de eșantionare a dispozitivului automat al sistemului de alimentare este la nivel de milisecundă, astfel încât semnalele de tensiune și curent ale celor șase bucle pot partaja un convertor AD, dar circuitul de eșantionare Trebuie să fie echipat cu un dispozitiv de eșantionare și menținere și un comutator multiplexor.
* Conversia AD. Convertoarele AD includ aproximări succesive, integral, numărare, comparație paralelă, și convertizoare de tensiune-frecvență VFC. Convertorul AD de aproximare succesivă este reprezentativ atât pentru viteză, cât și pentru precizie în ADC, și are o rezoluție de conversie mai mare la o rată de conversie mai mare.

(2) Algoritmul de integrare a valorii absolute a mărimii sinusoidale pe jumătate de ciclu

Cheia algoritmului software este îmbunătățirea preciziei și vitezei de funcționare a algoritmului. Cheia algoritmului de eșantionare AC al contorului inteligent este de a rezolva modul de calcul al amplitudinii sau valorii efective a semnalului de eșantionare sinusoidal în funcție de valoarea instantanee a semnalului sinusoidal. Cel mai frecvent utilizat algoritm pentru cantitățile sinusoidale este algoritmul de integrare a valorii absolute la jumătate de ciclu. Principiul algoritmului de integrare a valorii absolute a semiciclului este că integrala valorii absolute a cantității sinusului în orice jumătate de ciclu este o constantă S, iar constanta valorii integrale S nu are nimic de-a face cu unghiul de pornire integral . Algoritmul de integrare a valorii absolute la jumătate de ciclu bazat pe modelul funcției sinusoidale este prezentat în figura 19.

Algoritmul integrării valorii absolute la jumătate de ciclu bazat pe modelul funcției sinusoidale

Expresia pentru calcularea valorii efective a curentului utilizând algoritmul integral al valorii absolute a semiciclului este prezentată în figura de mai jos:

În formulă, S reprezintă integrala valorii absolute într-o jumătate de ciclu; I reprezintă valoarea efectivă a curentului; i reprezintă valoarea instantanee a curentului; w reprezintă viteza unghiulară; T reprezintă ciclul de alimentare cu c.a.; f reprezintă frecvența de alimentare în curent alternativ; N reprezintă numărul de probe dintr-un ciclu ; Ts reprezintă perioada de eșantionare.

3.5 Senzor de fum RS485 de temperatură și umiditate

Având în vedere că linia de alimentare din transformatorul de tip cutie poate avea scurgeri, supraîncărcare, scurtcircuit și rezistență excesivă la contact, care pot provoca incendii, iar defectarea transformatorului imersat în păcură poate provoca incendii. Prin urmare, Este necesar să instalați un senzor de fum în transformatorul de tip cutie pentru detectarea incendiilor transformatorului de tip cutie. Pentru a detecta din timp potențialele defecțiuni. Pentru a asigura acuratețea măsurării și pentru a reduce costurile în același timp, temperatura RS485, Senzorul de umiditate și fum trei în unu este utilizat pentru a detecta temperatura, umiditatea și concentrația de fum în transformatorul cutiei. Cel senzor de temperatură și umiditate utilizează sonda SHT30. Supratensiune la fața locului și interferențe cu impulsurile. Senzorul are 4 Fire: roșu, negru, galben, și verde. Pentru metoda specifică de cablare a senzorului de fum de temperatură și umiditate, vă rugăm să contactați producătorul IoT.

Contoarele inteligente și senzorii proiectați în acest sistem adoptă protocolul Modbus-RTU, care pot comunica în mod fiabil în intervalul complet al ratei BAUD de 1200-115200. Rata baud a contoarelor inteligente și a senzorilor este setată uniform la 9600bps. Formatul de transmisie a datelor și formatul de conversie a datelor senzorului sunt următoarele:
Formatul cadrului de interogare a datelor senzorului. Senzorul respectă protocolul standard Modbus-RTU, iar citirea senzorului este stocată în registrul exploatației, iar codul funcției este 04. Computerul superior citește formatul cadrului de solicitare a datelor senzorului, și formatul inferior al cadrului de solicitare a datelor senzorului computerului.

3.6 Transmițător de temperatură PT100 - principiul de funcționare al RTD PT100 - Principiul de funcționare al senzorului de temperatură

Transmițătorul de temperatură PT100 este utilizat pentru a detecta temperatura corpului transformatorului, Temperatura cablului de înaltă tensiune și joasă tensiune, Este potrivit pentru diverse site-uri industriale. Transformatorul va produce pierderi în timpul funcționării, în principal pierderi de fier și pierderi de cupru, De asemenea, cunoscut sub numele de pierdere de miez și pierdere de sarcină. Pierderea de cupru variază în funcție de curentul de sarcină și este proporțională cu pătratul curentului de sarcină. Formula de calcul a pierderilor transformatorului este următoarea:

În formulă, P0 reprezintă puterea activă a transformatorului în regim fără sarcină la tensiunea nominală; I1 și I2 reprezintă curentul liniei de înaltă tensiune și curentul liniei laterale de joasă tensiune; R1 și R2 reprezintă rezistența laterală de înaltă tensiune și rezistența laterală de joasă tensiune.

Transmițătorul de temperatură PT100 este încorporat cu interfața magistrală RS485, și fiecare transmițător de temperatură poate fi conectat la 4 Senzori de temperatură PT100.

3.7 Principiul de funcționare al transmițătorului de imersie în apă

Datorită nivelului scăzut al apei din groapa de fundație a stației de transformare, Există adesea acumulări de apă în șanțul de cablu și în groapa de fundație după ploaia torențială, și există un potențial pericol de siguranță al scurgerilor de cabluri, Deci, sunt necesare inspecții și drenaj neregulate. În acest design, Senzorul de imersie în apă este utilizat pentru a detecta acumularea de apă în puțul de fundație al substructurii cutiei. Senzorul de imersie în apă aplică principiul conducției lichide, și utilizează electrozi pentru a detecta dacă există apă. Selectați un detector de imersie în apă de tip contact cu funcție de comunicare RS485. Principiul de funcționare al detectorului de imersie în apă este prezentat în figura 23.

4. Proiectarea software-ului de sistem

Proiectarea software-ului de sistem include două părți: 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. Dispozitivul de protecție integrat în microcomputer, contorul de rețea inteligent și senzorul inteligent din rețeaua locală de magistrală de câmp a transformatorului cutie au încorporat software-ul aplicației, Deci, este necesar doar proiectarea programului software al controlerului de câmp al transformatorului cutiei.

4.1 Proiectarea software-ului controlerului de câmp pentru transformatorul de tip cutie

Controlerul de câmp al transformatorului de cutie este un sistem încorporat, iar sistemul său software este compus din program de aplicație, API, sistem de operare încorporat și BSP (Pachet de asistență pentru bord). În funcție de caracteristicile multor parametri, multe sarcini și cerințe ridicate în timp real colectate de controlerul de câmp al transformatorului inteligent de tip cutie de 10kV, μC/OS-III. sistem de operare încorporat în timp real, care este utilizat pe scară largă în dezvoltarea produselor comerciale și în cercetarea didactică, este selectat. μC/OS-III. consideră sarcinile ca fiind cea mai mică unitate, și orice sarcină nu trebuie să-i pese de metoda specifică de gestionare a resurselor, care este determinat de sistemul de operare.

4.2 Proiectarea programului software al controlerului de câmp al transformatorului de tip cutie

Întregul design al sistemului software se bazează pe sistemul distribuit compus din instrumente inteligente, senzori, Controlere de teren și platforme cloud, și se realizează proiectarea și dezvoltarea de aplicații software. Transmiterea și schimbul de date, controlerul la fața locului și serverul cloud Gizwits utilizează protocolul de comunicare Gizwits din firmware-ul GPRS pentru transmiterea și schimbul de date. Diagrama principală a programului software-ului aplicației controlerului de câmp al transformatorului de tip cutie.

*Programul principal al software-ului. Primul, inițializați toate părțile sistemului, cum ar fi GPIO, port serial, ceas, gestionarea memoriei, etc., și creați sarcini în μC/OS-III.. STM32 efectuează achiziția și prelucrarea datelor senzorilor, și trimite informații corecte către afișajul LCD. În același timp, STM32 trimite comenzi AT către modulul GPRS-G510, Schimbul de date, se conectează la platforma cloud Gizwits prin protocolul LwM2M, și judecă dacă modulul de comunicare GPRS este conectat cu succes la serverul cloud Gizwits. În cazul în care conexiunea reușește, Transmiterea datelor se efectuează. Apoi judecați dacă datele prelucrate sunt mai mari decât pragul stabilit.
Dacă este o defecțiune minoră a stației cutiei, trimiteți informațiile de date către aplicația mobilă prin intermediul platformei cloud; dacă este un eșec general, trimiteți informațiile de alarmă de date către aplicația mobilă prin intermediul platformei cloud, și porniți modulul de comunicare GPRS-GA6 pentru a trimite informațiile de alarmă prin SMS-ul telefonului mobil; dacă Dacă este o defecțiune gravă, informațiile de alarmă de date vor fi trimise către aplicația telefonului mobil prin intermediul platformei cloud, iar modulul de comunicare GPRS-GA6 va fi activat pentru a trimite informațiile de alarmă prin mesajul text de pe telefonul mobil și pentru a apela personalul relevant prestabilit.