Návrh 10kV inteligentnej skrinkovej rozvodne založenej na platforme Gizwits IoT + STM32

Systém diaľkového ovládania 10 kV inteligentnej skrinkovej rozvodne predstavený v tomto článku navrhol a vyvinul Tian Hui z univerzity vedy a techniky Xi'an..

Systém využíva návrh 10 kV inteligentného systému výmeny boxov pre študentský byt na vysokej škole ako inžinierske pozadie, a navrhuje 10kV inteligentný systém výmeny boxov založený na Internet vecí. Systém sa skladá z troch častí: vrstva vnímania, komunikačná vrstva a aplikačná vrstva. Vrstva vnímania je zodpovedná za zber dát senzora a ich prenos do kontroléra poľa.

Vrátane zariadení sekundárneho systému, ako sú ochranné zariadenia mikropočítačov, inteligentné sieťové merače, a inteligentné regulátory kompenzácie jalového výkonu, ako aj zariadenia na detekciu prostredia, ako je teplota a vlhkosť, fajčiť, a snímače ponorenia do vody. Riadiaca jednotka na mieste používa zabudovaný mikroprocesor STM32, vrátane LCD displeja, modul hlasového alarmu, relé a GPRS komunikačný modul, atď.; komunikačná vrstva využíva bezdrôtovú komunikáciu GPRS, ktorá je zodpovedná za obojsmerný prenos údajov medzi prevádzkovateľom na mieste a cloudovou platformou; Cloudová platforma Gizwits vyvíja vzdialený monitorovací systém a mobilnú aplikáciu pre krabicové transformátory, ktorá je zodpovedná za skladovanie, analýza a spracovanie prevádzkových údajov skriňového transformátora.

Tento systém konečne realizuje vzdialené monitorovanie parametrov prostredia, ako je premenlivá teplota a vlhkosť, dymový hlásič a voda v základovej jame, ako aj elektrické parametre, ako je prúd, Napätie, frekvencia a účinník, a stav prevádzky zariadenia prostredníctvom WEB počítača alebo mobilnej APP.

Keď sa vyskytne abnormalita alebo porucha v prevádzke skriňového transformátora, monitorovací systém automaticky posúdi úroveň poruchy, a odošle alarm prostredníctvom rôznych kombinácií zvončeka na mieste, APP pre mobilný telefón, SMS a telefón, atď., a upozorní príslušný personál, aby včas odstránil skryté problémy a zabránil úrazom elektrickým prúdom. . Je vhodný na vzdialené monitorovanie a centralizovanú správu skriňových transformátorov a rozvodných miestností, a môže výrazne zlepšiť úroveň inteligencie a bezpečnosť napájania a spoľahlivosť zariadení na distribúciu energie v školách, podniky a komunity.

1. Úvod

S budovaním a rozvojom sociálnej ekonomiky a distribučnej siete, skriňových transformátorov 10kV je stále viac. Tradičná 10kV rozvodňa skriňového typu vo všeobecnosti prijíma prevádzkový režim bezobslužnej a ručnej pravidelnej kontroly, ktorá má nízky stupeň inteligencie a chýba jej diaľkové monitorovanie a systémy signalizácie porúch pre prostredie a zariadenia. V súčasnosti, s rýchlym vývojom technológie inteligentných senzorov, vstavaná technológia, komunikačné technológie a technológie cloud computingu a zníženie nákladov, 10kV inteligentná skriňová rozvodňa založená na internete vecí sa stala najlepšou voľbou pre modernizáciu a transformáciu tradičných skriňových rozvodní.

Inteligentný systém diaľkového monitorovania rozvodne krabicového typu založený na internete vecí môže na diaľku monitorovať prostredie rozvodne typu krabice, prevádzkové parametre a stav zariadenia v reálnom čase. Ako je znázornené na obr 1.

Používatelia môžu na diaľku sledovať parametre prostredia, ako je teplota a vlhkosť boxu, dymový alarm, a akumuláciu vody v základových jamách, ako aj elektrické parametre, ako je prúd, Napätie, frekvencia, a účinníka, a stav zariadenia prostredníctvom počítačov alebo mobilných aplikácií kedykoľvek. Keď skrinková rozvodňa beží abnormálne alebo zlyhá, monitorovací systém automaticky upozorní príslušných zamestnancov prostredníctvom rôznych metód aplikácie mobilného telefónu, SMS a telefón podľa úrovne poruchy, tak, aby sa včas odstránili skryté poruchy a zabránilo sa úrazom elektrickým prúdom.

10kV inteligentná skriňová rozvodňa založená na internete vecí

Vzdialený monitorovací systém inteligentnej skrinkovej rozvodne pozostáva z a "fieldbus LAN" vnútri rozvodne skriňového typu a a "celoplošná sieť cloudovej platformy" mimo rozvodne skriňového typu. Tento štrukturálny model možno použiť pri vývoji systémov diaľkového monitorovania pre systémy diaľkového monitorovania sekundárnych zariadení na zásobovanie vodou, systémy riadenia poplatkov za elektrinu v domácnostiach, a systémy diaľkového monitorovania výťahov na zlepšenie úrovne inteligencie a riadenia tradičných zariadení a na podporu modernizácie tradičných priemyselných odvetví. Má dobrú aplikačnú hodnotu.

2. Celkový dizajn programu

Návrh inteligentnej skrinkovej rozvodne založenej na internete vecí je založený na návrhu 10kV inteligentnej rozvodne v študentskom byte.. Konštrukcia primárneho systému 10 kV inteligentného skriňového transformátora je rovnaká ako u tradičného 10 kV skriňového transformátora, a býva zrelý. Tento článok sa zameriava na inteligentný dizajn 10kV inteligentného boxového transformátora. Nasleduje stručný prehľad projektového obsahu primárneho systému 10kV inteligentného skriňového transformátora.

2.1 Primárny systémový návrh 10kV inteligentnej skriňovej rozvodne

Výkonové zaťaženie č. 5 študentský bytový dom na univerzite je hlavne osvetlenie, počítačov a novo pridaných záťaží klimatizácie. Každý internát sa počíta ako 8 ľudí, svetelná záťaž je 100W, záťaž každého študentského počítača je 200W, a každý 1,5P delený vešiak je novo inštalovaný s klimatizáciami Výkon je 1,3kW, a zaťaženie jednej ubytovne je 3,0 kW. Podľa "Manuál dizajnu priemyselných a civilných zdrojov energie a distribúcie", koeficient spotreby energie v internáte je 0.7, a účinník je 0.8.

Vzhľadom na budúce zvýšenie elektrického zaťaženia študentského bytu, transformátor si musí rezervovať určitú rezervu, a vyberie sa transformátor s výkonom 1000kVA. Berúc do úvahy počiatočné investičné náklady a prevádzkové náklady transformátora, ako aj požiadavky národnej politiky úspor energie a znižovania emisií, na tento účel je vybraný nízkostratový plne utesnený olejový transformátor S13-M-1000/10-0.4.

Na základe štatistického výpočtu zaťaženia, výpočet skratu, overenie dynamickej stability a overenie tepelnej stability, je vybrané hlavné zariadenie primárneho systému skriňového transformátora. Konkrétne modely a technické parametre hlavného zariadenia primárneho systému sú uvedené v tabuľke 3, Tabuľka 4, Tabuľka 5 a Tabuľka 6.

Podľa konštrukčných požiadaviek č. 5 Projekt študentského bytu krabicovej rozvodne a výpočet návrhu primárneho systému, hlavná schéma zapojenia navrhovaného primárneho systému č. 5 skrinková rozvodňa študentského bytu je znázornená na obrázku 2.

Obrázok 2 : Hlavná schéma zapojenia primárneho systému skriňovej rozvodne v študentskom byte na univerzite

2.2 Inteligentná konštrukčná schéma 10kV skriňového transformátora

Zameranie na konštrukčné chyby a problémy existujúce v riadení prevádzky 10kV tradičnej skriňovej rozvodne, kľúč k riešeniu problému spočíva v konštrukcii systému s uzavretou slučkou na detekciu, vzdialené monitorovanie a alarm prostredia a zariadení inteligentnej skriňovej rozvodne, a dizajn má diaľkové monitorovanie prevádzkového prostredia a elektrických zariadení Inteligentný boxový transformátorový systém s rôznymi funkciami dokáže zhromažďovať a monitorovať parametre prostredia, ako je riadenie prístupu k boxovému transformátoru, okolitej teplote a vlhkosti, dymový alarm, a vody v káblovom výkope, ako aj napätie, prúd, aktívny výkon, jalový výkon, účinník, teplota kábla, transformátorový transformátor, atď.

Signál alarmu telesnej teploty a plynu a ďalšie prevádzkové parametre zariadenia, ventilátor na diaľkové ovládanie, ochranné zariadenie mikropočítača a vypínač ističa.

Systém využíva inteligentné prístroje a inteligentné senzory s komunikačnými funkciami bežne používanými v priemyselných lokalitách, a prenáša zozbierané údaje do kontroléra poľa prostredníctvom komunikácie poľnej zbernice, a kontrolér poľa prenáša dáta do servera alebo cloudového hostiteľského počítača cez bezdrôtový alebo káblový komunikačný modul. Uvedomte si funkcie, ako je telemetria, diaľková signalizácia a diaľkové ovládanie.

Vzdialený monitorovací systém 10kV inteligentného boxového transformátora založený na internete vecí využíva inteligentné prístroje a senzory s funkciou digitálnej obojsmernej komunikácie, a jednotne prijíma štandardné rozhranie zbernice RS485 a komunikačný protokol Modbus-RTU. Vzdialený monitorovací systém inteligentného boxového transformátora na báze internetu vecí sa skladá z troch častí: vrstva vnímania, komunikačná vrstva a aplikačná vrstva.
* Vrstva vnímania: prostredníctvom rôznych inteligentných meračov a inteligentných senzorov na zber rôznych prostredí, prevádzkové parametre zariadenia a pracovný stav zariadenia skrinkového transformátora, a preniesť dáta do kontroléra poľa cez zbernicu RS485. Poľný kontrolér má zabudovaný operačný systém a má zber dát, Výpočtový, spracovateľské a riadiace funkcie.
* Komunikačná vrstva: Táto vrstva predstavuje spojenie a prepojenie prenosu a výmeny údajov, a je zodpovedný za obojsmerný prenos údajov medzi cloudovou platformou a správcom na mieste. Podľa skutočných komunikačných podmienok skriňového transformátora, rôzne spôsoby komunikácie, ako je drôtový optický kábel, Na prenos dát do cloudovej platformy je možné zvoliť Ethernet alebo bezdrôtové GPRS.
*Aplikačná vrstva: Navrhnite a vyviňte vzdialený monitorovací systém pre krabicové transformátory na cloudovej platforme, zodpovedný za odoslanie, príjem a spracovanie historických údajov, diaľkové monitorovanie prevádzkových parametrov skriňového transformátora, a uchovávanie záznamov a analýzu prevádzkových dát udalostí. A vyvíjajte WEB a mobilnú APP na cloudovej platforme, službukonajúci elektrikár môže kedykoľvek sledovať prevádzkové údaje a stav zariadenia skrinkového transformátora prostredníctvom počítača alebo mobilnej aplikácie.

3. Návrh hardvéru systému

3.1 Miestna sieť zbernice RS485 na mieste skrinkového transformátora

S rozvojom a pokrokom vstavaných technológií a znižovaním nákladov, veľa detekčných nástrojov, snímače a akčné členy majú vstavané mikroprocesory pre nedostatky a problémy prenosu informácií tradičných poľných zariadení krabicového typu, ktorý dokáže dokončiť konverziu a linearizáciu ADDA a digitálne filtrovanie. Do týchto digitálnych poľných zariadení je pridané sériové komunikačné dátové rozhranie, a sériovú obojsmernú komunikáciu medzi prevádzkovými zariadeniami možno realizovať pomocou jednotného štandardného komunikačného protokolu.

V súčasnosti využívaná hlavne priemyselná zbernicová sieť.

Jedným z kľúčov k návrhu systému diaľkového monitorovania pre inteligentné transformátory typu box je výber inteligentných prístrojov a snímačov s funkciami digitálnej obojsmernej komunikácie., a prijať štandardné a jednotné zbernicové rozhrania a komunikačné protokoly. Vychádzajúc z inžinierskej praxe 10kV smart box-type transformačného dizajnu v č. 5 študentský byt, je zvolená zbernica RS485 a komunikačný protokol Modbus-RTU všeobecne podporovaný inteligentnými snímačmi.

Podľa hlavnej schémy zapojenia primárneho systému skriňového transformátora v študentskom byte na vysokej škole a systémovej blokovej schémy systému diaľkového monitorovania inteligentného skriňového transformátora 10 kV, dizajn systémového hardvéru berie ako jadro poľný kontrolér box-transformátor, a pozostáva z integrovaného ochranného zariadenia mikropočítača, inteligentný sieťový merač a inteligentný jalový výkon Zariadenie sekundárneho systému, ako sú kompenzátory, a senzory detekcie prostredia ako napr dymové senzory teploty a vlhkosti, Teplotné snímače PT100 a snímače vniknutia vody tvoria lokálnu sieť zbernice RS485 v mieste transformácie box-to-box. Schéma systému lokálnej siete zbernice RS485 krabicového transformátora je znázornená na obrázku 4.

Schéma systému lokálnej siete zbernice RS485 na mieste transformácie krabicového typu

(1) sériová komunikačná zbernica RS485

Komunikačný režim zbernice RS485 je režim master-slave, a hlavné zariadenie požiada každé podriadené zariadenie o komunikáciu, a je možné vytvoriť sieť z jedného do viacerých bodov na vytvorenie distribuovaného systému. Rozhranie RS485 je široko používané nízkorýchlostné sériové rozhranie, a rozhranie RS485 má nasledujúce charakteristiky.
* Rozhranie RS485.

Komunikácia rozhrania RS485 využíva režim diferenciálneho prenosu, a má kombináciu vyváženého budiča a diferenciálneho prijímača, a využíva rozdiel napätia na oboch koncoch kábla na prenos signálov, čo výrazne zvyšuje schopnosť odolávať rušeniu v bežnom režime a protihlukovému rušeniu.
* Zbernica RS485 má vysokú prenosovú rýchlosť a dlhú prenosovú vzdialenosť. Maximálna prenosová vzdialenosť je cca 1200 metrov, a maximálna prenosová rýchlosť je 10 Mbps; jeho prenosová rýchlosť je nepriamo úmerná prenosovej vzdialenosti, a maximálnu prenosovú vzdialenosť je možné dosiahnuť, keď je rýchlosť nižšia ako 20 kbps.
* Podpora viacerých uzlov. Všeobecne, zbernicová slučka RS485 môže teoreticky podporovať 247 uzly zariadenia.

(2) Sériový komunikačný protokol Modbus-RTU

Protokol Modbus sa aplikuje na sieť priemyselnej zbernice. Cez protokol, Dátová komunikácia môže prebiehať medzi kontrolérom a poľným zariadením. Zariadenia vyrábané rôznymi výrobcami môžu tvoriť systém monitorovania priemyselnej zbernicovej siete podľa jednotného protokolu. Protokol má štruktúru master-slave, jeden hlavný uzol v sieti, a ostatné sú slave uzly, a každý podriadený uzol má jedinečnú adresu zariadenia.

V sieti sériovej zbernice, hlavný uzol spustí príkaz, a všetky podriadené zariadenia dostanú príkaz. Príkaz Modbus obsahuje adresu podriadeného zariadenia, ktoré vykonáva príkaz, a podriadené zariadenie určené nadradeným zariadením odpovie ako prvé a potom vykoná príkaz. V príkazoch Modbus sú kontrolné súčty, aby ste sa uistili, že prichádzajúce príkazy neboli poškodené. Príkazy Modbus môžu prikázať RTU, aby zmenila svoju hodnotu registra, čítať alebo ovládať I/O port, a prikážte zariadeniu, aby vrátilo jedno alebo viac registračných údajov.

Modbus obsahuje ASCII, RTU a TCP tri typy správ. Režim prenosu ASCII, LRC kontrolný súčet, nízka účinnosť prenosu, ale intuitívne, jednoduché a ľahko laditeľné. Režim prenosu RTU, pomocou CRC kontroly, vysoká účinnosť prenosu, o niečo zložitejšie ako ASCII. Všeobecne povedané, ak je množstvo prenášaných údajov malé, môžete zvážiť použitie protokolu ASCII; ak je množstvo prenášaných údajov relatívne veľké, najlepšie je použiť protokol RTU. Pre tento dôvod, inteligentné prístroje a snímače tohto systému jednotne prijímajú komunikačný režim Modbus-RTU.

3.2 Hardvérový dizajn kontroléra poľa boxového transformátora

Poľný regulátor krabicového transformátora sa skladá zo zabudovaného systému. Vstavaný systém je orientovaný na aplikácie, softvér a hardvér je možné prispôsobiť, a realizuje automatizáciu zariadení, inteligenciu, a funkcie vzdialeného monitorovania. Skladá sa hlavne zo vstavaných mikroprocesorov, súvisiaci hardvér, vstavané operačné systémy, a aplikačné softvérové systémy.

(1) Minimálny systém mikroprocesora STM32

Minimálny systém vstavaného mikroprocesora obsahuje vstavaný mikroprocesor, reset obvodu a ladiaci obvod. Hodinový obvod poskytuje požadovaný externý hodinový signál, resetovací obvod poskytuje jednotný počiatočný stav, a ladiaci obvod poskytuje rozhranie na stiahnutie programu a ladenie.
* Možnosť vstavaného mikroprocesora. Podľa požiadaviek systému diaľkového monitorovania 10kV inteligentného boxového transformátora pre výkon lokálneho regulátora, tento systém si vyberá čip STM32F103ZET6 ako hlavný mikroprocesor lokálneho kontroléra. Zabudovaný mikroprocesor STM32F103ZET6, MCU má vysokú integráciu, nízka spotreba energie, a vysoký nákladový výkon. Je vhodný pre rôzne aplikačné požiadavky v oblasti priemyselnej medicíny, a môže spĺňať požiadavky na získavanie údajov a spracovanie v reálnom čase tohto systému.
* Obvod kryštálového oscilátora. Obvod kryštálového oscilátora poskytuje mikroprocesoru pulz s pevnou frekvenciou, aby mikroprocesor fungoval normálne. Mikroprocesor STM32 má dva kryštálové oscilátory, 8 MHz kryštálový oscilátor poskytuje externé vysokorýchlostné hodiny, a kryštálový oscilátor 32,768 kHz poskytuje externé nízkorýchlostné hodiny.

* Resetovať obvod. Funkciou obvodu resetovania mikroprocesora je reštartovanie systému. Keď systém zlyhá, stlačením tlačidla reset reštartujte zariadenie. Vo všeobecnosti, resetovací obvod používa na reštartovanie nízkoúrovňový signál.

(2) Návrh silového obvodu

Systém zvolí jednosmerný externý zdroj napájania s menovitým napätím 12V (2A), a vyberie DC 5V (2A) napájací adaptér s rozhraním USB na napájanie kontroléra poľa. 12V DC zdroj je pripojený k riadiacej doske, a napájanie DC 12V je znížené, aby sa získalo napájanie DC 5V cez znižovací modul LM2596S. Napätie 5 V potom prechádza cez čip regulátora AMS1117-3,3 V, aby sa získalo napätie 3,3 V na napájanie čipu STM32.. Schéma zapojenia regulátora napájania LM2596S a AMS1117-3,3V je znázornená na obr. 8.

(3) Rozhranie RS485 k modulu TTL

Rozhranie RS485 k modulu TTL realizuje obojsmernú konverziu a komunikáciu signálu RS485 a signálu TTL, ale signál sa musí vykonávať striedavo, a nemožno ho vykonávať v dvoch smeroch súčasne. Všetky prevádzkové zariadenia používajú tento modul na pripojenie k mikrokontroléru, a schéma zapojenia je znázornená na obrázku 9.

Schéma zapojenia TFT-LCD a STM32 MCU - Obrázok 9

(4) Modul LCD displeja

Pretože lokálny ovládač krabicového diaľkového monitorovacieho systému musí zobrazovať veľa čísel a znakov, ako modul displeja je zvolený 2,8-palcový TFT-LCD displej z tekutých kryštálov, a vo vnútri je ovládač ILI9341. Zvážte, že STM32 môže komunikovať s ILI9341 cez rozhranie SPI, 8080 rozhranie alebo rozhranie RGB. S cieľom dosiahnuť vyššiu obnovovaciu frekvenciu, Používa sa TFT-LCD 8080 rozhranie paralelnej dátovej zbernice. STM32 odosiela dáta do pamäte radiča ILI9341 cez modul FSMC s variabilnou statickou pamäťou.

(5) Modul hlasového poplachu

Keď mikroprocesor STM32 zistí, že existuje abnormalita alebo chyba v prevádzkových údajoch skrinkového transformátora, odošle správu na sériový port a spustí hlasový alarm. Modul hlasového poplachu vyberá bežne používaný hlasový čip SYN6288, a automaticky vysiela informácie o hlasovom poplachu podľa naprogramovaného programu. Systém používa kód GB2312, ktorý je vhodný na výmenu informácií pri spracovaní čínskych znakov a komunikácii čínskych znakov. SYN6288 tiež presne rozpoznáva čísla, časy a dátumy, a bežne používané jednotky merania.

(6) Reléový modul

Poľný kontrolér vyberá skupinu 2-cestných modulov optočlenového izolačného relé na ovládanie otvárania a zatvárania poplašného zvončeka DC 12V a ventilátora, a polovodičové relé 220 V AC je možné vybrať podľa typu napájania a výkonu krabicového výfukového ventilátora. Každý modul reléového obvodu má normálne otvorené a normálne zatvorené kontakty, ako aj LED indikácia stavu; každý reléový obvod je izolovaný optočlenmi, a je vybavený voľnobežnou diódou na uvoľnenie indukovaného napätia relé a ochranu predchádzajúceho obvodu. Keď okolitá teplota krabicového transformátora prekročí určitý rozsah, lokálny ovládač poskytuje vysokú úroveň, a jedno izolačné relé optočlena slúži na zapnutie ventilátora, aby sa ochladil; keď dôjde k vážnym poruchám, ako je nadmerná koncentrácia dymu, ovládač poháňa ďalšie izolačné relé optočlena na pripojenie Slučka poplachového zvončeka vysiela poplach na mieste. Pre schému pracovného princípu relé a schému zapojenia medzi reléovým modulom a čipom STM32, kontaktujte výrobcu a odošlite požiadavku.

(7) Komunikačný modul

Podľa konštrukčných požiadaviek systému diaľkového monitorovania 10kV inteligentného boxového transformátora, komunikácia medzi inteligentným boxovým transformátorom a cloudom si vyberá spôsob bezdrôtovej komunikácie GPRS s nízkymi nákladmi na prevádzku. Modul GPRS firmvéru Gizwits.
*Modul GPRS firmvéru Gizwits (Firmvér G510_GAgent). Tento modul je aplikačný program, ktorý beží na rôznych komunikačných moduloch, poskytovanie funkcií, ako je obojsmerný prenos údajov z cloudu a produktových zariadení, konfiguráciu zariadenia do siete, objavovanie a viazanie, a upgrady programu. Schéma zapojenia medzi modulom GPRS a hlavným ovládačom je možné získať od výrobcu.

*Modul GPRS-GA6. Tento modul dokáže realizovať prenos hlasu, krátke správy a dáta s nízkou spotrebou energie. Je vhodný pre rôzne konštrukčné požiadavky v aplikáciách M2M, najmä pre dizajn kompaktných produktov. Po druhé, komunikačný protokol využíva prenos cez sériový port UART, používa štandardné AT príkazy na ovládanie modulu, a zvolí prenosovú rýchlosť 115200bps. Kontaktujte Výrobca internetu vecí pre schému zapojenia modulu GPRS-GA6 a mikrokontroléra STM32.

3.3 Zariadenie komplexnej ochrany mikropočítačov

Podľa špecifikácie konštrukcie ochrany výkonového transformátora (GB/T 50062-2008), 10Transformátory kV zvyčajne potrebujú inštalovať nadprúdovú ochranu s časovým limitom. Ochranné zariadenie mikropočítača má ochranu, meracie a riadiace funkcie transformátorov a vedení, ako aj funkcie získavania údajov, monitorovanie a samokontrola systému, a má vysokú citlivosť a spoľahlivosť.

Podľa konštrukčných požiadaviek 10kV inteligentná skrinka zmena v študentskom byte, je zvolené komplexné ochranné zariadenie mikropočítača prúdového typu Ankerui AM3-I s komunikačnou funkciou RS485, s IA, IB, IC, UA, UB, UC, P, Q, Fr a iné elektrické Meranie parametrov, 8-získavanie signálu externého spínača kanála, a ističové diaľkové ovládanie otvárania a zatvárania a ďalšie funkcie. Schéma svoriek zapojenia ochranného zariadenia mikropočítača AM3-I je nasledovná:

Schéma svoriek zapojenia ochrany mikropočítača AM3-I

3.4. Inteligentný sieťový merač

Elektromery inteligentnej siete sa používajú na detekciu elektrických parametrov, ako je trojfázový prúd, napätie a výkon nízkonapäťových elektrických distribučných obvodov, ako aj stav rozopínania a zapínania odpojovačov a ističov. Podľa konštrukčných požiadaviek sekundárneho systému 10kV inteligentného skriňového transformátora, Je zvolený inteligentný sieťový merač Ankerui ACR s komunikačnou funkciou RS485, a je vybraná schéma zapojenia inteligentného sieťového merača ACR a nízkonapäťového transformátora prúdu a schéma zapojenia vstupu a výstupu spínača.

Nízkonapäťový prúdový transformátor inteligentného sieťového merača ACR a schéma zapojenia digitálneho vstupu a výstupu

Inteligentný sieťový merač ACR využíva protokol Modbus-RTU, ktorý dokáže merať a zbierať výkonové parametre. Funkcia vstupu spínača dokáže zistiť stav spínania odpojovacieho spínača a ističa, a funkcia reléového výstupu môže na diaľku zapínať a vypínať istič. Merač inteligentnej siete ACR má jednotný plán tabuľky komunikačných adries, ktorý dokáže realizovať tri vzdialené funkcie telemetrie, diaľková signalizácia a diaľkové ovládanie.

(1) AD konverzia a výpočet AC analógového signálu

Tá 3 signály fázového napätia a 3 aktuálne signály (výstupné signály prúdového transformátora) priamo zhromaždené inteligentnou sieťou ACR sú všetky analógové veličiny, ktoré je potrebné previesť na digitálne signály, ktoré dokáže CPU rozpoznať na spracovanie údajov. najprv, a 3 fázovým napätím 220V a 3 prúdové analógy sú transformované na nízkonapäťové signály cez prevodník, a prevedené na napätie povolené AD prevodníkom cez slučku tvoriacu napätie; , konvertovaný na digitálny signál pomocou AD a vstup do CPU. Schematický diagram procesu vzorkovania a AD prevodu analógovej veličiny striedavého prúdu je možné získať kontaktovaním výrobcu.

* Analógová konverzia napätia a dolnopriepustná filtrácia. Funkciou obvodu vytvárania napätia je elektricky izolovať a transformovať elektrinu. Vo všeobecnosti, AD prevodník vyžaduje vstupný signál ±5V a ±10V, takže možno určiť transformačný pomer meniča napätia. Nízkopriepustné filtre sa delia na pasívne filtre a aktívne filtre. Aktívne filtre sú zložené z kondenzátorov, rezistory a integrované operačné zosilňovače, ktoré pri filtrovaní zosilňujú signál. Pasívne filtre majú iba filtračné funkcie, ale nemajú funkciu zosilnenia signálu.
* Vzorkovanie analógového signálu. Proces vzorkovania by sa mal riadiť Shannonovým vzorkovacím teorémom, to jest, vzorkovacia frekvencia nesmie byť menšia ako 2 krát najvyššia frekvencia vstupného signálu. Proces odberu vzoriek je veľmi rýchly. Súčasné vzorkovanie AD prevodníka dosiahlo úroveň nanosekúnd, pričom perióda vzorkovania automatického zariadenia energetického systému je na úrovni milisekúnd, takže napäťové a prúdové signály šiestich slučiek môžu zdieľať jeden AD prevodník, ale vzorkovací obvod musí byť vybavený zariadením na vzorkovanie a podržanie a spínačom multiplexora.
* AD konverzia. AD prevodníky zahŕňajú postupnú aproximáciu, integrálne, počítanie, paralelné porovnanie, a VFC meniče napätia a frekvencie. Postupný aproximačný AD prevodník je predstaviteľom rýchlosti aj presnosti v ADC, a má vyššie rozlíšenie konverzie pri vyššom konverznom pomere.

(2) Polcyklový integračný algoritmus absolútnej hodnoty sínusovej elektrickej veličiny

Kľúčom softvérového algoritmu je zlepšiť presnosť a rýchlosť činnosti algoritmu. Kľúčom AC vzorkovacieho algoritmu inteligentného meracieho prístroja je vyriešiť, ako vypočítať amplitúdu alebo efektívnu hodnotu sínusového vzorkovacieho signálu podľa okamžitej hodnoty sínusového signálu.. Najbežnejšie používaným algoritmom pre sínusové veličiny je algoritmus integrácie absolútnej hodnoty pol cyklu. Princíp integračného algoritmu absolútnej hodnoty polcyklu spočíva v tom, že integrál absolútnej hodnoty sínusovej veličiny v ľubovoľnom polcykle je konštanta S, a konštanta integrálnej hodnoty S nemá nič spoločné s integrálnym počiatočným uhlom . Algoritmus integrácie absolútnej hodnoty pol cyklu založený na modeli sínusovej funkcie je znázornený na obrázku 19.

Algoritmus polcyklovej integrácie absolútnej hodnoty na základe sínusového funkčného modelu

Výraz na výpočet efektívnej hodnoty prúdu pomocou integrálneho algoritmu absolútnej hodnoty pol cyklu je znázornený na obrázku nižšie:

Vo vzorci, S predstavuje integrál absolútnej hodnoty v rámci polovice cyklu; I predstavuje efektívnu hodnotu prúdu; i predstavuje okamžitú hodnotu prúdu; w predstavuje uhlovú rýchlosť; T predstavuje cyklus striedavého prúdu; f predstavuje frekvenciu striedavého prúdu; N predstavuje počet vzoriek v jednom cykle ; Ts predstavuje periódu vzorkovania.

3.5 Dymový senzor teploty a vlhkosti RS485

Vzhľadom na to, že napájacie vedenie v krabicovom transformátore môže mať únik, preťaženie, skrat a nadmerný prechodový odpor, ktoré môžu spôsobiť požiare, a porucha transformátora ponoreného do vykurovacieho oleja môže spôsobiť požiar. Preto, do skriňového transformátora je potrebné nainštalovať dymový senzor pre detekciu požiaru skriňového transformátora. Aby bolo možné včas odhaliť potenciálne poruchy. Aby sa zabezpečila presnosť merania a zároveň sa znížili náklady, teplota RS485, Na detekciu teploty sa používa snímač vlhkosti a dymu tri v jednom, vlhkosť a koncentrácia dymu v skrinkovom transformátore. Tá snímač teploty a vlhkosti používa sondu SHT30. Prepätie a rušenie impulzov na mieste. Senzor má 4 drôty: červená, čierna, žltá, a zelená. Pre špecifický spôsob zapojenia snímača teploty a vlhkosti dymu, kontaktujte výrobcu internetu vecí.

Inteligentné merače a snímače navrhnuté v tomto systéme využívajú protokol Modbus-RTU, ktorý dokáže spoľahlivo komunikovať v rámci celého rozsahu prenosovej rýchlosti 1200-115200. Prenosová rýchlosť inteligentných meračov a senzorov je jednotne nastavená na 9600 bps. Formát prenosu údajov a formát konverzie údajov snímača sú nasledovné:
Formát rámca dotazu na dáta snímača. Senzor sa riadi štandardným protokolom Modbus-RTU, a údaj snímača je uložený v registri, a funkčný kód je 04. Horný počítač načíta formát rámca dotazu na dáta snímača, a formát rámca dopytovania údajov spodného počítačového snímača.

3.6 Vysielač teploty PT100 - princíp činnosti RTD PT100 - princíp činnosti snímača teploty

Teplotný vysielač PT100 sa používa na detekciu telesnej teploty transformátora, teplota vysokonapäťového a nízkonapäťového kábla, je vhodný pre rôzne priemyselné lokality. Transformátor bude počas prevádzky produkovať straty, hlavne strata železa a strata medi, tiež známy ako strata jadra a strata zaťaženia. Strata medi sa mení so zaťažovacím prúdom a je úmerná druhej mocnine záťažového prúdu. Vzorec na výpočet straty transformátora je nasledujúci:

Vo vzorci, P0 predstavuje činný výkon transformátora v chode naprázdno pri menovitom napätí; I1 a I2 predstavujú prúd vysokonapäťového vedenia a prúd vedľajšieho vedenia nízkeho napätia; R1 a R2 predstavujú odpor strany vysokého napätia a odpor strany nízkeho napätia.

Prevodník teploty PT100 je zabudovaný so zbernicovým rozhraním RS485, a každý vysielač teploty môže byť pripojený 4 snímače teploty PT100.

3.7 Princíp činnosti vysielača ponoreného do vody

Z dôvodu nízkej hladiny vody základovej jamy skriňovej rozvodne, po silnom daždi často dochádza k akumulácii vody v káblovej žľabe a základovej jame, a existuje potenciálne bezpečnostné riziko úniku kábla, preto je potrebná nepravidelná kontrola a odvodnenie. V tomto dizajne, snímač ponoru do vody sa používa na detekciu akumulácie vody v základovej jame spodnej stavby skrine. Vodný ponorný senzor využíva princíp vedenia kvapaliny, a pomocou elektród zisťuje, či je tam voda. Vyberte kontaktný detektor ponorenia do vody s komunikačnou funkciou RS485. Princíp činnosti detektora ponorenia do vody je znázornený na obrázku 23.

4. Návrh systémového softvéru

Návrh systémového softvéru obsahuje dve časti: 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. Integrované ochranné zariadenie mikropočítača, inteligentný sieťový merač a inteligentný senzor v miestnej zbernicovej sieti boxového transformátora majú zabudovaný aplikačný softvér, takže je potrebný iba návrh softvérového programu kontroléra poľa krabicového transformátora.

4.1 Návrh softvéru kontroléra poľa pre skriňový transformátor

Poľný regulátor krabicového transformátora je vstavaný systém, a jeho softvérový systém sa skladá z aplikačného programu, API, vstavaný operačný systém a BSP (balík podpory dosky). Podľa charakteristík mnohých parametrov, veľa úloh a vysoké požiadavky v reálnom čase zhromaždené kontrolérom poľa 10 kV inteligentného skriňového transformátora, vstavaný operačný systém v reálnom čase μC/OS-Ⅲ, ktorý je široko používaný pri vývoji komerčných produktov a výučbovom výskume, je vybratý. μC/OS-Ⅲ považuje úlohy za najmenšiu jednotku, a žiadna úloha sa nemusí starať o špecifickú metódu riadenia zdrojov, ktorý je určený operačným systémom.

4.2 Návrh softvérového programu poľného regulátora skriňového transformátora

Celý návrh softvérového systému je založený na distribuovanom systéme zloženom z inteligentných nástrojov, senzory, poľných ovládačov a cloudových platforiem, a vykonáva sa návrh a vývoj aplikačného softvéru. Prenos a výmena dát, lokálny kontrolér a cloudový server Gizwits používajú na prenos a výmenu údajov komunikačný protokol Gizwits vo firmvéri GPRS. Vývojový diagram hlavného programu aplikačného softvéru kontroléra poľa krabicového transformátora.

*Hlavný program softvéru. najprv, inicializovať všetky časti systému, ako napríklad GPIO, sériový port, hodiny, správa pamäte, atď., a vytvorte úlohy v μC/OS-Ⅲ. STM32 vykonáva zber a spracovanie údajov senzora, a odosiela správne informácie na LCD displej. V rovnakom čase, STM32 posiela AT príkazy do modulu GPRS-G510, vymieňa údaje, sa pripája ku cloudovej platforme Gizwits prostredníctvom protokolu LwM2M, a posúdi, či je komunikačný modul GPRS úspešne pripojený ku cloudovému serveru Gizwits. Ak je pripojenie úspešné, sa vykonáva prenos údajov. Potom posúďte, či sú spracované údaje väčšie ako nastavený prah.
Ak ide o drobnú poruchu skrinkovej rozvodne, odosielať informácie o údajoch do mobilnej APP prostredníctvom cloudovej platformy; ak ide o všeobecné zlyhanie, odošlite informácie o alarme údajov do mobilnej aplikácie prostredníctvom cloudovej platformy, a spustite komunikačný modul GPRS-GA6 na odoslanie informácie o poplachu prostredníctvom SMS z mobilného telefónu; ak Ak ide o vážnu chybu, informácie o dátovom alarme budú odoslané do aplikácie mobilného telefónu prostredníctvom cloudovej platformy, a aktivuje sa komunikačný modul GPRS-GA6, ktorý odošle informácie o poplachu prostredníctvom textovej správy mobilného telefónu a zavolá vopred nastavenému príslušnému personálu.