การออกแบบสถานีย่อยอัจฉริยะประเภทกล่องขนาด 10kV บนแพลตฟอร์ม Gizwits IoT + STM32

ระบบควบคุมระยะไกลสถานีย่อยชนิดกล่องอัจฉริยะขนาด 10kV ที่แนะนำในบทความนี้ได้รับการออกแบบและพัฒนาโดย Tian Hui แห่งมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีซีอาน.

ระบบนี้ใช้การออกแบบระบบเปลี่ยนกล่องอัจฉริยะ 10kV สำหรับอพาร์ตเมนต์นักเรียนในวิทยาลัยเป็นพื้นฐานทางวิศวกรรม, และออกแบบระบบเปลี่ยนกล่องอัจฉริยะ 10kV ตาม อินเทอร์เน็ตของสิ่งต่างๆ. ระบบประกอบด้วยสามส่วน: ชั้นการรับรู้, ชั้นการสื่อสารและชั้นแอปพลิเคชัน. ชั้นการรับรู้มีหน้าที่ในการเก็บรวบรวมข้อมูลเซ็นเซอร์และส่งข้อมูลไปยังตัวควบคุมภาคสนาม.

รวมถึงอุปกรณ์ระบบรอง เช่น อุปกรณ์ป้องกันไมโครคอมพิวเตอร์, เมตรเครือข่ายอัจฉริยะ, และตัวควบคุมการชดเชยพลังงานรีแอกทีฟอัจฉริยะ, ตลอดจนอุปกรณ์ตรวจจับสภาพแวดล้อม เช่น อุณหภูมิและความชื้น, ควัน, และเซนเซอร์ตรวจจับการแช่น้ำ. ตัวควบคุมในสถานที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์แบบฝังตัว STM32, รวมถึงจอแสดงผล LCD, โมดูลการเตือนภัยด้วยเสียง, รีเลย์และโมดูลการสื่อสาร GPRS, เป็นต้น; ชั้นการสื่อสารใช้การสื่อสารไร้สาย GPRS, ซึ่งรับผิดชอบการรับส่งข้อมูลแบบสองทางระหว่างตัวควบคุมในสถานที่และแพลตฟอร์มคลาวด์; แพลตฟอร์มคลาวด์ Gizwits พัฒนาระบบตรวจสอบระยะไกลและแอพมือถือสำหรับหม้อแปลงแบบกล่อง, ซึ่งมีหน้าที่จัดเก็บ, การวิเคราะห์และประมวลผลข้อมูลการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบกล่อง.

ในที่สุด ระบบนี้ก็ตระหนักถึงการตรวจสอบระยะไกลของผู้ใช้สำหรับพารามิเตอร์ด้านสิ่งแวดล้อม เช่น อุณหภูมิและความชื้นที่เปลี่ยนแปลงได้, สัญญาณเตือนควันและน้ำรองพื้น, เช่นเดียวกับพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าเช่นกระแส, แรงดันไฟฟ้า, ความถี่และตัวประกอบกำลัง, และสถานะการทำงานของอุปกรณ์ผ่านเว็บคอมพิวเตอร์หรือแอพมือถือ.

เมื่อเกิดความผิดปกติหรือความผิดพลาดในการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบกล่อง, ระบบตรวจสอบจะตัดสินระดับความผิดโดยอัตโนมัติ, และส่งสัญญาณเตือนผ่านชุดค่าผสมต่างๆ ของกระดิ่งในสถานที่, แอพโทรศัพท์มือถือ, SMS และโทรศัพท์, เป็นต้น, และแจ้งเจ้าหน้าที่ที่เกี่ยวข้องเพื่อขจัดปัญหาที่ซ่อนอยู่ได้ทันเวลาและป้องกันอุบัติเหตุทางไฟฟ้า. . เหมาะสำหรับการตรวจสอบระยะไกลและการจัดการแบบรวมศูนย์ของหม้อแปลงกล่องและห้องจ่ายไฟ, และสามารถปรับปรุงระดับสติปัญญาและความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของแหล่งจ่ายไฟของอุปกรณ์จ่ายไฟฟ้าในโรงเรียนได้อย่างมาก, วิสาหกิจและชุมชน.

1. การแนะนำ

ด้วยการสร้างและพัฒนาเศรษฐกิจ สังคม และเครือข่ายการกระจายสินค้า, มีหม้อแปลงกล่อง 10kV มากขึ้นเรื่อยๆ. สถานีย่อยแบบกล่องขนาด 10kV แบบดั้งเดิมโดยทั่วไปจะใช้โหมดการทำงานของการตรวจสอบปกติแบบไม่ต้องดูแลและแบบแมนนวล, ซึ่งมีระดับสติปัญญาต่ำและขาดการตรวจสอบระยะไกลและระบบแจ้งเตือนข้อผิดพลาดสำหรับสภาพแวดล้อมและอุปกรณ์. ในปัจจุบัน, ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีเซ็นเซอร์อัจฉริยะ, เทคโนโลยีฝังตัว, เทคโนโลยีการสื่อสารและเทคโนโลยีคลาวด์คอมพิวติ้งกับการลดต้นทุน, สถานีย่อยประเภทกล่องอัจฉริยะขนาด 10kV ที่ใช้ Internet of Things ได้กลายเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการอัปเกรดและการเปลี่ยนแปลงของสถานีย่อยประเภทกล่องแบบดั้งเดิม.

ระบบตรวจสอบระยะไกลของสถานีย่อยชนิดกล่องอัจฉริยะที่ใช้ Internet of Things สามารถตรวจสอบสภาพแวดล้อมของสถานีย่อยชนิดกล่องได้จากระยะไกล, พารามิเตอร์การทำงานและสถานะของอุปกรณ์แบบเรียลไทม์. ดังแสดงในรูป 1.

ผู้ใช้สามารถตรวจสอบพารามิเตอร์ด้านสิ่งแวดล้อมจากระยะไกล เช่น อุณหภูมิและความชื้นของกล่อง, เครื่องตรวจจับควัน, และการสะสมน้ำในหลุมฐานราก, เช่นเดียวกับพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าเช่นกระแส, แรงดันไฟฟ้า, ความถี่, และพาวเวอร์แฟกเตอร์, และสถานะอุปกรณ์ผ่านคอมพิวเตอร์หรือแอพมือถือได้ตลอดเวลา. เมื่อสถานีย่อยของกล่องทำงานผิดปกติหรือล้มเหลว, ระบบตรวจสอบจะแจ้งให้เจ้าหน้าที่ที่เกี่ยวข้องทราบโดยอัตโนมัติผ่าน APP บนโทรศัพท์มือถือด้วยวิธีการต่างๆ, SMS และโทรศัพท์ตามระดับความผิดปกติ, เพื่อกำจัดข้อผิดพลาดที่ซ่อนอยู่ให้ทันเวลาและป้องกันอุบัติเหตุทางไฟฟ้า.

10สถานีย่อยประเภทกล่องอัจฉริยะ kV อิงจาก Internet of Things

ระบบตรวจสอบระยะไกลของสถานีย่อยประเภทสมาร์ทบ็อกซ์ประกอบด้วย "ฟิลด์บัส LAN" ภายในสถานีย่อยประเภทกล่องและ "เครือข่ายบริเวณกว้างของแพลตฟอร์มคลาวด์" นอกสถานีย่อยประเภทกล่อง. แบบจำลองโครงสร้างนี้สามารถนำไปใช้กับการพัฒนาระบบตรวจสอบระยะไกลสำหรับอุปกรณ์จ่ายน้ำสำรองระบบตรวจสอบระยะไกล, ระบบจัดการค่าไฟบ้านพักอาศัย, และระบบตรวจสอบระยะไกลของลิฟต์เพื่อปรับปรุงความฉลาดและระดับการจัดการของอุปกรณ์แบบดั้งเดิม และส่งเสริมการยกระดับอุตสาหกรรมแบบดั้งเดิม. มีมูลค่าการใช้งานที่ดี.

2. การออกแบบโปรแกรมโดยรวม

การออกแบบสถานีย่อยประเภทสมาร์ทบ็อกซ์ตาม Internet of Things นั้นขึ้นอยู่กับการออกแบบสถานีย่อยประเภทสมาร์ทบ็อกซ์ขนาด 10kV ในอพาร์ตเมนต์ของนักศึกษา. การออกแบบระบบหลักของหม้อแปลงชนิดกล่องอัจฉริยะ 10kV นั้นเหมือนกับของหม้อแปลงชนิดกล่อง 10kV แบบดั้งเดิม, และมีแนวโน้มที่จะเป็นผู้ใหญ่. บทความนี้มุ่งเน้นไปที่การออกแบบอัจฉริยะของหม้อแปลงชนิดสมาร์ทบ็อกซ์ 10kV. ต่อไปนี้เป็นภาพรวมโดยย่อของเนื้อหาการออกแบบของระบบหลักของหม้อแปลงชนิดสมาร์ทบ็อกซ์ 10kV.

2.1 การออกแบบระบบหลักของสถานีย่อยประเภทกล่องอัจฉริยะ 10kV

โหลดไฟฟ้าของ No. 5 อาคารอพาร์ตเมนต์นักศึกษาในมหาวิทยาลัยมีแสงสว่างเป็นหลัก, คอมพิวเตอร์และโหลดเครื่องปรับอากาศที่เพิ่มเข้ามาใหม่. หอพักแต่ละแห่งจะคำนวณเป็น 8 ประชากร, โหลดแสงคือ 100W, โหลดคอมพิวเตอร์ของนักเรียนแต่ละคนคือ 200W, และแบบแขวนแยกส่วน 1.5P แต่ละอันติดตั้งใหม่พร้อมเครื่องปรับอากาศ กำลังไฟ 1.3kW, และโหลดของหอพักเดียวคือ 3.0kW. ให้เป็นไปตาม "คู่มือการออกแบบการจ่ายและจ่ายไฟฟ้าอุตสาหกรรมและโยธา", ค่าสัมประสิทธิ์ความต้องการกำลังไฟฟ้าของหอพักคือ 0.7, และตัวประกอบกำลังคือ 0.8.

การพิจารณาภาระไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นของหอพักนักศึกษาในอนาคต, หม้อแปลงจำเป็นต้องสำรองระยะขอบที่แน่นอน, และเลือกหม้อแปลงขนาดความจุ 1,000kVA. พิจารณาจากต้นทุนการลงทุนเริ่มต้นและค่าดำเนินการของหม้อแปลงไฟฟ้า, ตลอดจนข้อกำหนดของนโยบายอนุรักษ์พลังงานและลดการปล่อยพลังงานของประเทศ, หม้อแปลงแช่น้ำมันแบบปิดสนิทที่มีการสูญเสียต่ำ S13-M-1000/10-0.4 ถูกเลือกสำหรับจุดประสงค์นี้.

บนพื้นฐานของการคำนวณทางสถิติโหลด, การคำนวณลัดวงจร, การตรวจสอบเสถียรภาพไดนามิกและการตรวจสอบเสถียรภาพทางความร้อน, เลือกอุปกรณ์หลักของระบบหลักของหม้อแปลงแบบกล่อง. รุ่นและพารามิเตอร์ทางเทคนิคเฉพาะของอุปกรณ์หลักของระบบหลักแสดงไว้ในตาราง 3, โต๊ะ 4, โต๊ะ 5 และโต๊ะ 6.

ตามข้อกำหนดการออกแบบของฉบับที่. 5 สถานีย่อยโครงการอพาร์ทเมนต์นักเรียนและการคำนวณการออกแบบระบบหลัก, แผนภาพการเดินสายหลักของระบบหลักที่ออกแบบของหมายเลข. 5 สถานีย่อยกล่องอพาร์ทเมนต์นักเรียนแสดงในรูปที่ 2.

รูป 2 : แผนภาพการเดินสายหลักของระบบหลักของสถานีย่อยแบบกล่องในอพาร์ตเมนต์นักศึกษาในมหาวิทยาลัย

2.2 โครงการออกแบบอัจฉริยะของหม้อแปลงกล่อง 10kV

มุ่งเป้าไปที่ข้อบกพร่องในการออกแบบและปัญหาที่มีอยู่ในการจัดการการดำเนินงานของสถานีย่อยแบบกล่องแบบดั้งเดิมขนาด 10kV, กุญแจสำคัญในการแก้ปัญหาอยู่ที่การสร้างระบบวงปิดสำหรับการตรวจจับ, การตรวจสอบระยะไกลและการเตือนภัยของสภาพแวดล้อมและอุปกรณ์สถานีย่อยประเภทกล่องอัจฉริยะ, และการออกแบบให้มีการตรวจสอบสภาพแวดล้อมการทำงานและอุปกรณ์ไฟฟ้าจากระยะไกล ระบบหม้อแปลงกล่องอัจฉริยะพร้อมฟังก์ชั่นต่างๆ สามารถรวบรวมและตรวจสอบพารามิเตอร์ด้านสิ่งแวดล้อม เช่น การควบคุมการเข้าถึงหม้อแปลงกล่อง, อุณหภูมิและความชื้นโดยรอบ, เครื่องตรวจจับควัน, และน้ำในช่องเคเบิล, เช่นเดียวกับแรงดันไฟฟ้า, ปัจจุบัน, พลังงานที่ใช้งานอยู่, พลังงานปฏิกิริยา, ตัวประกอบกำลัง, อุณหภูมิของสายเคเบิล, หม้อแปลงไฟฟ้า, เป็นต้น.

อุณหภูมิร่างกายและสัญญาณเตือนก๊าซและพารามิเตอร์การทำงานของอุปกรณ์อื่นๆ, พัดลมดูดอากาศควบคุมระยะไกล, อุปกรณ์ป้องกันไมโครคอมพิวเตอร์และสวิตช์ตัดวงจร.

ระบบใช้เครื่องมืออัจฉริยะและเซ็นเซอร์อัจฉริยะพร้อมฟังก์ชันการสื่อสารที่ใช้กันทั่วไปในไซต์งานอุตสาหกรรม, และส่งข้อมูลที่รวบรวมไปยังฟิลด์คอนโทรลเลอร์ผ่านการสื่อสารฟิลด์บัส, และตัวควบคุมภาคสนามจะส่งข้อมูลไปยังเซิร์ฟเวอร์หรือคอมพิวเตอร์โฮสต์ระบบคลาวด์ผ่านโมดูลการสื่อสารแบบไร้สายหรือแบบมีสาย. ใช้งานฟังก์ชันต่างๆ เช่น การวัดและส่งข้อมูลทางไกล, การส่งสัญญาณระยะไกลและการควบคุมระยะไกล.

ระบบตรวจสอบระยะไกลของหม้อแปลงกล่องอัจฉริยะ 10kV ที่ใช้ Internet of Things ใช้เครื่องมือและเซ็นเซอร์อัจฉริยะพร้อมฟังก์ชันการสื่อสารสองทางแบบดิจิทัล, และใช้อินเตอร์เฟสบัส RS485 มาตรฐานและโปรโตคอลการสื่อสาร Modbus-RTU อย่างสม่ำเสมอ. ระบบตรวจสอบระยะไกลของหม้อแปลงกล่องอัจฉริยะที่ใช้ Internet of Things ประกอบด้วยสามส่วน: ชั้นการรับรู้, เลเยอร์การสื่อสารและเลเยอร์แอปพลิเคชัน.
* ชั้นการรับรู้: ผ่านมาตรวัดอัจฉริยะและเซ็นเซอร์อัจฉริยะเพื่อรวบรวมสภาพแวดล้อมต่างๆ, พารามิเตอร์การทำงานของอุปกรณ์และสถานะการทำงานของอุปกรณ์ของกล่องหม้อแปลง, และส่งข้อมูลไปยังตัวควบคุมภาคสนามผ่านบัส RS485. ตัวควบคุมฟิลด์มีระบบปฏิบัติการในตัวและมีการรวบรวมข้อมูล, คอมพิวเตอร์, ฟังก์ชั่นการประมวลผลและการควบคุม.
* ชั้นสื่อสาร: ชั้นนี้เป็นตัวเชื่อมและเชื่อมโยงการรับส่งข้อมูล, และรับผิดชอบการส่งข้อมูลแบบสองทางระหว่างแพลตฟอร์มคลาวด์และตัวควบคุมในสถานที่. ตามเงื่อนไขการสื่อสารที่แท้จริงของหม้อแปลงแบบกล่อง, วิธีการสื่อสารต่างๆ เช่น สายเคเบิลออปติกแบบมีสาย, สามารถเลือกอีเธอร์เน็ตหรือ GPRS ไร้สายเพื่อส่งข้อมูลไปยังแพลตฟอร์มคลาวด์.
*ชั้นแอปพลิเคชัน: ออกแบบและพัฒนาระบบตรวจสอบระยะไกลสำหรับหม้อแปลงแบบกล่องบนแพลตฟอร์มคลาวด์, รับผิดชอบในการส่ง, การรับและประมวลผลข้อมูลย้อนหลัง, การตรวจสอบระยะไกลของพารามิเตอร์การทำงานของหม้อแปลงชนิดกล่อง, และบันทึกจัดเก็บและวิเคราะห์ข้อมูลการดำเนินงานเหตุการณ์. และพัฒนาเว็บและแอพมือถือบนแพลตฟอร์มคลาวด์, ช่างไฟฟ้าที่ปฏิบัติหน้าที่สามารถตรวจสอบข้อมูลการทำงานและสถานะการทำงานของอุปกรณ์ของหม้อแปลงกล่องได้ตลอดเวลาผ่านคอมพิวเตอร์หรือแอพมือถือ.

3. การออกแบบฮาร์ดแวร์ระบบ

3.1 เครือข่ายท้องถิ่นบัส RS485 ของไซต์กล่องหม้อแปลง

ด้วยการพัฒนาและความก้าวหน้าของเทคโนโลยีฝังตัวและการลดต้นทุน, เครื่องมือตรวจจับมากมาย, เซ็นเซอร์และแอคชูเอเตอร์มีไมโครโปรเซสเซอร์ในตัวสำหรับข้อบกพร่องและปัญหาของการส่งข้อมูลของอุปกรณ์ภาคสนามแบบกล่องแบบดั้งเดิม, ซึ่งสามารถทำการแปลง ADDA และการทำให้เป็นเส้นตรงและการกรองแบบดิจิตอลได้. มีการเพิ่มอินเทอร์เฟซข้อมูลการสื่อสารแบบอนุกรมภายในอุปกรณ์ฟิลด์ดิจิทัลเหล่านี้, และการสื่อสารสองทางแบบอนุกรมระหว่างอุปกรณ์ภาคสนามสามารถรับรู้ได้โดยใช้โปรโตคอลการสื่อสารมาตรฐานแบบรวม.

ปัจจุบันใช้เครือข่ายบัสอุตสาหกรรมเป็นหลัก.

กุญแจสำคัญประการหนึ่งในการออกแบบระบบตรวจสอบระยะไกลสำหรับหม้อแปลงชนิดสมาร์ทบ็อกซ์คือการเลือกเครื่องมือและเซ็นเซอร์อัจฉริยะที่มีฟังก์ชันการสื่อสารสองทางแบบดิจิทัล, และนำอินเตอร์เฟสบัสและโปรโตคอลการสื่อสารที่เป็นมาตรฐานและเป็นเอกภาพมาใช้. เริ่มต้นจากหลักปฏิบัติทางวิศวกรรมของการออกแบบการแปลงประเภทสมาร์ทบ็อกซ์ 10kV ในฉบับที่. 5 อพาร์ตเมนต์นักเรียน, เลือกโปรโตคอลการสื่อสารบัส RS485 และ Modbus-RTU ที่เซ็นเซอร์อัจฉริยะรองรับโดยทั่วไป.

ตามแผนภาพการเดินสายหลักของระบบปฐมภูมิของหม้อแปลงกล่องในอพาร์ตเมนต์นักศึกษาในวิทยาลัยและแผนภาพบล็อกระบบของระบบตรวจสอบระยะไกลกล่องหม้อแปลงอัจฉริยะ 10kV, การออกแบบฮาร์ดแวร์ระบบใช้ตัวควบคุมฟิลด์หม้อแปลงกล่องเป็นแกนหลัก, และประกอบด้วยอุปกรณ์ป้องกันแบบรวมไมโครคอมพิวเตอร์, เครื่องวัดเครือข่ายอัจฉริยะและอุปกรณ์ระบบทุติยภูมิพลังงานรีแอกทีฟอัจฉริยะ เช่น ตัวชดเชย, และเซ็นเซอร์ตรวจจับสภาพแวดล้อมเช่น เซนเซอร์จับควันอุณหภูมิและความชื้น, เซ็นเซอร์อุณหภูมิ PT100 และเซ็นเซอร์ตรวจจับการบุกรุกของน้ำสร้างเครือข่ายท้องถิ่นบัส RS485 ของไซต์การเปลี่ยนแปลงแบบกล่องต่อกล่อง. ไดอะแกรมระบบเครือข่ายท้องถิ่นบัส RS485 ของหม้อแปลงกล่องแสดงในรูปที่ 4.

ไดอะแกรมระบบเครือข่ายท้องถิ่นบัส RS485 ของไซต์การแปลงประเภทกล่อง

(1) บัสสื่อสารแบบอนุกรม RS485

โหมดการสื่อสารของบัส RS485 เป็นโหมดมาสเตอร์-สเลฟ, และอุปกรณ์หลักจะสำรวจอุปกรณ์สเลฟแต่ละเครื่องเพื่อการสื่อสาร, และสามารถสร้างเครือข่ายแบบหนึ่งต่อหลายจุดเพื่อสร้างระบบกระจาย. อินเทอร์เฟซ RS485 เป็นอินเทอร์เฟซแบบอนุกรมความเร็วต่ำที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย, และอินเทอร์เฟซ RS485 มีลักษณะดังต่อไปนี้.
* อินเทอร์เฟซ RS485.

การสื่อสารอินเตอร์เฟส RS485 ใช้โหมดการส่งข้อมูลแบบดิฟเฟอเรนเชียล, และมีการผสมผสานระหว่างตัวขับและตัวรับเฟืองท้ายที่สมดุล, และใช้ความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ปลายสายทั้งสองเพื่อส่งสัญญาณ, ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการต้านทานการรบกวนโหมดทั่วไปและป้องกันสัญญาณรบกวน.
* บัส RS485 มีอัตราการส่งสูงและระยะการส่งข้อมูลยาว. ระยะการส่งสัญญาณสูงสุดประมาณ 1200 เมตร, และอัตราการส่งข้อมูลสูงสุดคือ 10Mbps; อัตราการส่งข้อมูลจะแปรผกผันกับระยะการส่งข้อมูล, และระยะการส่งข้อมูลสูงสุดได้เมื่ออัตราต่ำกว่า 20kbps.
* รองรับหลายโหนด. โดยทั่วไป, ในทางทฤษฎีสามารถรองรับบัสลูป RS485 ได้ 247 โหนดอุปกรณ์.

(2) โปรโตคอลการสื่อสารแบบอนุกรม Modbus-RTU

โปรโตคอล Modbus ถูกนำไปใช้กับเครือข่ายบัสอุตสาหกรรม. ผ่านโปรโตคอล, การสื่อสารข้อมูลสามารถทำได้ระหว่างตัวควบคุมและอุปกรณ์ภาคสนาม. อุปกรณ์ที่ผลิตโดยผู้ผลิตหลายรายสามารถสร้างระบบการตรวจสอบเครือข่ายบัสอุตสาหกรรมตามโปรโตคอลแบบรวม. โปรโตคอลมีโครงสร้างแบบมาสเตอร์-สเลฟ, โหนดหลักหนึ่งโหนดในเครือข่าย, และอื่น ๆ เป็นโหนดทาส, และแต่ละโหนดสเลฟมีที่อยู่อุปกรณ์ที่ไม่ซ้ำกัน.

ในเครือข่ายบัสอนุกรม, โหนดหลักเริ่มคำสั่ง, และอุปกรณ์ทาสทั้งหมดจะได้รับคำสั่ง. คำสั่ง Modbus มีที่อยู่ของอุปกรณ์สเลฟที่รันคำสั่ง, และอุปกรณ์สลาฟที่กำหนดโดยอุปกรณ์หลักจะตอบสนองก่อนแล้วจึงดำเนินการคำสั่ง. มีการตรวจสอบในคำสั่ง Modbus เพื่อให้แน่ใจว่าคำสั่งที่เข้ามาไม่ได้เสียหาย. คำสั่ง Modbus สามารถสั่งให้ RTU เปลี่ยนค่ารีจิสเตอร์ได้, อ่านหรือควบคุมพอร์ต I/O, และสั่งให้อุปกรณ์ส่งคืนข้อมูลการลงทะเบียนอย่างน้อยหนึ่งรายการ.

Modbus รวมถึง ASCII, RTU และ TCP สามประเภทข้อความ. โหมดการส่ง ASCII, การตรวจสอบ LRC, ประสิทธิภาพการส่งต่ำ, แต่ใช้งานง่าย, ง่ายและสะดวกในการดีบัก. โหมดการส่ง RTU, โดยใช้เช็คซีอาร์ซี, ประสิทธิภาพการส่งผ่านสูง, ซับซ้อนกว่า ASCII เล็กน้อย. พูด, พูดแบบทั่วไป, พูดทั่วๆไป, หากจำนวนข้อมูลที่จะส่งน้อย, คุณสามารถพิจารณาใช้โปรโตคอล ASCII; หากปริมาณข้อมูลที่จะส่งค่อนข้างมาก, ทางที่ดีควรใช้โปรโตคอล RTU. สำหรับเหตุผลนี้, เครื่องมืออัจฉริยะและเซ็นเซอร์ของระบบนี้ใช้โหมดการสื่อสาร Modbus-RTU อย่างสม่ำเสมอ.

3.2 การออกแบบฮาร์ดแวร์ของ Field Controller ของ Box Transformer

ตัวควบคุมภาคสนามของหม้อแปลงกล่องประกอบด้วยระบบฝังตัว. ระบบสมองกลฝังตัวมีแอปพลิเคชันเป็นศูนย์กลาง, สามารถปรับแต่งซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ได้, และตระหนักถึงระบบอัตโนมัติของอุปกรณ์, ปัญญา, และฟังก์ชั่นการตรวจสอบระยะไกล. ส่วนใหญ่ประกอบด้วยไมโครโปรเซสเซอร์แบบฝังตัว, ฮาร์ดแวร์ที่เกี่ยวข้อง, ระบบปฏิบัติการฝังตัว, และระบบซอฟต์แวร์ประยุกต์.

(1) ระบบขั้นต่ำของไมโครโปรเซสเซอร์ STM32

ระบบขั้นต่ำของไมโครโปรเซสเซอร์แบบฝังประกอบด้วยไมโครโปรเซสเซอร์แบบฝัง, รีเซ็ตวงจรและวงจรดีบัก. วงจรนาฬิกาให้สัญญาณนาฬิกาภายนอกที่ต้องการ, วงจรรีเซ็ตให้สถานะเริ่มต้นที่เป็นหนึ่งเดียว, และวงจรดีบั๊กมีส่วนต่อประสานสำหรับการดาวน์โหลดโปรแกรมและดีบั๊ก.
* ตัวเลือกไมโครโปรเซสเซอร์ในตัว. ตามข้อกำหนดของระบบตรวจสอบระยะไกลหม้อแปลงกล่องอัจฉริยะ 10kV สำหรับประสิทธิภาพของตัวควบคุมในสถานที่, ระบบนี้เลือกชิป STM32F103ZET6 เป็นไมโครโปรเซสเซอร์หลักของคอนโทรลเลอร์ในสถานที่. ไมโครโปรเซสเซอร์แบบฝังตัว STM32F103ZET6, MCU มีการบูรณาการสูง, การใช้พลังงานต่ํา, และประสิทธิภาพด้านต้นทุนสูง. เหมาะสําหรับความต้องการใช้งานที่หลากหลายในสาขาการแพทย์อุตสาหกรรม, และสามารถตอบสนองความต้องการของการเก็บข้อมูลและการประมวลผลแบบเรียลไทม์ของระบบนี้.
* วงจรออสซิลเลเตอร์คริสตัล. วงจรคริสตัลออสซิลเลเตอร์ให้พัลส์ความถี่คงที่แก่ไมโครโปรเซสเซอร์เพื่อให้ไมโครโปรเซสเซอร์ทํางานได้ตามปกติ. ไมโครโปรเซสเซอร์ STM32 มีออสซิลเลเตอร์คริสตัลสองตัว, คริสตัลออสซิลเลเตอร์ขนาด 8MHz ให้นาฬิกาความเร็วสูงภายนอก, และออสซิลเลเตอร์คริสตัล 32.768KHz ให้นาฬิกาความเร็วต่ําภายนอก.

* รีเซ็ตวงจร. ฟังก์ชั่นของวงจรรีเซ็ตไมโครโปรเซสเซอร์คือการรีสตาร์ทระบบ. เมื่อระบบล้มเหลว, กดปุ่มรีเซ็ตเพื่อรีสตาร์ทอุปกรณ์. โดยทั่วไป, วงจรรีเซ็ตใช้สัญญาณระดับต่ําเพื่อรีสตาร์ท.

(2) การออกแบบวงจรไฟฟ้า

ระบบเลือกแหล่งจ่ายไฟภายนอก DC ที่มีแรงดันไฟฟ้า 12V (2A), และเลือก DC 5V (2A) อะแดปเตอร์แปลงไฟพร้อมอินเทอร์เฟซ USB เพื่อจ่ายไฟให้กับตัวควบคุมภาคสนาม. แหล่งจ่ายไฟ 12V DC เชื่อมต่อกับแผงควบคุม, และแหล่งจ่ายไฟ DC 12V ถูกเลื่อนลงเพื่อรับแหล่งจ่ายไฟ DC 5V ผ่านโมดูลแบบ step-down LM2596S. แรงดันไฟฟ้า 5V จะถูกส่งผ่านชิปควบคุม AMS1117-3.3V เพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้า 3.3V เพื่อจ่ายไฟให้กับชิป STM32. แผนภาพวงจรของตัวควบคุมแหล่งจ่ายไฟ LM2596S และ AMS1117-3.3V แสดงในรูป 8.

(3) อินเทอร์เฟซ RS485 กับโมดูล TTL

อินเทอร์เฟซ RS485 กับโมดูล TTL ตระหนักถึงการแปลงและการสื่อสารแบบสองทางของสัญญาณ RS485 และสัญญาณ TTL, แต่สัญญาณจะต้องดําเนินการสลับกัน, และไม่สามารถดําเนินการในสองทิศทางในเวลาเดียวกัน. อุปกรณ์ภาคสนามทั้งหมดใช้โมดูลนี้เพื่อเชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์, และแผนภาพการเดินสายไฟแสดงในรูป 9.

แผนภาพการเดินสายไฟของ TFT-LCD และ STM32 MCU - รูป 9

(4) โมดูลจอแสดงผล LCD

เนื่องจากตัวควบคุมในสถานที่ของระบบตรวจสอบระยะไกลแบบกล่องจําเป็นต้องแสดงตัวเลขและอักขระจํานวนมาก, จอแสดงผลคริสตัลเหลว TFT-LCD ขนาด 2.8 นิ้วถูกเลือกเป็นโมดูลการแสดงผล, และมีตัวควบคุม ILI9341 อยู่ภายใน. พิจารณา STM32 สามารถสื่อสารกับ ILI9341 ผ่านอินเทอร์เฟซ SPI, 8080 อินเทอร์เฟซหรืออินเทอร์เฟซ RGB. เพื่อให้ได้อัตราการรีเฟรชที่เร็วขึ้น, TFT-LCD ใช้ 8080 อินเตอร์เฟซบัสข้อมูลแบบขนาน. STM32 ส่งออกข้อมูลไปยังหน่วยความจําคอนโทรลเลอร์ ILI9341 ผ่านโมดูล FSMC หน่วยความจําแบบคงที่แบบแปรผัน.

(5) โมดูลสัญญาณเตือนด้วยเสียง

เมื่อไมโครโปรเซสเซอร์ STM32 ตรวจพบว่ามีความผิดปกติหรือความผิดพลาดในข้อมูลการทํางานของหม้อแปลงกล่อง, มันจะส่งข้อความไปยังพอร์ตอนุกรมและเริ่มการเตือนด้วยเสียง. โมดูลเสียงเตือนจะเลือกชิปเสียงที่ใช้กันทั่วไป SYN6288, และออกอากาศข้อมูลเสียงเตือนโดยอัตโนมัติตามโปรแกรมที่ตั้งโปรแกรมไว้. ระบบใช้รหัส GB2312, ซึ่งเหมาะสําหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลในการประมวลผลตัวอักษรจีนและการสื่อสารตัวอักษรจีน. SYN6288 ยังจดจําตัวเลขได้อย่างแม่นยํา, เวลาและวันที่, และหน่วยวัดที่ใช้กันทั่วไป.

(6) โมดูลรีเลย์

ตัวควบคุมภาคสนามเลือกกลุ่มของโมดูลรีเลย์แยกออปโตคัปเปลอร์ 2 ทางเพื่อควบคุมการเปิดและปิดของระฆังปลุกและพัดลม DC 12V, และสามารถเลือกโซลิดสเตตรีเลย์ 220V AC ได้ตามประเภทของแหล่งจ่ายไฟและกำลังของพัดลมดูดอากาศแบบกล่อง. โมดูลวงจรรีเลย์แต่ละตัวมีหน้าสัมผัสเปิดและปิดตามปกติ, พร้อมทั้งไฟ LED แสดงสถานะ; วงจรรีเลย์แต่ละตัวถูกแยกโดยออปโตคัปเปลอร์, และติดตั้งไดโอดอิสระเพื่อปล่อยแรงดันเหนี่ยวนำของรีเลย์และป้องกันวงจรก่อนหน้า. เมื่ออุณหภูมิแวดล้อมของกล่องหม้อแปลงเกินช่วงที่กำหนด, ตัวควบคุมในสถานที่ส่งออกระดับสูง, และรีเลย์แยกออปโตคัปเปลอร์หนึ่งตัวทำหน้าที่เปิดพัดลมให้เย็นลง; เมื่อเกิดความผิดพลาดร้ายแรง เช่น ความเข้มข้นของควันมากเกินไป, ตัวควบคุมขับรีเลย์แยกออปโตคัปเปลอร์อีกตัวเพื่อเชื่อมต่อ ห่วงกระดิ่งแจ้งเตือนจะส่งสัญญาณเตือนในสถานที่. สำหรับแผนภาพหลักการทำงานของรีเลย์และแผนภาพการเชื่อมต่อระหว่างโมดูลรีเลย์และชิป STM32, โปรดติดต่อผู้ผลิตและส่งคำขอ.

(7) โมดูลการสื่อสาร

ตามข้อกำหนดการออกแบบของระบบตรวจสอบระยะไกลหม้อแปลงกล่องอัจฉริยะ 10kV, การสื่อสารระหว่างหม้อแปลงกล่องอัจฉริยะกับคลาวด์เลือกวิธีการสื่อสารไร้สาย GPRS ที่มีต้นทุนการรับส่งข้อมูลต่ำ. Gizwits เฟิร์มแวร์โมดูล GPRS.
*Gizwits เฟิร์มแวร์โมดูล GPRS (เฟิร์มแวร์ G510_GAgent). โมดูลนี้เป็นโปรแกรมแอปพลิเคชันที่ทำงานบนโมดูลการสื่อสารต่างๆ, ให้ฟังก์ชันต่างๆ เช่น การส่งข้อมูลแบบสองทางของคลาวด์และข้อมูลอุปกรณ์ผลิตภัณฑ์, การกำหนดค่าอุปกรณ์ในเครือข่าย, การค้นพบและการผูกมัด, และการอัพเกรดโปรแกรม. แผนภาพวงจรระหว่างโมดูล GPRS และตัวควบคุมหลักสามารถติดต่อผู้ผลิตได้.

*โมดูล GPRS-GA6. โมดูลนี้สามารถรับส่งสัญญาณเสียงได้, ข้อความและข้อมูลสั้น ๆ ที่ใช้พลังงานต่ำ. เหมาะสำหรับข้อกำหนดการออกแบบต่างๆ ในการใช้งาน M2M, โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการออกแบบผลิตภัณฑ์ที่มีขนาดกะทัดรัด. ประการที่สอง, โปรโตคอลการสื่อสารใช้การส่งผ่านบัสพอร์ตอนุกรม UART, ใช้คำสั่ง AT มาตรฐานเพื่อควบคุมโมดูล, และเลือกอัตราบอด 115200bps. ติดต่อได้ที่ ผู้ผลิตไอโอที สำหรับแผนผังการเชื่อมต่อของโมดูล GPRS-GA6 และไมโครคอนโทรลเลอร์ STM32.

3.3 อุปกรณ์ป้องกันที่ครอบคลุมของไมโครคอมพิวเตอร์

ตามข้อกำหนดการออกแบบการป้องกันหม้อแปลงไฟฟ้า (GB/ตัน 50062-2008), 10หม้อแปลง kV มักจะต้องติดตั้งระบบป้องกันกระแสเกินตามเวลาที่กำหนด. อุปกรณ์ป้องกันไมโครคอมพิวเตอร์มีการป้องกัน, ฟังก์ชั่นการวัดและการควบคุมของหม้อแปลงและเส้น, เช่นเดียวกับฟังก์ชั่นการรับข้อมูล, การตรวจสอบและตรวจสอบระบบด้วยตนเอง, และมีความไวและความน่าเชื่อถือสูง.

ตามข้อกำหนดการออกแบบของการเปลี่ยนกล่องอัจฉริยะ 10kV ในอพาร์ตเมนต์ของนักเรียน, Ankerui AM3-I อุปกรณ์ป้องกันที่ครอบคลุมไมโครคอมพิวเตอร์ชนิดปัจจุบันพร้อมฟังก์ชันการสื่อสาร RS485 ถูกเลือก, กับ IA, ไอ.บี, เข้าใจแล้ว, ยูเอ, ยูบี, ยูซี, พี, ถาม, Fr และการวัดพารามิเตอร์ไฟฟ้าอื่น ๆ, 8-การรับสัญญาณสวิตช์ช่องสัญญาณภายนอก, และเซอร์กิตเบรกเกอร์ควบคุมการเปิดปิดด้วยรีโมทและฟังก์ชั่นอื่นๆ. แผนภาพขั้วต่อสายไฟของอุปกรณ์ป้องกันไมโครคอมพิวเตอร์ AM3-I เป็นดังนี้:

แผนภาพขั้วต่อสายไฟของอุปกรณ์ป้องกันไมโครคอมพิวเตอร์ AM3-I

3.4. เครื่องวัดเครือข่ายอัจฉริยะ

มิเตอร์เครือข่ายอัจฉริยะใช้เพื่อตรวจจับพารามิเตอร์ทางไฟฟ้า เช่น กระแสไฟฟ้าสามเฟส, แรงดันและกำลังของวงจรจำหน่ายไฟฟ้าแรงต่ำ, ตลอดจนสถานะการเปิดและปิดของสวิตช์แยกและเบรกเกอร์วงจร. ตามข้อกำหนดการออกแบบของระบบรองของหม้อแปลงกล่องอัจฉริยะ 10kV, เลือกเครื่องวัดเครือข่ายอัจฉริยะ Ankerui ACR พร้อมฟังก์ชันการสื่อสาร RS485, และไดอะแกรมการเดินสายของมิเตอร์เครือข่ายอัจฉริยะ ACR และหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าแรงดันต่ำ และไดอะแกรมการเดินสายของสวิตช์อินพุตและเอาต์พุตถูกเลือก.

เครื่องวัดเครือข่ายอัจฉริยะ ACR หม้อแปลงกระแสแรงดันต่ำและแผนภาพการเดินสายอินพุตและเอาต์พุตดิจิตอล

เครื่องวัดเครือข่ายอัจฉริยะ ACR ใช้โปรโตคอล Modbus-RTU, ซึ่งสามารถวัดและรวบรวมพารามิเตอร์กำลัง. ฟังก์ชันอินพุตสวิตช์สามารถตรวจจับสถานะการสลับของสวิตช์แยกและเบรกเกอร์วงจรได้, และฟังก์ชั่นเอาต์พุตรีเลย์สามารถเปิดและปิดเบรกเกอร์จากระยะไกล. เครื่องวัดเครือข่ายอัจฉริยะ ACR มีแผนแบบครบวงจรสำหรับตารางที่อยู่การสื่อสาร, ซึ่งสามารถรับรู้ถึงสามฟังก์ชั่นระยะไกลของ telemetry, การส่งสัญญาณระยะไกลและการควบคุมระยะไกล.

(1) การแปลง AD และการคำนวณสัญญาณอะนาล็อก AC

เดอะ 3 สัญญาณแรงดันเฟสและ 3 สัญญาณปัจจุบัน (สัญญาณเอาต์พุตของหม้อแปลงกระแส) รวบรวมโดยตรงโดยเครื่องวัดเครือข่ายอัจฉริยะ ACR เป็นปริมาณอะนาล็อกทั้งหมด, ซึ่งจำเป็นต้องแปลงเป็นสัญญาณดิจิทัลที่ CPU สามารถรับรู้ได้เพื่อประมวลผลข้อมูล. อันดับแรก, เดอะ 3 แรงดันเฟส 220V และ 3 อะนาล็อกปัจจุบันถูกแปลงเป็นสัญญาณแรงดันต่ำผ่านตัวแปลง, และแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้าที่อนุญาตโดยตัวแปลง AD ผ่านวงจรสร้างแรงดันไฟฟ้า; , แปลงเป็นสัญญาณดิจิตอลโดย AD และป้อนให้กับ CPU. แผนผังของการสุ่มตัวอย่างและกระบวนการแปลงค่า AD ของปริมาณอะนาล็อก AC สามารถติดต่อผู้ผลิตได้.

* การแปลงแรงดันไฟฟ้าแบบอะนาล็อกและการกรองความถี่ต่ำ. หน้าที่ของวงจรสร้างแรงดันไฟฟ้าคือการแยกไฟฟ้าและแปลงกระแสไฟฟ้า. โดยทั่วไป, ตัวแปลง AD กำหนดให้สัญญาณอินพุตเป็น ±5V และ ±10V, ดังนั้นจึงสามารถกำหนดอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงของตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าได้. ตัวกรองความถี่ต่ำแบ่งออกเป็นตัวกรองแบบพาสซีฟและตัวกรองแบบแอคทีฟ. ตัวกรองที่ใช้งานประกอบด้วยตัวเก็บประจุ, ตัวต้านทานและแอมพลิฟายเออร์ในการทำงานในตัว, ซึ่งขยายสัญญาณในขณะกรอง. ตัวกรองแบบพาสซีฟมีฟังก์ชั่นการกรองเท่านั้น แต่ไม่มีฟังก์ชั่นการขยายสัญญาณ.
* การสุ่มตัวอย่างสัญญาณอนาล็อก. กระบวนการสุ่มตัวอย่างควรเป็นไปตามทฤษฎีบทการสุ่มตัวอย่างของแชนนอน, นั่นคือ, ความถี่ในการสุ่มตัวอย่างต้องไม่น้อยกว่า 2 คูณความถี่สูงสุดของสัญญาณอินพุต. กระบวนการสุ่มตัวอย่างนั้นรวดเร็วมาก. การสุ่มตัวอย่างตัวแปลง AD ปัจจุบันถึงระดับนาโนวินาที, ในขณะที่ระยะเวลาการสุ่มตัวอย่างของอุปกรณ์อัตโนมัติของระบบไฟฟ้าอยู่ที่ระดับมิลลิวินาที, ดังนั้นสัญญาณแรงดันและกระแสของหกลูปจึงสามารถแชร์ตัวแปลง AD หนึ่งตัวได้, แต่วงจรสุ่มตัวอย่างต้องติดตั้งอุปกรณ์เก็บตัวอย่างและสวิตช์มัลติเพล็กเซอร์.
* โปรแกรมแปลง AD. ตัวแปลง AD รวมถึงการประมาณต่อเนื่อง, อินทิกรัล, นับ, การเปรียบเทียบแบบขนาน, และตัวแปลงความถี่แรงดันไฟฟ้า VFC. ตัวแปลง AD โดยประมาณต่อเนื่องเป็นตัวแทนของทั้งความเร็วและความแม่นยําใน ADC, และมีความละเอียดในการแปลงที่สูงขึ้นในอัตราการแปลงที่สูงขึ้น.

(2) อัลกอริธึมการรวมค่าสัมบูรณ์ครึ่งรอบของปริมาณไฟฟ้าไซน์

กุญแจสําคัญของอัลกอริทึมซอฟต์แวร์คือการปรับปรุงความแม่นยําและความเร็วของการทํางานของอัลกอริทึม. กุญแจสําคัญของอัลกอริธึมการสุ่มตัวอย่าง AC ของสมาร์ทมิเตอร์คือการแก้ปัญหาวิธีการคํานวณแอมพลิจูดหรือค่าที่มีประสิทธิภาพของสัญญาณการสุ่มตัวอย่างไซน์ตามค่าทันทีของสัญญาณไซน์. อัลกอริทึมที่ใช้กันมากที่สุดสําหรับปริมาณไซน์คืออัลกอริธึมการรวมค่าสัมบูรณ์ครึ่งรอบ. หลักการของอัลกอริธึมการรวมค่าสัมบูรณ์ครึ่งรอบคืออินทิกรัลของค่าสัมบูรณ์ของปริมาณไซน์ในครึ่งรอบใด ๆ คือค่าคงที่ S, และค่าคงที่อินทิกรัล S ไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับมุมเริ่มต้นอินทิกรัล . อัลกอริธึมการรวมค่าสัมบูรณ์ครึ่งรอบตามแบบจําลองฟังก์ชันไซน์แสดงในรูป 19.

อัลกอริทึมของการรวมค่าสัมบูรณ์ครึ่งรอบตามแบบจําลองฟังก์ชันไซน์

นิพจน์สําหรับการคํานวณค่าที่มีประสิทธิภาพของกระแสโดยใช้อัลกอริธึมอินทิกรัลค่าสัมบูรณ์ครึ่งรอบแสดงในรูปด้านล่าง:

ในสูตร, S หมายถึงอินทิกรัลของค่าสัมบูรณ์ภายในครึ่งรอบ; ฉันแสดงถึงค่าที่มีประสิทธิภาพของกระแส; ฉันแสดงถึงค่าทันทีของกระแส; W หมายถึงความเร็วเชิงมุม; T หมายถึงวงจรไฟ AC; f หมายถึงความถี่พลังงาน AC; N หมายถึงจํานวนตัวอย่างในรอบเดียว ; Ts หมายถึงระยะเวลาการสุ่มตัวอย่าง.

3.5 เซ็นเซอร์ควันอุณหภูมิและความชื้น RS485

เมื่อพิจารณาว่าสายไฟในหม้อแปลงชนิดกล่องอาจมีการรั่วไหล, บรรทุกเกินพิกัด, การลัดวงจรและความต้านทานการสัมผัสที่มากเกินไป, ซึ่งอาจทําให้เกิดเพลิงไหม้ได้, และความล้มเหลวของหม้อแปลงที่แช่น้ํามันเชื้อเพลิงอาจทําให้เกิดไฟไหม้ได้. ดังนั้น, จําเป็นต้องติดตั้งเซ็นเซอร์ควันในหม้อแปลงชนิดกล่องสําหรับตรวจจับอัคคีภัยของหม้อแปลงชนิดกล่อง. เพื่อตรวจจับความล้มเหลวที่อาจเกิดขึ้นตั้งแต่เนิ่นๆ. เพื่อให้มั่นใจในความแม่นยําในการวัดและลดต้นทุนในเวลาเดียวกัน, อุณหภูมิ RS485, เซ็นเซอร์ความชื้นและควันสามในหนึ่งเดียวใช้เพื่อตรวจจับอุณหภูมิ, ความชื้นและความเข้มข้นของควันในหม้อแปลงกล่อง. เดอะ เซ็นเซอร์อุณหภูมิและความชื้น ใช้โพรบ SHT30. ไฟกระชากในสถานที่และการรบกวนของพัลส์. เซ็นเซอร์มี 4 สาย: แดง, ดำ, เหลือง, และสีเขียว. สําหรับวิธีการเดินสายเฉพาะของเซ็นเซอร์ควันอุณหภูมิและความชื้น, โปรดติดต่อผู้ผลิต IoT.

สมาร์ทมิเตอร์และเซ็นเซอร์ที่ออกแบบในระบบนี้ใช้โปรโตคอล Modbus-RTU, ซึ่งสามารถสื่อสารได้อย่างน่าเชื่อถือภายในช่วงอัตราบอดเต็มของ 1200-115200. อัตราบอดของสมาร์ทมิเตอร์และเซ็นเซอร์ถูกตั้งค่าเป็น 9600bps อย่างสม่ําเสมอ. รูปแบบการส่งข้อมูลและรูปแบบการแปลงข้อมูลของเซ็นเซอร์มีดังนี้:
รูปแบบเฟรมแบบสอบถามข้อมูลเซนเซอร์. เซ็นเซอร์เป็นไปตามโปรโตคอล Modbus-RTU มาตรฐาน, และการอ่านเซ็นเซอร์จะถูกเก็บไว้ในทะเบียนการถือครอง, และรหัสฟังก์ชันคือ 04. คอมพิวเตอร์ส่วนบนอ่านรูปแบบเฟรมสอบถามข้อมูลเซ็นเซอร์, และรูปแบบกรอบการสอบถามข้อมูลเซ็นเซอร์คอมพิวเตอร์ที่ต่ํากว่า.

3.6 เครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิ PT100 - หลักการทํางานของ RTD PT100 - หลักการทํางานของเซ็นเซอร์อุณหภูมิ

เครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิ PT100 ใช้เพื่อตรวจจับอุณหภูมิร่างกายของหม้อแปลง, แรงดันไฟฟ้าสูงและอุณหภูมิสายเคเบิลแรงดันต่ํา, เหมาะสําหรับโรงงานอุตสาหกรรมต่างๆ. หม้อแปลงไฟฟ้าจะก่อให้เกิดการสูญเสียระหว่างการทํางาน, การสูญเสียเหล็กและการสูญเสียทองแดงเป็นหลัก, หรือที่เรียกว่าการสูญเสียแกนและการสูญเสียโหลด. การสูญเสียทองแดงแตกต่างกันไปตามกระแสโหลดและเป็นสัดส่วนกับกําลังสองของกระแสโหลด. สูตรการคํานวณการสูญเสียหม้อแปลงมีดังนี้:

ในสูตร, P0 หมายถึงพลังงานที่ใช้งานของหม้อแปลงในการทํางานที่ไม่มีโหลดที่แรงดันไฟฟ้าที่กําหนด; I1 และ I2 แสดงถึงกระแสไฟฟ้าแรงสูงและกระแสสายด้านแรงดันต่ํา; R1 และ R2 แสดงถึงความต้านทานด้านแรงดันสูงและความต้านทานด้านแรงดันต่ํา.

เครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิ PT100 ฝังตัวด้วยอินเทอร์เฟซบัส RS485, และเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิแต่ละเครื่องสามารถเชื่อมต่อกับ 4 เซ็นเซอร์อุณหภูมิ PT100.

3.7 หลักการทํางานของเครื่องส่งสัญญาณการแช่น้ํา

เนื่องจากระดับน้ําต่ําของหลุมฐานรากสถานีย่อยกล่อง, มักจะมีการสะสมของน้ําในร่องสายเคเบิลและหลุมฐานรากหลังจากฝนตกหนัก, และมีอันตรายด้านความปลอดภัยที่อาจเกิดขึ้นจากการรั่วไหลของสายเคเบิล, ดังนั้นจึงจําเป็นต้องมีการตรวจสอบและการระบายน้ําที่ผิดปกติ. ในการออกแบบนี้, เซ็นเซอร์การแช่น้ำใช้เพื่อตรวจจับการสะสมของน้ำในหลุมฐานรากของโครงสร้างด้านล่างของกล่อง. เซนเซอร์ตรวจจับการแช่น้ำใช้หลักการของการนำของเหลว, และใช้อิเล็กโทรดเพื่อตรวจสอบว่ามีน้ำหรือไม่. เลือกเครื่องตรวจจับการแช่น้ำแบบสัมผัสพร้อมฟังก์ชันการสื่อสาร RS485. หลักการทำงานของเครื่องตรวจจับการแช่น้ำแสดงในรูปที่ 23.

4. การออกแบบซอฟต์แวร์ระบบ

การออกแบบซอฟต์แวร์ระบบประกอบด้วยสองส่วน: รถบัสสนาม ซอฟต์แวร์ LAN การออกแบบหม้อแปลงชนิดกล่องและการออกแบบระบบตรวจสอบระยะไกลของหม้อแปลงชนิดกล่องที่ใช้แพลตฟอร์มคลาวด์ Gizwits. อุปกรณ์ป้องกันแบบบูรณาการของไมโครคอมพิวเตอร์, เครื่องวัดเครือข่ายอัจฉริยะและเซ็นเซอร์อัจฉริยะในฟิลด์บัสเครือข่ายท้องถิ่นของหม้อแปลงกล่องมีซอฟต์แวร์แอปพลิเคชันฝังตัว, ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการออกแบบโปรแกรมซอฟต์แวร์ของตัวควบคุมภาคสนามของหม้อแปลงกล่องเท่านั้น.

4.1 การออกแบบซอฟต์แวร์ควบคุมภาคสนามสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าแบบกล่อง

ตัวควบคุมฟิลด์ของหม้อแปลงกล่องเป็นระบบฝังตัว, และระบบซอฟต์แวร์ประกอบด้วยโปรแกรมประยุกต์, เอพีไอ, ระบบปฏิบัติการฝังตัวและ BSP (แพ็คเกจสนับสนุนบอร์ด). ตามลักษณะของหลายพารามิเตอร์, งานจำนวนมากและความต้องการแบบเรียลไทม์สูงที่รวบรวมโดยตัวควบคุมภาคสนามของหม้อแปลงชนิดกล่องอัจฉริยะ 10kV, ระบบปฏิบัติการเรียลไทม์แบบฝัง μC/OS-Ⅲ, ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการพัฒนาผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์และการวิจัยการสอน, ถูกเลือก. μC/OS-Ⅲ ถือว่างานเป็นหน่วยที่เล็กที่สุด, และงานใด ๆ ไม่จำเป็นต้องสนใจวิธีการจัดการทรัพยากรเฉพาะ, ซึ่งถูกกำหนดโดยระบบปฏิบัติการ.

4.2 การออกแบบโปรแกรมซอฟต์แวร์ควบคุมภาคสนามของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบกล่อง

การออกแบบระบบซอฟต์แวร์ทั้งหมดขึ้นอยู่กับระบบกระจายที่ประกอบด้วยเครื่องมืออัจฉริยะ, เซ็นเซอร์, ตัวควบคุมฟิลด์และแพลตฟอร์มคลาวด์, และดำเนินการออกแบบและพัฒนาซอฟต์แวร์ประยุกต์. การส่งและแลกเปลี่ยนข้อมูล, ตัวควบคุมในไซต์และเซิร์ฟเวอร์คลาวด์ Gizwits ใช้โปรโตคอลการสื่อสาร Gizwits ในเฟิร์มแวร์ GPRS สำหรับการส่งและแลกเปลี่ยนข้อมูล. ผังงานโปรแกรมหลักของซอฟต์แวร์แอพพลิเคชั่นตัวควบคุมภาคสนามของหม้อแปลงชนิดกล่อง.

*โปรแกรมหลักของซอฟต์แวร์. อันดับแรก, เริ่มต้นทุกส่วนของระบบ, เช่น GPIO, พอร์ตอนุกรม, นาฬิกา, การจัดการหน่วยความจำ, เป็นต้น, และสร้างงานใน μC/OS-Ⅲ. STM32 ดำเนินการรับและประมวลผลข้อมูลเซ็นเซอร์, และส่งข้อมูลที่ถูกต้องไปยังจอ LCD. ในเวลาเดียวกัน, STM32 ส่งคำสั่ง AT ไปยังโมดูล GPRS-G510, แลกเปลี่ยนข้อมูล, เชื่อมต่อกับแพลตฟอร์มคลาวด์ Gizwits ผ่านโปรโตคอล LwM2M, และตัดสินว่าโมดูลการสื่อสาร GPRS เชื่อมต่อกับเซิร์ฟเวอร์คลาวด์ Gizwits สำเร็จหรือไม่. หากการเชื่อมต่อสำเร็จ, ดำเนินการส่งข้อมูล. จากนั้นตัดสินว่าข้อมูลที่ประมวลผลมีค่ามากกว่าเกณฑ์ที่ตั้งไว้หรือไม่.
หากเป็นความล้มเหลวเล็กน้อยของสถานีย่อยกล่อง, ส่งข้อมูลข้อมูลไปยังแอพมือถือผ่านแพลตฟอร์มคลาวด์; หากเป็นความล้มเหลวทั่วไป, ส่งข้อมูลการเตือนข้อมูลไปยังแอพมือถือผ่านแพลตฟอร์มคลาวด์, และเริ่มโมดูลการสื่อสาร GPRS-GA6 เพื่อส่งข้อมูลการเตือนผ่าน SMS ของโทรศัพท์มือถือ; หากเป็นความผิดร้ายแรง, ข้อมูลการเตือนข้อมูลจะถูกส่งไปยัง APP โทรศัพท์มือถือผ่านแพลตฟอร์มคลาวด์, และโมดูลการสื่อสาร GPRS-GA6 จะถูกเปิดใช้งานเพื่อส่งข้อมูลการเตือนผ่านข้อความโทรศัพท์มือถือและโทรหาเจ้าหน้าที่ที่เกี่ยวข้องที่ตั้งไว้ล่วงหน้า.