Gizwits IoT platformuna dayalı 10kV akıllı kutu tipi trafo merkezinin tasarımı + STM32

Bu makalede tanıtılan 10kV akıllı kutu tipi trafo merkezi uzaktan kumanda sistemi, Xi'an Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Tian Hui tarafından tasarlanmış ve geliştirilmiştir..

Sistem, mühendislik arka planı olarak bir kolejdeki bir öğrenci dairesi için 10kV akıllı kutu değiştirme sisteminin tasarımını alır., dayalı bir 10kV akıllı kutu değiştirme sistemi tasarlar. Nesnelerin interneti. Sistem üç bölümden oluşmaktadır: algı katmanı, iletişim katmanı ve uygulama katmanı. Algılama katmanı, sensör verilerinin toplanmasından ve saha denetleyicisine iletilmesinden sorumludur..

Mikrobilgisayar koruma cihazları gibi ikincil sistem ekipmanı dahil, akıllı ağ sayaçları, ve akıllı reaktif güç kompanzasyon kontrolörleri, sıcaklık ve nem gibi çevresel algılama ekipmanlarının yanı sıra, Sigara içmek, ve suya daldırma sensörleri. Yerinde denetleyici, STM32 yerleşik mikroişlemci kullanır, LCD ekran dahil, acil anons modülü, röle ve GPRS haberleşme modülü, vesaire.; iletişim katmanı GPRS kablosuz iletişimini kullanır, yerinde denetleyici ve bulut platformu arasındaki iki yönlü veri iletiminden sorumludur.; Gizwits bulut platformu, kutu tipi transformatörler için bir uzaktan izleme sistemi ve mobil uygulama geliştiriyor, depolamadan sorumlu olan, kutu tipi trafo çalışma verilerinin analizi ve işlenmesi.

Bu sistem nihayet kullanıcının değişken sıcaklık ve nem gibi çevresel parametreleri uzaktan izlemesini gerçekleştirir., duman alarmı ve temel çukuru suyu, akım gibi elektriksel parametrelerin yanı sıra, Gerilim, frekans ve güç faktörü, ve bilgisayar WEB veya mobil APP aracılığıyla ekipman çalışma durumu.

Kutu tipi transformatörün çalışmasında bir anormallik veya arıza olduğunda, izleme sistemi hata seviyesini otomatik olarak yargılar, ve saha zilinin farklı kombinasyonları aracılığıyla bir alarm gönderir, cep telefonu uygulaması, sms ve telefon, vesaire., gizli arızaların zamanında giderilmesi ve elektrik kazalarının önlenmesi için ilgili personele haber verir.. . Kutu trafoların ve güç dağıtım odalarının uzaktan izlenmesi ve merkezi yönetimi için uygundur., ve okullarda güç dağıtım ekipmanının zeka seviyesini ve güç kaynağı güvenliğini ve güvenilirliğini büyük ölçüde artırabilir, işletmeler ve topluluklar.

1. giriiş

Sosyal ekonomi ve dağıtım ağının inşası ve gelişimi ile, giderek daha fazla 10kV kutu transformatörü var. Geleneksel 10kV kutu tipi trafo merkezi genellikle gözetimsiz ve manuel düzenli denetimin çalışma modunu benimser, zeka seviyesi düşük, çevre ve ekipman için uzaktan izleme ve arıza alarm sistemlerinden yoksun. Şu anda, akıllı sensör teknolojisinin hızlı gelişimi ile, gömülü teknoloji, iletişim teknolojisi ve bulut bilgi işlem teknolojisi ve maliyetin düşürülmesi, Nesnelerin İnternetine dayalı 10kV akıllı kutu tipi trafo merkezi, geleneksel kutu tipi trafo merkezlerinin yükseltilmesi ve dönüştürülmesi için en iyi seçenek haline geldi.

Nesnelerin İnternetine dayalı akıllı kutu tipi trafo merkezi uzaktan izleme sistemi, kutu tipi trafo merkezi ortamını uzaktan izleyebilir, gerçek zamanlı olarak ekipmanın çalışma parametreleri ve durumu. Şekilde gösterildiği gibi 1.

Kullanıcılar, kutunun sıcaklığı ve nemi gibi çevresel parametreleri uzaktan izleyebilir, duman alarmı, ve temel çukurlarında su birikmesi, akım gibi elektriksel parametrelerin yanı sıra, Gerilim, sıklık, ve güç faktörü, ve herhangi bir zamanda bilgisayarlar veya mobil uygulamalar aracılığıyla ekipman durumu. Kutu trafo merkezi anormal çalıştığında veya arızalandığında, izleme sistemi, ilgili personeli farklı cep telefonu APP yöntemleriyle otomatik olarak bilgilendirecektir., Arıza derecesine göre SMS ve telefon, Gizli arızaları zamanında ortadan kaldırmak ve elektrik kazalarını önlemek için.

10Nesnelerin İnterneti tabanlı kV akıllı kutu tipi trafo merkezi

Akıllı kutu tipi trafo merkezinin uzaktan izleme sistemi bir "fieldbus LAN'ı" kutu tipi trafo merkezinin içinde ve bir "bulut platformu geniş alan ağı" kutu tipi trafo merkezinin dışında. Bu yapısal model, ikincil su temini ekipmanı uzaktan izleme sistemleri için uzaktan izleme sistemlerinin geliştirilmesine uygulanabilir., konut elektrik şarj yönetim sistemleri, ve geleneksel ekipmanların zeka ve yönetim düzeyini iyileştirmek ve geleneksel endüstrilerin yükseltilmesini desteklemek için asansör uzaktan izleme sistemleri. İyi uygulama değerine sahiptir.

2. Genel program tasarımı

Nesnelerin İnternetine dayalı akıllı kutu tipi trafo merkezinin tasarımı, bir üniversite öğrencisi dairesindeki 10kV akıllı kutu tipi trafo merkezinin tasarımına dayanmaktadır.. 10kV akıllı kutu tipi transformatörün birincil sistem tasarımı, geleneksel 10kV kutu tipi transformatörünkiyle aynıdır., ve olgun olma eğilimindedir. Bu makale, 10kV akıllı kutu tipi transformatörün akıllı tasarımına odaklanmaktadır.. Aşağıda, 10kV akıllı kutu tipi transformatörün birincil sisteminin tasarım içeriğine kısa bir genel bakış yer almaktadır..

2.1 10kV akıllı kutu tipi trafo merkezinin birincil sistem tasarımı

Hayır güç yükü. 5 Bir üniversitedeki öğrenci apartmanı ağırlıklı olarak aydınlatmadır., bilgisayarlar ve yeni eklenen klima yükleri. Her yurt şu şekilde hesaplanır: 8 insanlar, aydınlatma yükü 100W, her öğrencinin bilgisayar yükü 200W, ve her bir 1,5P split tip askı, klimalarla birlikte yeni takılmıştır Güç 1,3kW'dır, ve tek bir yurdun yükü 3.0kW. Göre "Endüstriyel ve Sivil Güç Kaynağı ve Dağıtım Tasarım Kılavuzu", yurdun güç yükü talep katsayısı 0.7, ve güç faktörü 0.8.

Gelecekte öğrenci dairesinin elektrik yükünün artması düşünüldüğünde, Transformatörün belirli bir marj ayırması gerekiyor, ve 1000kVA kapasiteli trafo seçilir.. Transformatörün ilk yatırım maliyeti ve işletme maliyeti dikkate alındığında, ulusal enerji tasarrufu ve emisyon azaltma politikasının gerekliliklerinin yanı sıra, bu amaç için düşük kayıplı, tamamen sızdırmaz, yağa daldırılmış transformatör S13-M-1000/10-0.4 seçilmiştir..

Yük istatistiksel hesaplamasına dayalı olarak, kısa devre hesabı, dinamik kararlılık doğrulaması ve termal kararlılık doğrulaması, kutu tipi transformatörün birincil sisteminin ana ekipmanı seçilir. Birincil sistemin ana ekipmanının spesifik modelleri ve teknik parametreleri Tablo'da gösterilmektedir. 3, Masa 4, Masa 5 ve Tablo 6.

No'nun tasarım gereksinimlerine göre. 5 öğrenci dairesi projesi kutu trafo merkezi ve birincil sistem tasarım hesabı, No'nun tasarlanan birincil sisteminin ana bağlantı şeması. 5 öğrenci dairesi kutusu trafo merkezi Şekil'de gösterilmiştir. 2.

Figür 2 : Bir üniversitedeki bir öğrenci dairesindeki kutu tipi bir trafo merkezinin birincil sisteminin ana bağlantı şeması

2.2 10kV Kutu Transformatörün Akıllı Tasarım Şeması

10kV geleneksel kutu tipi trafo merkezinin işletme yönetiminde var olan tasarım kusurları ve sorunlarının hedeflenmesi, Problemi çözmenin anahtarı, algılama için kapalı devre bir sistemin inşasında yatmaktadır., akıllı kutu tipi trafo merkezi ortamının ve ekipmanının uzaktan izlenmesi ve alarmı, ve tasarım, çalışma ortamının ve elektrikli ekipmanın uzaktan izlenmesine sahiptir Çeşitli işlevlere sahip akıllı kutu trafo sistemi, kutu trafo erişim kontrolü gibi çevresel parametreleri toplayabilir ve izleyebilir, ortam sıcaklığı ve nem, duman alarmı, ve kablo kanalındaki su, yanı sıra voltaj, akım, aktif güç, reaktif güç, güç faktörü, kablo sıcaklığı, trafo trafosu, vesaire.

Vücut sıcaklığı ve gaz alarm sinyali ve diğer ekipman çalışma parametreleri, uzaktan kumanda egzoz fanı, mikrobilgisayar koruma cihazı ve devre kesici anahtarı.

Sistem, endüstriyel tesislerde yaygın olarak kullanılan iletişim işlevlerine sahip akıllı enstrümanları ve akıllı sensörleri kullanır., ve toplanan verileri field bus iletişimi yoluyla saha kontrolörüne iletir, ve saha denetleyicisi, verileri bir kablosuz veya kablolu iletişim modülü aracılığıyla sunucuya veya bulut ana bilgisayara iletir.. Telemetri gibi işlevleri gerçekleştirin, uzaktan sinyalizasyon ve uzaktan kumanda.

Nesnelerin İnternetine dayalı 10kV akıllı kutu trafosunun uzaktan izleme sistemi, dijital iki yönlü iletişim işlevine sahip akıllı enstrümanlar ve sensörler kullanır., ve standart RS485 veri yolu arayüzünü ve Modbus-RTU iletişim protokolünü eşit şekilde benimser. Nesnelerin İnternetine dayalı akıllı kutu trafosunun uzaktan izleme sistemi üç bölümden oluşmaktadır.: algı katmanı, iletişim katmanı ve uygulama katmanı.
* Algı katmanı: çeşitli ortamları toplamak için çeşitli akıllı sayaçlar ve akıllı sensörler aracılığıyla, ekipman çalışma parametreleri ve kutu transformatörünün ekipman çalışma durumu, ve verileri RS485 veri yolu üzerinden saha denetleyicisine iletin. Saha denetleyicisi yerleşik bir işletim sistemine sahiptir ve veri toplama özelliğine sahiptir., Bilgi işlem, işleme ve kontrol fonksiyonları.
* İletişim katmanı: Bu katman, veri iletimi ve değişiminin bağlantısı ve bağlantısıdır., ve bulut platformu ile tesis içi kontrolör arasında iki yönlü veri aktarımından sorumludur.. Kutu tipi transformatörün gerçek iletişim koşullarına göre, kablolu optik kablo gibi çeşitli iletişim yöntemleri, Verileri bulut platformuna iletmek için Ethernet veya kablosuz GPRS seçilebilir.
*Uygulama katmanı: Bulut platformunda kutu tipi trafolar için bir uzaktan izleme sistemi tasarlayın ve geliştirin, gönderilmesinden sorumlu, geçmiş verilerin alınması ve işlenmesi, kutu tipi trafo çalışma parametrelerinin uzaktan izlenmesi, ve kayıt depolama ve olay operasyon verilerinin analizi. Ve bulut platformunda WEB ve mobil APP geliştirin, Görevli elektrikçi, bilgisayar veya mobil uygulama aracılığıyla herhangi bir zamanda kutu trafosunun çalışma verilerini ve ekipman çalışma durumunu izleyebilir..

3. Sistem donanım tasarımı

3.1 Kutu trafo sahasının RS485 bus yerel alan ağı

Gömülü teknolojinin gelişmesi ve ilerlemesi ve maliyetin düşmesi ile, birçok algılama aracı, sensörler ve aktüatörler, geleneksel kutu tipi saha ekipmanlarının bilgi iletimindeki eksiklikler ve sorunlar için yerleşik mikroişlemcilere sahiptir., ADDA dönüşümünü ve doğrusallaştırmayı ve dijital filtrelemeyi tamamlayabilen. Bu dijital saha cihazlarının içine bir seri iletişim veri arayüzü eklenir., ve saha cihazları arasındaki seri iki yönlü iletişim, birleşik bir standart iletişim protokolü kullanılarak gerçekleştirilebilir..

Şu anda ağırlıklı olarak kullanılan endüstriyel veri yolu ağı.

Akıllı kutu tipi trafolar için uzaktan izleme sistemi tasarımının anahtarlarından biri, dijital iki yönlü iletişim işlevlerine sahip akıllı enstrümanlar ve sensörler seçmektir., ve standart ve birleştirilmiş veri yolu arayüzlerini ve iletişim protokollerini benimsemek. Hayır'daki 10kV akıllı kutu tipi dönüşüm tasarımının mühendislik uygulamasından başlayarak. 5 öğrenci dairesi, genellikle akıllı sensörler tarafından desteklenen RS485 veriyolu ve Modbus-RTU iletişim protokolü seçilir.

Bir kolejdeki bir öğrenci dairesindeki bir kutu transformatörün ana sisteminin ana bağlantı şemasına ve 10kV akıllı kutu transformatör uzaktan izleme sisteminin sistem blok şemasına göre, sistem donanım tasarımı, kutu trafo saha denetleyicisini çekirdek olarak alır, ve bir mikrobilgisayar entegre koruma cihazından oluşur, akıllı şebeke ölçer ve akıllı reaktif güç Kompansatörler gibi ikincil sistem ekipmanları, ve çevresel algılama sensörleri gibi sıcaklık ve nem duman sensörleri, PT100 sıcaklık sensörleri ve su giriş sensörleri, kutudan kutuya dönüşüm sahasının RS485 veri yolu yerel alan ağını oluşturur. Kutu trafosunun RS485 bus yerel alan ağı sistem şeması Şekil'de gösterilmiştir. 4.

Kutu tipi dönüşüm sitesinin RS485 veri yolu yerel alan ağı sistemi diyagramı

(1) RS485 seri iletişim veri yolu

RS485 veri yolunun iletişim modu master-slave modudur., ve ana cihaz, iletişim için her bir bağımlı cihazı yoklar, dağıtılmış bir sistem oluşturmak için birden çok noktaya ağ kurulabilir. RS485 arayüzü, yaygın olarak kullanılan düşük hızlı bir seri arayüzdür., ve RS485 arayüzü aşağıdaki özelliklere sahiptir.
* RS485 arayüzü.

RS485 arayüz iletişimi, diferansiyel iletim modunu benimser, ve dengeli sürücü ve diferansiyel alıcı kombinasyonuna sahiptir, ve sinyalleri iletmek için kablonun her iki ucundaki voltaj farkını kullanır, ortak mod girişimine ve gürültü önleme girişimine direnme yeteneğini büyük ölçüde artıran.
* RS485 veri yolu, yüksek iletim hızına ve uzun iletim mesafesine sahiptir. Maksimum iletim mesafesi yaklaşık 1200 metre, ve maksimum aktarım hızı 10 Mbps'dir; iletim hızı, iletim mesafesi ile ters orantılıdır, ve hız 20kbps'nin altında olduğunda maksimum iletim mesafesine ulaşılabilir.
* Birden fazla düğümü destekleyin. Genel olarak, bir RS485 veri yolu döngüsü teorik olarak destekleyebilir 247 cihaz düğümleri.

(2) Modbus-RTU seri iletişim protokolü

Modbus protokolü, endüstriyel veri yolu ağına uygulanır. protokol aracılığıyla, kontrolör ve saha ekipmanı arasında veri iletişimi gerçekleştirilebilir. Farklı üreticiler tarafından üretilen ekipman, birleşik bir protokolü izleyen bir endüstriyel veri yolu ağı izleme sistemi oluşturabilir.. Protokolün master-slave yapısı vardır., ağdaki bir ana düğüm, ve diğerleri bağımlı düğümlerdir, ve her bağımlı düğümün benzersiz bir cihaz adresi vardır.

Seri veri yolu ağında, ana düğüm bir komut başlatır, ve tüm bağımlı cihazlar komutu alacak. Modbus komutu, komutu yürüten bağımlı aygıtın adresini içerir., ve ana cihaz tarafından belirlenen bağımlı cihaz önce yanıt verir ve ardından komutu yürütür.. Gelen komutların bozulmadığından emin olmak için Modbus komutlarında sağlama toplamları vardır.. Modbus komutları, RTU'ya kayıt değerini değiştirme talimatı verebilir, G/Ç bağlantı noktasını okuyun veya kontrol edin, ve cihazın bir veya daha fazla kayıt verisi döndürmesini emredin.

Modbus, ASCII'yi içerir, RTU ve TCP üç mesaj türü. ASCII iletim modu, LRC sağlama toplamı, düşük iletim verimliliği, ama sezgisel, basit ve hata ayıklaması kolay. RTU iletim modu, CRC kontrolünü kullanma, yüksek iletim verimliliği, ASCII'den biraz daha karmaşık. Genel konuşma, iletilecek veri miktarı küçükse, ASCII protokolünü kullanmayı düşünebilirsiniz; iletilecek veri miktarı nispeten büyükse, RTU protokolünü kullanmak en iyisidir. Bu yüzden, Bu sistemin akıllı enstrümanları ve sensörleri, Modbus-RTU iletişim modunu eşit şekilde kullanır.

3.2 Kutu Trafo Saha Kontrolörünün Donanım Tasarımı

Kutu trafosunun saha kontrolörü, gömülü bir sistemden oluşur.. Gömülü sistem uygulama merkezlidir, yazılım ve donanım uyarlanabilir, ve ekipman otomasyonunu gerçekleştirir, istihbarat, ve uzaktan izleme fonksiyonları. Esas olarak gömülü mikroişlemcilerden oluşur., ilgili donanım, gömülü işletim sistemleri, ve uygulama yazılım sistemleri.

(1) STM32 mikroişlemci minimum sistemi

Gömülü mikroişlemcinin minimum sistemi, gömülü mikroişlemciyi içerir, sıfırlama devresi ve hata ayıklama devresi. Saat devresi gerekli harici saat sinyalini sağlar, sıfırlama devresi birleşik bir başlangıç durumu sağlar, ve hata ayıklama devresi, program indirme ve hata ayıklama için bir arayüz sağlar.
* Gömülü mikroişlemci seçeneği. Yerinde kontrolörün performansı için 10kV akıllı kutu trafo uzaktan izleme sisteminin gereksinimlerine göre, bu sistem, yerinde denetleyicinin çekirdek mikroişlemcisi olarak STM32F103ZET6 yongasını seçer. STM32F103ZET6 gömülü mikroişlemci, MCU yüksek entegrasyona sahiptir, Düşük güç tüketimi, ve yüksek maliyet performansı. Endüstriyel tıp alanındaki çeşitli uygulama gereksinimleri için uygundur., ve bu sistemin veri toplama ve gerçek zamanlı işleme gereksinimlerini karşılayabilir.
* Kristal osilatör devresi. Kristal osilatör devresi, mikroişlemcinin normal çalışmasını sağlamak için mikroişlemciye sabit bir frekans darbesi sağlar.. STM32 mikroişlemci iki kristal osilatöre sahiptir, 8MHz kristal osilatör, harici bir yüksek hızlı saat sağlar, ve 32.768KHz kristal osilatör, harici bir düşük hızlı saat sağlar.

* Devreyi sıfırla. Mikroişlemci sıfırlama devresinin işlevi, sistemi yeniden başlatmaktır.. Sistem başarısız olduğunda, cihazı yeniden başlatmak için sıfırlama düğmesine basın. Genel olarak, sıfırlama devresi yeniden başlatmak için düşük seviyeli bir sinyal kullanır.

(2) Güç devresi tasarımı

Sistem, nominal gerilimi 12 V olan bir DC harici güç kaynağı seçer. (2A), ve bir DC 5V seçer (2A) saha kontrolörüne güç sağlamak için USB arayüzlü güç adaptörü. 12V DC güç kaynağı kontrol panosuna bağlanır, ve DC 12V güç kaynağı, LM2596S düşürme modülü aracılığıyla bir DC 5V güç kaynağı elde etmek için düşürülür.. 5V voltajı daha sonra STM32 çipine güç sağlamak için 3,3V voltajı elde etmek üzere AMS1117-3,3V regülatör çipinden geçirilir.. LM2596S ve AMS1117-3.3V güç kaynağı regülatörünün devre şeması Şekil'de gösterilmektedir. 8.

(3) TTL modülüne RS485 arabirimi

TTL modülüne RS485 arabirimi, RS485 sinyali ve TTL sinyalinin iki yönlü dönüşümünü ve iletişimini gerçekleştirir, ancak sinyal dönüşümlü olarak yürütülmelidir, ve aynı anda iki yönde gerçekleştirilemez. Tüm saha cihazları, mikrodenetleyiciye bağlanmak için bu modülü kullanır., ve bağlantı şeması şekilde gösterilmiştir 9.

TFT-LCD ve STM32 MCU'nun Bağlantı Şeması - Figür 9

(4) LCD ekran modülü

Kutu tipi uzaktan izleme sisteminin yerinde denetleyicisinin birçok sayı ve karakter göstermesi gerektiğinden, ekran modülü olarak 2,8 inç TFT-LCD likit kristal ekran seçilmiştir, ve içinde bir ILI9341 denetleyicisi var. STM32'nin SPI arabirimi aracılığıyla ILI9341 ile iletişim kurabileceğini düşünün, 8080 arayüz veya RGB arayüzü. Daha hızlı bir yenileme hızı elde etmek için, TFT-LCD kullanımları 8080 paralel veri yolu arabirimi. STM32, verileri değişken statik bellek FSMC modülü aracılığıyla ILI9341 denetleyici belleğine çıkarır.

(5) Acil anons modülü

STM32 mikroişlemcisi, kutu trafosunun çalışma verilerinde bir anormallik veya arıza olduğunu tespit ettiğinde, seri bağlantı noktasına bir mesaj gönderecek ve bir sesli alarm başlatacaktır.. Acil anons modülü, yaygın olarak kullanılan ses yongası SYN6288'i seçer, ve programlanan programa göre acil anons bilgilerini otomatik olarak yayınlar. Sistem GB2312 kodunu kullanır, Çince karakter işleme ve Çince karakter iletişiminde bilgi alışverişi için uygun olan. SYN6288 ayrıca sayıları doğru bir şekilde tanır, saatler ve tarihler, ve yaygın olarak kullanılan ölçü birimleri.

(6) röle modülü

Saha kontrolörü, DC 12V alarm zilinin ve fanın açılıp kapanmasını kontrol etmek için bir grup 2 yollu optokuplör izolasyon röle modülü seçer., ve kutu tipi egzoz fanının güç kaynağı tipine ve gücüne göre 220V AC katı hal rölesi seçilebilir. Her röle devre modülü normalde açık ve normalde kapalı kontaklara sahiptir., yanı sıra LED durum göstergesi; her röle devresi optokuplörler tarafından izole edilir, ve rölenin endüklenen gerilimini serbest bırakmak ve önceki devreyi korumak için bir serbest diyot ile donatılmıştır.. Kutu trafo ortam sıcaklığı belirli bir aralığı aştığında, yerinde kontrolör yüksek düzeyde çıktı verir, ve bir optocoupler izolasyon rölesi fanı soğutmak için açar; aşırı duman konsantrasyonu gibi ciddi arızalar meydana geldiğinde, kontrolör, bağlanmak için başka bir optokuplör izolasyon rölesini çalıştırır Alarm zili döngüsü, yerinde bir alarm gönderir. Rölenin çalışma prensibi şeması ve röle modülü ile STM32 çipi arasındaki bağlantı şeması için, lütfen üreticiyle iletişime geçin ve talebi gönderin.

(7) İletişim modülü

10kV akıllı kutu trafo uzaktan izleme sisteminin tasarım gereksinimlerine göre, akıllı kutu trafo ve bulut arasındaki iletişim, düşük trafik maliyeti ile GPRS kablosuz iletişim yöntemini seçer. Gizwits aygıt yazılımı GPRS modülü.
*Gizwits aygıt yazılımı GPRS modülü (G510_GAgent ürün yazılımı). Bu modül, çeşitli iletişim modülleri üzerinde çalışan bir uygulama programıdır., bulut ve ürün cihaz verilerinin iki yönlü iletimi gibi işlevlerin sağlanması, ağa cihaz yapılandırması, keşif ve bağlama, ve program yükseltmeleri. GPRS modülü ile ana kontrolör arasındaki devre şeması, üretici ile iletişime geçilerek elde edilebilir..

*GPRS-GA6 modülü. Bu modül ses iletimini gerçekleştirebilir, düşük güç tüketimi ile kısa mesaj ve veri. M2M uygulamalarında çeşitli tasarım gereksinimleri için uygundur., özellikle kompakt ürünlerin tasarımı için. ikincisi, iletişim protokolü, UART seri port veri yolu iletimini benimser, modülü kontrol etmek için standart AT komutlarını kullanır, ve 115200bps baud hızını seçer. İletişim IoT üreticisi GPRS-GA6 modülünün ve STM32 mikro denetleyicisinin bağlantı devre şeması için.

3.3 Mikrobilgisayar kapsamlı koruma cihazı

Güç trafosu koruma tasarım spesifikasyonuna göre (GB/T 50062-2008), 10kV trafolarının genellikle zaman sınırı ile aşırı akım koruması kurması gerekir. Mikrobilgisayar koruma cihazının koruması vardır, trafo ve hatların ölçüm ve kontrol fonksiyonları, yanı sıra veri toplama işlevleri, izleme ve sistem kendi kendini denetleme, ve yüksek hassasiyet ve güvenilirliğe sahiptir.

Öğrenci dairesinde 10kV akıllı kutu değişiminin tasarım gereksinimlerine göre, RS485 iletişim işlevine sahip Ankerui AM3-I akım tipi mikrobilgisayar kapsamlı koruma cihazı seçildi, IA ile, IB, IC, Birleşik Arap Emirlikleri, UB, UC, P, Q, Fr ve diğer elektrik Parametre ölçümü, 8-kanal harici anahtar sinyali alımı, ve devre kesici uzaktan kumanda açma kapama işlemleri ve diğer fonksiyonlar. AM3-I mikrobilgisayar koruma cihazının bağlantı terminal şeması aşağıdaki gibidir:

AM3-I mikrobilgisayar koruma cihazının bağlantı terminal şeması

3.4. Akıllı ağ ölçer

Akıllı şebeke sayaçları, üç fazlı akım gibi elektriksel parametreleri tespit etmek için kullanılır., alçak gerilim güç dağıtım devrelerinin gerilimi ve gücü, izolasyon anahtarlarının ve devre kesicilerin açma ve kapama durumunun yanı sıra. 10kV akıllı kutu transformatörünün ikincil sisteminin tasarım gereksinimlerine göre, RS485 iletişim fonksiyonlu Ankerui ACR akıllı ağ ölçer seçildi, ve ACR akıllı ağ ölçer ile alçak gerilim akım trafosunun bağlantı şeması ve anahtar girişi ve çıkışının kablo şeması seçilir.

ACR akıllı ağ ölçer alçak gerilim akım trafosu ve dijital giriş ve çıkış bağlantı şeması

ACR akıllı ağ ölçer, Modbus-RTU protokolünü benimser, güç parametrelerini ölçebilen ve toplayabilen. Anahtar giriş işlevi, izolasyon anahtarının ve devre kesicinin anahtarlama durumunu algılayabilir, ve röle çıkış fonksiyonu, devre kesiciyi uzaktan açıp kapatabilir. ACR akıllı ağ ölçer, iletişim adres tablosu için birleşik bir plana sahiptir, telemetrinin üç uzak işlevini gerçekleştirebilen, uzaktan sinyalizasyon ve uzaktan kumanda.

(1) AC analog sinyalinin AD dönüşümü ve hesaplanması

bu 3 faz voltajı sinyalleri ve 3 akım sinyalleri (akım trafosu çıkış sinyalleri) ACR akıllı ağ ölçer tarafından doğrudan toplanan tüm analog miktarlar, veri işleme için CPU tarafından tanınabilen dijital sinyallere dönüştürülmesi gereken. Birinci, Ve 3 220V faz gerilimleri ve 3 mevcut analoglar, dönüştürücü aracılığıyla düşük voltajlı sinyallere dönüştürülür, ve bir voltaj oluşturma döngüsü yoluyla AD dönüştürücü tarafından izin verilen voltaja dönüştürülür; , AD tarafından dijital bir sinyale dönüştürülür ve CPU'ya girilir. AC analog miktarının örnekleme ve AD dönüştürme işleminin şematik diyagramı, üretici ile iletişime geçilerek elde edilebilir..

* Analog voltaj dönüştürme ve alçak geçiren filtreleme. Gerilim oluşturan devrenin işlevi, elektriği elektriksel olarak izole etmek ve dönüştürmektir.. Genel olarak, AD dönüştürücü giriş sinyalinin ±5V ve ±10V olmasını gerektirir, böylece voltaj dönüştürücünün dönüşüm oranı belirlenebilir. Alçak geçiren filtreler, pasif filtreler ve aktif filtreler olarak ikiye ayrılır.. Aktif filtreler kapasitörlerden oluşur, dirençler ve entegre işlemsel yükselteçler, filtreleme sırasında sinyali yükselten. Pasif filtrelerin yalnızca filtreleme işlevleri vardır, ancak sinyal yükseltme işlevleri yoktur.
* Analog sinyal örnekleme. Örnekleme süreci, Shannon'ın örnekleme teoremini takip etmelidir., yani, örnekleme frekansı daha az olmamalıdır 2 giriş sinyalinin en yüksek frekansının katı. Örnekleme süreci çok hızlı. Geçerli AD dönüştürücü örneklemesi nanosaniye düzeyine ulaştı, güç sistemi otomatik cihazının örnekleme periyodu milisaniye seviyesindeyken, böylece altı döngünün voltaj ve akım sinyalleri bir AD dönüştürücüyü paylaşabilir, ancak örnekleme devresi bir örnekle ve tut cihazı ve bir multiplexer anahtarı ile donatılmalıdır.
* AD dönüştürme. AD dönüştürücüler ardışık yaklaşım içerir, integral, sayma, paralel karşılaştırma, ve VFC voltaj-frekans dönüştürücüler. Ardışık yaklaşım AD dönüştürücü, ADC'de hem hızın hem de kesinliğin bir temsilcisidir., ve daha yüksek bir dönüştürme oranında daha yüksek bir dönüştürme çözünürlüğüne sahiptir.

(2) Sinüzoidal elektrik miktarının yarım döngü mutlak değer entegrasyon algoritması

Yazılım algoritmasının anahtarı, algoritma işleminin doğruluğunu ve hızını iyileştirmektir.. Akıllı sayacın AC örnekleme algoritmasının anahtarı, sinüzoidal sinyalin anlık değerine göre sinüzoidal örnekleme sinyalinin genliğinin veya etkin değerinin nasıl hesaplanacağını çözmektir.. Sinüs miktarları için en yaygın kullanılan algoritma, yarım döngü mutlak değer entegrasyon algoritmasıdır.. Yarım döngü mutlak değer entegrasyon algoritmasının ilkesi, herhangi bir yarım döngüdeki sinüs miktarının mutlak değerinin integralinin sabit bir S olmasıdır., ve integral değer sabiti S'nin integral başlangıç açısı ile hiçbir ilgisi yoktur. . Sinüs fonksiyon modeline dayalı yarım döngü mutlak değer entegrasyon algoritması Şekil'de gösterilmektedir. 19.

Sinüs fonksiyon modeline dayalı yarım döngü mutlak değer entegrasyonu algoritması

Yarım çevrim mutlak değer integral algoritması kullanılarak akımın efektif değerinin hesaplanması için ifade aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.:

formülde, S, mutlak değerin yarım döngü içindeki integralini temsil eder; I akımın efektif değerini temsil eder; i akımın anlık değerini temsil eder; w açısal hızı temsil eder; T, AC güç döngüsünü temsil eder; f, AC güç frekansını temsil eder; N, bir döngüdeki örnek sayısını temsil eder ; Ts örnekleme periyodunu temsil eder.

3.5 RS485 sıcaklık ve nem duman sensörü

Kutu tipi trafonun güç kaynağı hattında kaçak olabileceği düşünülerek, aşırı yükleme, kısa devre ve aşırı kontak direnci, Yangınlara neden olabilecek, ve akaryakıt daldırılmış transformatörün arızalanması yangınlara neden olabilir. Öyleyse, kutu tipi trafonun yangın algılaması için kutu tipi trafoya duman sensörü takılması gerekir. Potansiyel arızaları erken tespit etmek için. Ölçüm doğruluğunu sağlamak ve aynı zamanda maliyeti azaltmak için, RS485 sıcaklığı, sıcaklığı algılamak için nem ve duman üçü bir arada sensör kullanılır, kutu trafosunda nem ve duman konsantrasyonu. bu sıcaklık ve nem sensörü SHT30 probunu kullanır. Yerinde dalgalanma ve darbe girişimi. sensör var 4 teller: kırmızı, siyah, sarı, ve yeşil. Sıcaklık ve nem duman sensörünün özel kablolama yöntemi için, lütfen IoT üreticisiyle iletişime geçin.

Bu sistemde tasarlanan akıllı sayaçlar ve sensörler Modbus-RTU protokolünü benimser., tam baud hızı aralığında güvenilir bir şekilde iletişim kurabilen 1200-115200. Akıllı sayaçların ve sensörlerin baud hızı eşit olarak 9600bps'ye ayarlanmıştır. Sensörün veri iletim formatı ve veri dönüştürme formatı aşağıdaki gibidir:
Sensör veri sorgulama çerçeve formatı. Sensör, standart Modbus-RTU protokolünü takip eder, ve sensör okuması tutma kaydında saklanır, ve işlev kodu 04. Üst bilgisayar, sensör veri sorgulama çerçeve formatını okur, ve alt bilgisayar sensörü veri sorgulama çerçeve formatı.

3.6 PT100 sıcaklık vericisi - RTD PT100'ün çalışma prensibi - sıcaklık sensörünün çalışma prensibi

PT100 sıcaklık vericisi, trafo vücut sıcaklığını tespit etmek için kullanılır, yüksek gerilim ve alçak gerilim kablo sıcaklığı, çeşitli sanayi siteleri için uygundur. Transformatör çalışma sırasında kayıplar üretecektir., esas olarak demir kaybı ve bakır kaybı, çekirdek kaybı ve yük kaybı olarak da bilinir. Bakır kaybı yük akımına göre değişir ve yük akımının karesiyle orantılıdır. Trafo kaybı hesaplama formülü aşağıdaki gibidir:

formülde, P0, anma geriliminde yüksüz çalışmada transformatörün aktif gücünü temsil eder; I1 ve I2, yüksek voltajlı hat akımını ve düşük voltajlı yan hat akımını temsil eder; R1 ve R2, yüksek voltaj yan direncini ve düşük voltaj yan direncini temsil eder..

PT100 sıcaklık vericisi, RS485 veri yolu arayüzü ile gömülüdür, ve her sıcaklık vericisi bağlanabilir 4 PT100 sıcaklık sensörleri.

3.7 Suya daldırma vericisinin çalışma prensibi

Kutu trafo temel çukurunun düşük su seviyesi nedeniyle, Şiddetli yağmurdan sonra kablo kanallarında ve temel çukurunda genellikle su birikmesi olur., ve kablo sızıntısı gibi potansiyel bir güvenlik tehlikesi vardır., bu nedenle düzensiz muayene ve drenaj gereklidir. bu tasarımda, Suya daldırma sensörü, kutu altyapısının temel çukurundaki su birikimini algılamak için kullanılır.. Suya daldırma sensörü, sıvı iletimi prensibini uygular, ve su olup olmadığını tespit etmek için elektrotlar kullanır. RS485 iletişim işlevine sahip bir kontak tipi suya daldırma dedektörü seçin. Suya daldırma dedektörünün çalışma prensibi Şekil'de gösterilmiştir. 23.

4. Sistem yazılımı tasarımı

Sistem yazılımı tasarımı iki bölümden oluşur: 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. Mikrobilgisayar entegre koruma cihazı, akıllı ağ sayacı ve akıllı sensör, saha trafosunun yerel alan ağında alan veriyolunda gömülü uygulama yazılımına sahiptir, bu nedenle sadece kutu trafosunun saha kontrolörünün yazılım programı tasarımı gereklidir.

4.1 Kutu tipi trafo için saha kontrol yazılımı tasarımı

Kutu trafosunun saha kontrolörü gömülü bir sistemdir., ve yazılım sistemi uygulama programından oluşmaktadır., API, gömülü işletim sistemi ve BSP (yönetim kurulu destek paketi). Birçok parametrenin özelliklerine göre, 10kV akıllı kutu tipi transformatörün saha kontrolörü tarafından toplanan birçok görev ve yüksek gerçek zamanlı gereksinimler, μC/OS-Ⅲ gömülü gerçek zamanlı işletim sistemi, ticari ürün geliştirme ve öğretim araştırmalarında yaygın olarak kullanılan, seçildi. μC/OS-Ⅲ görevleri en küçük birim olarak kabul eder, ve herhangi bir görevin, kaynakların özel yönetim yöntemini önemsemesine gerek yoktur, işletim sistemi tarafından belirlenir.

4.2 Kutu tipi transformatörün saha kontrolörünün yazılım programı tasarımı

Tüm yazılım sistemi tasarımı, akıllı araçlardan oluşan dağıtılmış sisteme dayanmaktadır., sensörler, saha denetleyicileri ve bulut platformları, ve uygulama yazılımlarının tasarımı ve geliştirilmesi gerçekleştirilmektedir.. Veri iletimi ve değişimi, yerinde denetleyici ve Gizwits bulut sunucusu, veri aktarımı ve alışverişi için GPRS ürün yazılımındaki Gizwits iletişim protokolünü kullanır. Kutu tipi transformatörün saha kontrolörü uygulama yazılımının ana program akış şeması.

*Yazılım ana programı. Birinci, sistemin tüm parçalarını başlat, GPIO gibi, seri port, saat, bellek yönetimi, vesaire., ve μC/OS-Ⅲ'de görevler oluşturun. STM32, sensör verisi toplama ve işlemeyi gerçekleştirir, ve LCD ekrana doğru bilgileri gönderir. Aynı zamanda, STM32, GPRS-G510 modülüne AT komutları gönderir, veri alışverişi, LwM2M protokolü aracılığıyla Gizwits bulut platformuna bağlanır, ve GPRS iletişim modülünün Gizwits bulut sunucusuna başarıyla bağlanıp bağlanmadığına karar verir.. Bağlantı başarılıysa, veri iletimi gerçekleştirilir. Ardından, işlenen verilerin ayarlanan eşikten büyük olup olmadığına karar verin.
Kutu trafo merkezinin küçük bir arızası ise, veri bilgilerini bulut platformu üzerinden mobil uygulamaya gönderin; genel bir başarısızlıksa, Veri alarm bilgilerini bulut platformu üzerinden mobil uygulamaya gönderin, ve alarm bilgilerini cep telefonu SMS'i yoluyla göndermek için GPRS-GA6 iletişim modülünü başlatın; eğer ciddi bir kusursa, veri alarmı bilgileri, bulut platformu aracılığıyla cep telefonu uygulamasına gönderilecek, ve GPRS-GA6 iletişim modülü devreye girerek alarm bilgilerini cep telefonuna kısa mesaj olarak gönderir ve önceden ayarlanan ilgili personeli arar..