Проектування інтелектуальної коробкової підстанції 10 кВ на базі платформи Gizwits IoT + STM32

Інтелектуальна система дистанційного керування коробчатої підстанції 10 кВ, представлена в цій статті, була спроектована та розроблена Тянь Хуі з Університету науки і технологій Сіань.

Система використовує проект інтелектуальної системи зміни коробки 10 кВ для студентської квартири в коледжі як інженерну основу, і розробляє інтелектуальну систему зміни коробки 10 кВ на основі Інтернет речей. Система складається з трьох частин: шар сприйняття, комунікаційний рівень і прикладний рівень. Рівень сприйняття відповідає за збір даних датчиків і передачу їх на польовий контролер.

Включаючи вторинне системне обладнання, таке як пристрої захисту мікрокомп’ютера, лічильники інтелектуальної мережі, та інтелектуальні контролери компенсації реактивної потужності, а також обладнання для визначення навколишнього середовища, наприклад температури та вологості, дим, і датчики занурення у воду. Внутрішній контролер використовує вбудований мікропроцесор STM32, включаючи РК-дисплей, модуль голосового оповіщення, реле і модуль зв'язку GPRS, тощо; комунікаційний рівень використовує бездротовий зв'язок GPRS, який відповідає за двосторонню передачу даних між локальним контролером і хмарною платформою; Хмарна платформа Gizwits розробляє систему віддаленого моніторингу та мобільний додаток для коробчатих трансформаторів, який відповідає за зберігання, аналіз і обробка даних про роботу коробчастих трансформаторів.

Ця система нарешті реалізує дистанційний моніторинг параметрів навколишнього середовища, таких як змінна температура та вологість., димова сигналізація та вода котловану, а також електричні параметри, такі як струм, Напруга, частота і коефіцієнт потужності, і робочий стан обладнання через WEB або мобільний APP на комп’ютері.

При виникненні несправності або несправності в роботі коробчастого трансформатора, система моніторингу автоматично визначає рівень несправності, і надсилає тривогу через різні комбінації дзвінка на місці, ДОДАТОК для мобільного телефону, СМС і телефон, тощо, і сповіщає відповідний персонал для своєчасного усунення прихованих несправностей і запобігання аварій електричного струму. . Він підходить для віддаленого моніторингу та централізованого керування коробковими трансформаторами та розподільними приміщеннями, і може значно підвищити рівень інтелекту та безпеку електропостачання та надійність обладнання для розподілу електроенергії в школах, підприємств і громад.

1. вступ

З побудовою та розвитком соціальної економіки та розподільної мережі, є все більше і більше коробчатих трансформаторів 10 кВ. Традиційна коробкова підстанція напругою 10 кВ зазвичай працює в режимі автоматичної та ручної регулярної перевірки, який має низький ступінь інтелекту та не має дистанційного моніторингу та систем сигналізації про несправності навколишнього середовища та обладнання. Наразі, із швидким розвитком технології розумних датчиків, вбудована технологія, комунікаційні технології та технології хмарних обчислень і зниження вартості, Розумна коробкова підстанція 10 кВ на основі Інтернету речей стала найкращим вибором для модернізації та трансформації традиційних коробкових підстанцій.

Інтелектуальна система віддаленого моніторингу коробкової підстанції на основі Інтернету речей може віддалено контролювати середовище коробкової підстанції, параметри роботи та стан обладнання в режимі реального часу. Як показано на малюнку 1.

Користувачі можуть дистанційно контролювати такі параметри навколишнього середовища, як температура та вологість коробки, димова сигналізація, та накопичення води в котлованах, а також електричні параметри, такі як струм, Напруга, частота, і коефіцієнт потужності, і статус обладнання за допомогою комп’ютерів або мобільних додатків у будь-який час. Коли коробкова підстанція працює ненормально або виходить з ладу, система моніторингу автоматично сповістить відповідний персонал за допомогою різних методів мобільного телефону APP, СМС та телефон відповідно до ступеня несправності, щоб вчасно усунути приховані несправності та запобігти нещасним випадкам з електрикою.

10кВ розумна коробкова підстанція на основі Інтернету речей

Система дистанційного моніторингу підстанції типу «розумна коробка» складається з a "локальна мережа польової шини" всередині коробчатої підстанції та a "хмарна платформа глобальної мережі" за межами підстанції коробкового типу. Ця структурна модель може бути застосована для розробки систем дистанційного моніторингу систем дистанційного моніторингу обладнання вторинного водопостачання, системи управління платою за електроенергію в житлових приміщеннях, і системи віддаленого моніторингу ліфтів для покращення рівня інтелекту та управління традиційним обладнанням і сприяння модернізації традиційних галузей промисловості. Він має хорошу цінність застосування.

2. Загальний дизайн програми

Розробка інтелектуальної коробчатої підстанції на основі Інтернету речей базується на проекті розумної коробчатої підстанції 10 кВ у квартирі студента коледжу. Конструкція первинної системи інтелектуального коробкового трансформатора 10 кВ така ж, як і традиційного коробкового трансформатора 10 кВ, і це має тенденцію бути зрілим. Ця стаття присвячена інтелектуальному дизайну інтелектуального коробкового трансформатора 10 кВ. Нижче наведено короткий огляд проектного змісту первинної системи інтелектуального коробкового трансформатора 10 кВ.

2.1 Проект первинної системи інтелектуальної коробчатої підстанції 10 кВ

Силове навантаження No. 5 Студентський житловий будинок в університеті - це в основному освітлення, комп’ютери та нещодавно додані кондиціонери. Кожен гуртожиток розраховується як 8 Люди, освітлювальне навантаження 100 Вт, навантаження на комп’ютер кожного учня становить 200 Вт, і кожна вішалка 1.5P спліт-типу заново встановлена з кондиціонерами Потужність 1.3kW, а навантаження окремого гуртожитку 3,0кВт. Відповідно до "Посібник з проектування промислового та цивільного електропостачання та розподілу", Коефіцієнт попиту на потужність гуртожитку становить 0.7, а коефіцієнт потужності становить 0.8.

Враховуючи збільшення електричного навантаження студентської квартири в майбутньому, трансформатор повинен зарезервувати певний запас, і вибрано трансформатор потужністю 1000 кВА. Враховуючи початкову інвестиційну вартість та експлуатаційну вартість трансформатора, а також вимоги національної політики енергозбереження та скорочення викидів, для цієї мети обрано повністю герметичний масляний трансформатор С13-М-1000/10-0,4 з малими втратами..

На основі статистичного розрахунку навантаження, розрахунок короткого замикання, перевірка динамічної стабільності та перевірка термічної стабільності, вибрано основне обладнання первинної системи коробчатого трансформатора. Конкретні моделі та технічні параметри основного обладнання первинної системи наведені в табл 3, Таблиця 4, Таблиця 5 і табл 6.

Відповідно до проектних вимог No. 5 Студентська квартира проект боксу підстанції та первинний проектний розрахунок системи, головна схема підключення проектованої первинної системи №. 5 підстанція студентської квартири показана на малюнку 2.

малюнок 2 : Основна схема підключення первинної системи коробчатої підстанції в студентській квартирі ВНЗ

2.2 Інтелектуальна проектна схема коробкового трансформатора 10 кВ

Націлені на конструктивні дефекти та проблеми, що існують в управлінні експлуатацією традиційної коробчатої підстанції 10 кВ, Ключ до вирішення проблеми полягає в побудові замкнутої системи для виявлення, дистанційний моніторинг та сигналізація середовища та обладнання інтелектуальної коробкової підстанції, і конструкція має дистанційний моніторинг робочого середовища та електричного обладнання Інтелектуальна система трансформаторів з різними функціями може збирати та контролювати параметри навколишнього середовища, такі як контроль доступу до трансформаторів, температура та вологість навколишнього середовища, димова сигналізація, і вода в кабельній траншеї, а також напруга, поточний, активна потужність, реактивна потужність, коефіцієнт потужності, температура кабелю, трансформатор трансформатор, тощо.

Сигнал тривоги про температуру тіла та газ та інші робочі параметри обладнання, дистанційне керування витяжним вентилятором, пристрій захисту мікрокомп'ютера та вимикач.

Система використовує розумні інструменти та розумні датчики з функціями зв’язку, які зазвичай використовуються на промислових об’єктах, і передає зібрані дані до польового контролера за допомогою зв’язку польової шини, і польовий контролер передає дані на сервер або хмарний хост-комп’ютер через бездротовий або дротовий модуль зв’язку. Реалізація таких функцій, як телеметрія, дистанційна сигналізація та дистанційне керування.

Система дистанційного моніторингу інтелектуального коробкового трансформатора 10 кВ на основі Інтернету речей використовує інтелектуальні інструменти та датчики з функцією цифрового двостороннього зв’язку, і однаково приймає стандартний інтерфейс шини RS485 і протокол зв'язку Modbus-RTU. Система віддаленого моніторингу інтелектуального коробкового трансформатора на основі Інтернету речей складається з трьох частин: шар сприйняття, комунікаційний рівень і прикладний рівень.
* Шар сприйняття: за допомогою різноманітних розумних лічильників і розумних датчиків для збору різних середовищ, робочі параметри обладнання та робочий стан обладнання коробового трансформатора, і передають дані на польовий контролер через шину RS485. Польовий контролер має вбудовану операційну систему та збір даних, Обчислювальна техніка, функції обробки та контролю.
* Комунікаційний рівень: Цей рівень є зв'язком і ланкою передачі та обміну даними, і відповідає за двосторонню передачу даних між хмарною платформою та контролером на місці. Відповідно до фактичних умов зв'язку коробкового трансформатора, різні способи зв’язку, наприклад дротовий оптичний кабель, Для передачі даних на хмарну платформу можна вибрати Ethernet або бездротовий GPRS.
*Прикладний рівень: Спроектувати та розробити систему дистанційного моніторингу коробчатих трансформаторів на хмарній платформі, відповідальний за відправку, отримання та обробка історичних даних, дистанційний контроль параметрів роботи коробчастих трансформаторів, а також зберігання записів і аналіз операційних даних подій. А також розробити WEB і мобільний ДОДАТОК на хмарній платформі, Черговий електрик може в будь-який час контролювати робочі дані та робочий стан обладнання коробкового трансформатора через комп’ютер або мобільний APP.

3. Проект апаратного забезпечення системи

3.1 Локальна мережа шини RS485 коробчатого трансформаторного вузла

З розвитком і прогресом вбудованих технологій і зниження вартості, багато приладів виявлення, датчики та виконавчі механізми мають вбудовані мікропроцесори для недоліків і проблем передачі інформації традиційного коробкового польового обладнання, який може завершити перетворення ADDA, лінеаризацію та цифрову фільтрацію. У ці цифрові польові пристрої додано послідовний інтерфейс передачі даних, і послідовний двосторонній зв'язок між польовими пристроями може бути реалізований за допомогою уніфікованого стандартного протоколу зв'язку.

В даний час в основному використовується мережа промислових автобусів.

Одним із ключових моментів у розробці системи дистанційного моніторингу для інтелектуальних коробкових трансформаторів є вибір інтелектуальних приладів і датчиків із функціями цифрового двостороннього зв’язку., прийняти стандартні та уніфіковані шинні інтерфейси та протоколи зв'язку. Починаючи з інженерної практики конструкції інтелектуальної коробки трансформації 10 кВ у №. 5 студентська квартира, вибрано шину RS485 і протокол зв’язку Modbus-RTU, який зазвичай підтримується розумними датчиками.

Відповідно до основної схеми підключення первинної системи бокс-трансформатора в студентській квартирі в коледжі та структурної схеми системи інтелектуальної короб-трансформаторної системи дистанційного моніторингу 10кВ, дизайн апаратного забезпечення системи бере контролер поля трансформатора в якості ядра, і складається з інтегрованого в мікрокомп'ютер захисного пристрою, інтелектуальний лічильник мережі та інтелектуальний прилад реактивної потужності Вторинне системне обладнання, таке як компенсатори, і датчики виявлення навколишнього середовища, такі як датчики температури та вологості диму, Датчики температури PT100 і датчики проникнення води утворюють локальну мережу шини RS485 на місці трансформації коробки в коробку. Схема системи локальної мережі RS485 коробкового трансформатора показана на малюнку 4.

Схема системи локальної мережі шини RS485 вузла трансформації коробкового типу

(1) Шина послідовного зв'язку RS485

Режим зв'язку шини RS485 - режим ведучий-підлеглий, і головний пристрій опитує кожен підлеглий пристрій для зв'язку, і мережа «одна-багато точок» може бути встановлена для формування розподіленої системи. Інтерфейс RS485 є широко використовуваним низькошвидкісним послідовним інтерфейсом, і інтерфейс RS485 має такі характеристики.
* Інтерфейс RS485.

Інтерфейс зв'язку RS485 приймає диференціальний режим передачі, і має комбінацію збалансованого драйвера та диференціального приймача, і використовує різницю напруги на обох кінцях кабелю для передачі сигналів, що значно підвищує здатність протистояти синфазним перешкодам і шумовим перешкодам.
* Шина RS485 має високу швидкість передачі та велику відстань передачі. Максимальна відстань передачі становить близько 1200 метрів, а максимальна швидкість передачі становить 10 Мбіт/с; його швидкість передачі обернено пропорційна відстані передачі, а максимальна відстань передачі може бути досягнута, коли швидкість нижче 20 Кбіт/с.
* Підтримка кількох вузлів. В загальному, контур шини RS485 теоретично може підтримувати 247 вузли пристрою.

(2) Протокол послідовного зв'язку Modbus-RTU

Протокол Modbus застосовується до промислової шинної мережі. Через протокол, передача даних може здійснюватися між контролером і польовим обладнанням. Обладнання різних виробників може сформувати систему моніторингу промислової шинної мережі за єдиним протоколом. Протокол має структуру провідний-підлеглий, один головний вузол у мережі, а інші є підлеглими вузлами, і кожен підлеглий вузол має унікальну адресу пристрою.

У мережі послідовної шини, головний вузол запускає команду, і всі підлеглі пристрої отримають команду. Команда Modbus містить адресу підлеглого пристрою, який виконує команду, і підлеглий пристрій, призначений головним пристроєм, відповідає першим, а потім виконує команду. У командах Modbus є контрольні суми, щоб переконатися, що надійшли команди не пошкоджені. Команди Modbus можуть наказати RTU змінити значення свого регістру, читати або керувати портом введення/виведення, і наказує пристрою повертати один або більше даних реєстру.

Modbus містить ASCII, RTU і TCP три типи повідомлень. Режим передачі ASCII, Контрольна сума LRC, низька ефективність передачі, але інтуїтивно зрозумілий, простий і легкий для налагодження. Режим передачі RTU, за допомогою перевірки CRC, висока ефективність передачі, трохи складніше, ніж ASCII. Вцілому, якщо обсяг даних для передачі невеликий, ви можете розглянути можливість використання протоколу ASCII; якщо обсяг даних для передачі є відносно великим, найкраще використовувати протокол RTU. З цієї причини, інтелектуальні прилади та датчики цієї системи однаково адаптують режим зв’язку Modbus-RTU.

3.2 Апаратна конструкція польового контролера коробкового трансформатора

Польовий контролер коробкового трансформатора складається з вбудованої системи. Вбудована система орієнтована на застосування, програмне та апаратне забезпечення можна адаптувати, і здійснює автоматизацію обладнання, інтелект, і функції віддаленого моніторингу. В основному він складається з вбудованих мікропроцесорів, відповідне обладнання, вбудовані операційні системи, і прикладні програмні системи.

(1) Мікропроцесорна мінімальна система STM32

Мінімальна система вбудованого мікропроцесора включає вбудований мікропроцесор, схема скидання та схема налагодження. Схема синхронізації забезпечує необхідний зовнішній сигнал синхронізації, схема скидання забезпечує уніфікований початковий стан, а схема налагодження забезпечує інтерфейс для завантаження програми та налагодження.
* Опція вбудованого мікропроцесора. Відповідно до вимог системи дистанційного моніторингу інтелектуального коробкового трансформатора 10 кВ для продуктивності локального контролера, ця система вибирає чіп STM32F103ZET6 як основний мікропроцесор локального контролера. Вбудований мікропроцесор STM32F103ZET6, MCU має високий рівень інтеграції, низьке енергоспоживання, і висока вартість. Він підходить для різних вимог застосування в галузі промислової медицини, і може відповідати вимогам збору даних і обробки в реальному часі цієї системи.
* Схема кристалічного генератора. Схема кварцевого генератора подає імпульс фіксованої частоти на мікропроцесор, щоб мікропроцесор працював нормально. Мікропроцесор STM32 має два кварцевих генератора, кристалічний генератор 8 МГц забезпечує зовнішній високошвидкісний годинник, а кристалічний генератор 32,768 кГц забезпечує зовнішній низькошвидкісний годинник.

* Схема скидання. Функція схеми скидання мікропроцесора полягає в перезапуску системи. Коли система дає збій, натисніть кнопку скидання, щоб перезапустити пристрій. Загалом, схема скидання використовує сигнал низького рівня для перезапуску.

(2) Розробка схеми живлення

Система вибирає зовнішнє джерело живлення постійного струму з номінальною напругою 12 В (2А), і вибирає 5 В постійного струму (2А) адаптер живлення з інтерфейсом USB для живлення польового контролера. Джерело живлення 12 В постійного струму підключається до плати керування, а джерело живлення 12 В постійного струму знижується, щоб отримати джерело живлення 5 В постійного струму через понижуючий модуль LM2596S. Потім напруга 5 В пропускається через мікросхему регулятора AMS1117-3,3 В, щоб отримати напругу 3,3 В для живлення мікросхеми STM32.. Принципова схема регулятора живлення LM2596S і AMS1117-3.3V показана на рис. 8.

(3) Інтерфейс RS485 до модуля TTL

Інтерфейс RS485 для модуля TTL реалізує двостороннє перетворення та передачу сигналу RS485 і сигналу TTL, але сигнал повинен виконуватися по черзі, і не може здійснюватися в двох напрямках одночасно. Усі польові пристрої використовують цей модуль для підключення до мікроконтролера, а схема підключення показана на малюнку 9.

Схема підключення TFT-LCD і STM32 MCU - малюнок 9

(4) LCD дисплейний модуль

Оскільки локальний контролер коробкової системи дистанційного моніторингу повинен відображати багато цифр і символів, як дисплейний модуль обрано 2,8-дюймовий TFT-LCD рідкокристалічний дисплей, і всередині є контролер ILI9341. Вважайте, що STM32 може спілкуватися з ILI9341 через інтерфейс SPI, 8080 інтерфейс або інтерфейс RGB. Щоб досягти швидшої частоти оновлення, Використання TFT-LCD 8080 інтерфейс паралельної шини даних. STM32 виводить дані в пам'ять контролера ILI9341 через модуль змінної статичної пам'яті FSMC.

(5) Модуль голосового оповіщення

Коли мікропроцесор STM32 виявляє аномалію або помилку в робочих даних коробкового трансформатора, він надішле повідомлення на послідовний порт і запустить голосовий сигнал. Модуль голосового оповіщення вибирає широко використовуваний голосовий чіп SYN6288, і автоматично транслює інформацію голосового тривоги відповідно до запрограмованої програми. Система використовує код GB2312, який підходить для обміну інформацією під час обробки китайських ієрогліфів і спілкування китайськими ієрогліфами. SYN6288 також точно розпізнає числа, час і дати, і загальновживані одиниці вимірювання.

(6) Релейний модуль

Польовий контролер вибирає групу двосторонніх релейних модулів ізоляції оптронів для керування відкриттям і закриттям сигнального дзвінка постійного струму 12 В і вентилятора, і твердотільне реле 220 В змінного струму можна вибрати відповідно до типу джерела живлення та потужності коробчатого витяжного вентилятора. Кожен модуль релейної схеми має нормально відкриті та нормально замкнуті контакти, а також світлодіодна індикація стану; кожна ланцюг реле ізольована оптронами, і оснащений діодом вільного ходу для зняття індукованої напруги реле та захисту попередньої схеми. Коли температура навколишнього середовища коробкового трансформатора перевищує певний діапазон, вбудований контролер видає високий рівень, і одне ізолювальне реле оптрона вмикає вентилятор для охолодження; при виникненні серйозних несправностей, таких як надмірна концентрація диму, контролер керує іншим ізолювальним реле оптрона для підключення. Шлейф сигналізації надсилає сигнал тривоги на місці. Принципова схема роботи реле та схема з’єднання між модулем реле та мікросхемою STM32, зв'яжіться з виробником і надішліть запит.

(7) Модуль зв'язку

Відповідно до проектних вимог системи дистанційного моніторингу трансформатора інтелектуальної коробки 10 кВ, зв’язок між інтелектуальним трансформатором коробки та хмарою вибирає метод бездротового зв’язку GPRS із низькою вартістю трафіку. Прошивка модуля GPRS Gizwits.
*Прошивка модуля GPRS Gizwits (Прошивка G510_GAgent). Цей модуль є прикладною програмою, що працює на різних комунікаційних модулях, надання таких функцій, як двостороння передача даних із хмари та пристрою продукту, налаштування пристрою в мережу, відкриття і зв'язування, та оновлення програми. Схему з'єднання GPRS-модуля з основним контролером можна отримати, звернувшись до виробника.

*Модуль GPRS-GA6. Цей модуль може реалізувати передачу голосу, короткі повідомлення та дані з низьким енергоспоживанням. Він підходить для різних вимог до дизайну в програмах M2M, особливо для дизайну компактних виробів. По друге, протокол зв'язку використовує передачу по шині послідовного порту UART, використовує стандартні AT-команди для керування модулем, і вибирає швидкість передачі 115200 біт/с. Зверніться до Виробник IoT для схеми підключення модуля GPRS-GA6 і мікроконтролера STM32.

3.3 Пристрій комплексного захисту мікрокомп'ютера

Відповідно до специфікації конструкції захисту силового трансформатора (GB/T 50062-2008), 10Трансформатори кВ зазвичай потребують встановлення захисту від надструму з обмеженням часу. Пристрій захисту мікрокомп'ютера має захист, вимірювальні та контрольні функції трансформаторів і ліній, а також функції збору даних, моніторинг і самоперевірка системи, і має високу чутливість і надійність.

Відповідно до проектних вимог зміни інтелектуальної коробки 10кВ в студентській квартирі, вибрано комплексний пристрій захисту мікрокомп’ютера поточного типу Ankerui AM3-I з функцією зв’язку RS485, з І.А, IB, IC, UA, UB, UC, П, Q, Fr та інші вимірювання електричних параметрів, 8-отримання сигналу зовнішнього комутатора каналу, і дистанційне керування автоматичним вимикачем, відкриття та закриття операцій та інші функції. Схема підключення пристрою захисту мікрокомп'ютера AM3-I виглядає наступним чином:

Схема підключення пристрою захисту мікрокомп'ютера AM3-I

3.4. Розумний лічильник мережі

Розумні лічильники мережі використовуються для визначення електричних параметрів, таких як трифазний струм, напруга і потужність низьковольтних ланцюгів розподілу електроенергії, а також стан розмикання та замикання роздільників і автоматичних вимикачів. Відповідно до проектних вимог вторинної системи інтелектуального коробкового трансформатора 10 кВ, Вибрано інтелектуальний лічильник мережі Ankerui ACR із функцією зв’язку RS485, вибрано схему підключення інтелектуального мережевого лічильника ACR і трансформатора струму низької напруги, а також схему підключення входу та виходу перемикача.

Інтелектуальний мережевий лічильник ACR, трансформатор струму низької напруги та схема підключення цифрового входу та виходу

Розумний мережевий лічильник ACR використовує протокол Modbus-RTU, який може вимірювати та збирати параметри потужності. Функція введення перемикача може визначити стан перемикання ізолятора та автоматичного вимикача, а функція релейного виходу може дистанційно вмикати та вимикати автоматичний вимикач. Лічильник інтелектуальної мережі ACR має уніфікований план таблиці адрес зв'язку, який може реалізувати три дистанційні функції телеметрії, дистанційна сигналізація та дистанційне керування.

(1) АЦ перетворення та обчислення аналогового сигналу змінного струму

Символ 3 сигнали фазної напруги і 3 поточні сигнали (вихідні сигнали трансформатора струму) Усі аналогові величини збираються безпосередньо інтелектуальним мережевим лічильником ACR, які необхідно перетворити на цифрові сигнали, які може розпізнати центральний процесор для обробки даних. Перший, в 3 фазні напруги 220В і 3 Аналоги струму перетворюються в сигнали низької напруги через перетворювач, і перетворюється в напругу, дозволену AD перетворювачем через петлю формування напруги; , перетворюється в цифровий сигнал AD і вводиться в центральний процесор. Схематичну діаграму процесу дискретизації та перетворення AD аналогової величини змінного струму можна отримати, звернувшись до виробника.

* Аналогове перетворення напруги та фільтрація нижніх частот. Функція схеми формування напруги полягає в електричній ізоляції та перетворенні електрики. Загалом, АЦП вимагає, щоб вхідний сигнал становив ±5 В і ±10 В, тому можна визначити коефіцієнт трансформації перетворювача напруги. Фільтри низьких частот поділяються на пасивні та активні. Активні фільтри складаються з конденсаторів, резистори та інтегральні операційні підсилювачі, які підсилюють сигнал під час фільтрації. Пасивні фільтри мають лише функції фільтрації, але не мають функцій посилення сигналу.
* Дискретизація аналогового сигналу. Процес вибірки має відповідати теоремі Шеннона про вибірку, тобто, частота дискретизації не повинна бути менше ніж 2 помножити на найвищу частоту вхідного сигналу. Процес відбору проб дуже швидкий. Поточна дискретизація АЦП досягла наносекундного рівня, при цьому період дискретизації автоматичного пристрою енергосистеми знаходиться на рівні мілісекунд, тому сигнали напруги та струму шести контурів можуть спільно використовувати один перетворювач АЦП, але ланцюг вибірки повинен бути оснащений пристроєм вибірки та зберігання та перемикачем мультиплексора.
* AD перетворення. АЦП включають послідовне наближення, інтегральний, підрахунок, паралельне порівняння, і перетворювачі напруги-частоти VFC. АЦП послідовного наближення є представником як швидкості, так і точності в АЦП, і він має вищу роздільну здатність при вищому коефіцієнті конверсії.

(2) Алгоритм інтегрування синусоїдальної електричної величини за абсолютним значенням півперіоду

Ключовим завданням програмного алгоритму є підвищення точності та швидкості роботи алгоритму. Ключ алгоритму вибірки змінного струму інтелектуального лічильника полягає в тому, щоб розрахувати амплітуду або ефективне значення синусоїдального сигналу вибірки відповідно до миттєвого значення синусоїдального сигналу. Найбільш часто використовуваним алгоритмом для синусних величин є алгоритм інтеграції абсолютного значення півциклу. Принцип алгоритму інтегрування за абсолютним значенням півперіоду полягає в тому, що інтеграл абсолютного значення величини синуса в будь-якому півперіоді є константою S, а константа інтегрального значення S не має нічого спільного з інтегральним початковим кутом . Алгоритм інтеграції абсолютного значення півциклу на основі моделі функції синусоїди показаний на малюнку 19.

Алгоритм інтегрування абсолютної величини півциклу на основі моделі функції синусоїди

Вираз для обчислення ефективного значення струму за допомогою інтегрального алгоритму за абсолютним значенням півперіоду показано на малюнку нижче:

У формулі, S являє собою інтеграл абсолютного значення в межах половини циклу; I представляє ефективне значення струму; i представляє миттєве значення струму; w представляє кутову швидкість; T представляє цикл живлення змінного струму; f представляє частоту мережі змінного струму; N являє собою кількість зразків в одному циклі ; Ts представляє період вибірки.

3.5 Датчик диму температури та вологості RS485

З огляду на те, що лінія живлення в коробковому трансформаторі може мати витік, перевантаження, коротке замикання та надмірний контактний опір, які можуть спричинити пожежі, і вихід з ладу масляного трансформатора може призвести до пожежі. тому, необхідно встановити датчик диму в коробчатому трансформаторі для виявлення пожежі коробкового трансформатора. Для раннього виявлення можливих збоїв. Щоб забезпечити точність вимірювань і одночасно знизити вартість, температура RS485, Для визначення температури використовується датчик вологості та диму три в одному, вологості і димності в коробі трансформатора. Символ датчик температури і вологості використовує зонд SHT30. Внутрішні перепади напруги та імпульсні перешкоди. Датчик має 4 дроти: червоний, чорний, жовтий, і зелений. Для конкретного способу підключення датчика диму температури та вологості, зверніться до виробника IoT.

Розумні лічильники та датчики, розроблені в цій системі, використовують протокол Modbus-RTU, який може надійно спілкуватися в повному діапазоні швидкості передачі даних 1200-115200. Швидкість передачі інтелектуальних лічильників і датчиків рівномірно встановлена на 9600 біт/с. Формат передачі даних і формат перетворення даних датчика такі:
Формат кадру запиту даних датчика. Датчик працює за стандартним протоколом Modbus-RTU, і показання датчика зберігаються в регістрі зберігання, і код функції є 04. Верхній комп’ютер зчитує формат кадру запиту даних датчика, і формат кадру запиту даних датчика нижнього комп’ютера.

3.6 Передавач температури PT100 - принцип роботи RTD PT100 - Принцип роботи датчика температури

Передавач температури PT100 використовується для визначення температури тіла трансформатора, температура кабелю високої та низької напруги, він підходить для різних промислових об'єктів. Трансформатор буде давати втрати під час роботи, головним чином втрати заліза та втрати міді, також відомий як втрати в сердечнику та втрати навантаження. Втрати міді залежать від струму навантаження і пропорційні квадрату струму навантаження. Формула розрахунку втрат трансформатора виглядає наступним чином:

У формулі, P0 являє собою активну потужність трансформатора в режимі холостого ходу при номінальній напрузі; I1 і I2 представляють струм лінії високої напруги та струм лінії низької напруги; R1 і R2 представляють опір сторони високої та низької напруги.

Передавач температури PT100 має вбудований інтерфейс шини RS485, і кожен датчик температури може бути підключений до 4 Датчики температури PT100.

3.7 Принцип роботи водозанурювального передавача

У зв'язку з низьким рівнем води котловану під фундамент коробки ПС, часто після сильного дощу в кабельній траншеї та котлован накопичується вода, і існує потенційна загроза безпеці через витік кабелю, тому необхідний нерегулярний огляд і дренаж. У цьому дизайні, датчик водозанурення використовується для виявлення скупчення води в котловані коробчатої підконструкції. Датчик занурення у воду використовує принцип провідності рідини, і використовує електроди, щоб визначити наявність води. Виберіть контактний детектор занурення у воду з функцією зв’язку RS485. Принцип роботи водозанурювального сповіщувача показано на малюнку 23.

4. Проектування системного програмного забезпечення

Проект системного програмного забезпечення складається з двох частин: 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. Інтегрований пристрій захисту мікрокомп'ютера, інтелектуальний мережевий лічильник і інтелектуальний датчик у локальній мережі польової шини коробкового трансформатора мають вбудоване прикладне програмне забезпечення, тому потрібен лише проект програмного забезпечення польового контролера коробкового трансформатора.

4.1 Розробка програмного забезпечення польового контролера коробчатого трансформатора

Польовий контролер коробкового трансформатора є вбудованою системою, і його програмна система складається з прикладної програми, API, вбудована операційна система та BSP (пакет підтримки плати). За характеристиками за багатьма параметрами, багато завдань і високі вимоги в режимі реального часу, зібрані польовим контролером інтелектуального коробкового трансформатора 10 кВ, вбудована операційна система реального часу μC/OS-Ⅲ, який широко використовується в розробці комерційних продуктів і в навчанні, вибрано. μC/OS-Ⅲ розглядає завдання як найменшу одиницю, і будь-які завдання не потребують піклування про конкретний метод управління ресурсами, який визначається операційною системою.

4.2 Розробка програмного забезпечення польового контролера коробчастого трансформатора

Весь дизайн програмної системи базується на розподіленій системі, що складається з інтелектуальних інструментів, датчики, польові контролери та хмарні платформи, та здійснюється проектування та розробка прикладного програмного забезпечення. Передача та обмін даними, локальний контролер і хмарний сервер Gizwits використовують протокол зв'язку Gizwits у мікропрограмі GPRS для передачі та обміну даними. Основна програмна блок-схема прикладного програмного забезпечення польового контролера коробчастого трансформатора.

*Основна програма програмного забезпечення. Перший, ініціалізувати всі частини системи, наприклад GPIO, послідовний порт, годинник, управління пам'яттю, тощо, і створювати завдання в μC/OS-Ⅲ. STM32 виконує збір і обробку даних датчиків, і надсилає правильну інформацію на РК-дисплей. В той самий час, STM32 надсилає AT-команди на модуль GPRS-G510, обмінюється даними, підключається до хмарної платформи Gizwits через протокол LwM2M, і оцінює, чи модуль зв’язку GPRS успішно підключено до хмарного сервера Gizwits. Якщо підключення пройшло успішно, виконується передача даних. Потім оцініть, чи перевищують оброблені дані встановлений поріг.
Якщо це незначна поломка коробкової підстанції, надсилати інформацію про дані в мобільний APP через хмарну платформу; якщо це загальний провал, надсилати інформацію про тривогу даних у мобільний APP через хмарну платформу, і запустіть модуль зв’язку GPRS-GA6 для надсилання інформації про тривогу через SMS мобільного телефону; якщо це серйозна помилка, інформація про тривогу даних буде надіслана до мобільного телефону APP через хмарну платформу, і модуль зв'язку GPRS-GA6 буде активовано для надсилання інформації про тривогу через текстове повідомлення мобільного телефону та виклику попередньо встановленого відповідного персоналу.