[Akademik makale] ARM ve DSP'ye dayalı kutu tipi trafo merkezi için akıllı uzaktan izleme sistemi
Özet
Kutu tipi trafo merkezi ("kutu tipi trafo merkezi" olarak anılır) izleme sisteminin zayıf gerçek zamanlı performansı ve kusurlu fonksiyonları ile ilgili sorunları hedef alan, ARM ve DSP tabanlı kutu tipi transformatörler için akıllı bir uzaktan izleme sistemi tasarlanmıştır. Sistemin donanım blok diyagramı ve çalışma prensibi diyagramı verilmiş, analog miktar toplama, anahtar miktarı girişi ve çıkışı gibi modüller tasarlanmakta, ana program ve analog miktar, anahtar miktarı, GPRS iletişimi ve diğer süreçlerin incelenmesi esas alınarak kutu geliştirilmektedir. Akıllı uzaktan izleme yazılımı, çevresel parametrelerin, elektrik parametrelerinin ve anahtarlama değerlerinin yanı sıra veri sorgulama, hata uyarısı ve enerji verimliliği analizi gibi işlevlerin gerçek zamanlı izlenmesini gerçekleştirir. Çalışma sonuçları, sistemin güçlü gerçek zamanlı, kapsamlı işlevler ve yüksek kararlılık özelliklerine sahip olduğunu göstermektedir; bu, savunma bakımını uygulamak, güç kaynağı kalitesini iyileştirmek ve enerji tasarrufu yapmak ve tüketimi azaltmak için büyük önem taşımaktadır.
Çince alıntı biçimi: Zhang Cui, Gao Xinqin, Li Nan. ARM ve DSP'ye dayalı kutu tipi trafo merkezi için akıllı uzaktan izleme sistemi. Elektronik teknoloji uygulaması, 2019, 45 (3): 104-107, 112.
İngilizce alıntı biçimi: Zhang Cui, Gao Xinqin, Li Nan. ARM ve DSP'ye dayalı kutu tipi trafo merkezinin akıllı ve uzaktan izleme sistemi.Elektronik Tekniğin Uygulanması, 2019, 45 (3): 104-107, 112.
0 Önsöz
Kutu tipi trafo merkezi ("kutu tipi trafo merkezi" olarak anılır), küçük boyut ve rahat hareket avantajlarına sahiptir ve Çin'in güç kaynağı ve iletim sisteminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, geleneksel kutu tipi trafo merkezlerinin istihbaratı hala çok düşüktür ve veri toplamada gecikme, tek izleme işlevleri ve önceden uyarı alamama gibi sorunlar vardır. Bu nedenle, kutu değişiminin akıllı uzaktan izlenmesinin gerçekleştirilmesi büyük önem taşımaktadır.
Huang Xinbo ve diğerleri, voltaj, akım, güç, frekans ve sıcaklık gibi güç parametrelerini izlemek için çift çekirdek konseptine dayanan kutu tipi bir izleme cihazı tasarladı. Huang Shaoping, sıcaklığı, nemi ve yoğuşmayı izlemek için AT89S52 tek yongasına dayalı bir kutu değişim izleme cihazı tasarladı. Feng Limin ve diğerleri, sıcaklık, akım, voltaj ve diğer parametrelerin gerçek zamanlı izlenmesini gerçekleştirmek için Intel tek çipli mikrobilgisayarına dayalı bir kutu değişim izleme terminal sistemi tasarladı. Guo Wenmin ve diğerleri, her bir faz akımını, voltajı, güç faktörünü, elektrik enerjisini vb. İzleyebilen tek çipli 80C196KC'ye dayalı bir kutu değişim izleme sistemi tasarladı. Ancak genel olarak, kutu tipi trafo merkezi için mevcut izleme sistemi hala eksik izleme parametreleri ve tek işlevler gibi problemlere sahiptir ve bunların çoğu, birleşik bir iletişim arayüzü olmayan tek çekirdekli sistemlerdir ve büyük verilerin kötü gerçek zamanlı işlenmesi. Bu nedenle, kapsamlı izleme parametreleri, zengin işlevler, yüksek gerçek zamanlı ve güvenilirlik ve birleşik bir iletişim arayüzü ve protokolü ile kutu değişimi için akıllı bir uzaktan izleme sistemi tasarlamak zorunludur.
Bu makale, sıcaklık ve nem, yoğuşma, duman, voltaj, akım, güç, frekans, harmonikler, yük ve diğer elektriksel parametreler ve anahtar değerleri gibi bir tür ortam parametresini aynı anda tasarlamak için ARM + DSP çift çekirdek teknolojisi ve GPRS kablosuz iletişim yöntemini benimser. İzleme için akıllı uzaktan kutu değişim izleme sistemi, veri sorgulama, arıza uyarısı ve enerji verimliliği analizi gibi işlevleri gerçekleştirir.
1 Akıllı uzaktan izleme sistemi donanım tasarımı
Şekil 1'de gösterildiği gibi, modüler tasarım konseptine dayalı olarak, kutu değişimine yönelik akıllı uzaktan izleme sisteminin donanım modülleri temel olarak güç kaynağı modülü, CPU modülü, DSP modülü, analog miktar toplama modülü, anahtar giriş / çıkış modülü, iletişim modülü ve insan-makine arayüzünü içerir. Modüller vb.
Aşağıda, kutu trafo merkezinin akıllı uzaktan izleme sisteminin ana donanım modülleri, Şekil 2'de gösterilen donanım çalışma prensibi şeması ile bağlantılı olarak tanıtılacaktır.
1.1 ARM ve DSP arayüzü
Kutu tipi trafo merkezi çok sayıda izleme parametresine, büyük miktarda veriye ve yüksek gerçek zamanlı gereksinimlere sahiptir.Bu nedenle, ana işlemci ARM S3C2410 kullanır ve çekirdek ARM920T'dir. ARMv4 mimarisine dayanarak, ARM7 işlemcisinin iki katından fazla işlem kapasitesine ulaşabilir. TMS320C5420, 200 MIPS hızında iki DSP çekirdeğine ve güçlü veri işleme yeteneklerine sahip işlemci DSP'sinden seçildi. Çift portlu RAM, hızlı veri erişim hızı, yüksek doğruluk ve genişletilebilirlik avantajlarına sahip olan IDT70261'i seçer.Özellikle büyük ölçekli veri işleme gerektiren kutu değiştiricilerin akıllı uzaktan izlenmesi için uygundur.
ARM ve DSP arasındaki yüksek hızlı veri iletimi, iyi gerçek zamanlı performans ve büyük aktarım veri hacmi özelliklerine sahip olan çift bağlantı noktalı RAM aracılığıyla gerçekleştirilir. Donanım bağlantısında, Şekil 3'te gösterildiği gibi çift portlu RAM'in sol ucu ARM'e, sağ ucu ise DSP'ye bağlanır.
1.2 Kutu trafo merkezi güç modülü
Güç kaynağı modülünün sürekli güç kaynağı, kutu trafo merkezinin akıllı uzaktan izleme sisteminin normal çalışması için temel oluşturur. Kutu trafo merkezinin akıllı uzaktan izleme sisteminin güç modülü, AC güç kaynağı ve DC güç kaynağı içerir. 220 V AC güç kaynağı esas olarak güç yönetimi modülüne güç sağlar ve sırasıyla 5 V, 3,3 V, 1,8 V, vb DC güç kaynağı CPU, DSP, Flash, ADC ve diğer cihazlara güç sağlar.
Kutu trafo merkezinin akıllı uzaktan izleme sisteminin güç kaynağı prensibi Şekil 4'te gösterilmektedir. Güç modülünün güç kaynağının güvenilirliğini artırmak için, güç yönetimi modülüne güç sağlamak için çift AC güç kaynakları kullanılır. Bir AC güç kaynağı arızalandığında, hızla başka bir AC güç kaynağına geçirilebilir. Aynı zamanda, pil yedek pil olarak kullanılır.AC güç kaynağı normal çalıştığında, güç yönetimi modülü pili şarj eder; AC güç kaynağı güç kaybettiğinde, pil hemen devreye alınır, bu da trafo merkezinin akıllı uzaktan izleme sisteminin sürekli çalışmasını etkin bir şekilde garanti eder.
1.3 Analog miktar toplama modülü
Şekil 5'te gösterildiği gibi, gerilim trafosu PT ve akım trafosu CT'den elde edilen gerilim ve akım sinyalleri, veri işleme için doğrudan DSP'ye girilemez ve bir sinyal koşullandırma devresi ve bir A / D dönüştürme devresinden geçmelidir. Sinyal koşullandırma, PT ve CT'den elde edilen u ve i analog sinyallerini, bir yükseltme devresi, düşük geçişli filtreleme ve örnekleme ve tutma yoluyla ADC'nin gerektirdiği voltaj aralığına dönüştürmektir. A / D dönüştürücü, analog miktarı dijital miktara dönüştürür ve ardından elektrik miktarı parametrelerinin hesaplanması ve işlenmesi için DSP'ye iletir ve u, i, aktif güç, reaktif güç, güç faktörü ve harmoniklerin vb. Efektif değerini alır. Parametre.
Aynı zamanda, kutu değişiminin akıllı uzaktan izleme sisteminin sıcaklık ve nem, yoğuşma ve duman gibi çevresel parametreleri de izlemesi gerekir. Çevresel parametrelerin toplanmasında, sensör tarafından toplanan çevresel parametreler de sinyal koşullandırma devresi ve A / D dönüştürme devresi tarafından işlenir ve ardından ARM'ye girilir.
1.4 Giriş ve çıkış modülünü değiştir
Anahtar giriş modülünün işlevi, kutu değişim izleme sisteminin uzaktan sinyal toplamasını gerçekleştirmek, yani kutu değişiminde anahtar ekipmanının yardımcı normalde açık ve normalde kapalı kontaklarını izleyerek, böylece yük anahtarları, devre kesiciler, kapasitörler ve fanlar gibi güç cihazlarını tanımaktır. Anahtar durumu. Uzaktan sinyal toplama, elektromanyetik girişime karşı hassastır, bu nedenle, kutu değişikliğinin anahtar giriş modülüne bir düşük geçişli filtre devresi ve bir fotoelektrik izolatör eklenir.
Anahtar çıkış modülünün işlevi, kutu değişim izleme sisteminin uzaktan sinyal kontrolünü gerçekleştirmek, yani kutu değişiminde güç cihazı anahtarlarının açılıp kapanmasını kontrol etmektir. Parazite etkili bir şekilde direnmek için, anahtar çıkış sinyali önce kontrol tamponuna kilitlenir ve ardından röle, fotoelektrik izolasyon ve güç amplifikasyonundan sonra çalıştırılır ve röle, güç cihazının anahtarlamasını kontrol eder. Anahtar çıkışının güvenilirliğini daha da iyileştirmek için, rölenin gerçek eylemini izlemek için röle yardımcı kontağına bir anahtar geri besleme girişi eklenir.
1.5 Kutu değişikliği iletişim modülü
Kutu değişim izleme terminali ile izleme merkezi arasındaki gerçek zamanlı iletişim, kutu değişim izleme sisteminin gerçek zamanlı güvenilirliğini doğrudan etkileyen kutu değişikliği akıllı uzaktan izleme sisteminin geliştirilmesi için anahtar teknolojidir. GPRS kablosuz iletişim teknolojisi, yüksek aktarım hızı, her zaman çevrimiçi, düşük iletişim maliyeti, uygun güç kaynağı ve bakım ve geniş kapsama özelliklerine sahiptir. Bu metin MG323'ü seçer, ana CPU'ya RS232 arayüzü üzerinden bağlanır ve CPU'nun kontrolü altında GPRS ağ bağlantısını yürütür, izleme merkezi ile karşılıklı veri aktarımını gerçekleştirir. MG232 modülü, kutu değişiminin akıllı izleme sisteminin uzaktan iletim verilerinin yüksek gerçek zamanlı ve doğruluk gereksinimlerini karşılayabilen küçük boyut, yüksek maliyet performansı, istikrarlı performans ve yüksek iletim hızı avantajlarına sahiptir.
1.6 İnsan Makine Arayüz Modülü
İzleme sisteminin donanım kısmı kutu değişiminin içine kurulur ve çeşitli cihazların çalışma durumu ve izleme verilerinin iyi bir insan-makine arayüzü aracılığıyla görüntülenmesi gerekir. Bu belgede geliştirilen kutu değişikliği için akıllı uzaktan izleme sisteminin insan-makine arayüz modülü iki bölümden oluşmaktadır: LED ekran ve klavye. Nokta vuruşlu LCD ekran HJ12864ZWG, kutu değişiminin kompakt iç yapısının gereksinimlerini karşılayabilen düşük güç tüketimi, rahat kullanım, zengin işlevler ve küçük boyut avantajlarına sahiptir.
2 Akıllı uzaktan izleme sisteminin yazılım tasarımı
Akıllı uzaktan izleme sistemi, çevresel parametreleri, güç parametrelerini ve kapalı trafo merkezinin sinyallerini gerçek zamanlı olarak toplar ve işler, arıza verilerini izleme merkezine bildirir ve uzaktan ölçüm, uzaktan kumanda, uzaktan sinyalizasyon ve uzaktan ayarlamayı gerçekleştirmek için izleme merkezi tarafından verilen talimatları zamanında yürütür. Dört uzaktan kumanda işlevi.
Şekil 6'da görüldüğü gibi, yazılımın ana program akışında sistem önce başlatılır, kesmeyi açmaya başlar, ardından veri toplama ve saklama işlemini gerçekleştirir. Bir arıza bulunduğunda, arızayı bildirin ve izleme merkezinin talimatlarını uygulayın, ardından arıza olayını kaydedin ve son olarak verileri izleme merkezine yükleyin.
2.1 Analog miktar edinme süreci
2.1.1 Elektriksel parametre toplama süreci
Elektriksel parametre edinme modülünün ana görevi, AC voltaj ve akım sinyallerini elde etmek ve aktif güç, reaktif güç ve harmonikler gibi parametreleri doğru ve hızlı bir şekilde hesaplamaktır. Veri toplamanın gerçek zamanlı performansını iyileştirmek için, her döngü örnekleme noktası 64'e ayarlanır ve örnekleme, kesme denetleyicisi ve zamanlayıcı aracılığıyla zamanlanır. A / D bir örnekleme döngüsünü tamamladığında, parametre hesaplaması ve işlenmesi için hemen DSP'ye gönderilir. Elektriksel parametre edinme ve işlemenin akışı Şekil 7'de gösterilmektedir.
2.1.2 Çevresel parametre toplama süreci
Elektriksel parametrelerden farklı olarak, çevresel parametrelerin toplanması A / D dönüşümünden sonra DSP'den geçmez, doğrudan ARM'ye yazılır Spesifik toplama süreci Şekil 8'de gösterilmektedir.
2.2 Giriş ve çıkış sürecini değiştirin
Anahtar giriş ve çıkış modülünün işlevi, kutu trafo merkezinin dahili güç cihazının anahtar durumunu izlemek ve durum bilgilerini GPRS iletişim teknolojisi ile zamanında uzaktan izleme merkezine göndermek ve aynı zamanda izleme merkezinin uzaktan kumanda talimatlarını almak ve ilgili röleyi kontrol ederek anahtarın kapanmasını kontrol etmektir. Dijital giriş ve çıkışın belirli sıra akışı Şekil 9 ve Şekil 10'da gösterilmektedir.
2.3 GPRS iletişim süreci
GPRS modülünün ana işlevi, kutu değişim izleme sistemi ile izleme merkezi arasındaki uzaktan iletişimi gerçekleştirmektir. Veri tampon alanını ve logo bilgisini başlatın.GPRS modülü ARM'den AT komutunu aldığında, başlatmayı tamamlar ve ardından izleme merkezinin IP adresine bir ağ bağlantısı başlatır.Bağlantı başarılı olduktan sonra, tasarlanan veri formatına göre verileri izleme merkezine iletir. GPRS iletişim süreci Şekil 11'de gösterilmektedir.
2.4 Yazılım fonksiyon modülü ve gerçekleştirilmesi
Personelin kutu değişikliğinin çalışma durumunu izlemesini, "dört uzaktan" işlevi gerçekleştirmesini ve veri sorgulama, arıza uyarısı ve enerji verimliliği analizi gibi işlemleri gerçekleştirmesini kolaylaştırmak için kutu değişimi akıllı uzaktan izleme sistemi, üst bilgisayar izleme yazılımı ile donatılmıştır. Yazılım, ön uç arabirimini tasarlamak için JavaScript ve HTML kullanır ve gerçek zamanlı izleme, istatistiksel analiz, kullanıcı yönetimi ve diğer işlevleri elde etmek için arka plan işleme programını geliştirmek için C # kullanır. Sistemin yazılım fonksiyonları ve ana arayüzü Şekil 12 ve Şekil 13'te gösterilmektedir.
3 Sonuç
Çift çekirdekli teknolojiye ve GPRS kablosuz iletişimine dayanan kutu tipi trafo izleme sisteminin zayıf gerçek zamanlı performansı ve sağlam olmayan işlevleriyle ilgili sorunları hedefleyen bu makale, analog miktar toplama, anahtar giriş ve çıkış modülleri ile araştırma ve geliştirmenin donanım çalışma prensibi şemasını ve yazılım uygulama akış şemasını verir ARM ve DSP'ye dayalı kutu tipi trafo merkezi için akıllı bir uzaktan izleme sistemi sunulmaktadır. Sistem veri toplamak ve işlemek için DSP kullanır ve iletişim arayüzü, insan-makine arayüzü ve I / O kontrolü gibi çevresel işleri tamamlamak için ARM kullanır.DSP ve ARM avantajlarına tam anlamıyla oynama sağlar ve veri toplama ve işleme gecikmesi sorunlarını çözer. Sistem aynı zamanda sıcaklık ve nem, yoğuşma, duman gibi çevresel parametrelerin ve gerilim, akım, güç, frekans, harmonik, yük gibi elektriksel parametrelerin ve anahtarlama değerlerinin akıllı uzaktan izlenmesini ve kontrolünü eş zamanlı olarak gerçekleştirebilir.Veri sorgusunu da gerçekleştirir. , Arıza uyarısı, enerji verimliliği analizi ve diğer işlevler. Genel olarak, bu belgede geliştirilen kutu transformatörleri için akıllı uzaktan izleme sistemi, yüksek gerçek zamanlı performansa, kapsamlı işlevlere, üstün performansa ve kararlı çalışmaya sahiptir.Savunma bakımının uygulanması, güç kaynağı kalitesinin iyileştirilmesi ve enerji tasarrufu ve tüketim azaltımı için büyük önem taşımaktadır.
Referanslar
Zhang Ruixia.Kutu tipi trafo merkezlerinin geliştirme beklentilerinin analizi. Teknoloji ve Yenilik, 2016 (3): 29-30.
Zhao Yongsheng, Liu Haifeng, Liang Wenwu, ve diğerleri Akıllı trafo merkezi için senkronize tüm grup test yöntemi. China Electric Power, 2015, 48 (5): 156-160.
Yu Jianjun.Kutu tipi trafo merkezlerinin özellikleri ve uygulamaları üzerine tartışma. Transformers, 2017, 54 (8): 37-39.
HU Y, MENG Q K, ZHANG Y L, et al. Field-bus teknolojisine dayalı kutu tipi trafo merkezinde akıllı güç dağıtım sisteminin yapımı.IEEE 18th International Conference on Industrial Engineering and Engineering Management, 2011: 580-583.
Huang Xinbo, Wu Mengkui, Zhu Yongcan, vb. Kutu tipi trafo merkezi için akıllı izleme cihazı tasarımı China Electric Power, 2016, 49 (5): 116-122.
Huang Shaoping, Li Ling, Nie Yulei. Tek bir çip sensörüne dayalı bir kutu tipi trafo merkezi sıcaklık ve nem izleme cihazının geliştirilmesi. Yüksek Voltajlı Elektrikli Cihaz, 2009, 45 (5): 133-135, 140.
Feng Limin, Mo Yi, Zhang Yan.Kutu tipi trafo merkezi için akıllı entegre yönetim terminalinin tasarımı Elektrik gücü otomasyon ekipmanları, 2003 (5): 36-38.
Guo Wenmin, Xu Xiaohong, Zhang Qun.Kutu tipi trafo merkezi izleme sistemi Elektriksel ölçüm ve enstrümantasyon, 2003 (1): 54-57.
WIESLAW G, WLODZIMIERZ G, PRZEMYSLAW W. Trafo merkezi yapısında uzman trafo izleme sistemi.Uluslararası Yüksek Gerilim Mühendisliği ve Uygulaması Konferansı, 2010: 524-527.
KHRUSLOV L, ROTOVIKOV M, SHISHOV V.Mühendislik eğitimi için akıllı trafo trafo merkezi RTP-34 MPEI'nin web tabanlı güç kalitesi izleme sistemi.Elektrik Güç Mühendisliği 8. Uluslararası Bilimsel Sempozyumu, 2015: 388-391.
SPACK H, SCHUPFERLING B, RIEMENSCHNEIDER J, et al. Akıllı şebeke nin bir parçası olarak modern orta gerilim şebekelerinde akıllı trafo merkezleri 7. Akdeniz Enerji Üretimi, İletim, Dağıtım ve Enerji Dönüşümü Konferansı ve Sergisi, 2010: 1-7.
Liu Dawei, Wang Suzhou. ARM + DSP + FPGA'ya dayalı robot çok eksenli hareket kontrolörünün tasarımı ve araştırması. Üretim Teknolojisi ve Takım Tezgahı, 2017 (7): 100-104, 108.
Guo Yaohua. ZigBee ve GPRS ağlarına dayalı akıllı trafo merkezi ekipmanının sıcaklığı için kablosuz bir izleme sistemi. Enstrümantasyon Teknolojisi ve Sensörler, 2014 (1): 79-82.
He Biyi, Zhou Guoping, Ding Jianqiang, vb. WSN ve GPRS tabanlı kutu tipi trafo merkezi izleme sistemi tasarımı Modern Elektronik Teknolojisi, 2016, 39 (17): 35-38.
yazar bilgileri:
Zhang Cui, Gao Xinqin, Li Nan
(Mekanik ve Hassas Alet Mühendisliği Okulu, Xi'an Teknoloji Üniversitesi, Xi'an, Shaanxi 710048)
