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基于物联网的变压器远程监测系统设计

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资料介绍

针对市区变压器人工巡检时效性差,运行参数难以及时获取等问题,利用物联网技术,设计出应用于物联网GPRS传输网络的变压器远程监测系统.使用该系统获取变压器运行参数信息,对异常数据进行报警,提高对变压器监测的时效性,减少供电企业运维成本,提高企业经济效益.详细介绍了该系统的架构、功能、设计流程、方法以及硬件和软件设计,并完成了远程监测系统构建,实现了对市区变压器数据的实时监测.

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一；‘搿赫

DOI：10．19557／j．cnki．1001-9944．2019．06．016

基于物联网的变压器远程监测系统设计

左乾坤，李江全，刘育辰

(石河子大学机械电气工程学院，石河子832000)

摘要：针对市区变压器人工巡检时效性差，运行参数难以及时获取等问题，利用物联网技

术．设计出应用于物联网GPRS传输网络的变压器远程监测系统。使用该系统获取变压器

运行参数信息，对异常数据进行报警，提高对变压器监测的时效性。减少供电企业运维成

本，提高企业经济效益。详细介绍了该系统的架构、功能、设计流程、方法以及硬件和软件

设计．并完成了远程监测系统构建．实现了对市区变压器数据的实时监测。

关键词：远程监测；变压器；GPRS；物联网

中图分类号：TP277；TP393

文献标志码：A

文章编号：1001—9944(2019)06—0073—06

of Transformer Remote

Based on Internet of

Things

Design

Monitoring System

ZUO

Yu—then

Qian—kun，LI Jiang-quan，LIU

of Mechanical Electrical

University，Shihezi 832000，China)

Engineering，Shihezi

(College

at the

timeliness of manual

of transformers in urban areas and difficul-

to GPRS transmission

remote

monitoring system applied

Abstract：Aiming

problems

poor

inspection

transformer

obtaining operation parameters

time，a

obtain

in-

network of Internet of

Intemet of

this

the

the timeliness of transformer monitor-

data，improve

designed

system

Things

by using

Things technology．Using

formation of transformer

the abnormal

operation parameters，alarm

and maintenance costs of

economic of

benefits

the

ing，reduce

operation

power supply enterprises，and improve

and well as hardware and softwcg．re

method，as

are in—

enterprises．The system structure，function，design process

monitoring system

design

real-time

monitoring

trodueed

the remote

construction is

realize

detail，and

completed

transformer data in the urban area．

words：remote

Key

monitoring；transformer；GPRS；internet

things(IoT)

器设备进行集中管理，对变压器运行参数进行实时

变压器是电厂、输变电网、变电所、企业内部输

变电系统中的电能转换装置，是重要的电气设备，

其状态好坏直接影响着电网的安全进行【l】。

监测。

传统变压器监测主要依靠人工巡检方式，耗时

长，过程繁琐，供电企业难以实时掌握变压器运

行参数和状态[21。为此，设计了基于物联网的变压器

远程监测系统，通过无线方式对分布零散的变压

1监测系统总体设计

基于物联网的变压器远程监测系统采用物联

网体系经典3层架构，依次为感知层、网络层和应

用层。系统的整体结构如图1所示131。

收稿日期：2019—03—06：修订日期：2019—03—30

基金项目：兵团科技支疆项目(2015AB024)

作者简介：左乾坤(1994一)，男，硕士，研究方向为工业物联网；李江全(通讯作者)(1969一)，男，硕士，教授，硕士生导师，研

究方向为工业物联网。

自动化与仪表2019,34(6)

困

万方数据

溪纛擒测技术与数据处理

感知层

网络层

应

于5l系列的单片机虽能直接操作位进行逻辑运

算，但运行速度较慢，保护能力差，易烧坏芯片。基

于STM32芯片的单片机满足高性能、低成本、低功

耗等特点。但不支持敏捷开发，开发环境并未集成

可直接调用库文件或接口文件等。Arduino单片机

饿主。盘

豳

懋

氐

{

僵燧

僵囡圆

P(：客p端

变压器1

．／

瓜

尢

线

网

一主

基于ATmega328P微控制器稳定性好，功耗低，且支

持敏捷开发，应用性强。故选择Arduino单片机进行

信息的处理。

彭

变压器2

络

蝈

二

服务；}j；

f-机客r|端

2．1．2传感器选型与电路设计

图1 变压器远程监测物联网系统

Transformer remote

(1)传感器选型

loT

system

Fig．1

monitoring

1)温度传感器选型变压器油温是判断变压器

变压器通过感知层的传感器检测温度、物体

是否处于正常工作状态的一个重要参数。油浸自冷

式、油浸风冷式变压器的上层油温不得超过85℃，

最高不得超过95 cC阎。基于此，变压器温度测量采用

DSl8820数字式温度传感器。其测温范围为一55～

接近等信息，传输给单片机进行处理，通信模块

再将处理后的变压器状态信息发送到网络层服务

器。供电企业通过应用层PC或手机浏览变压器运行

参数。

125

oC，符合在变压器中测量油温范围的要求。

2)接近传感器选型变压器内部元件制造费

用昂贵，为防止不法分子盗取变压器内部元件，需

要对变压器进行防盗报警保护。普通的接近传感器

只要有物体或小动物接近就会发出警报，容易造成

误报。采用HC．SR501型红外接近传感器，其被动式

2系统硬件设计

2．1

感知层硬件

感知层是物联网技术的基础，包括通信模块、

单片机和传感器，实现数据的采集处理和传输。其

结构如图2所示14】。

红外探头根据探测人体发射10

Ixm左右的红外线

进行工作，减少误报，提高了警报准确性。该传感器

工作温度为一15—70℃，在锥角小于120。时，感知距

离为7m，感知性能和防电磁干扰性较好，符合该系

统对变压器的监测要求。

(2)信号采集电路设计

1)温度采集电路设计为保证数据精确度。采

用外部电源供电方式接线。DSl8820的GND，OUT

和VCC引脚分别与Arduino的GND．6号数字引脚

和5 V电源接口连接，DSl8820的GND引脚不悬

空。其与Arduino设备的连接如图4所示。

2)物体接近感应电路设计HC—SR501的GND，

OUT和VCC分别与Arduino的GND接口、7号数

字引脚和5 V电源接口连接，当有检测到人体运动，

输出1，否则输出0。其与Arduino设备的连接如图

5所示。

图2感知层节点硬件结构

Hardware architecture of

nodes

perception layer

Fig．2

2．1．1单片机选型

单片机负责信息处理，主要包括处理器、电源

管理、网络接口、ROM、RAM输入输出、定时、中断

和时钟电路。单片机总体架构如图3所示。

掣i工

型

_{处理器广——不}工_■—型_——1立_{F———百}

刨幽噬

蔓

2．1．3通信模块选型与电路设计

(1)通信模块选型

图3单片机架构

在组网中，通讯方式的选择需考虑被监测对象

所处的位置和传输数据量大小等特点。各种组网方

式和特点见表1。

SCM architecture

Fig．3

在变压器中检测数据需要单片机满足实时性、

稳定性、低成本、低功耗和支持敏捷开发等要求。基

万方数据

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