Application de la communication sans fil LoRa à l'analyse et à la gestion des données énergétiques des usines intelligentes

1. Introduction à la technologie LoRa

LoRa, nom complet de Long Range, est une technologie de communication pour réseaux étendus basse consommation (LPWAN, Low Power Wide Area Network). Elle utilise une technologie avancée de modulation à étalement de spectre et un codec pour augmenter le bilan de liaison et améliorer les performances anti-interférences. Le bilan de liaison de LoRa, atteignant 157 dB, permet une distance de communication supérieure à 15 km (selon l'environnement). Non seulement elle conserve les mêmes caractéristiques de faible consommation d'énergie que la modulation FSK, mais elle augmente également considérablement la distance de communication, tout en améliorant l'efficacité du réseau et en éliminant les interférences. Autrement dit, les terminaux ayant des séquences d'étalement différentes n'interfèrent pas entre eux, même s'ils utilisent la même fréquence pour transmettre simultanément, et offrent une meilleure stabilité face aux évanouissements profonds et aux décalages de fréquence Doppler.

Actuellement, LoRa fonctionne principalement dans les bandes de fréquences libres du monde entier, notamment 433, 868,

915 MHz, etc. Cet article utilise le module LoRa dans la bande de fréquences 433 MHz, avec un espacement des canaux de 2 MHz, le semi-duplex et une transmission cryptée transparente pour garantir la sécurité des transmissions de données. Il présente les caractéristiques suivantes : longue distance, faible consommation d'énergie, multi-nœuds et faible coût. Il convient aux équipements de construction largement distribués et largement séparés. Réseau de communication longue distance, anti-interférences et faible consommation d'énergie. Cette bande de fréquences appartient à la bande ISM sans licence, et ne nécessite pas de frais d'opérateur. Les interférences sont réduites et LoRa peut parfaitement prendre en charge les communications dans cette bande.

2. Situation sur place

Actuellement, les compteurs d'énergie électrique multifonctions installés dans les armoires de distribution moyenne tension de chaque salle électrique de la cimenterie, les compteurs d'énergie électrique multifonctions installés dans les armoires de distribution moyenne tension principales et les compteurs d'énergie électrique multifonctions installés dans les armoires de comptage, ainsi que le niveau d'huile, la température des enroulements et d'autres équipements du transformateur, sont utilisés. En raison de divers facteurs tels que la planification de la conception, la large répartition des équipements et l'emplacement spécifique des instruments, les signaux ne sont pas encore connectés au système DCS pour une surveillance complète et une gestion centralisée. La lecture manuelle de chaque compteur d'énergie électrique et l'inspection manuelle des transformateurs de puissance sont non seulement inefficaces, mais présentent également des taux d'erreur élevés.

Forte, la demande en personnel est importante et la charge de travail est lourde. L'automatisation et l'intelligence intégrées des usines intelligentes nécessitent également l'intégration des paramètres de fonctionnement de ces équipements d'instrumentation au système DCS pour la surveillance opérationnelle, afin de centraliser la collecte, la surveillance et le téléchargement automatiques. Cela permet l'analyse et la gestion des données énergétiques en temps réel, l'accès aux données historiques et la fourniture d'équipements pour les usines intelligentes. La surveillance en ligne en temps réel fournit des sources de données.

Les instruments intelligents, tels que les compteurs d'énergie électrique multifonctions et les indicateurs de température à distance des transformateurs, utilisent généralement des interfaces de communication EIA-485. Cet article décrit un système de surveillance des données à distance basé sur un réseau ad hoc de communication sans fil LoRa. Il utilise la technologie de l'Internet des objets (IoT) LoRa. Le réseau sans fil LoRa et le bus 485 forment le dispositif de connexion de la couche physique du réseau. Modbus-RTU assure la liaison de données et la couche application. Le protocole de communication permet la communication longue distance entre divers instruments et équipements intelligents. Ce réseau permet la collecte et le transfert automatiques en temps réel des signaux des équipements tels que les compteurs d'énergie électrique multifonctions, les compteurs d'énergie électrique multifonctions à grille de haute précision, la température de surface de l'huile des transformateurs dans les salles électriques et les armoires moyenne tension principales du site du projet, assurant ainsi l'intégration entre le système DCS et l'usine intelligente. La collecte et la surveillance centralisées des données de ces appareils sont assurées.

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