Applicazione della comunicazione wireless LoRa nell'analisi e nella gestione dei dati energetici delle fabbriche intelligenti

1. Introduzione alla tecnologia LoRa

LoRa, nome completo di Long Range, è una tecnologia di comunicazione per reti WAN a bassa potenza (LPWAN, Low Power Wide Area Network). Utilizza una tecnologia avanzata di modulazione a spettro diffuso e uno schema codec per aumentare il budget di collegamento e migliorare le prestazioni anti-interferenza. Il budget di collegamento di LoRa fino a 157 dB consente di raggiungere distanze di comunicazione superiori a 15 km (a seconda dell'ambiente). Non solo mantiene le stesse caratteristiche di basso consumo energetico della modulazione FSK, ma aumenta anche significativamente la distanza di comunicazione, migliorando al contempo l'efficienza della rete e l'eliminazione delle interferenze, ovvero i terminali con diverse sequenze di diffusione non interferiranno tra loro anche se utilizzano la stessa frequenza per trasmettere contemporaneamente, e avranno una migliore stabilità contro il deep fading della comunicazione e lo spostamento di frequenza Doppler.

Attualmente, LoRa opera principalmente nelle bande di frequenza libere in tutto il mondo, tra cui 433, 868,

915 MHz ecc. Questo articolo utilizza il modulo LoRa nella banda di frequenza dei 433 MHz, con una spaziatura di canale di 2 MHz, half-duplex e trasmissione crittografata trasparente per garantire la sicurezza della trasmissione dati. Presenta le caratteristiche di lunga distanza, basso consumo energetico, multi-nodo e basso costo, ed è adatto per la costruzione di apparecchiature ampiamente distribuite e ampiamente separate. Rete di comunicazione a lunga distanza, anti-interferenza e basso consumo energetico. Questa banda di frequenza appartiene alla banda di frequenza ISM senza licenza e non è necessario pagare canoni all'operatore. Vi è meno interferenza in questa banda di frequenza e LoRa può supportare bene le comunicazioni in questa banda di frequenza.

2. Situazione in loco

Attualmente, vengono utilizzati i contatori di energia elettrica multifunzione nei quadri elettrici di media tensione di ogni locale elettrico del cementificio, i contatori di energia elettrica multifunzione nei quadri elettrici di media tensione di riduzione principale e i contatori di energia elettrica multifunzione nei quadri di misura, nonché il livello dell'olio, la temperatura degli avvolgimenti e altre apparecchiature del trasformatore. A causa di vari fattori, quali la pianificazione progettuale, l'ampia distribuzione delle apparecchiature e la particolare posizione degli strumenti, i segnali non sono ancora stati collegati al sistema DCS per un monitoraggio completo e una gestione centralizzata. La lettura manuale di ciascun contatore di energia elettrica e l'ispezione manuale dei trasformatori di potenza non solo sono inefficienti, ma presentano anche elevati tassi di errore.

Elevata, con una forte richiesta di personale e un carico di lavoro elevato. L'automazione e l'intelligenza integrate delle fabbriche intelligenti richiedono inoltre l'integrazione dei parametri operativi di queste apparecchiature di strumentazione nel sistema DCS per il monitoraggio operativo, al fine di ottenere una raccolta, un monitoraggio e un caricamento automatici e centralizzati, che forniscano analisi e gestione dei dati energetici in tempo reale, accesso ai dati storici sull'energia e apparecchiature per le fabbriche intelligenti. Il monitoraggio online in tempo reale fornisce fonti di dati.

Apparecchiature intelligenti come contatori di energia elettrica multifunzione e indicatori di temperatura remoti per trasformatori dispongono generalmente di interfacce di comunicazione EIA-485. Questo articolo progetta un sistema di monitoraggio remoto dei dati basato su una rete ad hoc di comunicazione wireless LoRa, che utilizza la tecnologia IoT (Internet of Things) per la comunicazione wireless LoRa, utilizzando la tecnologia wireless LoRa e il bus 485 per formare il dispositivo di connessione a livello fisico della rete, mentre Modbus-RTU è il livello di collegamento dati e il livello applicativo. Il protocollo di comunicazione consente la comunicazione a lunga distanza tra vari strumenti e apparecchiature intelligenti. Attraverso questa rete, vengono realizzati la raccolta e il caricamento automatici in tempo reale dei segnali delle apparecchiature, come contatori di energia elettrica multifunzione, contatori di energia elettrica multifunzione con gate ad alta precisione, temperatura superficiale dell'olio del trasformatore in diverse sale elettriche e quadri elettrici di media tensione di riduzione principali presso il sito del progetto, realizzando l'integrazione tra il sistema DCS e la fabbrica intelligente. Questi dispositivi dispongono di funzionalità centralizzate di raccolta e monitoraggio dei dati.

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