Toepassing van draadloze LoRa-communicatie bij de analyse en het beheer van energiegegevens van slimme fabrieken

1. Introductie tot LoRa-technologie

LoRa, de volledige naam van Long Range, is een communicatietechnologie voor low-power wide area networks (LPWAN, Low Power Wide Area Network). Het maakt gebruik van geavanceerde spread spectrum modulatietechnologie en codec-schema's om de verbindingsdrempel te verhogen en interferentie te verminderen. LoRa's verbindingsdrempel van maximaal 157 dB maakt communicatieafstanden van meer dan 15 km mogelijk (afhankelijk van de omgeving). Het behoudt niet alleen hetzelfde lage stroomverbruik als FSK-modulatie, maar vergroot ook aanzienlijk de communicatieafstand, terwijl de netwerkefficiëntie wordt verbeterd en interferentie wordt geëlimineerd. Dit betekent dat terminals met verschillende spreidingssequenties elkaar niet zullen storen, zelfs niet als ze tegelijkertijd dezelfde frequentie gebruiken, en dat ze beter bestand zijn tegen communicatievervaging en Doppler-frequentieverschuiving.

Momenteel opereert LoRa voornamelijk in vrije frequentiebanden over de hele wereld, waaronder 433, 868,

915 MHz, enz. Dit artikel maakt gebruik van de LoRa-module in de 433 MHz-frequentieband, met een kanaalafstand van 2 MHz, half-duplex en transparante, gecodeerde transmissie om de veiligheid van de gegevensoverdracht te garanderen. Het heeft de kenmerken van lange afstand, een laag stroomverbruik, meerdere knooppunten en lage kosten, en is geschikt voor apparatuur die wijdverspreid en ver van elkaar verwijderd is. Het communicatienetwerk is geschikt voor lange afstanden, heeft anti-interferentiemogelijkheden en een laag stroomverbruik. Deze frequentieband behoort tot de ISM-licentievrije frequentieband en er hoeven geen kosten aan de operator te worden betaald. Er is minder interferentie in deze frequentieband en LoRa ondersteunt communicatie in deze frequentieband uitstekend.

2. Situatie ter plaatse

Momenteel worden de multifunctionele elektriciteitsmeters in de middenspanningskasten in elke elektrische ruimte van de cementfabriek, de multifunctionele elektriciteitsmeters in de hoofd- en verlagingsmiddenspanningskasten en de multifunctionele elektriciteitsmeters in de meterkasten gebruikt, evenals het oliepeil, de wikkelingstemperatuur en andere apparatuur van de transformator. Vanwege diverse factoren, zoals ontwerpplanning, de brede spreiding van apparatuur en de specifieke locatie van de instrumenten, zijn signalen nog niet gekoppeld aan het DCS-systeem voor uitgebreide monitoring en centraal beheer. Handmatige meteruitlezing van elke elektriciteitsmeter en handmatige inspectie van vermogenstransformatoren zijn niet alleen inefficiënt, maar hebben ook een hoog foutpercentage.

Hoog, de vraag naar personeel is groot en de werkdruk hoog. Geïntegreerde automatisering en intelligentie van slimme fabrieken vereisen ook de integratie van de bedrijfsparameters van deze instrumentatieapparatuur in het DCS-systeem voor operationele monitoring. Dit resulteert in gecentraliseerde automatische verzameling, monitoring en upload. Dit biedt realtime analyse en beheer van energiegegevens, toegang tot historische energiegegevens en apparatuur voor slimme fabrieken. Realtime online monitoring levert databronnen.

Intelligente instrumenten zoals multifunctionele elektriciteitsmeters en externe temperatuurindicatoren voor transformatoren beschikken doorgaans over EIA-485-communicatie-interfaces. In dit artikel wordt een systeem voor datamonitoring op afstand ontworpen op basis van een ad-hoc LoRa-netwerk voor draadloze communicatie. Dit netwerk maakt gebruik van LoRa-technologie (Internet of Things), waarbij draadloze LoRa en de 485-bus worden gebruikt om het fysieke verbindingsapparaat van het netwerk te vormen, en Modbus-RTU de datalinklaag en applicatielaag vormt. Het communicatieprotocol maakt communicatie over lange afstanden tussen verschillende slimme instrumenten en apparatuur mogelijk. Via dit netwerk worden signalen van apparatuur, zoals multifunctionele elektriciteitsmeters, uiterst nauwkeurige multifunctionele elektriciteitsmeters met poort, de oppervlaktetemperatuur van transformatorolie in verschillende elektrische ruimtes en de belangrijkste middenspanningskasten op de projectlocatie, in realtime automatisch verzameld en geüpload. Dit zorgt voor de integratie tussen het DCS-systeem en de slimme fabriek. Gecentraliseerde mogelijkheden voor dataverzameling en monitoring van deze apparaten.

Acrel Lora draadloze communicatienetwerkoplossingen