Введение 17
1. Обзор литературы 18
1.1. Аналог без реализации дистанционного управления 18
1.2. Умный Wi-Fi автоматический выключатель MCB-2P 20
1.3. Блок микропроцессорной релейной защиты 21
2. Устройство и принцип работы отдельных составных частей устройства 22
2.1. Автоматический выключатель 22
2.2. Устройство и принцип работы реле 26
3. Беспроводной интерфейс 28
3.1. Беспроводной интерфейс LoRa 28
3.2. Беспроводная связь Bluetooth 30
3.3. Сетевой протокол ZigBee 31
3.4. Сравнение типов беспроводной связи 33
4. Технические характеристики и принцип работы Raspberry Pi 3 Model B 34
4.1. Элементы платы 35
4.2. Распиновка 36
4.3. Операционные системы и софт 37
4.4. Удалённый доступ к Raspberry Pi 38
5. Разработка ПО для данного устройства 42
5.1. Функциональный блок «Начальные параметры» 43
5.2. Тело цикла while 45
5.3. Функциональный блок «Обработка данных» 46
6. Физическая сборка устройства 48
6.1. Одноканальное реле TONGLING 5VDC 48
6.2. Модем WDT LoRa 433 L20 50
7. Финансовый менеджмент 52
7.1. Оценка коммерческого и инновационного потенциала НТИ 52
7.1.1. Потенциальные потребности результатов исследования 52
7.1.2. Анализ конкурентных технических решений 53
7.1.3. SWOT-анализ 55
7.2. Планирование научно-исследовательских работ 56
7.2.1. Структура работ в рамках научного исследования 56
7.2.2. Определение трудоёмкости выполнения работ 58
7.2.3. Разработка графика проведения научного исследования 61
7.3. Бюджет научно-технического исследования (НТИ) 62
7.3.1. Расчет материальных затрат НТИ 62
7.3.2. Расчет затрат на специальное оборудование для научных работ . 63
7.3.3. Основная заработная плата исполнителей темы 63
7.3.4. Дополнительная заработная плата исполнителей темы 66
7.3.5. Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) ... 67
7.3.6. Накладные расходы 68
7.3.7. Формирование бюджета затрат научно-исследовательского
проекта 68
7.4. Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта 69
Выводы по разделу «Финансовый менеджмент» 72
8. Социальная ответственность 73
8.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ... 74
8.1.1. Специальные (характерные для проектируемой рабочей зоны)
правовые нормы трудового законодательства 74
8.1.2. Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны ... 75
8.2. Производственная безопасность 76
8.2.1. Отсутствие или недостатки необходимого искусственного
освещения 77
8.2.2. Отклонение показателей микроклимата 78
8.2.3. Эмоциональные перегрузки 79
8.2.4. Умственное перенапряжение 79
8.2.5. Перенапряжение зрительного анализатора 79
8.2.6. Превышение уровня шума 80
8.2.7. Повышенное значение напряжения в электрической цепи, которое
может пройти через тело человека 81
8.3. Экологическая безопасность 82
8.3.1. Влияние объекта исследования на литосферу 82
8.3.2. Влияние объекта исследования на гидросферу 83
8.3.3. Влияние объекта исследования на атмосферу 83
8.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 84
8.4.1. Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследований 84
8.4.2. Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС 84
Вывод по разделу социальная ответственность 86
Заключение 87
Список литературы 88
Приложение А. Исходный код ПО 92
Приложение Б. Принципиальная схема устройства 95
В настоящее время по всему миру широко используются автоматические выключатели для защиты электрических цепей от перегрузки и токов короткого замыкания.
Зачастую крупные предприятия, где данных устройств установлено огромное множество, сталкиваются с проблемой оперативного нахождения участка цепи, на котором произошёл сбой, для дальнейшего его устранения, а также выявления причины срабатывания автоматического выключателя.
Для решения этой проблемы в данном исследовательском проекте реализовано устройство, которое позволяет дистанционно управлять автоматическими выключателями и оповещать работников предприятий о выведенных из строя автоматах с наиболее вероятной причиной их срабатывания, основываясь на динамически-получаемых данных напряжения, а также нагрузки на отдельных участках цепи.
Более того, на основе этих данных устройство способно фиксировать потери энергии в сложных электрических цепях, а в локальных - заблаговременно сигнализировать о неисправности либо самого автоматического выключателя, либо устройства, расположенного в данной электрической сети.
Данный проект состоит из непосредственно самого автоматического выключателя, релейного блока для сигнализации о выключении автомата, беспроводного интерфейса, для передачи оповещения о сработавшем выключателе на операторское рабочее место, а также вычислительного устройства, которое принимает, хранит и обрабатывает полученные данные.
В качестве вычислительного устройства в данной работе используется одноплатный микрокомпьютер Raspberry Pi 3 model B.
В ходе выполнения данной выпускной квалификационной работы были рассмотрены литературные источники, а также изучены аналоговые устройства для решения задачи в области автоматического дистанционного управления электрическими цепями при помощи беспроводного интерфейса.
Были изучены основные теоретические сведения об автоматических выключателях и электромагнитных реле, а также их принцип работы.
Были рассмотрены и изучены такие протоколы беспроводной связи как: LoRa, ZigBee, Bluetooth. Выявлены их преимущества и недостатки, на основе которых выбрана один, который используется в данной работе - LoRa.
Были изучены основные теоретические сведения, а также технические характеристики одноплатного микрокомпьютера Raspberry Pi 3 Model B.
Был описан алгоритм подключения удалённого доступа к Raspberry Pi 3 с персонального компьютера по средствам протоколов SSH и VNC.
Было разработано ПО для управления данным устройством на языке Python, а также предоставлены блок-схемы алгоритмов управления данным устройством и исходный код.
Были выбраны необходимые комплектующие для реализации данного устройства, а также произведена сборка физического прототипа данного устройства.
Для проверки работоспособности разработанного устройства была составлена схема в математическом пакете MATLAB Simulink, генерирующая необходимые данные, посылаемые на Raspberry Pi, имитирующая реальный опрос электрической сети устройством.
