遠(yuǎn)程監(jiān)控課程設(shè)計(jì)

1、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告評(píng)語：考勤（10）守紀(jì)（10）設(shè)計(jì)過程（40）設(shè)計(jì)報(bào)告（30）小組答辯（10）總成績（100）專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班 級(jí)： 電氣1203 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院2015年7月22日1設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1.1具體題目依據(jù)給出的牽引供電的典型控制對(duì)象紐結(jié)型開閉所主接線如圖1.1所示。要求每位同學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)所有開關(guān)器件進(jìn)行編號(hào)，一般為8位二進(jìn)制編碼，模擬量對(duì)采集節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，一般為電流、電壓及功率，然后根據(jù)各自選擇不同的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖1.1 紐結(jié)型開閉所主接線設(shè)計(jì)內(nèi)容包含：8路遙信量采集和一路功率量和一類常用電參量測量。數(shù)據(jù)采集點(diǎn)編

2、號(hào)如表1所示。表1 數(shù)據(jù)采集點(diǎn)編號(hào)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)QS1QS2QS8QS9QF1QF2QF3QF6編號(hào)01H02H03H04H05H06H07H08H2硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1遙測量采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1.1采集系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)遙測信息是表征系統(tǒng)運(yùn)行狀況的連續(xù)變化量，分為電量和非電量兩種。電量指的是一次系統(tǒng)中母線電壓、支路電流、支路有功和無功等，非電量指的是發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的溫度、水庫的水位等。不論是電量還是非電量都需要轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠處理的弱電信號(hào)，如05V或-5+5V的直流模擬電壓。由于電力系統(tǒng)中的電量均為強(qiáng)電信號(hào)，因此這些量必須先經(jīng)過電壓互感器TV和電流互感器TA，再經(jīng)過相應(yīng)的變送器，轉(zhuǎn)換成弱電信號(hào)。這些弱

3、電直流模擬信號(hào)受多路開關(guān)控制分時(shí)接入模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路后轉(zhuǎn)換成一組二進(jìn)制代碼。遙測量的轉(zhuǎn)換過程如圖2.1所示。互感器變送器多路模擬開關(guān)采樣/保持傳感器電量非電量模擬量模/數(shù)轉(zhuǎn)換電量圖2.1 遙測量的采集框圖2.2遙信量采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)遙信信息是二元狀態(tài)量，在電力系統(tǒng)中，遙信信息可以表示設(shè)備的啟停、斷路器的投切、隔離開關(guān)的開合、告警信號(hào)的有無、保護(hù)動(dòng)作與否等(1) 遙信對(duì)象狀態(tài)的采集遙信信息通常由電力設(shè)備的輔助接點(diǎn)提供，輔助接點(diǎn)的開合直接反應(yīng)出該設(shè)備的工作狀態(tài)。提供給遠(yuǎn)動(dòng)裝置的輔助接點(diǎn)大多為無源接點(diǎn)，即空接點(diǎn)，這種節(jié)點(diǎn)無論是在“開”狀態(tài)還是“合”狀態(tài)下，接點(diǎn)兩端均無電位差。斷

4、路器和隔離開關(guān)提供的就是這一類輔助接點(diǎn)。另一種輔助接點(diǎn)則是有源節(jié)點(diǎn)，有源節(jié)點(diǎn)在“開”狀態(tài)時(shí)兩端有一個(gè)直流電壓，是由系統(tǒng)蓄電池提供的110V或220V直流電壓。一些保護(hù)提供此類接點(diǎn)，遙信量采集如圖2.2所示。無論無源還是有源觸點(diǎn)，由于他們來自強(qiáng)大系統(tǒng)，直接進(jìn)入遠(yuǎn)動(dòng)裝置將會(huì)干擾甚至損壞遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備，因此必須加入信號(hào)隔離措施。通常采用繼電器和光電耦合器作為遙信信息的隔離器件，如圖2.3所示。CPU并行I/O接口光電隔離光電隔離信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換+EK8K1圖2.2 遙信采集硬件框圖(a) 繼電器隔離 (b) 光電耦合隔離圖2.3 遙信信息的隔離措施(2) 遙信狀態(tài)的輸入電路經(jīng)過信號(hào)處理后，遠(yuǎn)動(dòng)裝置內(nèi)的遙信

5、信息為符合TTL電平的“0”、“1”狀態(tài)信號(hào)。每一遙信對(duì)象映射到計(jì)算機(jī)中正好是二進(jìn)制代碼的一位，大量散亂的遙信對(duì)象必須通過遙信狀態(tài)的輸入電路的有效組織。接收遙信量的輸入電路可以用三態(tài)門SN74LS244、并行接口芯片Intel8155和數(shù)字多路開關(guān)芯片SN74151三類接口芯片實(shí)現(xiàn)。并行接口芯片Intel8155的數(shù)據(jù)狀態(tài)讀取控制見附錄表A所示。3采集數(shù)據(jù)處理3.1遙測信息的處理A/D 轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)提供給調(diào)度人員需經(jīng)過一系列的處理。(1) 數(shù)字濾波數(shù)字濾波在計(jì)算機(jī)中用一定的計(jì)算方法對(duì)輸入信號(hào)的量化數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，減少干擾在用用信號(hào)中的比重、提高信號(hào)的真實(shí)性。這是一種軟件方

6、法、對(duì)濾波算法的選擇、濾波系數(shù)的調(diào)整都有極大的靈活性，在要測量的處理上得到了廣泛應(yīng)運(yùn)。有限幅濾波法、算術(shù)平均濾波法、遞推平均濾波法。(2) 死區(qū)計(jì)算 死區(qū)計(jì)算是對(duì)連續(xù)變化的模擬量規(guī)定一個(gè)較小的變化范圍 ，當(dāng)模擬量在這個(gè)規(guī)定的范圍內(nèi)時(shí)，認(rèn)為該模擬量沒有變化，這個(gè)期間模擬量的值用原值表示，規(guī)定的范圍稱為死區(qū)。減輕主機(jī)負(fù)擔(dān)的負(fù)擔(dān)，降低了靈敏度。(3) 越限比較。(4) 標(biāo)度變換及事故追憶A/D后的數(shù)據(jù)只代表其輸入模擬量的電壓大小，不能代表要測量的實(shí)際值，求實(shí)際值時(shí)必須進(jìn)行標(biāo)度轉(zhuǎn)化。3.2遙信信息的處理遙信信息在采集和處理上有兩種不同的模式：定時(shí)掃查和變位觸發(fā)。(1) 定時(shí)掃查模式因?yàn)檫b信信息不是時(shí)刻

7、變化的，通常情況下狀態(tài)是不變化的，而狀態(tài)的改變往往又是瞬間完成的。因此對(duì)遙信量采集時(shí)，必須不斷地掃查，以捕捉遙信變位。連續(xù)N次讀遙信量狀態(tài)并比較是否相等是一種軟件去抖的方法，可保證遙信量的正確性。(2) 變位觸發(fā)模式在實(shí)時(shí)掃查模式的基礎(chǔ)上，稍加修改則可實(shí)現(xiàn)變位觸發(fā)模式。遙信變位觸發(fā)模式特別適用于對(duì)遙信分辨率要求極高的場合，當(dāng)然這種模式所提供的硬件環(huán)境也可實(shí)現(xiàn)定時(shí)掃查模式。變位觸發(fā)模式需要增加一些硬件，占用一個(gè)CPU的外部中斷源。這是一種以硬件投入換取軟件實(shí)時(shí)性的方法。4遠(yuǎn)動(dòng)信息的規(guī)約組織當(dāng)遠(yuǎn)動(dòng)信息的傳輸采用循環(huán)傳輸模式時(shí)，信息傳輸?shù)膸Y(jié)構(gòu)、信息字結(jié)構(gòu)和傳輸規(guī)則等各種約定，應(yīng)遵照頒布的循環(huán)式傳輸

8、規(guī)約，也稱為循環(huán)式遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約。(1) 幀結(jié)構(gòu) 幀結(jié)構(gòu)包括同步字、控制字和信息字由48位二進(jìn)制數(shù)組成。為了保證同步字在通道中的傳輸順序?yàn)槿MEB90H,寫入串行口的同步字為三組D709H。遠(yuǎn)動(dòng)信息幀結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。同步字控制字信息字1信息字2 信息字n圖4.1 循環(huán)式遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約的幀結(jié)構(gòu)控制字有6個(gè)字節(jié)組成，他們是控制字節(jié)、幀結(jié)構(gòu)、信息字n、源站址、目的站址和校驗(yàn)碼字節(jié)。(2) 信息字結(jié)構(gòu)信息字由6個(gè)字節(jié)組成，其中第一個(gè)字節(jié)是功能碼字節(jié)，第2到5字節(jié)是信息數(shù)據(jù)字節(jié)，第6字節(jié)是校驗(yàn)碼字節(jié)。(3) 幀的組織方式,其中源站址30H，目的站址20H。5信道編碼計(jì)算5.1 數(shù)據(jù)采集點(diǎn)編號(hào)TV3和TV4 分別

9、為上下行線路中牽引側(cè)的電壓互感器，用來測上下行線路中牽引側(cè)的電壓值；TA5-TA13為電流互感器，用來測各部分電流值。 表5.1 數(shù)據(jù)采集點(diǎn)編號(hào)采集點(diǎn)TA5TA6TA8TA9TA10TA13TV3TV4編號(hào)00H02H04H05H06H07H08H09H5.2遙測信息編碼在遠(yuǎn)動(dòng)裝置中，用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)多路輸入的直流模擬電壓分時(shí)地進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。由于采用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，因此各個(gè)輸入量必須經(jīng)過一系列的轉(zhuǎn)換，變成統(tǒng)一量程的直流模擬電壓，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量只代表其輸入模擬量的電壓的大小，而不能代表要測量的實(shí)際值，要想求得實(shí)際值就必須進(jìn)行標(biāo)度變換。設(shè)TV1和TV3采集的電壓為25KV

10、,本文僅以此為例對(duì)其編碼過程如下：本設(shè)計(jì)采用的是12位A/D轉(zhuǎn)換器，單極性010V,TV1和TV3額定電壓為25KV，設(shè)最高電壓為29KV,根據(jù)標(biāo)度變換25KV所對(duì)應(yīng)的輸入量A如下:求得求得。由于遙測的功能碼為7FH,所以求得信息字為7F0DC20DC2,采用軟件表(見附錄B)對(duì)信息字進(jìn)行編碼，將m分成信息段,。在軟件表中，查出對(duì)應(yīng)的中間余數(shù)；求,查表得；求,查表得；求,查表得；求,查表得。CDT幀結(jié)構(gòu)的同步字為EB90EB90EB90H,控制字為71610130208CH，循環(huán)式傳輸規(guī)約的幀結(jié)構(gòu)為：EB90 EB90 EB907161 0130 208C7F0D C20D C2C95.3遙信

11、信息編碼在(48,40)系統(tǒng)循環(huán)碼中，信息序列00000000，其中，將m分成信息段如下，M1=11110000,M2=01101010，M3=00000000，M4=00000000，M5=00000000，在給定的軟件表中查出M1對(duì)中間余數(shù),得M1的余數(shù)，則:查表得，的中間余數(shù),的中間余數(shù)。得的余數(shù)。以此類推得的余數(shù)。就是信息序列m的余數(shù)，即是信息序列的校驗(yàn)碼。校驗(yàn)碼為C0H。傳輸規(guī)約的幀結(jié)構(gòu)為：EB90 EB90 EB9071F4 0130 20D8F06A 0000 00C06調(diào)制方案選擇 數(shù)字調(diào)制是利用數(shù)字信號(hào)去控制一定形式的載波而實(shí)現(xiàn)調(diào)制的一種方法，通常用高頻正弦波作為載波信號(hào)。這

12、是載波信號(hào)可以表示為：當(dāng)用數(shù)字基帶信號(hào)去分別控制正弦載波信號(hào)的幅值、角頻率、相位這三個(gè)參數(shù)中的任意一個(gè)參數(shù)時(shí)，便分別實(shí)現(xiàn)了振幅鍵控（ASK）、移頻鍵控(FSK)及移相鍵控（PSK)的調(diào)制方式。7結(jié)論經(jīng)過這次對(duì)區(qū)間遙信采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使我進(jìn)一步了解了遙信在鐵路系統(tǒng)中的重要性，鐵路的電力供應(yīng)與鐵路的行車和安全密切相關(guān)，是鐵路運(yùn)輸基層設(shè)施的重要組成部分。提高供電質(zhì)量，縮小故障影響范圍，減少停電時(shí)間，是鐵路部門對(duì)供電段提出的基本要求。根據(jù)遠(yuǎn)動(dòng)終端的功能要求，建立了完成各種功能的特殊模塊，各功能模塊的功能軟件各不相同。通過本次課程設(shè)計(jì)，可以得出以下結(jié)論：(1) 遙信信息通常由電力設(shè)備的輔助接點(diǎn)提供，輔助

13、接點(diǎn)的開合直接反映出該設(shè)備的工作狀態(tài)；(2) 不論是有源還是無源觸點(diǎn)，必須加入信號(hào)隔離措施，以免強(qiáng)電系統(tǒng)損壞遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備；(3) 在遙信狀態(tài)的采集方面采用雙觸點(diǎn)遙信的處理方法，提高遙信信源的可靠性和準(zhǔn)確性。參考文獻(xiàn)1柳永智.電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)(第二版) M.北京:中國電力出版社,2006.2錢清泉.電氣化鐵道微機(jī)監(jiān)控技術(shù)M.北京:中國鐵道出版社,2000.附錄A 并行接口芯片Intel8155的數(shù)據(jù)狀態(tài)讀取控制Intel8255 數(shù)據(jù)讀取控制所選端口傳送方向00001PA口PA口數(shù)據(jù)總線00101PB口PB口數(shù)據(jù)總線01001PC口PC口數(shù)據(jù)總線1XXXXXX開關(guān)量的狀態(tài)選通QS1QS2QS8QS9QF

14、1QF2QF3QFPA口01101010附錄B 軟件表信息段中間余數(shù)信息段中間余數(shù)0000 00000000 00000000 00000000 00000001 00000111 00000000 00010000 01110010 00001110 00000000 00100000 11100011 00001001 00000000 00110000 10010100 00001100 01110000 01000001 11000101 00001011 01110000 01010001 10110110 00000010 01110000 01100001 00100111 00000101 01110000 01110001 01011000 00001000 10010000 10000011 10001001 00001111 10010000 1001