牽引變電所的遙測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

PAGEII電力系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：牽引變電所的遙測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)班級：電氣081班姓名：金峰峰學(xué)號：200809022指導(dǎo)教師：王思華設(shè)計(jì)時(shí)間：2012-3-10評語：成績自動化與電氣工程學(xué)院電力系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)11-1設(shè)計(jì)原始資料牽引變電所的遙測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（1）計(jì)算機(jī)繪制被控站（RTU端：變電所或開閉所或分區(qū)亭）通用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖（2）設(shè)計(jì)一個(gè)具體的MCS－51單片機(jī)數(shù)據(jù)采集最小系統(tǒng)（模擬量輸入數(shù)據(jù)，路數(shù)為16路，A/D轉(zhuǎn)換為12位），模擬量輸入數(shù)據(jù)類型為經(jīng)過變送器（變送器環(huán)節(jié)可略）；要求用標(biāo)準(zhǔn)圖紙，手工繪制（或?qū)Ｓ密浖rotel等），具體到芯片管腳的連線。（3）選用問答式傳輸規(guī)約，結(jié)合題目實(shí)際，以部分采集數(shù)據(jù)為例，編寫上傳調(diào)度中心的遙測數(shù)據(jù)報(bào)文的幀結(jié)構(gòu)；（4）計(jì)算機(jī)繪制相應(yīng)的遙測數(shù)據(jù)采集程序流程圖，編寫遙測數(shù)據(jù)采集程序。1.1具體題目說明遠(yuǎn)動的遙測、遙信、遙控和遙調(diào)功能，通過傳送遠(yuǎn)動信息實(shí)現(xiàn)。遠(yuǎn)動信息包括遙測信息、遙信信息、遙控信息和遙調(diào)信息。遙測信息傳送發(fā)電廠、變電所的各種運(yùn)行參數(shù)。它分為電量和非電量兩類。電量包括母線電壓、系統(tǒng)頻率、流過電力設(shè)備（發(fā)電機(jī)、變壓器）及輸電線的有功功率、無功功率和電流。非電量包括發(fā)電機(jī)機(jī)內(nèi)溫度以及水電廠的水庫水位等。這些量都是隨時(shí)間作連續(xù)變化的模擬量。對電流、電壓和功率變量，通常利用互感器和變送器把要測量的交流強(qiáng)電信號變成0~5V或0~10mA的直流信號后送入遠(yuǎn)動裝置。也可以把實(shí)測的交流信號變換成幅值較小的交流信號后，由遠(yuǎn)動裝置直接對其進(jìn)行交流采樣。電能量的測量采用脈沖輸入方式，由計(jì)數(shù)器對脈沖計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)測量或把脈沖作為特殊的遙信信息用軟件計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)測量。對于非電量，只能借助其他傳感設(shè)備（如溫度傳感器、水位傳感器），將它轉(zhuǎn)換成規(guī)定范圍內(nèi)的直流信號或數(shù)字量后送入遠(yuǎn)動裝置。遙測信息從發(fā)電廠、變電所向調(diào)度中心傳送，也可以從下級調(diào)度中心向上級調(diào)度中心轉(zhuǎn)發(fā)，通常稱它為上行信息。1.2要完成的內(nèi)容（1）被控站通用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；（2）MCS-51單片機(jī)遙測數(shù)據(jù)采集最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，繪制接線圖；（3）軟件的設(shè)計(jì)；（4）繪制遙測數(shù)據(jù)采集程序流程圖；（5）編寫遙測數(shù)據(jù)采集程序。2硬件設(shè)計(jì)2.1各開關(guān)元件及數(shù)據(jù)采集點(diǎn)編號采用雙T結(jié)線的單線三相牽引變電所的接線圖如圖2.1所示，開關(guān)元件進(jìn)行編號如表2.1所示。圖2.1采用雙T結(jié)線的單線三相牽引變電所表2.1開關(guān)原件編號開關(guān)QF1QF2QF3QF4QF5QS1QS2編號00H01H02H03H04H05H06H開關(guān)QS3QS4QS5QS6QS7QF8編號07H08H09H0AH0BH0CH2.2被控站通用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（示意圖）分層分布式綜合自動化系統(tǒng)可分為集中組屏模式和分散安裝模式，在集中組屏模式下，將綜合自動化系統(tǒng)按其不同的功能組裝成多個(gè)屏，集中安裝在主控室內(nèi)，其典型結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。圖2.2牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2.2數(shù)據(jù)采集通道（示意圖）牽引變電所輸入量為電流、電壓、功率及變壓器里面的溫度，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，如圖2.3所示為模擬遙測量輸入的接口電路，32路遙測量采集的實(shí)用電路。該電路主要包括三個(gè)部分：CPU、譯碼、程序/數(shù)據(jù)存儲、多路模擬開關(guān)、采樣保持、A/D轉(zhuǎn)換。圖2.332路遙測量采集電路AD7506為16選1的模擬多路開關(guān)，用兩片AD7506實(shí)現(xiàn)32路模擬輸入量的選擇。AD7506的16路輸入量的選通地址由地址線信號AB0~3提供，由于其芯片能使信號EN為高電平有效，因此用AB4反相信號控制前16路，AB4控制后16路，這樣AB0~4可選擇32路輸入量，兩片AD7506的輸出端OUT連接在一起送采樣/保持器LF398的輸入端。2.3MCS-51單片機(jī)數(shù)據(jù)采集最小系統(tǒng)2.3.1原理框圖以單片機(jī)為核心的硬件電路主要由交流采樣（含多路開關(guān)、采樣保持、A/D轉(zhuǎn)換）、單片機(jī)（這里選用的死51系列）、RAM、EPROM、WATCHDOG復(fù)位等電路組成，如圖2.4所示。圖2.4單片機(jī)數(shù)據(jù)采集最小系統(tǒng)2.3.2系統(tǒng)電路圖CPU選用8031，晶振12MHz，12分頻為機(jī)器周期，2764為8K字節(jié)的EPROM，6264為8K字節(jié)的RAM，74LS138產(chǎn)生選通信號，為各芯片分配地址空間，2764的地址為0000H~1FFFH，6264為2000H~3FFFH，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)的低8位DB0~7的地址為4000H，高4位為4001H，為提高系統(tǒng)抗干擾能力，將模擬電路與單片機(jī)系統(tǒng)交換的數(shù)字信號用光電耦合器隔離，電路如圖2.5所示。圖2.5系統(tǒng)原理圖3軟件設(shè)計(jì)3.1規(guī)約及主、子站地址3.1.1傳輸規(guī)約遠(yuǎn)動規(guī)約分為循環(huán)式遠(yuǎn)動規(guī)約和問答式遠(yuǎn)動規(guī)約。循環(huán)式規(guī)約中的幀結(jié)構(gòu)具有幀同步字、控制字、幀類別和信息字。其中幀同步字是用作一幀的開頭，要求幀同步字具有較好的自相關(guān)特性，以便對方比較容易捕捉，檢出幀同步。還要求幀同步具有較小的假同步概率，防止假同步發(fā)生?？刂谱质侵该鲙念悇e，共有多少字節(jié)，以及發(fā)送信息的源地址、目的地址等。循環(huán)式規(guī)約要求循環(huán)往復(fù)不停頓地傳送信息。傳送信息的內(nèi)容在受到干擾而拒受以后，在下一幀還可以傳送，丟失的信息還可以得到補(bǔ)救，保護(hù)性措施可以降低要求，也可以適用于單工或雙工通道，但不能用于半雙工通道。可以采用位同步和波形的積分檢出等提高通道傳輸質(zhì)量的措施。此種通信規(guī)約傳輸信息的有效率較低。問答式規(guī)約其主要特點(diǎn)是以主站端為主，主站端向遠(yuǎn)方站詢問召喚某一類別信息，遠(yuǎn)方站即將此種類別信息作回答。主站端正確接受此類別信息后，才開始下一輪新的詢問，否則還繼續(xù)向遠(yuǎn)方站詢問召喚此類信息。問答式規(guī)約為了減少傳輸?shù)男畔⒘浚捎米兾粋魉瓦b信、死區(qū)變化傳送遙測量等壓縮傳送信息的方法。問答式遠(yuǎn)動規(guī)約的另一個(gè)特點(diǎn)是通道結(jié)構(gòu)可以簡化，在一個(gè)通信鏈路上，可以連接好幾個(gè)遠(yuǎn)方站，這樣可以使通道投資減少，提高通道的備用性。問答式遠(yuǎn)動可以適用雙工、半雙工通道。對遠(yuǎn)動規(guī)約要求傳輸?shù)男畔⒂邢鄳?yīng)抗干擾措施，一般對于遙信、遙測的抗干擾編碼的信號距離為4,殘余差錯(cuò)率≤10-14。3.1.2主站和子站地址(1)報(bào)文的格式本規(guī)約中的報(bào)文可分為三種報(bào)文格式：主站向子站詢問的報(bào)文格式，子站向主站回答確認(rèn)或否定確認(rèn)的報(bào)文格式，主站向子站或子站向主站傳送數(shù)據(jù)的報(bào)文格式。主站向子站詢問的報(bào)文格式見圖3.1(a)，我們稱它為報(bào)文格式1。報(bào)文的第一個(gè)字節(jié)為子站地址，可以取00H—FFH。當(dāng)RTU地址取FFH時(shí)，該報(bào)文為廣播命令，他是面向全部子站設(shè)備的操作命令，所有子站都要接受收，第二個(gè)報(bào)文類型可以取05H和1AH。當(dāng)報(bào)文類型代碼為05H時(shí)，該報(bào)文為類別詢問報(bào)文；為1AH時(shí)，該報(bào)文為重復(fù)詢問報(bào)文。類別詢問報(bào)文的數(shù)據(jù)區(qū)為一個(gè)字節(jié)，稱詢問類別，它的8位與8種類別對應(yīng)，。當(dāng)主站希望收集某幾個(gè)類別的變化數(shù)據(jù)時(shí)，就將詢問類別的某幾位置“1”。如果詢問第8類別的數(shù)據(jù)，就將詢問類別字節(jié)置成全“0”子站向主站回答確認(rèn)或否定確認(rèn)的報(bào)文格式見圖3.1(b)，我們稱它為報(bào)文格式2，。這兩種報(bào)文都是三個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)為子站地址，取00H—FEH。第二字節(jié)報(bào)文類型取06H時(shí)，確認(rèn)報(bào)文，它表示子站正確收到主站命令；取15H時(shí)，為否定確認(rèn)報(bào)文。第三字節(jié)類別標(biāo)志字節(jié)的0~7位，與數(shù)據(jù)類別的0~7位相對應(yīng)。如果RTU中某一類別的數(shù)據(jù)有變化，在子站向主站的回答報(bào)文中，將報(bào)文標(biāo)志字節(jié)中的對應(yīng)位置成“1”，數(shù)據(jù)無變化的類別，對應(yīng)位取“0”。這種報(bào)文不帶校驗(yàn)字節(jié)。(a)格式1（b）格式2圖3.1主站向子站詢問的報(bào)文格式傳送數(shù)據(jù)的報(bào)文格式，我們稱它為報(bào)文格式3。報(bào)文的第一個(gè)字節(jié)為子站地址，第二字節(jié)的8位中只用低6位作為報(bào)文類型的代碼。在子站向主站的報(bào)文中，最高位為“1”表示子站的事件順序記錄向主站報(bào)告，次高位為“1”表示子站的隨機(jī)存儲器出錯(cuò)。第三個(gè)字節(jié)的取值范圍時(shí)00H—FBH。在子站向主站的報(bào)文中，數(shù)據(jù)至少包含一個(gè)類別標(biāo)志，它是數(shù)據(jù)區(qū)的第一個(gè)字節(jié)，類別標(biāo)志字的某一位為“1”時(shí)，表示子站某一類別的數(shù)據(jù)有變化，需要向主站報(bào)告，因此數(shù)據(jù)區(qū)長度N的取值可為01H—FBH。主站和子站的地址子站向主站的回答報(bào)文共有10條，詳細(xì)見表3.1。主站向子站發(fā)送的命令共有24條。表3.2列出了24種命令的分類、各種命令的名稱、報(bào)文類型碼和報(bào)文字節(jié)數(shù)。表3.1子站向主站回答報(bào)文表報(bào)文分類報(bào)文名稱報(bào)文類型報(bào)文字節(jié)數(shù)確認(rèn)報(bào)文確認(rèn)06H3否定確認(rèn)15H3送數(shù)報(bào)文電源合閘16H6向主站報(bào)告時(shí)標(biāo)數(shù)據(jù)出現(xiàn)17H7模塊狀態(tài)變化18H可變用數(shù)據(jù)回答主站的類別詢問1BH可變用數(shù)據(jù)回答主站的數(shù)據(jù)召喚報(bào)文1CH可變帶缺損指示的數(shù)據(jù)回答1DH可變報(bào)告參數(shù)組號2FH7表3.2主站—子站的命令報(bào)文表命令分類命令名稱報(bào)文類型報(bào)文字節(jié)數(shù)查詢命令召喚故障模塊02H5類別詢問05H4請求數(shù)據(jù)報(bào)文0DH可變召喚事件記錄數(shù)據(jù)0FH7重復(fù)詢問1AH5查詢參數(shù)組號2EH5送參數(shù)命令設(shè)置RTU工作方式03H可變發(fā)送壓縮因子04H13設(shè)置時(shí)鐘0CH11設(shè)置回答數(shù)據(jù)區(qū)最大長度10H6發(fā)送掃描頻率11H13發(fā)送濾波系數(shù)13H13指定參數(shù)組號2DH6控制命令復(fù)位RTU01H5停止RTU掃描07H5允許RTU掃描08H5停止I/O模塊掃描09H可變允許I/O模塊掃描0AH可變電源合閘確認(rèn)12H5專用命令診斷報(bào)文0EH可變同步命令14H5預(yù)同步命令19H9帶反送校核的遙控命令1EH93.2程序流程圖設(shè)計(jì)圖3.2主程序流程圖結(jié)論通過這次遠(yuǎn)動的課程設(shè)計(jì)，我的收獲很大。首先從分析設(shè)計(jì)資料到理論推算到最后得出結(jié)果，我不但對所學(xué)過的遠(yuǎn)動的專業(yè)知識有了更加全面的掌握，而且極大的鍛煉了我獨(dú)立思考獨(dú)立解決問題的能力。其次通過這一個(gè)星期的學(xué)習(xí)與設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，知識的很多漏洞，看到了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是比較缺乏，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還亟需提高課程設(shè)計(jì)不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢查，更是對自己能力的一種提高。通過這次課程設(shè)計(jì)使我意識到自己知識的缺乏、片面，更加明白要學(xué)習(xí)的東西還有很多。以前覺得自己什么都會，什么都懂，有點(diǎn)眼高手低?，F(xiàn)在我明白了學(xué)習(xí)是一個(gè)長期積累的過程，在以后的工作、生活中應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己的文化知識和綜合素質(zhì)。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說