課程設(shè)計---牽引供電系統(tǒng)的遙信數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1、<p><b>　　課程設(shè)計</b></p><p>　　所屬課程名稱 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動原理及應(yīng)用 </p><p>　　課程設(shè)計題目 牽引供電系統(tǒng)的遙信數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) </p><p>　　班 級 </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><

2、p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　二○一一 年 十一 月 二十三 日</p><p>　　課程設(shè)計（論文）任務(wù)書</p><p>　　專業(yè)電氣工程及自動化 班級09級</p><p>　　一、課程設(shè)計（論文）題目 牽引供電系統(tǒng)的遙信數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) </p><p

3、>　　二、課程設(shè)計（論文）工作自 2012 年 04 月 05 日起至 2012 年 04 月 16 日止</p><p>　　三、課程設(shè)計（論文）的內(nèi)容要求：</p><p><b>　　1 設(shè)計原始資料</b></p><p>　　1.1 具體題目說明</p><p>　　遠(yuǎn)動系統(tǒng)的核心

4、是 SCADA 系統(tǒng)， 即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。 在電力系統(tǒng)中， 遠(yuǎn)動系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)發(fā)展也最為成熟。針對圖 1.1 提供的開閉所主接線電路 圖，進行遠(yuǎn)動系統(tǒng)模塊的設(shè)計，設(shè)計出牽引供電系統(tǒng)的遙信數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。</p><p>　　圖 1.1 紐結(jié)型開閉所主接線電路圖</p><p>　　1.2 要完成的內(nèi)容</p><p>　　(1) 計算機繪制開閉所通用系

5、統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖； (2) 設(shè)計一個具體的MCS－51單片機數(shù)據(jù)采集最小系統(tǒng)，開關(guān)量輸入數(shù)據(jù)，路數(shù)為 16路，開關(guān)量輸入數(shù)據(jù)類型為各斷路器、隔離開關(guān)的狀態(tài)信息； (3) 選用問答式傳輸規(guī)約，以16路開關(guān)量為例，編寫上傳調(diào)度中心的遙信數(shù)據(jù)報文 的幀結(jié)構(gòu)； (4) 計算機繪制相應(yīng)的遙信數(shù)據(jù)采集程序流程圖。</p><p><b>　　2 硬件設(shè)計</b></p><p>　　2

6、.1 各開關(guān)原件及數(shù)據(jù)采集點編號</p><p>　　2.1.1 各開關(guān)元件編號 如圖 2.1 所示， 對紐結(jié)型開閉所主接線電路中的開關(guān)元件進行編號， 其中 QS1—QS10 為隔離開關(guān)編號，QF1—QF6 為斷路器編號。</p><p>　　QS5 TV1 TA6 TA1 QF1 QS7 TV2 QF4 TA8</p><p><b>　　QS1<

7、/b></p><p>　　TA2 QS2 TA3 QF2</p><p>　　TA9 QS8 QF5 TA10</p><p>　　QS3 TA4 QF3 QF6 TA11</p><p><b>　　QS9</b></p><p><b>　　QS4</b><

8、/p><p><b>　　TA5 TA7</b></p><p><b>　　QS6</b></p><p><b>　　QS10</b></p><p><b>　　TA12 TV4</b></p><p><b>　　TV

9、3</b></p><p>　　圖 2.1 各開關(guān)元件編號圖</p><p>　　2.1.2 數(shù)據(jù)采集點定義 根據(jù)圖 2.1 中各開關(guān)元件的編號，對需要進行數(shù)據(jù)采集的開關(guān)元件進行十六制定 義，數(shù)據(jù)定義如表 2.1 所示。</p><p>　　電力系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計 表 2.1 數(shù)據(jù)采集點定義 編號 開關(guān) 編號 開關(guān) 00H QS1 08H QS9 01

10、H QS2 09H QS10 02H QS3 0AH QF1 03H QS4 0BH QF2 04H QS5 0CH QF3 05H QS6 0DH QF4 06H QS7 0EH QF5 07H QS8 0FH QF6</p><p>　　2.2 被控站通用系統(tǒng)</p><p>　　開閉所自動化終端裝置由系統(tǒng)電源、功能插件、接口插件或接口端子板、蓄電池等 組成。此外，還可以根據(jù)用戶實際需

11、要配置各種通信單元等擴展設(shè)備，開閉所自動化終 端概要圖見圖 3，功能插件包括主控插件、交流采樣插件、遙信采集插件、遙控插件。 接口插件包括交流采樣接口插件、端子板、遙控輸出接口插件、遙信采集接口插件。開 閉所自動化終端裝置各功能插件中，主控插件、系統(tǒng)電源模塊屬于基本插件，其余功能 插件遙信采集插件、遙控輸出插件、交流采樣插件和通信插件為選配插件，可以根據(jù)用 戶需要靈活配置，接口插件應(yīng)根據(jù)功能插件的配置進行相應(yīng)選擇。</p>

12、<p>　　圖 2.2 開閉所自動化終端結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　電力系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計</p><p>　　2.2.1 數(shù)據(jù)采集通道 如圖 2.3 所示，數(shù)據(jù)采集通道設(shè)計成十六路模擬量的輸入，遙信信息通常由電力設(shè) 備的輔助接點提供，輔助接點的開合直接反應(yīng)出該設(shè)備的工作狀態(tài)。提供給遠(yuǎn)動裝置的 輔助接點大多為無源接點，即空接點，這種節(jié)點無論是在“開”狀態(tài)還是“合”狀態(tài)下，接

13、點兩端均無電位差。斷路器和隔離開關(guān)提供的就是這一類輔助接點。另一種輔助接點則 是有源節(jié)點， 有源節(jié)點在“開”狀態(tài)時兩端有一個直流電壓， 是由系統(tǒng)蓄電池提供的 110V 或 220V 直流電壓。一些保護提供此類接點。各開關(guān)量對應(yīng)的引腳如表 2.2 所示。</p><p>　　圖 2.3 數(shù)據(jù)采集通道圖</p><p>　　表 2.2 各開關(guān)量對應(yīng)的引腳 引腳 開關(guān) 引腳 開關(guān) P0.0 QS

14、1 P2.0 QS9 P0.1 QS2 P2.1 QS10 P0.2 QS3 P2.2 QF1 P0.3 QS4 P2.3 QF2 P0.4 QS5 P2.4 QF3 P0.5 QS6 P2.5 QF4 P0.6 QS7 P2.6 QF5 P0.7 QS8 P2.7 QF6</p><p>　　2.2.2 控制輸出通道 控制輸出通道通常以繼電器觸點的方式提供，繼電器一方面可以起到信號隔離作用，另一方面直接介入控制

15、回路，控制回路中信號的通斷。若提供的繼電器觸點容量不 夠時，還可以再介入一級中介繼電器。如圖 2.4 所示，控制輸出為一對動合觸點，遙控 對象為“0”時，觸點斷開；遙控對象為“1”時，繼電器動作，觸點閉合。一般繼電器 可以提供一對動合觸點和一對動斷觸點，實際系統(tǒng)中要接動合觸點還是接動斷觸點，應(yīng) 視要求 而定。</p><p>　　圖 2.4 控制輸出通道圖</p><p>　　2.3 MC

16、S—51 單片機最小系統(tǒng)</p><p>　　2.3.1 原理框圖 采用多通道共享采樣/保持器與 A/D 轉(zhuǎn)換器。這種 A/D 轉(zhuǎn)換輸入方式適合于對同一 信號不同量程的 A/D 轉(zhuǎn)換，它也比較經(jīng)濟，占用 CPU 輸入口少，因而可以更有效地利 用 CPU 的輸入口。尤其對于那些接口有限的微型機，這種方式更有效。CPU 對各路通 道的訪問采用軟件控制，由多路轉(zhuǎn)換開關(guān)進行切換.。原理框圖如圖 2.5 所示。</p

17、><p>　　圖 2.5 單片機最小系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　2.3.2 系統(tǒng)電路圖 該系統(tǒng)以 MCS—51單片機為核心，可以對16路模擬量、16路數(shù)字開關(guān)量和兩路脈 沖量進行采集，模擬量采集精度達到12位，在實際應(yīng)用中，可以對電壓信號進行直接采 集，如果要對傳感器的標(biāo)準(zhǔn)電流量進行采集時，還需加入采樣電阻，把電流轉(zhuǎn)換成電壓后進行采集。對采集的脈沖量的頻率取決于單片機的時鐘頻率，一般不能

18、高于單片機的 運行時鐘，如單片機用12MHz 的晶振，則采集的脈沖頻率只能低于12MHz。本系統(tǒng)在 實際應(yīng)用中已調(diào)試通過，采集的數(shù)據(jù)精度高，速度快。 鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)由遠(yuǎn)動控制主站、遠(yuǎn)動終端和通信通道三部分組成，是近年來在 國內(nèi)全面推廣的鐵路電力新技術(shù)，其技術(shù)含量高，是涉及鐵路電力工程設(shè)計、各級電力 調(diào)度管理模式、遠(yuǎn)動終端的數(shù)據(jù)采集和處理、各級遠(yuǎn)動控制主站與遠(yuǎn)動終端之間數(shù)據(jù)通 信及計算機系統(tǒng)等多專業(yè)的系統(tǒng)工程。 單片機8051芯片提供1

19、6位地址線，其尋址空間為64K 字節(jié)。由于8051除提供讀寫控 制信號外， 還提供了程序指令讀取控制信號。 因此8051的程序空間和數(shù)據(jù)空間是分開的， 最大尋址空間為64K 字節(jié)。實際上，數(shù)據(jù)空間除可以分配給數(shù)據(jù)存儲器，還可以分配給 </p><p>　　圖 2.6 十六位最小系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集原理</p><p><b>　　3 程序設(shè)計</b></p>&

20、lt;p>　　3.1 規(guī)約及主站、子站地址</p><p>　　3.1.1 傳輸規(guī)約 報文：Polling 方式中無論是主站向子站發(fā)送的命令。還是子站向主站回送的數(shù)據(jù)， 都稱報文。每個報文含有一個完整的意義，但是不同的報文長度不一定相同。 類別與類型：類型是指數(shù)據(jù)不同的分類。數(shù)據(jù)的類型分別為模擬量、狀態(tài)量、狀態(tài) 變化量、時標(biāo)量等。類別指數(shù)據(jù)或信息一舉不同的掃描周期劃分為 12345670 類。對各 種數(shù)據(jù)要

21、分別指定屬于某一類別，任一類別掃描周期可由外面輸入定義。 模塊：一臺 RTU 由若干模塊構(gòu)成，每個模塊有特定的地址說明，模塊地址通常占 一個人字節(jié)， ，但只用其中的低五位表示。這里的模塊是邏輯概念而不是物理概念。一 個物理概念的模塊可以占一個模塊地址，也可以占兩個模塊地址；與此同時，一個地址 的模塊也可以由好幾塊印制板構(gòu)成。 RTU 與前置機之間采用異步通信方式，字符格式是：一位起始位，一位停止位，無 奇偶校驗位，每個字符八位數(shù)據(jù)位。

22、3.1.2 主站和子站地址 (1) 報文的格式 本規(guī)約中的報文可分為三種報文格式：主站向子站詢問的報文格式，子站向主站回 答確認(rèn)或否定確認(rèn)的報文格式，主站向子站或子站向主站傳送數(shù)據(jù)的報文格式。 主站向子站詢問的報文</p><p>　　(a) 格式 1 （b） 格式 2 </p><p>　　圖 3.1 主站向子站詢問的報文格式子站向主站回答確認(rèn)或否定確認(rèn)的報文格式見圖 3.1(b)，我們

23、稱它為報文格式 2， 。 這兩種報文都是三個字節(jié)，第一個字節(jié)為子站地址，取 00H—FEH。第二字節(jié)報文類型 取 06H 時，確認(rèn)報文，它表示子站正確收到主站命令；取 15H 時，為否定確認(rèn)報文。 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文中，將報文標(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”。這種報文不帶校驗字節(jié)。 傳送數(shù)據(jù)的報

24、文格式見圖 9，我們稱它為報文格式 3。報文的第一個字節(jié)為子站地 址，第二字節(jié)的 8 位中只用低 6 位作為報文類型的代碼。在子站向主站的報文中，最高 位為“1”表示子站的事件順序記錄向主站報告， 次高位為“1”表示子站的隨機存儲器出錯。 第三個字節(jié)的取值范圍時 00H—FBH。在子站向主站的報文中，數(shù)據(jù)至少包含一個類別 標(biāo)志，它是數(shù)據(jù)區(qū)的第一個字節(jié)，類別標(biāo)志字的某一位為“1”時，表示子站某一類別的 數(shù)據(jù)有變化，需要向主站報告，因此數(shù)據(jù)

25、區(qū)長度 N 的取值可為</p><p>　　圖 3.2 主站向子站傳送數(shù)據(jù)的報文格式</p><p>　　(2) 主站和子站的地址 子站向主站的回答報文共有 10 條，按功能可分為確認(rèn)報文、診斷報文和傳送報文， 詳細(xì)見表 3。 主站向子站發(fā)送的命令共有 24 條，按功能可分為：查詢命令，送參數(shù)命令，控制 命令和專用命令四大類。表 4 列出了 24 種命令的分類、各種命令的名稱、報文類型碼和

26、報文字節(jié)數(shù)。</p><p>　　表 3.1 子站向主站回答報文表 報文分類 確認(rèn)報文 報文名稱 確認(rèn) 否定確認(rèn) 電源合閘 向主站報告時標(biāo)數(shù)據(jù)出現(xiàn) 模塊狀態(tài)變化 送數(shù)報文 用數(shù)據(jù)回答主站的類別詢問 用數(shù)據(jù)回答主站的數(shù)據(jù)召喚報文 帶缺損指示的數(shù)據(jù)回答 報告參數(shù)組號 報文類型 06H 15H 16H 17H 18H 1BH 1CH 1DH 2FH 報文字節(jié)數(shù) 3 3 6 7 可變 可變 可變 可變 7</p&g

27、t;<p>　　表 3.2 主站—子站的命令報文表 命令分類 命令名稱 召喚故障模塊 類別詢問 查詢命令 請求數(shù)據(jù)報文 召喚事件記錄數(shù)據(jù) 重復(fù)詢問 查詢參數(shù)組號 設(shè)置 RTU 工作方式 發(fā)送壓縮因子 設(shè)置時鐘 送參數(shù)命令 設(shè)置回答數(shù)據(jù)區(qū)最大長度 發(fā)送掃描頻率 發(fā)送濾波系數(shù) 指定參數(shù)組號 復(fù)位 RTU 停止 RTU 掃描 允許 RTU 掃描 停止 I/O 模塊掃描 允許 I/O 模塊掃描 電源合閘確認(rèn) 診斷報文 同步命令 預(yù)

28、同步命令 帶反送校核的遙控命令。</p><p>　　報文類型 02H 05H 0DH 0FH 1AH 2EH 03H 04H 0CH 10H 11H 13H 2DH 01H 07H 08H 09H 0AH 12H 0EH 14H 19H 1EH</p><p>　　報文字節(jié)數(shù) 5 4 可變 7 5 5 可變 13 11 6 13 13 6 5 5 5 可變 可變 5 可變 5 9 9&l

29、t;/p><p><b>　　控制命令</b></p><p><b>　　專用命令</b></p><p>　　電力系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計</p><p><b>　　3.2 程序流程圖</b></p><p>　　圖3.3 數(shù)據(jù)采集傳遞流程圖</p&

30、gt;<p><b>　　結(jié)論：</b></p><p>　　經(jīng)過這次對區(qū)間遙信采集系統(tǒng)的設(shè)計，使我進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)，是鐵路運輸基層設(shè)施的重要組成部 分。列車速度的提高，各種車輛安全監(jiān)測設(shè)備的投入，對供電系統(tǒng)的可靠性要求越來越 高。提高供電質(zhì)量，縮小故障影響范圍，減少停電時間，是鐵路部門對供電段提出的基 本要求。根

31、據(jù)遠(yuǎn)動終端的功能要求，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。隨著鐵路貫通線，變配電所綜合自動化的不斷建設(shè)和配電自動化系統(tǒng) 功能的日臻完善，電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)已成為鐵路供電段向鐵路沿線各種行車安全監(jiān)控設(shè)備不 斷提供優(yōu)質(zhì)供電不可缺少的工具。通過本次課程設(shè)計，可以得出以下結(jié)論： (1) 遙信信息通常由電力設(shè)備的輔助接點提供，輔助接點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，必須加入信號隔離措施，以

32、免強電系統(tǒng)損壞遠(yuǎn)動設(shè) 備； (3) 在遙信狀態(tài)的采集方面采用雙觸點遙信的處理方法，提高遙信信源的可靠性和 準(zhǔn)確性。 變電站自動化的任務(wù)是：完成對變電所電氣量及非電氣量的采集和電氣設(shè)備的狀態(tài) 監(jiān)視、控制和調(diào)節(jié)，以便實現(xiàn)對變電所正常運行時的監(jiān)視和</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 李朝青.單片機原理及接口技術(shù)[M].北京:北京航空航

33、天出版社,1999. </p><p>　　[2] 李廣弟.單片機基礎(chǔ)[M].北京:北京航空航天出版社,1994. </p><p>　　[3] 陳光東.單片微型計算機原理與接口技術(shù)[M].武漢:華中理工大學(xué)出版社,1999. </p><p>　　[4] 黃遵熹.單片機原理接口與應(yīng)用[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,1997. </p><p&