牽引供電系統(tǒng)遙信數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 課程設(shè)計報告書

個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用存檔資料成績：I華東交通大學(xué)理工學(xué)院課程設(shè)計報告書所屬課程名稱遠動技術(shù)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)分 院 電信分院專業(yè)班級09 級電力1班學(xué) 號學(xué)生姓名指導(dǎo)教師2018年1月3日1 / 16個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用華東交通大學(xué)理工學(xué)院課程設(shè)計 論文）任務(wù)書專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級電力1班姓名一、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)工、課程設(shè)計 論文）工作：自2018年12月24日起至2018年1月3日止。 三、課程設(shè)計 論文）的內(nèi)容要求：遠動系統(tǒng)的核心是 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，遠動系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)發(fā)展也最為成熟。針對開閉所主接線電路圖，進行遠動系統(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)。要求： （1計算機繪制開閉所通用系統(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 b5E2RGbCAP個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用學(xué)生簽名：2018 年1月3日課程設(shè)計 <論文）評閱意見評閱人 職稱 講師2018年1月3日序號項目等級優(yōu)秀良好中等及格不及格1課程設(shè)計態(tài)度評價2出勤情況評價3任務(wù)難度評價4工作量飽滿評價5設(shè)計中創(chuàng)新性評價6論文書寫規(guī)范化評價7綜合應(yīng)用能力評價綜合評定等級目錄第1章課程設(shè)計內(nèi)容及要求 5第2章程序設(shè)計目的6第3章程序?qū)崿F(xiàn)思路 12第4章程序清單 < 或正文）173 / 16個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用第5章課程設(shè)計心得 18第6章 參考文194 / 16個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用第1章課程設(shè)計內(nèi)容及要求遠動系統(tǒng)的核心是SCAD原統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。在電力 系統(tǒng)中，遠動系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)發(fā)展也最為成熟。針對開閉所主接 線電路圖，進行遠動系統(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)。plEanqFDPw要求：(1計算機繪制開閉所通用系統(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)，品&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；DXDiTa9E3d(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。第2章程序設(shè)計目的在一個現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)中，為了能正確和及時地掌握每時每刻都在 變化著的電力系統(tǒng)運行情況，控制和協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)的運行方式，處理影響 整個電力系統(tǒng)正常運行的事故和異常情況，保證電力系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟運 行，必須具備一個完善的電力系統(tǒng)信息收集和執(zhí)行系統(tǒng)，將分散在幾十公 里、幾百公里以至上千公里以外的各發(fā)電廠和變電所的大量表征電力系統(tǒng) 運行狀態(tài)的信息，迅速、正確、可靠地送到調(diào)度控制中心，同時將控制中 心的控制和調(diào)節(jié)命令傳送到各發(fā)電廠和變電所，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的自動監(jiān) 視和控制。RTCrpUDGiT個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用第3章程序?qū)崿F(xiàn)思路3.1 各開關(guān)原件及數(shù)據(jù)采集點編號3.1.1 各開關(guān)兀件編號如圖3.1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5PCzVD7HxA其中QS1QS10為隔離開關(guān)編號，QF1QF6為斷路器編號去變電所十A 二二七 一二工55kV去分區(qū)所圖3.1 各開關(guān)元件編號圖3.1.2 數(shù)據(jù)采集點定義根據(jù)圖3.1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 3.1所示。6 / 16個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用00H01H02H03H04H05H06H07H開關(guān)QSiQS2QS3QS4QS5QS6QS7QS8編R08H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH開關(guān)QS9QS10QF1QF2QF3QF4QF5QF63.2 被控站通用系統(tǒng)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。止匕外，還可以根據(jù)用戶實際需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 3.2,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DC 24/5 V_=0=_報警輸出遙控輸出交采輸入遙信輸入<1_ %r*DCW4W輸出J 系2逑源J <=1 , 一電池, Cfcjawno 輸入)圖3.2開閉所自動化終端結(jié)構(gòu)圖3.2.1 數(shù)據(jù)采集通道如圖3.3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3.2所示 o xHAQX74J0XVccP0.0P0.78051 P2.0P2.7/- 1/C34 5 6 78)O 12 3 4 569 1 1 1 11圖3.3數(shù)據(jù)采集通道圖表3.2各開關(guān)量對應(yīng)的引腳8 / 16個人資料整理引腳P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7開關(guān)QSiQS2QS3QS4QS5QS6QS7QS8引腳P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7開關(guān)QS9QS10QFiQF2QF3QF4QF5QF63.2.2 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 3.4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。LDAYtRyKfE圖3.4控制輸出通道圖3.3 MCS- 51單片機最小系統(tǒng)3.3.1 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.0原理框圖如圖3.5所示。Zzz6ZB2Ltk9 / 16個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用圖3.5單片機最小系統(tǒng)原理框圖3.3.2 系統(tǒng)電路圖該系統(tǒng)以MCS51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。dvzfvkwMI1鐵路電力遠動系統(tǒng)由遠動控制主站、遠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、遠動終端的數(shù)據(jù)采集和處 理、各級遠動控制主站與遠動終端之間數(shù)據(jù)通信及計算機系統(tǒng)等多專業(yè)的 系統(tǒng)工程。rqyn14ZNXI單片機8051芯片提供16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 問除可以分配給數(shù)據(jù)存儲器，還可以分配給其他外圍芯片。 EmxvxOtOco如圖3.6所示為設(shè)計的系統(tǒng)原理框圖。系統(tǒng)選擇一個串行的A/D轉(zhuǎn)換芯片，用模擬開關(guān)作擴展，兩個模擬開關(guān)即可擴展成16路的模擬量輸入。開關(guān)量的采集可以直接用單片機的I/O,用兩個并口即可完成16路的開關(guān)量采集。AT89C51單片機還有兩個外部中斷接口，即可用來測量脈沖量的 輸入，采集其輸入頻率。單片機可以通過串口與上位PC機進行通訊，把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機上。SixE2yXPq5VccIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7IN8IN9IN10IN11 IN12IN13IN14IN15圖3.6十六位最小系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集原理A/DCD4051CD4051三三二1 2 34 5 6 7 80 12 3 4 5 6 9 1 1 1 1 1 1 1 二三三 二三三第4章程序清單或正文4.1 規(guī)約及主站、子站地址4.1.1 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。6ewMyirQFL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。kavU42VRUs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12 / 16個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 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。y6V3ALoS89RTU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。M2ub6vSTnP4.1.2 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或否定確認的報文格式，主站向子站或子站向主站傳 送數(shù)據(jù)的報文格式。0YujCfmUCw主站向子站詢問的報文格式見圖 4.1（a>,我們稱它為報文格式1。報 文的第一個字節(jié)為子站地址 i,可以取00HFFH。當(dāng)RTU地址取FFH 時，該報文為廣播命令，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，第二個報文類型可以取 05H和1AH。當(dāng)報文類型代碼為05H 時，該報文為類別詢問報文；為1AH時，該報文為重復(fù)詢問報文。類別詢問報文的數(shù)據(jù)區(qū)為一個字節(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類別的變化數(shù)據(jù)時，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：重復(fù)詢問報文的數(shù)據(jù)區(qū)為兩個字節(jié)，稱重復(fù)詢問類別標(biāo)志和詢問類別標(biāo)志。當(dāng)主 站發(fā)出的類別詢問報文沒有收到子站的正確回答時，主站向子站發(fā)送重復(fù) 詢問報文。重復(fù)詢問報文中的重復(fù)詢問類別標(biāo)志是原先發(fā)送的類別報文中詢問類別字節(jié)的重復(fù)。該報文中的詢問類別標(biāo)志字節(jié)某位為“1；表示原先發(fā)送的類別詢問報文中沒有詢問的類別，這一次需要訪問。報文的校驗 碼為一個字節(jié)。eUts8ZQVRdRTUfe 址RTUfe 址報文類型報文類型數(shù)據(jù)區(qū)（1-2字節(jié)）類別標(biāo)志校驗碼（a>格式1<b）格式2圖4.1主站向子站詢問的報文格式個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用子站向主站回答確認或否定確認的報文格式見圖4.1(b>,我們稱它為報文格式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，確認報文，它表示子站正確收 到主站命令；取15H時，為否定確認報文。第三字節(jié)類別標(biāo)志字節(jié)的07位，與數(shù)據(jù)類別的07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)。sQsAEJkW5T傳送數(shù)據(jù)的報文格式見圖 4.2,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蓑示子站的事件順序記錄向主站報告，次高位為“1蓑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)區(qū)長度N的取值可為01H-FBH。 GMsIasNXkA圖4.2主站向子站傳送數(shù)據(jù)的報文格式(2)主站和子站的地址子站向主站的回答報文共有 10條，按功能可分為確認報文、診斷報 文和傳送報文，詳細見表4.1。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 4.2列出了 24種命令的分類、 各種命令的名稱、報文類型碼和報文字節(jié)數(shù)。 TIrRGchYzg表4.1子站向主站回答報文表14 /16個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用報文分類報文名稱報文類型報文字節(jié)數(shù)確認報文確認06H3否定確認15H3電源合閘16H6向主站報告時標(biāo)數(shù)據(jù)出現(xiàn)17H7模塊狀態(tài)變化18H可受送數(shù)報文用數(shù)據(jù)回答主站的類別詢問1BH可受用數(shù)據(jù)回答主站的數(shù)據(jù)召喚報文1CH可受帶缺損指示的數(shù)據(jù)回答1DH可受報告參數(shù)組號2FH74.2 ,命令分類報文類型報文字節(jié)數(shù)召喚故障模塊02H5類別詢問05H4請求數(shù)據(jù)報文0DH可受查詢命令召喚事件記錄數(shù)據(jù)0FH7重復(fù)詢問1AH5查詢參數(shù)組號2EH5設(shè)置RTU工作方式03H可受發(fā)送壓縮因子04H13設(shè)置時鐘0CH11送參數(shù)命令設(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復(fù)位RTU01H5停止RTU掃描07H5允許RTU掃描08H5控制命令09H可交停止I/O模塊掃描允許I/O模塊掃描0AH可受電源合閘確認12H5診斷報文0EH同步命令14H5專用命令預(yù)同步命令19H9帶反送校核的遙控命令1EH917 /16圖4.3數(shù)據(jù)采集傳遞流程圖第5章課程設(shè)計心得經(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。根據(jù)遠動 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：7EqZcWLZNX(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，以免強電系 統(tǒng)損壞遠動設(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 操作，從而保證變電所正常運行和安全。lzq7IGf02E第6章參考文獻 資料)1李朝青.單片機原理及接口技術(shù)M.北京：北京航空航天出版社，1999.2李廣弟.單片機基礎(chǔ)M.北京：北京航空航天出版社，1994.3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,1999.4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,1997.5柳永智，劉曉川.電力系統(tǒng)遠動M.北京：中國電力出版社，1998.