电力系统监控课程设计--牵引变电所遥信数据采集系统设计.doc

电力系统监控技术课程设计报告题目： 牵引变电所遥信数据采集系统设计班级： 姓名： 学号： 指导教师：设计时间： 评语：成绩 - 10 -自动化与电气工程学院电力系统监控技术课程设计报告1 设计原始资料对图1提供的变电所进行远动系统模块的设计。图1 牵引变电所所主接线1.1 具体题目说明对图1所给的变电站进行遥信数据采集系统的设计。1.2 要完成的内容(1) 计算机绘制被控站(rtu端：变电所或开闭所或分区亭)的通用系统结构框图。要求：绘出各种数据点的采集通道(如：模拟量输入、开关量输入、脉冲累计量输入，控制输出通道(模拟量输出、开关量输出、脉宽调制输出)的示意图。(2) 设计一个具体的mcs51单片机数据采集最小系统(开关量输入数据，路数为16路)，开关量输入数据类型为各断路器、隔离开关的状态信息(经过采集电路后的信息)；要求用标准图纸，手工绘制(或专用软件protel等)，具体到芯片管脚的连线。 (3) 计算机绘制(a4纸)相应的遥信数据采集程序流程图。 2 硬件设计2.1 各开关元件及数据采集点编号2.1.1 各开关元件编号为了对数量较多的开关元件进行区分以避免误操作，必须对各开关元件进行编号。各隔离开关编号如表1所示，各断路器编号如表2所示。表1 断路器编号开关代号开关编号qf900hqf1001hqf1102hqf1203hqf1304hqf1405hqf1506hqf1607h2.2 被控站通用系统结构被控站是受主站监视或受主站监视且控制的站。计算机技术进入远动技术之后，安装在被控站的远动装置被称为远动终端装置。rtu对各种电量变送器送来的直流电压分时完成a/d转换，得到对应的二进制数值；对脉冲采集进行计数，得到与脉冲量对应的计数值；把状态量的输入状态转换成逻辑电平“0”或“1”。将上述各种数字信息按规约编码成遥测信息字和遥信信息字向前置机传送。被控站通用系统结构图如图1所示。图1 被控站通用系统结构图2.2.1 数据采集通道在电力系统中，遥信信息可以表示设备的启停、断路器的投切、隔离开关的开合、告警信号的有无、保护动作与否等。遥信信息是二元状态量即是说对于每一个遥信对象而言它有两种状态，两种状态为非的关系。遥信信息通常由电力设备的辅助接点提供，辅助接点的开合直接反应出该设备的工作状态。提供给远动装置的辅助接点大多为无源接点，即空接点，这种接点无论在“开”状态还是合状态下，节点两端均无电压差。另一类辅助接点则是有源接点吗，有源接点在“开”状态时两端有一个直流电压，是由系统提供的110v或220v直流电压。有时无空触点提供给远动使用时，则需在保护回路提取有源接点。不论无源还是有源，由于他们来自强电系统，直接进入远动装置将会干扰甚至损坏远动设备，因此必须加入信号隔离措施。接受遥信量的输入电路可以采用三态门芯片、并行接口芯片和数字多路开关芯片三类接口芯片实现。遥信数据采集原理框图如图2所示， 遥信数据采集电路如图3所示。图2 遥信数据采集原理框图图3 遥信数据采集电路遥测信息是表征系统运行状况的连续变化量，分为电量和非电量两种。电量指的是一次系统中母线电压、支路(输电线和变压器)电流、支路有功和无功等，非电量指的是电机的温度等。不论是电量还是非电量都需要转换成计算机能够处理的弱电信号，如0+5v或-5+5v的直流模拟电压。由于电力系统中的电量均为强电信号(例如电压上万伏，电流上百安)，因此这些量必须先经过电压互感器和电流互感器，再经过相应的变送器(电压、电流、功率、功率因数等变送器)，转换成弱电信号。至于温度等非电量则需要通过传感器变换成弱电信号。这些弱电直流模拟信号受多路开关控制分时接入模/数转换电路，经转换电路后转换成一组二进制代码。这组二进制代码与转换的模拟量之间构成线性一一对应关系。遥测数据采集框图如图4所示，模拟量采集原理如图5所示。图4 遥测信息采集框图图5 模拟量采集原理图2.2.2 控制输出通道远动系统除了要完成对电力系统运行状况监测，还要对电力运行设备实施控制，确保系统安全、可靠、经济运行。遥控输出通常以继电器触电方式提供。继电器一方面可以起到信号隔离的作用；另一方面可以直接接入控制回路，控制回路中信号通断。若提供的继电器触点容量不够时，还可以再接入一级中间继电器。遥控输出为一对动合触电。遥控状态为“0”时，继电器不动作，触电断开；遥控状态为“1”时，继电器动作，触点闭合。一般继电器可同时提供一对动合触电和一对动断触电，实际系统中时接动合触电还是接动断触点，应视要求而定。遥控输出电路如图6所示。图6 遥控输出电路2.3 mcs-51单片机（数据采集或输出）最小系统2.3.1 原理框图在远动系统中过多的硬件连接以及过于复杂的电路结构都会降低系统的可靠性。对于简单的数据采集及分析完全可以利用单片机最小来系统实现，这样不仅精简了远动系统而且还可以大幅度的提高系统的可靠新。普通单片机加上一定的程序就可以完成数据的采集存储和简单处理。现在的远动系统普遍采用多cpu控制系统，所以遥信数据采集系统可以只进行遥信数据的采集。在单片机外扩展一片数据存储器、一片程序存储器再加上一个a/d转换器就构成了一个最简单的单片机最小数据采集系统，原理框图如图7 所示。图7 单片机最小系统原理框图2.3.2 系统电路图本题所采用的单片机最小数据采集系统电路如图8所示。系统电路图为一个16路的遥信数据采集单片机最小系统电路图，数据采集电路对遥信数据采用定时扫查的方式进行采集，单片机采用了mcs51系列的8031芯片。由于采集数据路数较多，电路利用8255芯片对单片机的a口进行了扩展。由于8031芯片内的数据存储器不够用所以在单片机外利用6264扩展了8kb的数据存储器。低8位的地址锁存采用了8位的74ls373锁存器。这样通过设定合理的扫查时间就可以在开关元器件动作后的一定时间内采集到开关量的变化信息，由于电力系统的一些故障发展较快，所以单片机的扫描时间一般设定在110ms之间。在遥信采集单片机最小系统电路中还可以利用单片机的外中断采用变位触发的采集方式。并且这种触发方式采集开关量的变化信息更迅速。图8 系统电路图3 程序设计3.1 规约及主站、子站地址3.1.1 传输规约这次设计使用了我国电力部参照iec8705101制定的远动系统传输规约dl/t634。本规约规定了scada系统中主站和子站(远动终端)之间以问答方式进行数据传输的帧结构、链路层的传输规约、服务原语、应用数据结构、应用数据编码、应用功能和报文的格式。这个标准也适用于调度所之间以问答式规约转发实时远动信息的系统。本标准适用于网络拓扑结构为点对点、多路点对点、多点共线、多点环形和多点星形网络配置的远动系统，通道可以是全双工或半双工。3.1.2 主站和子站地址为了便于区分不至于使数据传输混乱，每一个主站和子站在数据传输过程中必须有一个确定的地址，这些地址要按照报文中留给主站和子站地址的二进制位数来选择，一般情况下这些地址均为8位二进制码。根据题目要求，主站地址选择00h，子站地址选择01h。3.2 程序流程图设计程序流程图如图9所示。 图9 程序流程图结 论远动技术是一门综合性的应用技术。他的基本原理包括数据传输原理、编码理论、信号转换技术原理、计算机原理等。远动技术是调度管理和现代科技的产物，因此他随着科学技术，特别是计算机技术的迅猛发展而不断更新换代。牵引变电所综合自动化系统经过十几年的发展已经达到一定的水平。但技术的发展是没有止境的，随着智能化开关、光电式电压电流互感器、一次运行在线状态检测，以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用，势必对现有的变电站综合自动化系统产生深远的影响，全数字化的牵引变电所综合自动化系统在不远的将来也将成为现实。现在变电站综合自动化系统多