牵引供电系统的遥信数据采集系统

存档资料成绩华东交通大学理工学院课程设计报告书所属课程名称远动技术课程设计题目牵引供电系统的遥信数据采集系统分院电信分院专业班级12级电力4班学号20120210470617学生姓名钟思雨指导教师赵巍2016年1月12日1设计原始资料11具体题目说明牵引供电系统的遥信数据采集系统，如图11所示。TV1TV2TV3TV4TA1TA2QS1QS2QF1QF2QS3QS4TA3TA4图1AT分区所主接线图11AT分区所电气主接线12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）通用系统结构框图（A4）。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）；3）选用问答式（或者CDT）传输规约，以16路开关量为例（以表格形式给出各个遥信状态（开/合），编写上传调度中心的遥信数据报文的帧结构；4）计算机绘制（A4纸）相应的遥信数据采集程序流程图，编写遥信数据采集程序。2硬件设计21各开关元件及数据采集点编号对图11的断路器和隔离开关进行编号如表21所示，编号结果如图21所示。表21开关编号表开关代号编号开关代号编号QF100HQS708HQF201HQS809HQS102HQS90AHQS203HQS100BHQS304HQS110CHQS405HQS120DHQS506HQS130EHQS607HQS140FH50KV上行下行TNF50KVTNF下行50KVTNF50KV上行TNFAT1AT4AT3AT2QS1QS2QS4QS6QS7QS8QS14QS16QS15QS11QS10QS9QF2QF1QS3QS5QS12QS13QS17QS18QS20QS19图21编号结果22被控站通用系统结构SCADA系统由监控站，被控站及信道三大部分组成，在此只画出被控站（RTU）端系统结构图，如图22所示。牵引供电SCADA系统调度控制中心与牵引供电系统变电所、开闭所、分区所中的被控站联系起来。按我国的习惯，一侧称为调度端，另一侧称为执行端。从监控的角度看，一侧是监控端，而另一测是被监控端。在被控站内完成远动数据采集、处理、发送、接收以及输出执行等功能的设备称为远东终端（RTU）。信道通信接口设备用于信息采集和执行的计算机设备信息输入设备信息输出调节器被控站信息传输子系统信息采集和命令执行子系图22SCADA系统被控站结构图221数据采集通道（示意图）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数为无源节点，即空接点，这种接点无论是在“开”状态还是在“合”状态下，接点两端均无电压差。断路器和隔离开关提供的就是这一类辅助触点。另一类辅助接点则是有源接点，有源接点在“开”状态时两端有一个直流电压，是由系统蓄电池提供的110V或220V直流电压。一些保护信号提供此类接点。图23是断路器动作机构原理图。图24是断路器跳闸音响回路的一部分。断路器在合闸位置时，控制开关SA投入合闸后位置，则SA的132321两对触点闭合，而串接在该回路中的断路器辅助接点QF在断开位置。232113RSAQFXMKM1KM1KSM1KMHA1KSMSYMYCYTQF图23遥信对象无源触点图24遥信对象有源触点接收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。在此，选择并行接口芯片INTEL8255实现遥信量的采集,如图25所示。该芯片有三个口，在此，只取用PA、PB两个口，实现16路遥信量采集。D0D7WRRDA0A1CSPA0PA7PB0PB7数据总线读信号写信号口选择选通PA口PB口8255输入图25用INTEL8255采集遥信量遥信信息不同于遥测信息，它不是随时随刻都在变化。通常情况下状态是不变化的，而状态的改变往往又是瞬间完成的。因此对遥信量采集时，必须不断的扫描，以捕捉遥信变位。图26给出了一个16路遥信量采集的电路图。将INTEL的PA口和PB口设置为输入方式，读A、B口的状态即可得到16路遥信量的状态。P00P028031ALERDWRP27INT074LS373数据口8255A0A1RDWRCS82A口B口1888YX74LS688Q口P口PQP10P128031ALERDWRP27INT074LS373数据口8255A0A1RDWRCS82B口A口1888YX74LS688Q口P口PQ图2616路遥信量的采集电路23MCS51单片机（数据采集或输出）最小系统231原理框图该系统以AT89C51单片机为核心，可以对16路模拟量、16路数字开关量和两路脉冲量进行采集，模拟量采集精度达到12位，在实际应用中，可以对电压信号进行直接采集，如果要对传感器的标准电流量进行采集时，还需加入采样电阻，把电流转换成电压后进行采集。对采集的脉冲量的频率取决于单片机的时钟频率，一般不能高于单片机的运行时钟，如单片机用12MHZ的晶振，则采集的脉冲频率只能低于12MHZ。系统选择一个串行的A/D转换芯片，用模拟开关作扩展，两个模拟开关即可扩展成16路的模拟量输入。开关量的采集可以直接用单片机的I/O，用两个并口即可完成16路的开关量采集。AT89C51单片机还有两个外部中断接口，即可用来测量脉冲量的输入，采集其输入频率。单片机可以通过串口与上位PC机进行通讯，把采集到的数据发送到上位机上。如图27所示为设计的系统原理框图。16路模拟量IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7IN8IN9IN10IN11IN12IN13IN14IN15CD4051CD4051A/DMAX1241MAX232上位机通讯2路脉冲P10P11P128051单片机P01P07P20P27INT0INT1TXDRXDVCCCPU1234567891011121314151616路模拟量图2716位最小系统数据采集原理图232系统电路图（1）模拟量的采集模拟量的采集要用到A/D转换芯片，而且精度为12位，这里选择MAX1241A/D转换器。MAX1241是一种低功耗、低电压的12位逐次逼近型ADC，最大非线性误差小于1LSB，转换时间9S，内置快速采样保持电路。MAX1241采用三线式串行接口，与单片机的接线简单，如图28所示。P10P11P128051CSSCLKDOUTGNDVDDSHDHV1NREFMAX124147F01F15VVIVREF01F10K图28MAX1241与单片机的接线图系统要求对16路的模拟量进行采集，因此，只有一个A/D转换器就不够的，但如果用多个A/D转换器一方面会造成资源浪费，成本加大。如图7的原理图所示，系统选用两个CD4051模拟开关，并用单片机的四个I/O口控制两个模拟开关的通道选择端，在采集过程中，选择不同的通道进行数据采集。（2）开关量采集电路对开关量的采集电路相对比较简单，因为开关量的状态只有0和两种，所以只要用两个单片机的并口就可以了，这里用的是P0口和P2口。3程序设计31规约及主站、子站地址311传输规约DL/T6341997我国电力部参照IEC8705101制定的远动系统传输规约DL/T634，规定了SCADA系统中主站和子站（远东终端）之间以问答方式进行数据传输的帧格式、链路层的传输规约、服务原语、应用数据结构、应用数据编码、应用功能和报文格式。标准中的帧格式有两种可变帧长帧格式和固定帧长帧格式。（1）可变帧长帧格式。如图31所示，帧格式中的前四个字节是报文头。报文头固定取四个子节，它包含两个字节的启动字符68H和两个取值均为L的8位位组。L的值等于帧格式中控制域（C）、地址域（A）和链路用户数据区共同占有的字节数。图31可变帧长格式主站和子站之间的传输服务可以由主站触发，也可以由子站触发。下面介绍的是由主站触发的传输服务中控制域和地址域的定义。控制域的定义见图32。在主站向子站的传输报文中，控制域各位的定义是传输方向位DIR取“0”；启动报文位PRM取“1”；帧计数位FCB在主站向同一个子站开启动字符LL重复启动字符（68H）控制域（C）链路地址域（A）链路用户数据区帧校验和（CS）结束字符（16H）始新一轮传输时改变取值状态（“1”变成“0”或者“0”变成“1”），主站超时未收到子站回答或接收出现错误时，主站不改变帧计数位的状态重复传送原报文，重复次数最多三次；帧计数有效位FCV取“1”时，表示帧计数位的变化有效，取“0”时表示帧计数位的变化无效。在子站向主站的传输报文中，控制域各位的定义是传输方向位DIR取“1”；启动报文位PRM取“0”；要求访问位ACD取“1”，表示子站希望向主站传输1级数据；数据流控制位DFC取“0”，表示子站可以继续接收数据，取“1”时表示子站数据区已满，无法接收新数据。子站主站主站子站D7D6D5D4D3D2D1D010传输方向位DIR10启动报文位PRM帧计数位FCB要求访问位ACD帧计数有效位FCV数据流控制位DFC功能码8421图32控制域定义（2）固定帧长帧格式。由于帧长固定为5个8位位组，故报文中不用传送L，且启动字符取10H。控制域，链路地址域的含义同可变帧长格式。帧校验和是控制域、地址域的算术和（不考虑溢出位，即256模和）。结束字符为16H。固定帧长帧格式用于子站回答主站的确认报文，或主站向子站的询问报文。312主站和子站地址报文POLLING方式中，无论是主站向子站发送的命令，还是子站向主站回送的数据，都成为报文。问答式传输规约中的报文，可分为三种格式主站向子站询问的报文格式；子站向主站回答确认或否定确认的报文格式；主站向子站或子站向主站传送数据的报文格式。32程序流程图设计通常系统对遥信采集有一分辨率的指标，即对同一遥信量的前后两次扫描的时间间隔。根据分辨率可以设定遥信扫查的时间间隔，一般将遥信扫查置于实时时钟中断服务程序中，每一个等时间间隔，如110MS，都要对全部的遥信量进行一次扫查，这样构成的扫查模式为定时扫查模式。如图33为通过不断扫查采集到遥信量的程序框图。子程序入口连续N次读8255A口、B口的数据N同是否相同计数值加一不等的次数等于M置遥信变位标志读变位时间遥信出错返回YNNYNY不等的次数等于N次数据是否相同与上次遥信状态是否相同图33遥信采集程序框图结论数据采集是调度自动化的基本功能，包括模拟量、开关量等所有的现场信息，反映电网运行方式及变电站相关设备的运行状态，是电网调度自动化系统中最根本、最重要的功能之一，特别要求准确、可靠、实时，但实际中往往存在遥信误发问题。遥信误发即远程信号的错误发送。遥信误发是电网调度