牵引供电系统遥信数据采集系统 课程设计报告书

1、个人资料整理 仅限学习使用存档资料成绩：I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09 级电力1班学 号学生姓名指导教师2018年1月3日1 / 16个人资料整理 仅限学习使用华东交通大学理工学院课程设计 论文）任务书专 业 电气工程及其自动化 班 级电力1班姓名一、课程设计 论文）题目牵引供电系统的遥信数据采集系统工、课程设计 论文）工作：自2018年12月24日起至2018年1月3日止。 三、课程设计 论文）的内容要求：远动系统的核心是 SCADA系统，即数据采集与监视控制系统。在电力系统中，远动系统应用最为

2、广泛，技术发展也最为成熟。针对开闭所主接线电路图，进行远动系统模块的设计，设计出牵引供电系统的遥信数据采集系统。要求： （1计算机绘制开闭所通用系统结构框图；（2设计一个具体的 MCS 51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；（3选用问答式传输规约，以 16路开关量为例，编写上传调度中心的遥信数据报文的帧结构；（4计算机绘制相应的遥信数据采集程序流程图 b5E2RGbCAP个人资料整理 仅限学习使用学生签名：2018 年1月3日课程设计 <论文）评阅意见评阅人 职称 讲师2018年1月3日序号项目等级优秀良好中等及格不

3、及格1课程设计态度评价2出勤情况评价3任务难度评价4工作量饱满评价5设计中创新性评价6论文书写规范化评价7综合应用能力评价综合评定等级目录第1章课程设计内容及要求 5第2章程序设计目的6第3章程序实现思路 12第4章程序清单 < 或正文）173 / 16个人资料整理 仅限学习使用第5章课程设计心得 18第6章 参考文194 / 16个人资料整理 仅限学习使用第1章课程设计内容及要求远动系统的核心是SCAD原统，即数据采集与监视控制系统。在电力 系统中，远动系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。针对开闭所主接 线电路图，进行远动系统模块的设计，设计出牵引供电系统的遥信数据采 集系统。plE

4、anqFDPw要求：(1计算机绘制开闭所通用系统结构框图；(2设计一个具体的MCS- 51单片机数据采集最小系统，开关量输入 数据，品&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；DXDiTa9E3d(3选用问答式传输规约，以16路开关量为例，编写上传调度中心 的遥信数据报文的帧结构；(4计算机绘制相应的遥信数据采集程序流程图。第2章程序设计目的在一个现代化的电力系统中，为了能正确和及时地掌握每时每刻都在 变化着的电力系统运行情况，控制和协调电力系统的运行方式，处理影响 整个电力系统正常运行的事故和异常情况，保证电力系统的安全和经济运 行，必须具备一个完善的电力系统

5、信息收集和执行系统，将分散在几十公 里、几百公里以至上千公里以外的各发电厂和变电所的大量表征电力系统 运行状态的信息，迅速、正确、可靠地送到调度控制中心，同时将控制中 心的控制和调节命令传送到各发电厂和变电所，实现对电力系统的自动监 视和控制。RTCrpUDGiT个人资料整理 仅限学习使用第3章程序实现思路3.1 各开关原件及数据采集点编号3.1.1 各开关兀件编号如图3.1所示，对纽结型开闭所主接线电路中的开关元件进行编号5PCzVD7HxA其中QS1QS10为隔离开关编号，QF1QF6为断路器编号去变电所十A 二二七 一二工55kV去分区所图3.1 各开关元件编号图3.1.2 数据采集点定

6、义根据图3.1中各开关元件的编号，对需要进行数据采集的开关元件 进行十六制定义，数据定义如表 3.1所示。6 / 16个人资料整理 仅限学习使用00H01H02H03H04H05H06H07H开关QSiQS2QS3QS4QS5QS6QS7QS8编R08H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH开关QS9QS10QF1QF2QF3QF4QF5QF63.2 被控站通用系统开闭所自动化终端装置由系统电源、功能插件、接口插件或接口端子 板、蓄电池等组成。止匕外，还可以根据用户实际需要配置各种通信单元等 扩展设备，开闭所自动化终端概要图见图 3.2,功能插件包括主控插件、 交流采样插件、遥信采集插件、

7、遥控插件。接口插件包括交流采样接口插 件、端子板、遥控输出接口插件、遥信采集接口插件。开闭所自动化终端 装置各功能插件中，主控插件、系统电源模块属于基本插件，其余功能插 件遥信采集插件、遥控输出插件、交流采样插件和通信插件为选配插件， 可以根据用户需要灵活配置，接口插件应根据功能插件的配置进行相应选DC 24/5 V_=0=_报警输出遥控输出交采输入遥信输入<1_ %r*DCW4W输出J 系2逑源J <=1 , 一电池, Cfcjawno 输入)图3.2开闭所自动化终端结构图3.2.1 数据采集通道如图3.3所示，数据采集通道设计成十六路模拟量的输入，遥信信息 通常由电力设备的辅助

8、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，这种节 点无论是在 开”状态还是 合”状态下，接点两端均无电位差。断路器和隔 离开关提供的就是这一类辅助接点。另一种辅助接点则是有源节点，有源 节点在 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。一些保护提供此类接点。各开关量对应的引脚如表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图3.3数据采集通道图表3.2各开关量对应的引脚8 / 16个人

9、资料整理引脚P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7开关QSiQS2QS3QS4QS5QS6QS7QS8引脚P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7开关QS9QS10QFiQF2QF3QF4QF5QF63.2.2 控制输出通道控制输出通道通常以继电器触点的方式提供，继电器一方面可以起到信 号隔离作用，另一方面直接介入控制回路，控制回路中信号的通断。若提 供的继电器触点容量不够时，还可以再介入一级中介继电器。如图 3.4所 示，控制输出为一对动合触点，遥控对象为“0”时，触点断开；遥控对象为“1”时，继电器动作，触点闭合。一般继电器可以提供一对动合

10、触 点和一对动断触点，实际系统中要接动合触点还是接动断触点，应视要求 而定。LDAYtRyKfE图3.4控制输出通道图3.3 MCS- 51单片机最小系统3.3.1 原理框图采用多通道共享采样/保持器与A/D转换器。这种A/D转换输入方式 适合于对同一信号不同量程的 A/D转换，它也比较经济，占用 CPU输入 口少，因而可以更有效地利用CPU的输入口。尤其对于那些接口有限的微型机，这种方式更有效。CPU对各路通道的访问采用软件控制，由多 路转换开关进行切换.0原理框图如图3.5所示。Zzz6ZB2Ltk9 / 16个人资料整理 仅限学习使用图3.5单片机最小系统原理框图3.3.2 系统电路图该

11、系统以MCS51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。本系统在实 际应用中已调试通过，采集的数据精度高，速度快。dvzfvkwMI1铁路电力远动系统由远动控制主站、远动终端和通信通道三部分组 成，是近年来在国内全面推广的铁路电力新技术，其技术含量高，是涉及 铁路电力

12、工程设计、各级电力调度管理模式、远动终端的数据采集和处 理、各级远动控制主站与远动终端之间数据通信及计算机系统等多专业的 系统工程。rqyn14ZNXI单片机8051芯片提供16位地址线，其寻址空间为64K字节。由于8051 除提供读写控制信号外，还提供了程序指令读取控制信号。因此 8051的程 序空间和数据空间是分开的，最大寻址空间为 64K字节。实际上，数据空 问除可以分配给数据存储器，还可以分配给其他外围芯片。 EmxvxOtOco如图3.6所示为设计的系统原理框图。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

13、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。SixE2yXPq5VccIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7IN8IN9IN10IN11 IN12IN13IN14IN15图3.6十六位最小系统数据采集原理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章程序清单或正文4.1 规约及主站、子站地址4.1.1 传输规约报文：Polling方

14、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，都称报文。每个报文含有一个完整的意义，但是不同的报 文长度不一定相同。6ewMyirQFL类别与类型：类型是指数据不同的分类。数据的类型分别为模拟量、 状态量、状态变化量、时标量等。类别指数据或信息一举不同的扫描周期 划分为12345670类。对各种数据要分别指定属于某一类别，任一类别扫 描周期可由外面输入定义。kavU42VRUs模块：一台RTU由若干模块构成，每个模块有特定的地址说明，模 块地址通常占一个人字节，但只用其中的低五位表示。这里的模块是逻 辑概念而不是物理概念。一个物理概念的模块可以占一个模块地址，也可12 / 16个

15、人资料整理 仅限学习使用 以占两个模块地址；与此同时，一个地址的模块也可以由好几块印制板构 成。y6V3ALoS89RTU与前置机之间采用异步通信方式，字符格式是：一位起始位， 一位停止位,无奇偶校验位,每个字符八位数据位。M2ub6vSTnP4.1.2 主站和子站地址（1>报文的格式本规约中的报文可分为三种报文格式：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。0YujCfmUCw主站向子站询问的报文格式见图 4.1（a>,我们称它为报文格式1。报 文的第一个字节为子站地址 i,可以取00HFFH。当RTU地址取F

16、FH 时，该报文为广播命令，他是面向全部子站设备的操作命令，所有子站都 要接受收，第二个报文类型可以取 05H和1AH。当报文类型代码为05H 时，该报文为类别询问报文；为1AH时，该报文为重复询问报文。类别询问报文的数据区为一个字节，称询问类别，它的 8位与8种类别对 应，。当主站希望收集某几个类别的变化数据时，就将询问类别的某几位 置"1；'如果询问第8类别的数据，就将询问类别字节置成全“0：重复询问报文的数据区为两个字节，称重复询问类别标志和询问类别标志。当主 站发出的类别询问报文没有收到子站的正确回答时，主站向子站发送重复 询问报文。重复询问报文中的重复询问类别标志是

17、原先发送的类别报文中询问类别字节的重复。该报文中的询问类别标志字节某位为“1；表示原先发送的类别询问报文中没有询问的类别，这一次需要访问。报文的校验 码为一个字节。eUts8ZQVRdRTUfe 址RTUfe 址报文类型报文类型数据区（1-2字节）类别标志校验码（a>格式1<b）格式2图4.1主站向子站询问的报文格式个人资料整理 仅限学习使用子站向主站回答确认或否定确认的报文格式见图4.1(b>,我们称它为报文格式2,。这两种报文都是三个字节，第一个字节为子站地址，取 00H FEH。第二字节报文类型取 06H时，确认报文，它表示子站正确收 到主站命令；取15H时，为否定确认

18、报文。第三字节类别标志字节的07位，与数据类别的07位相对应。如果RTU中某一类别的数据有变化， 在子站向主站的回答报文中，将报文标志字节中的对应位置成“1；数据无变化的类别，对应位取 “0：这种报文不带校验字节。sQsAEJkW5T传送数据的报文格式见图 4.2,我们称它为报文格式 3。报文的第一 个字节为子站地址，第二字节的 8位中只用低6位作为报文类型的代码。 在子站向主站的报文中，最高位为“ 1蓑示子站的事件顺序记录向主站报告，次高位为“1蓑示子站的随机存储器出错。第三个字节的取值范围时 00H FBH。在子站向主站的报文中，数据至少包含一个类别标志，它是 数据区的第一个字节，类别标志

19、字的某一位为“ 1时，表示子站某一类别的数据有变化，需要向主站报告，因此数据区长度N的取值可为01H-FBH。 GMsIasNXkA图4.2主站向子站传送数据的报文格式(2)主站和子站的地址子站向主站的回答报文共有 10条，按功能可分为确认报文、诊断报 文和传送报文，详细见表4.1。主站向子站发送的命令共有 24条，按功能可分为：查询命令，送参 数命令，控制命令和专用命令四大类。表 4.2列出了 24种命令的分类、 各种命令的名称、报文类型码和报文字节数。 TIrRGchYzg表4.1子站向主站回答报文表14 /16个人资料整理 仅限学习使用报文分类报文名称报文类型报文字节数确认报文确认06H

20、3否定确认15H3电源合闸16H6向主站报告时标数据出现17H7模块状态变化18H可受送数报文用数据回答主站的类别询问1BH可受用数据回答主站的数据召唤报文1CH可受带缺损指示的数据回答1DH可受报告参数组号2FH74.2 ,命令分类报文类型报文字节数召唤故障模块02H5类别询问05H4请求数据报文0DH可受查询命令召唤事件记录数据0FH7重复询问1AH5查询参数组号2EH5设置RTU工作方式03H可受发送压缩因子04H13设置时钟0CH11送参数命令设置回答数据区最大长度10H6发送扫描频率11H13发送滤波系数13H13指定参数组号2DH6复位RTU01H5停止RTU扫描07H5允许RTU扫描08H5控制命令09H可交停止I/O模块扫描允许I/O模块扫描0AH可受电源合闸确认12H5诊断报文0EH同步命令14H5专用命令预同步命令19H9带反送校核的遥控命令1EH917 /16图4.3数据采集传递流程图第5章课程设计心得经过这次对区间遥信采集系统的设计，使我进一步了解了遥信在铁路 系统中的