城市轨道交通微机综合自动化系统接口技术

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被控站（RTU）是城市轨道交通微机监控系统的重要组成部分，主要负责对牵引供电系统的数据采集和操作命令的执行。被控站远动设备装设于轨道交通沿线牵引变电所、分区亭或开闭所内。RTU实际上就是一个微型计算机，称为远方数据终端。复习实例3复习例子1复习例子2四遥功能具体实现01动执行端的软件结构0201遥信功能的实现四遥功能具体实现遥控功能的实现遥调功能遥测功能的实现一个实际的微机保护测控装置实例四遥功能具体实现遥信功能的实现1、遥信量的组成（1）采集开关量(从一次设备来）位置信号非位置信号断路器、隔离开关位置。控制回路断线、机构故障等预告信号；其他节点信号。四遥功能具体实现遥信功能的实现1、遥信量的组成（2）继电保护动作信号（从二次设备来）继电器、微机保护装置产生的保护动作、告警信号。概念：单点、双点？四遥功能具体实现遥信功能的实现1、遥信量的组成某馈线保护的遥信信号：遥控方式开关位置信号(2Z22) 断路器合位隔开1QS_HW(2Z2) 隔开2QS_HW(2D2)隔开3QS_HW(2Z4) 隔开4QS_HW(2D4)隔开5QS_HW(2Z6) 隔开6QS_HW(2D6)隔开7QS_HW(2Z8 隔开8QS_HW(2D8)小车位置XCHW(2Z10) 接地刀闸QSEHW(2D10)控制回路断线QF_KD(2Z12) 控制回路断线1QS_KD(ZD12)控制回路断线2QS_KD(2Z14) 控制回路断线3QS_KD(2Z14)机构故障QF_JGGZ(2Z16) 机构故障1QS_JGGZ(2D16)机构故障2QS_JGGZ(2Z18) 机构故障3QS_JGGZ(2D18)重合闸CHZTR(2Z20) 故判投入GPTR(2D20)故判融断节点GPRD(2D22)硬遥信四遥功能具体实现遥信功能的实现1、遥信量的组成某馈线保护的遥信信号：装置不良告警(保护板)；1号通道异常2号通道异常；装置不良告警(监控板)电流速断保护；电流增量保护阻抗保护Ⅰ段；阻抗保护Ⅱ段阻抗保护Ⅲ段；发热保护过电流保护软遥信四遥功能具体实现遥信功能的实现2、开关量采集接口（1）开关量采集回路开关量：随时间离散变化的信号。一般具有“开”、“关”两种状态，用1位二进制数据表示，一个字节表示8个开关量。如断路器的位置状态、各种事故与告警信号等。四遥功能具体实现遥信功能的实现2、开关量采集接口继电器隔离四遥功能具体实现遥信功能的实现2、开关量采集接口光电隔离电路：实现微机与外部电路之间的电气隔离，消除开关量信号本身的干扰和信号沿途的传输的干扰。由光电二极管（LED）和光敏晶体管成对（光耦）组成。LED接到信号源一侧，光敏晶体管取开关的作用，LED导通时，开关闭合，实现两侧间的电隔离。作用实现四遥功能具体实现遥信功能的实现2、开关量采集接口光电隔离电路：四遥功能具体实现遥信功能的实现2、开关量采集接口一个实用的遥信取样电路目前在遥信对象状态的采集方面也有采取双触点遥信的处理方法，称“双点遥信”。遥信量由两个状态信号表示，分别来自开关的合闸触点、分闸触点。“01”、“10”为有效代码；“00”、“11”为无效代码。四遥功能具体实现遥信功能的实现2、开关量采集接口一般采用FPGA、CPLD逻辑器件。典型电路如右：四遥功能具体实现遥信功能的实现2、开关量采集接口（2）采集方式查询方式：CPU以一定的时间周期对并行I/O接口进行扫描查询。编程简单。中断方式：当开关量发生变化时，接口电路向CPU发出中断请求。若CPU处于中断允许状态，则在处理完当前命令周期后，即转入中断处理过程。注意：不仅要采集当时的开关状态，还要进行变位记录处理。即状态变化时，记录开关序号、变位时间、变位后的状态等。称为事件顺序记录。事件分辨率：事件顺序记录能区分的最小的时间间隔。查询方式和中断方式下事件分辨率？四遥功能具体实现遥信功能的实现8位开关量的中断方式采集8位数值比较器:当G为低时，若P0-P7与Q0-Q7相同，则P=Q引脚输出低电平，否则为高。8位锁存器：OC为输出控制端,低电平有效.C采样控制端,为高时,Q随D变;为低时,Q保持C下跳时D的状态。四遥功能具体实现遥信功能的实现8位开关量的中断方式采集工作原理：CPU读入8位开关量，并将其锁存到373中，开中断。一旦开关量状态变化，则688的P、Q不同。P=Q端输出高电平，经反向后向CPU申请中断。CPU响应中断，读入变化后的状态，锁存到373中，开中断。四遥功能具体实现遥信功能的实现遥信信号输入接口电路由并行接口、多路开关等组成，采集64路开关量。可编程并行I/O接口电路，基本输入输出方式。16选1多路开关：输入ABCD的值（0-FH）决定哪一路输入的开关量送到OUT。输入输出输出输入015四遥功能具体实现遥信功能的实现遥信扫查程序框图四遥功能具体实现遥控功能的实现1、遥控对象断路器、隔离开关的分、合微机保护装置的保护元件投退微机保护装置的信号复归其它遥控对象微机保护装置定值区的切换四遥功能具体实现遥控功能的实现2、“五防”概念（3）（1）（4）（2）（5）防止带负荷拉、合隔离开关防止误入带电间隔防止误分、合断路器防止带电挂接地线防止带地线合隔离开关四遥功能具体实现遥控功能的实现2、“五防”概念“五防”闭锁构架就地硬闭锁、间隔层闭锁、站控软层闭锁三层结构。控制操作过程中系统根据选择相应对象，发出命令至闭锁模件，并输出闭锁保持信号，其接点串入相应电动隔离刀闸的操作回路，闭锁就地误操作。就地硬闭锁四遥功能具体实现遥控功能的实现2、“五防”概念“五防”闭锁构架就地硬闭锁、间隔层闭锁、站控软层闭锁三层结构。间隔层闭锁间隔层测控装置的软件逻辑闭锁完成，根据相应操作和模件故障时闭锁出口。四遥功能具体实现遥控功能的实现2、“五防”概念“五防”闭锁构架就地硬闭锁、间隔层闭锁、站控软层闭锁三层结构。计算机监控系统软件能自动根据控制闭锁条件来进行判断，控制条件不满足则进行报警提示，防止误操作。站控层闭锁四遥功能具体实现遥控功能的实现2、“五防”概念“五防”闭锁构架各层防误均应能独立完成相应功能，不相互依赖。各层防误的锁逻辑应保持一致，应具备检查两层防误闭锁逻辑是否一致。四遥功能具体实现遥控功能的实现电气闭锁装置电磁锁结构

电锁电钥匙

锁芯

弹簧

插座

插头

线圈电磁铁钥匙环操作手柄隔离开关断路器隔离开关的电气闭锁电路四遥功能具体实现遥控功能的实现2、“五防”概念隔离开关闭锁的内容各主电路隔离开关的操作闭锁各接地刀闸的操作闭锁各母线接地器的操作闭锁四遥功能具体实现遥控功能的实现2、“五防”概念隔离开关闭锁的内容断路器在合闸状态下，不能操作隔离开关，以避免带电操作隔离开关；防止在母线带电的情况下，合母线接地器。接地刀闸在合闸状态下，不能操作隔离开关，防止带电和接地刀闸；四遥功能具体实现遥控功能的实现3、遥控输出回路遥控是对变电所的断路器、隔离开关等开关量进行“合”与“断”的两种状态的操作，即开关量的输出。四遥功能具体实现遥控功能的实现3、遥控输出回路将中间出口继电器的节点接入变电所相应的控制回路中，接通或断开相应的控制电器，以启动控制回路中的中间继电器去完成断路器的合、分动作。所以输出继电器节点应具有相应耐压和切断电流能力。遥控输出控制回路四遥功能具体实现遥控功能的实现3、遥控输出回路遥控操作分两步实现：选择执行首先选择对象，使控制对象继电器节点DJ闭合，经返校确认，停止或撤消遥控操作。选择正确，可继续进行合、分操作。四遥功能具体实现遥控功能的实现3、遥控输出回路微机装置开出实例电路四遥功能具体实现遥控功能的实现3、遥控输出回路微机装置开出实例电路四遥功能具体实现遥控功能的实现3、遥控输出回路馈线断路器控制回路四遥功能具体实现遥控功能的实现3、遥控输出回路保护装置内部分、合闸电路四遥功能具体实现遥控功能的实现3、遥控输出回路隔离开关控制回路四遥功能具体实现遥控功能的实现3、遥控输出回路四遥功能具体实现遥调功能遥调与遥控类似，也是一种控制输出。与遥控只输出两种状态不同的是：遥调需要输出连续变化的模拟量信号。主机将运算结果通过并行输出端口输出二进制数据，再经D/A转换器转换成相应的模拟量信号，再经功率放大器后驱动执行机构，以达到预定的控制要求。四遥功能具体实现遥测功能的实现1、基本概念（1）模拟量采集回路模拟量：在时间和幅值上连续变化的信号。母线电压、电流，变压器的有功/无功功率，系统频率等。四遥功能具体实现遥测功能的实现1、基本概念（1）模拟量采集回路电压、电流、功率等模拟量通过相应的互感器，输出0～100V的交流量，再经过变送器变换成0～5V、0～10V（由AD芯片决定）的模拟直流量送入模拟量采集电路进行模数转换。四遥功能具体实现遥测功能的实现1、基本概念（2）多路通道开关多路开关的作用就是将多路模拟信号逐个分时接入，以便经采样后送入A/D转换器进行转换。采用无触点的集成电路开关，优点是频率高、体积小，并可以用程序进行控制，如AD75018路CMOS多路开关、AD750616路CMOS多路开关。目前使用AD芯片能够同时采集多路信号，不需要逐个转换，如MAX125（4路），AD7865（4路）。四遥功能具体实现遥测功能的实现1、基本概念（3）采样保持电路当某一模拟量进行A/D转换时，由于A/D转换过程需一段时间，必须保证此过程中被测参数值不变，否则会影响转换精度，同理必须保持恒定的输出。四遥功能具体实现遥测功能的实现1、基本概念（3）采样保持电路开关K闭合，输入电压通过电阻R向电容充电，输出电压随着变化，并使两者趋于相等，此即为采样状态；开关K在时刻断开时，由于电容具有保持电荷特性而将的电压值记忆在其上，此即为保持状态。目前常用的AD芯片自带采样保持电路。四遥功能具体实现遥测功能的实现1、基本概念（4）A/D转换和模拟量信号的输入预处理模拟量经过多路开关和S/H后，必须转换成数字量才能送入计算机，这一任务由A/D转换器完成。在A/D转换时，必须用量化单位对其进行整型量化，得到与模拟量相对应的数字量。经编码后成为能被计算机接受的信息。四遥功能具体实现遥测功能的实现1、基本概念（4）A/D转换和模拟量信号的输入预处理量化，就是采用有限字长的一组数码（如二进制码）去逼近模拟信号的采样值。量化和编码是A/D转换的主要组成部分。四遥功能具体实现遥测功能的实现1、基本概念（4）A/D转换和模拟量信号的输入预处理规格化，如统一地变化为0～5V的电平电压，这个过程称为电平变换。这些电平统一的信号通过A/D变换成数字量后送入计算机，再经过一系列数据预处理，最终送入数据库。四遥功能具体实现遥测功能的实现1、基本概念利用计算机根据一定的算法用程序来减少噪声在信号中的比重。常用有算术平均法、加权平均法、中位值法等。进入A/D的模拟信号都为统一的电平信号，如10kV的电压，经电压互感器后变送器输出为5V；110kV的进线电压，经电压互感器后变送器输出也为5V，两者经A/D变换后得到同一数字量，意义却不同。判断采入的数据是否有明显差错，为伪舍弃。不同类型参数采用不同方法，如母线电流中的数据，用同一参数前、后周期的变化量判断，或用限值判断。大多变送器输出电信号与被测参数间成非线性关系，为提高测量精度，采取线性化措施。将非线性函数进行分段线性化拟合处理，分段数以误差满足精度要求为准。模拟量信号的输入预处理四遥功能具体实现遥测功能的实现1、基本概念（5）遥测采集过程与越死区计算遥测量采集过程框图四遥功能具体实现遥测功能的实现1、基本概念（5）遥测采集过程与越死区计算死区：又称压缩因子、阈值，用VFAC表示。为了减少向调度中心的数据输送量，对各遥测量的变化，预先规定了一个阀值（死区），对应的遥测量只有在其变化值超过了规定的阀值，才进行数据处理和传送。否则不传。实现：比较前一次采集的值与现采集的值之差是否超过压缩因子。要求：在编程中，要设置存储模拟量的旧值、新值、越死区标志等内存空间或内存变量。四遥功能具体实现遥测功能的实现2、变送器测量原理（直流采样）方法：将被测电量经电量变送器变换成直流信号，然后将其送入采样保持器、A/D转换器，CPU从A/D转换器内读出转换后的数字量，经标度变换计算所测电量值。四遥功能具体实现遥测功能的实现2、变送器测量原理（直流采样）（1）交流电流变送器主要任务：将交流电流变换成额定值为5V的直流电压。四遥功能具体实现遥测功能的实现2、变送器测量原理（直流采样）（2）交流电压变送器主要任务：将交流电压变换成额定值为5V的直流电压。四遥功能具体实现遥测功能的实现2、变送器测量原理（直流采样）（3）功率变送器作用：测量工频电路的有功和无功功率，将被测电功率变换成和它成线性关系的直流电压。四遥功能具体实现遥测功能的实现2、变送器测量原理（直流采样）采用变送器的直流采样系统存在如下问题：遥测数据的准确性受变送器精度和稳定性的影响，整流电路参数调整困难，受波形因素的影响大。变送器出现输出不正常的情况时有发生，影响遥测的准确性。四遥功能具体实现遥测功能的实现2、变送器测量原理（直流采样）采用变送器的直流采样系统存在如下问题：遥测数据的实时性受变送器响应速度的影响，由于滤波电路时间常数的影响，造成其响应时间较长，不能即时反映故障瞬间的情况。四遥功能具体实现遥测功能的实现2、变送器测量原理（直流采样）采用变送器的直流采样系统存在如下问题：变送器维护工作量较大，其精度随时间和温度的变化会发生漂移，维护工作量大。四遥功能具体实现遥测功能的实现2、变送器测量原理（直流采样）采用变送器的直流采样系统存在如下问题：通常一个变电站需要大量变送器，增加工程造价。四遥功能具体实现遥测功能的实现3、交流采样方法：直接对交流电流、电压进行采样，用软件完成各类电量变送器的功能，从而获得全部电量信息。四遥功能具体实现遥测功能的实现3、交流采样（1）采样

定义：将连续信号以时间取量化的过程。四遥功能具体实现遥测功能的实现3、交流采样连续信号矩形脉冲信号实质：以周期为Ts的采样脉冲序列作为载波，对输入的连续模拟信号进行调制的过程。使输入信号离散化。四遥功能具体实现遥测功能的实现3、交流采样采样输出信号冲击脉冲载波信号理想采样输出四遥功能具体实现遥测功能的实现3、交流采样（2）采样定理定义：为使采样后的离散信号复现为原来的连续信号，采样频率必须大于或等于信号最高频率的2倍。奈奎斯特采样频率四遥功能具体实现遥测功能的实现3、交流采样四遥功能具体实现遥测功能的实现3、交流采样AD7865实际AD芯片和电路四遥功能具体实现遥测功能的实现3、交流采样四遥功能具体实现遥测功能的实现4、电量的计算（1）直流变换采样的电量计算方法：将二进制转换为十进制，然后根据转换电压等级和互感器的变比计算出原电量值的大小。

交流值二进制数十进制数

直流值四遥功能具体实现遥测功能的实现4、电量的计算例：采用电压变送器测量牵引网电压值，A/D转换器的转换精度12位，牵引网最大值为30kV，今测得A/D值为0CF6H，计算其原电压值。解:首先将所测值转换为十进制值。0CF6H=01100

1111

0110B=3318D最大值:0FFFH(4095D)代表直流5V电压（满量程）则:4095:3318=5:xx=4.05V

变送器的直流5V代表交流侧30kV电压则：30kV:y=5:4.05y=4.05×30/5kV=24.3kV或直接运算4095:3318=30:xx=24.3kV标量计算后的被测电压值四遥功能具体实现遥测功能的实现4、电量的计算（2）交流采样的电量计算从离散的数据中计算出有效值。方法离散时间数据。基础四遥功能具体实现遥测功能的实现4、电量的计算

1）有效值输入信号电流信号i(t)、电压信号u(t)，数据窗的长度为N，采样值为ik和uk，则按方均根算法，有效值为：积分算法：将连续函数的积分运算用离散化的函数值构成的阶梯波的面积替代。一个周期T内等间隔作N次采样。四遥功能具体实现遥测功能的实现4、电量的计算2）有功功率单相系统：输入单相电压和单相电流分别为u(t)、i(t)，相应的采样值分别为uk、ik，数据窗长度为N，其功率为：四遥功能具体实现遥测功能的实现4、电量的计算3）无功功率单相系统：单相电压和单相电流有效值分别为U、I，单相有功功率P，其单相无功功率为：四遥功能具体实现遥测功能的实现4、电量的计算4）功率因数四遥功能具体实现一个实际的微机保护测控装置实例四遥功能具体实现一个实际的微机保护测控装置实例四遥功能具体实现一个实际的微机保护测控装置实例02模板的功能软件远动执行端的软件结构通信软件远动执行端的软件结构模板的功能软件软件结构的设计建立在相应的硬件基础上，最终实现远动终端的各项功能。远动执行端的软件结构模板的功能软件主程序按规定的采样周期接受采样中断进入采样程序，在采样程序中进行模拟量采集与滤波，开关量的采集、装置硬件自检、交流电流断线和起动判据的计算，根据是否满足起动条件而进入正常运行程序或故障计算程序。硬件自检内容包括RAM、E2PROM、跳闸出口三极管等。正常运行程序中