課程設(shè)計(jì)---牽引供電系統(tǒng)的遙信數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　所屬課程名稱 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)原理及應(yīng)用 </p><p>　　課程設(shè)計(jì)題目 牽引供電系統(tǒng)的遙信數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) </p><p>　　班 級(jí) </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><

2、p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　二○一一 年 十一 月 二十三 日</p><p>　　課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　專業(yè)電氣工程及自動(dòng)化 班級(jí)09級(jí)</p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)（論文）題目 牽引供電系統(tǒng)的遙信數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) </p><p

3、>　　二、課程設(shè)計(jì)（論文）工作自 2012 年 04 月 05 日起至 2012 年 04 月 16 日止</p><p>　　三、課程設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容要求：</p><p><b>　　1 設(shè)計(jì)原始資料</b></p><p>　　1.1 具體題目說明</p><p>　　遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的核心

4、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(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)發(fā)展也最為成熟。針對(duì)圖 1.1 提供的開閉所主接線電路 圖，進(jìn)行遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)模塊的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出牽引供電系統(tǒng)的遙信數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。</p><p>　　圖 1.1 紐結(jié)型開閉所主接線電路圖</p><p>　　1.2 要完成的內(nèi)容</p><p>　　(1) 計(jì)算機(jī)繪制開閉所通用系

5、統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖； (2) 設(shè)計(jì)一個(gè)具體的MCS－51單片機(jī)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(bào)文 的幀結(jié)構(gòu)； (4) 計(jì)算機(jī)繪制相應(yīng)的遙信數(shù)據(jù)采集程序流程圖。</p><p><b>　　2 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2

6、.1 各開關(guān)原件及數(shù)據(jù)采集點(diǎn)編號(hào)</p><p>　　2.1.1 各開關(guān)元件編號(hào) 如圖 2.1 所示， 對(duì)紐結(jié)型開閉所主接線電路中的開關(guān)元件進(jìn)行編號(hào)， 其中 QS1—QS10 為隔離開關(guān)編號(hào)，QF1—QF6 為斷路器編號(hào)。</p><p>　　QS5 TV1 TA6 TA1 QF1 QS7 TV2 QF4 TA8</p><p><b>　　QS1<

7、/b></p><p>　　TA2 QS2 TA3 QF2</p><p>　　TA9 QS8 QF5 TA10</p><p>　　QS3 TA4 QF3 QF6 TA11</p><p><b>　　QS9</b></p><p><b>　　QS4</b><

8、/p><p><b>　　TA5 TA7</b></p><p><b>　　QS6</b></p><p><b>　　QS10</b></p><p><b>　　TA12 TV4</b></p><p><b>　　TV

9、3</b></p><p>　　圖 2.1 各開關(guān)元件編號(hào)圖</p><p>　　2.1.2 數(shù)據(jù)采集點(diǎn)定義 根據(jù)圖 2.1 中各開關(guān)元件的編號(hào)，對(duì)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的開關(guān)元件進(jìn)行十六制定 義，數(shù)據(jù)定義如表 2.1 所示。</p><p>　　電力系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計(jì) 表 2.1 數(shù)據(jù)采集點(diǎn)定義 編號(hào) 開關(guān) 編號(hào) 開關(guān) 00H QS1 08H QS9 01

10、H QS2 09H QS10 02H QS3 0AH QF1 03H QS4 0BH QF2 04H QS5 0CH QF3 05H QS6 0DH QF4 06H QS7 0EH QF5 07H QS8 0FH QF6</p><p>　　2.2 被控站通用系統(tǒng)</p><p>　　開閉所自動(dòng)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。此外，還可以根據(jù)用戶實(shí)際需

11、要配置各種通信單元等擴(kuò)展設(shè)備，開閉所自動(dòng)化終 端概要圖見圖 3，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(dòng)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(jìn)行相應(yīng)選擇。</p>

12、<p>　　圖 2.2 開閉所自動(dòng)化終端結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　電力系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2.1 數(shù)據(jù)采集通道 如圖 2.3 所示，數(shù)據(jù)采集通道設(shè)計(jì)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(diǎn)提供，輔助接點(diǎn)的開合直接反應(yīng)出該設(shè)備的工作狀態(tài)。提供給遠(yuǎn)動(dòng)裝置的 輔助接點(diǎn)大多為無源接點(diǎn)，即空接點(diǎn)，這種節(jié)點(diǎn)無論是在“開”狀態(tài)還是“合”狀態(tài)下，接

13、點(diǎn)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(diǎn)。另一種輔助接點(diǎn)則 是有源節(jié)點(diǎn)， 有源節(jié)點(diǎn)在“開”狀態(tài)時(shí)兩端有一個(gè)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(hù)提供此類接點(diǎn)。各開關(guān)量對(duì)應(yīng)的引腳如表 2.2 所示。</p><p>　　圖 2.3 數(shù)據(jù)采集通道圖</p><p>　　表 2.2 各開關(guān)量對(duì)應(yīng)的引腳 引腳 開關(guān) 引腳 開關(guān) P0.0 QS

14、1 P2.0 QS9 P0.1 QS2 P2.1 QS10 P0.2 QS3 P2.2 QF1 P0.3 QS4 P2.3 QF2 P0.4 QS5 P2.4 QF3 P0.5 QS6 P2.5 QF4 P0.6 QS7 P2.6 QF5 P0.7 QS8 P2.7 QF6</p><p>　　2.2.2 控制輸出通道 控制輸出通道通常以繼電器觸點(diǎn)的方式提供，繼電器一方面可以起到信號(hào)隔離作用，另一方面直接介入控制

15、回路，控制回路中信號(hào)的通斷。若提供的繼電器觸點(diǎn)容量不 夠時(shí)，還可以再介入一級(jí)中介繼電器。如圖 2.4 所示，控制輸出為一對(duì)動(dòng)合觸點(diǎn)，遙控 對(duì)象為“0”時(shí)，觸點(diǎn)斷開；遙控對(duì)象為“1”時(shí)，繼電器動(dòng)作，觸點(diǎn)閉合。一般繼電器 可以提供一對(duì)動(dòng)合觸點(diǎn)和一對(duì)動(dòng)斷觸點(diǎn)，實(shí)際系統(tǒng)中要接動(dòng)合觸點(diǎn)還是接動(dòng)斷觸點(diǎn)，應(yīng) 視要求 而定。</p><p>　　圖 2.4 控制輸出通道圖</p><p>　　2.3 MC

16、S—51 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　2.3.1 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(duì)同一 信號(hào)不同量程的 A/D 轉(zhuǎn)換，它也比較經(jīng)濟(jì)，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(duì)于那些接口有限的微型機(jī)，這種方式更有效。CPU 對(duì)各路通 道的訪問采用軟件控制，由多路轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行切換.。原理框圖如圖 2.5 所示。</p

17、><p>　　圖 2.5 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　2.3.2 系統(tǒng)電路圖 該系統(tǒng)以 MCS—51單片機(jī)為核心，可以對(duì)16路模擬量、16路數(shù)字開關(guān)量和兩路脈 沖量進(jìn)行采集，模擬量采集精度達(dá)到12位，在實(shí)際應(yīng)用中，可以對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行直接采 集，如果要對(duì)傳感器的標(biāo)準(zhǔn)電流量進(jìn)行采集時(shí)，還需加入采樣電阻，把電流轉(zhuǎn)換成電壓后進(jìn)行采集。對(duì)采集的脈沖量的頻率取決于單片機(jī)的時(shí)鐘頻率，一般不能

18、高于單片機(jī)的 運(yùn)行時(shí)鐘，如單片機(jī)用12MHz 的晶振，則采集的脈沖頻率只能低于12MHz。本系統(tǒng)在 實(shí)際應(yīng)用中已調(diào)試通過，采集的數(shù)據(jù)精度高，速度快。 鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)由遠(yuǎn)動(dòng)控制主站、遠(yuǎn)動(dòng)終端和通信通道三部分組成，是近年來在 國(guó)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(jì)、各級(jí)電力 調(diào)度管理模式、遠(yuǎn)動(dòng)終端的數(shù)據(jù)采集和處理、各級(jí)遠(yuǎn)動(dòng)控制主站與遠(yuǎn)動(dòng)終端之間數(shù)據(jù)通 信及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等多專業(yè)的系統(tǒng)工程。 單片機(jī)8051芯片提供1

19、6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(hào)外， 還提供了程序指令讀取控制信號(hào)。 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(shí)際上，數(shù)據(jù)空間除可以分配給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，還可以分配給 </p><p>　　圖 2.6 十六位最小系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集原理</p><p><b>　　3 程序設(shè)計(jì)</b></p>&

20、lt;p>　　3.1 規(guī)約及主站、子站地址</p><p>　　3.1.1 傳輸規(guī)約 報(bào)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(bào)文。每個(gè)報(bào)文含有一個(gè)完整的意義，但是不同的報(bào)文長(zhǎng)度不一定相同。 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(shí)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(duì)各 種數(shù)據(jù)要

21、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。 模塊：一臺(tái) RTU 由若干模塊構(gòu)成，每個(gè)模塊有特定的地址說明，模塊地址通常占 一個(gè)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(gè)物理概念的模塊可以占一個(gè)模塊地址，也可以占兩個(gè)模塊地址；與此同時(shí)，一個(gè)地址 的模塊也可以由好幾塊印制板構(gòu)成。 RTU 與前置機(jī)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(yàn)位，每個(gè)字符八位數(shù)據(jù)位。

22、3.1.2 主站和子站地址 (1) 報(bào)文的格式 本規(guī)約中的報(bào)文可分為三種報(bào)文格式：主站向子站詢問的報(bào)文格式，子站向主站回 答確認(rèn)或否定確認(rèn)的報(bào)文格式，主站向子站或子站向主站傳送數(shù)據(jù)的報(bào)文格式。 主站向子站詢問的報(bào)文</p><p>　　(a) 格式 1 （b） 格式 2 </p><p>　　圖 3.1 主站向子站詢問的報(bào)文格式子站向主站回答確認(rèn)或否定確認(rèn)的報(bào)文格式見圖 3.1(b)，我們

23、稱它為報(bào)文格式 2， 。 這兩種報(bào)文都是三個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)為子站地址，取 00H—FEH。第二字節(jié)報(bào)文類型 取 06H 時(shí)，確認(rèn)報(bào)文，它表示子站正確收到主站命令；取 15H 時(shí)，為否定確認(rèn)報(bào)文。 第三字節(jié)類別標(biāo)志字節(jié)的 0~7 位，與數(shù)據(jù)類別的 0~7 位相對(duì)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(bào)文中，將報(bào)文標(biāo)志字節(jié)中的對(duì)應(yīng)位置成“1”，數(shù) 據(jù)無變化的類別，對(duì)應(yīng)位取“0”。這種報(bào)文不帶校驗(yàn)字節(jié)。 傳送數(shù)據(jù)的報(bào)

24、文格式見圖 9，我們稱它為報(bào)文格式 3。報(bào)文的第一個(gè)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(bào)文類型的代碼。在子站向主站的報(bào)文中，最高 位為“1”表示子站的事件順序記錄向主站報(bào)告， 次高位為“1”表示子站的隨機(jī)存儲(chǔ)器出錯(cuò)。 第三個(gè)字節(jié)的取值范圍時(shí) 00H—FBH。在子站向主站的報(bào)文中，數(shù)據(jù)至少包含一個(gè)類別 標(biāo)志，它是數(shù)據(jù)區(qū)的第一個(gè)字節(jié)，類別標(biāo)志字的某一位為“1”時(shí)，表示子站某一類別的 數(shù)據(jù)有變化，需要向主站報(bào)告，因此數(shù)據(jù)

25、區(qū)長(zhǎng)度 N 的取值可為</p><p>　　圖 3.2 主站向子站傳送數(shù)據(jù)的報(bào)文格式</p><p>　　(2) 主站和子站的地址 子站向主站的回答報(bào)文共有 10 條，按功能可分為確認(rèn)報(bào)文、診斷報(bào)文和傳送報(bào)文， 詳細(xì)見表 3。 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 列出了 24 種命令的分類、各種命令的名稱、報(bào)文類型碼和

26、報(bào)文字節(jié)數(shù)。</p><p>　　表 3.1 子站向主站回答報(bào)文表 報(bào)文分類 確認(rèn)報(bào)文 報(bào)文名稱 確認(rèn) 否定確認(rèn) 電源合閘 向主站報(bào)告時(shí)標(biāo)數(shù)據(jù)出現(xiàn) 模塊狀態(tài)變化 送數(shù)報(bào)文 用數(shù)據(jù)回答主站的類別詢問 用數(shù)據(jù)回答主站的數(shù)據(jù)召喚報(bào)文 帶缺損指示的數(shù)據(jù)回答 報(bào)告參數(shù)組號(hào) 報(bào)文類型 06H 15H 16H 17H 18H 1BH 1CH 1DH 2FH 報(bào)文字節(jié)數(shù) 3 3 6 7 可變 可變 可變 可變 7</p&g

27、t;<p>　　表 3.2 主站—子站的命令報(bào)文表 命令分類 命令名稱 召喚故障模塊 類別詢問 查詢命令 請(qǐng)求數(shù)據(jù)報(bào)文 召喚事件記錄數(shù)據(jù) 重復(fù)詢問 查詢參數(shù)組號(hào) 設(shè)置 RTU 工作方式 發(fā)送壓縮因子 設(shè)置時(shí)鐘 送參數(shù)命令 設(shè)置回答數(shù)據(jù)區(qū)最大長(zhǎng)度 發(fā)送掃描頻率 發(fā)送濾波系數(shù) 指定參數(shù)組號(hào) 復(fù)位 RTU 停止 RTU 掃描 允許 RTU 掃描 停止 I/O 模塊掃描 允許 I/O 模塊掃描 電源合閘確認(rèn) 診斷報(bào)文 同步命令 預(yù)

28、同步命令 帶反送校核的遙控命令。</p><p>　　報(bào)文類型 02H 05H 0DH 0FH 1AH 2EH 03H 04H 0CH 10H 11H 13H 2DH 01H 07H 08H 09H 0AH 12H 0EH 14H 19H 1EH</p><p>　　報(bào)文字節(jié)數(shù) 5 4 可變 7 5 5 可變 13 11 6 13 13 6 5 5 5 可變 可變 5 可變 5 9 9&l

29、t;/p><p><b>　　控制命令</b></p><p><b>　　專用命令</b></p><p>　　電力系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.2 程序流程圖</b></p><p>　　圖3.3 數(shù)據(jù)采集傳遞流程圖</p&

30、gt;<p><b>　　結(jié)論：</b></p><p>　　經(jīng)過這次對(duì)區(qū)間遙信采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使我進(jìn)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(yùn)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(cè)設(shè)備的投入，對(duì)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(shí)間，是鐵路部門對(duì)供電段提出的基 本要求。根

31、據(jù)遠(yuǎn)動(dòng)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(dòng)化的不斷建設(shè)和配電自動(dòng)化系統(tǒng) 功能的日臻完善，電力遠(yuǎn)動(dòng)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(jì)，可以得出以下結(jié)論： (1) 遙信信息通常由電力設(shè)備的輔助接點(diǎn)提供，輔助接點(diǎn)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(diǎn)，必須加入信號(hào)隔離措施，以

32、免強(qiáng)電系統(tǒng)損壞遠(yuǎn)動(dòng)設(shè) 備； (3) 在遙信狀態(tài)的采集方面采用雙觸點(diǎn)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(dòng)化的任務(wù)是：完成對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)變電所正常運(yùn)行時(shí)的監(jiān)視和</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京:北京航空航

33、天出版社,1999. </p><p>　　[2] 李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)[M].北京:北京航空航天出版社,1994. </p><p>　　[3] 陳光東.單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)[M].武漢:華中理工大學(xué)出版社,1999. </p><p>　　[4] 黃遵熹.單片機(jī)原理接口與應(yīng)用[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,1997. </p><p&