60kv變電站rtu設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)論文

1、<p>　　遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué)</p><p>　　配電系統(tǒng)及其自動(dòng)化 課程設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題目： 60kV變電站RTU設(shè)計(jì) </p><p>　　院（系）： </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： </p><p>　　學(xué) 號(hào)：

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： （簽字）</p><p>　　起止時(shí)間：2015.11.30-2015.12.11 </p><p>　　課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)</p><p>　　院（系）：新能源學(xué)院

3、 教研室：電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　變電站遠(yuǎn)方終端RTU是變電站自動(dòng)化的基礎(chǔ)控制單元對(duì)實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化乃至配電自動(dòng)化起著十分重要的作用，作為系統(tǒng)

4、的獨(dú)立工作站點(diǎn)，是監(jiān)測(cè)、監(jiān)控及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的終端單元，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制和測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)、信號(hào)報(bào)警以及與監(jiān)控中心的遠(yuǎn)程通信等功能。</p><p>　　本次課設(shè)設(shè)計(jì)了一種以通用型8位單片機(jī)為核心處理單元、具有高性能價(jià)格比的變電站自動(dòng)化遠(yuǎn)方終端(RTU)的硬軟件設(shè)計(jì)。利用AT89C51設(shè)計(jì)RTU控制器此控制器包括了單片機(jī)最小系統(tǒng)、電壓電流測(cè)量電路、開關(guān)量檢測(cè)和控制電路、通信電路等。主要實(shí)現(xiàn)配電變電所遙測(cè)

5、、遙信、遙控、遙調(diào)等四遙功能，并將所遙測(cè)的電流電壓信息及時(shí)上傳給主站，并能接受主站命令，實(shí)現(xiàn)遙控遙調(diào)功能。結(jié)合RTU在變電站中的實(shí)際應(yīng)用功能，對(duì)變電站中特征電參量的采集計(jì)算方法進(jìn)行分析，并分別對(duì)交流測(cè)控RTU的總體方案、硬件電路和軟件編程進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：AT89C51；RTU；變電站自動(dòng)化；數(shù)據(jù)采集 </p><p><b>　　目 錄</b&g

6、t;</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1RTU綜述1</p><p>　　1.2 本文研究?jī)?nèi)容1</p><p>　　第2章 RTU硬件設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1 RTU總體設(shè)計(jì)方案3</p><p>　　2.2

7、 RTU控制核心模塊設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.2.1 CPU的選擇4</p><p>　　2.2.2 復(fù)位電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.2.3 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.2.4 RTU控制核心模塊原題圖6</p><p>　　2.3 電流電壓檢測(cè)電路設(shè)計(jì)7</p>&

8、lt;p>　　2.4 電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)電路設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.5 電氣設(shè)備動(dòng)作控制電路設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.6 報(bào)警電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.7 RTU與主站通信接口電路設(shè)計(jì)11</p><p>　　第3章 RTU軟件設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1 軟件實(shí)

9、現(xiàn)功能綜述12</p><p>　　3.2 流程圖設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.2.1 主程序流程圖設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.2.2 數(shù)據(jù)采集流程圖設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.2.3 通信流程圖設(shè)計(jì)15</p><p>　　第4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析17</p><p>

10、;　　4.1 系統(tǒng)原理圖17</p><p>　　4.2 系統(tǒng)原理綜述18</p><p>　　第5章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)19</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)20</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　RTU綜述<

11、;/b></p><p>　　變電站自動(dòng)化是一種以計(jì)算機(jī)為主、將變電站的一、二次設(shè)備(包括測(cè)量、信號(hào)、 控制、保護(hù)、自動(dòng)、遠(yuǎn)動(dòng)等)經(jīng)過功能組合形成的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化的計(jì)算機(jī) 監(jiān)控系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，電力系統(tǒng)自動(dòng)化程度也日益提高。變電站在電能的生產(chǎn)、傳輸、應(yīng)用過程中，占有非常重要的地位，因此，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)在變電站的改造和新建中得到了普遍的應(yīng)用。</p>

12、<p>　　RTU(Remote Terminal Unit)是構(gòu)成企業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的核心裝置，通常由信號(hào)輸入/輸出模塊、微處理器、有線/無(wú)線通訊設(shè)備、電源及外殼等組成，由微處理器控制，并支持網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它通過自身的軟件(或智能軟件)系統(tǒng)，可理想地實(shí)現(xiàn)企業(yè)中央監(jiān)控與調(diào)度系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)一次儀表的遙測(cè)、遙控、遙信和遙調(diào)等功能。</p><p>　　RTU是一種耐用的現(xiàn)場(chǎng)智能處理器，它支持SCADA控制中心與

13、現(xiàn)場(chǎng)器件間的通訊。它是一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)獲取與控制單元。它的作用是在遠(yuǎn)端控制控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，獲得設(shè)備數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳給SCADA系統(tǒng)的調(diào)度中心。</p><p>　　變電站自動(dòng)化的RTU直接監(jiān)測(cè)和控制變電站的一次設(shè)備，它具有監(jiān)測(cè)量大，工作環(huán)境惡劣，要求可靠性高等特點(diǎn)，隨著技術(shù)的進(jìn)步及變電站自動(dòng)化系統(tǒng)本身發(fā)展的需要，現(xiàn)有的RTU用交直流實(shí)時(shí)采樣和計(jì)算代替了傳統(tǒng)的變送器的測(cè)量方式，測(cè)量精度和可靠性方面都有根本性的提高；現(xiàn)有

14、的RTU還采用少量的通信電纜(或光纜)取代了大量的信號(hào)電纜，控制室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)之間的聯(lián)系變成了通信聯(lián)系，這樣不僅節(jié)約了電纜和用地，還大大減少了施工、安裝和調(diào)試的工作量，提高了可靠性和可維護(hù)性，但同時(shí)對(duì)系統(tǒng)裝置的通信方式提出了更高的要求。進(jìn)入新世紀(jì)以來，由于一批新興的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)與發(fā)展，這種狀況正日益得到改善。</p><p><b>　　本文研究?jī)?nèi)容</b></p><

15、p>　　本次課程設(shè)計(jì)中，該配電變電所進(jìn)線為60kV，出線為10kV，每條輸電線路最大輸出功率為1600kVA，該RTU監(jiān)測(cè)4回10kV輸出線路的電流電壓以及線路上斷路器隔離開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)，并將電流電壓的有效值上傳給主站，同時(shí)能接受主站發(fā)出的遙控遙調(diào)等開關(guān)量輸出命令，實(shí)現(xiàn)遙控遙調(diào)功能。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件電路設(shè)計(jì)：</p><p>　　1. 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包括CPU選擇，存

16、儲(chǔ)器，晶振電路，復(fù)位電路）</p><p>　　2. 電流電壓檢測(cè)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3. 電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　4. 電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　5. RTU與主站通信接口設(shè)計(jì)</p><p>　　6. 軟件設(shè)計(jì)（程序流程圖和程序編寫及電流電壓有效值以及故障

17、識(shí)別算法確定）</p><p><b>　　RTU硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　RTU總體設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　RTU的總體設(shè)計(jì)方案如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 AT89C51RTU總體設(shè)計(jì)方案框圖</p><p>　　本RT

18、U總體設(shè)計(jì)方案以CPU為核心，外加模擬量輸入模塊及A/D轉(zhuǎn)換器，它的功能主要將線路中的電壓電流信號(hào)的采集來轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。通信接口主要負(fù)責(zé)與主機(jī)的通信將檢測(cè)到的一些數(shù)據(jù)及時(shí)送到主站。開關(guān)量輸入模塊和開關(guān)量輸出模塊主要是檢測(cè)線路上斷路器、隔離開關(guān)的狀態(tài)，完成斷路器、隔離開關(guān)的投切。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)快速切斷故障區(qū)段對(duì)非故障區(qū)段及早恢復(fù)供電提高供電的可靠性，由于單片機(jī)存儲(chǔ)不能滿足實(shí)際的要求所以要外加個(gè)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用

19、以儲(chǔ)存數(shù)據(jù)采集模塊傳來的重要數(shù)據(jù)信息。人機(jī)對(duì)話模塊主要是向系統(tǒng)輸入一些命令或數(shù)據(jù)來控制RTU的設(shè)置模式和設(shè)置狀態(tài)信息，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制和測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)、信號(hào)報(bào)警以及與監(jiān)控中心的遠(yuǎn)程通信等功能等。</p><p>　　RTU控制核心模塊設(shè)計(jì)</p><p><b>　　CPU的選擇</b></p><p>　　本次課設(shè)RTU設(shè)計(jì)采用

20、AT89C51單片機(jī)作為系統(tǒng)的CPU。AT89C51是面向八位的CPU。它的價(jià)格低廉，工作可靠，另外擴(kuò)展功能也很強(qiáng)，AT89C51采用電擦除和電寫入，擦寫方便，保密性能好，因此作為此次設(shè)計(jì)的首選CPU。</p><p>　　89C51單片機(jī)為EPROM型，在實(shí)際電路中可以直接互換8051單片機(jī)或8751單片機(jī)，不但和8051單片機(jī)指令，管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的4K程序存儲(chǔ)器是FLASH工藝的，它是一種低功耗高性

21、能的具有8K字節(jié)可電氣燒錄及可擦除的程序ROM的八位CMOS單片機(jī)，從使用方便與簡(jiǎn)化電路以及其性價(jià)比等角度來考慮，AT89C51比較合適的 。</p><p>　　AT89C51有40個(gè)引腳，其中是接地端，是電源端接+5V電源，外界晶體引腳XTAL0和XTAL1接時(shí)鐘電路，RST是復(fù)位信號(hào)輸入端，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平就能讓單片機(jī)有效復(fù)位。P0口接地址鎖存器，是片內(nèi)片外ROM選擇端，是外部ROM的

22、讀選通信號(hào)，是讀允許信號(hào)，是寫允許信號(hào)，引腳結(jié)構(gòu)圖如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 AT89C51 引腳結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　復(fù)位電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　AT89C51單片機(jī)的復(fù)位是靠外部復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的，在時(shí)鐘電路工作后，只</p><p>　　要在單片機(jī)的RESET引腳上出現(xiàn)

23、24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期以上的高電平，單片機(jī)就能實(shí)現(xiàn)復(fù)位。為了保證系統(tǒng)可靠復(fù)位，在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，一般使RESET引腳保持10ms以上的高電平，單片機(jī)便可以可靠地復(fù)位。</p><p>　　單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài)：?jiǎn)纹瑱C(jī)運(yùn)行出錯(cuò)或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，可按復(fù)位鍵重新運(yùn)行。單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的RESET引腳上出新24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖以上的高電平，單片機(jī)就能實(shí)現(xiàn)復(fù)位。為了保證單片機(jī)可靠復(fù)

24、位，再設(shè)計(jì)電路時(shí)，一般使RESET引腳保持10ms以上的高電平。當(dāng)RESET從高電平變?yōu)榈碗娖揭院螅瑔纹瑱C(jī)從0000H地址開始執(zhí)行。在復(fù)位有效期間，ALE和PSEN引腳輸出高電平。89C51進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)后，21個(gè)特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)位確定值，除SP為07H，P0-P3為FFH,其余為0.簡(jiǎn)單的復(fù)位電路有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位。本次課設(shè)采用按鍵式復(fù)位電路。</p><p>　　由于RTU在惡劣的溫度和濕度環(huán)境工作

25、，為了保證它能安全可靠的工作所以得設(shè)計(jì)個(gè)復(fù)位電路以便在CPU處于死機(jī)的狀態(tài)下能及早復(fù)位，本次設(shè)計(jì)采用看門狗復(fù)位電路，利用電容的充電來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)加電時(shí)，電容C充電，電路有電流流過，構(gòu)成回路，在電阻R上產(chǎn)生壓降，RESET引腳為高電平；當(dāng)電容C充滿電后，電路相當(dāng)于斷開，RESET的電位與地相同，復(fù)位結(jié)束。充電的時(shí)間決定了復(fù)位的時(shí)間。此外，還可以通過按鍵實(shí)現(xiàn)復(fù)位，按下鍵后，通過和構(gòu)成回路，使RESET端產(chǎn)生高電平。按鍵的時(shí)間決定了復(fù)位的時(shí)間。具

26、體復(fù)位電路如圖2.3所示。</p><p><b>　　圖2.3 復(fù)位電路</b></p><p><b>　　時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　時(shí)鐘電路是用來產(chǎn)生AT89C51單片機(jī)工作時(shí)所必須的時(shí)鐘信號(hào)，AT89C51本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為保證工作方式的實(shí)現(xiàn)，AT89C51在唯一的時(shí)鐘信號(hào)的控制下嚴(yán)

27、格的按時(shí)執(zhí)行指令進(jìn)行工作，時(shí)鐘的頻率影響單片機(jī)的速度和穩(wěn)定性。通常時(shí)鐘由于兩種形式：內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘。</p><p>　　我們系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式來為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)。AT89C51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該放大器的輸入輸出引腳為XTAL0和XTAL1，他們跨接在晶體振蕩器的用于微調(diào)的電容，便構(gòu)成了一個(gè)自激勵(lì)振蕩器。</p><p>　　電路中的C1,C2的選擇在3

28、0PF左右，但電容太小會(huì)影響振蕩的頻率，穩(wěn)定性和快速性。晶振頻率為在1.2MHZ~12MHZ之間，頻率越高單片機(jī)的速度就越快，但對(duì)存儲(chǔ)器要求就高。為了提高穩(wěn)定性我們采用溫度穩(wěn)定性好的NPO電容，采用晶振頻率為12MHZ。電路如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4時(shí)鐘電路圖</p><p>　　RTU控制核心模塊原題圖</p><p>　　由于RTU 主要在

29、潮濕高溫等惡劣環(huán)境下工作，因此，需在核心模塊中加一個(gè)復(fù)位電路以便在CPU發(fā)生死機(jī)的情況下能迅速?gòu)?fù)位。CPU正常工作需要定時(shí)恒頻率的脈沖，所以需要外加個(gè)晶振電路 。RTU具有電流電壓采集記錄等功能，而且 AT89C51內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)空間比較小不能儲(chǔ)存大量的電流電壓信息，所以要外擴(kuò)一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。根據(jù)上文所述，將所選擇的CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路等連接在一起從而構(gòu)成完整的RTU控制核心模塊，具體的連接方式如圖2.

30、5所示。</p><p>　　圖2.5 RTU控制核心模塊原理圖</p><p>　　電流電壓檢測(cè)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，配電變電所進(jìn)線為60kV，出線為10kV，每條輸電線路最大輸出功率為1600kVA，該RTU監(jiān)測(cè)4回10kV輸出線路的電流電壓以及線路上斷路器隔離開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)，如上所述，可以確定模擬量檢測(cè)的路數(shù)為12路，分別為6路電壓信號(hào)和6路

31、電流信號(hào)。</p><p>　　在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，A/D轉(zhuǎn)換的速度和精度又決定了采集系統(tǒng)的速度和精度。MAX197是具有12位測(cè)量精度的高速A/D轉(zhuǎn)換芯片，只需單一電源供電，且轉(zhuǎn)換時(shí)間很短，約為6us，具有8路模擬轉(zhuǎn)換通道和12位的A/D轉(zhuǎn)換其轉(zhuǎn)換精度，還提供了標(biāo)準(zhǔn)的并行接口，為8位三態(tài)數(shù)據(jù)I/O口，可以和大部分單片機(jī)直接接口，使用十分方便。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求可知，選用兩片A/D MAX197轉(zhuǎn)換器即可滿足本次設(shè)計(jì)

32、的需要。</p><p>　　由于計(jì)算機(jī)在任一時(shí)刻只能接收一路模擬量信號(hào)的采集輸入，當(dāng)有多路模擬量信號(hào)時(shí)需通過模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)，按一定順序選取其中一路進(jìn)行采集。當(dāng)需要對(duì)多個(gè)模擬量進(jìn)行模數(shù)變換時(shí)，由于A/D轉(zhuǎn)換器的價(jià)格較貴，通常不是每個(gè)模擬量輸入通道設(shè)置一個(gè)A/D，而是多路輸入模擬量共用一個(gè)A/D，中間經(jīng)過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)切換。在本設(shè)計(jì)中，選用型號(hào)為的LW18系列的多路轉(zhuǎn)換開關(guān)。</p><p>　

33、　綜上所述，完整的模擬量檢測(cè)電路如圖2.6所示。</p><p>　　圖2.6 模擬量檢測(cè)電路圖</p><p>　　電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的變電站電氣主接線圖如圖2.7所示。</p><p>　　由變電站的電氣主接線圖可知，本次設(shè)計(jì)主要研究的是RTU監(jiān)測(cè)4回10kV輸出線路的電流、電壓以及線路上斷路器隔離

34、開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)，所以檢測(cè)電氣設(shè)備的臺(tái)數(shù)為6臺(tái)，開關(guān)量輸入6路。因此，選擇AT89C51單片機(jī)的P1口作為6路開關(guān)量的輸入接口，采用光電耦隔離措施來排除輸入開關(guān)量采樣過程中干擾信號(hào)的影響。當(dāng)有遙信信號(hào)時(shí)光耦二極管發(fā)光，并且光耦合器導(dǎo)通使單片機(jī)的輸入端變成低電平，單片機(jī)接受遙信信號(hào)。具體的電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)電路如圖2.7所示。</p><p>　　圖2.7 電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)電路圖</p><

35、p>　　電氣設(shè)備動(dòng)作控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)電氣主接線圖和監(jiān)測(cè)回路中的斷路器和隔離開關(guān)的個(gè)數(shù)可以確定，所搖控電氣設(shè)備的臺(tái)數(shù)為6臺(tái)，開關(guān)量控制輸出為6路。選擇89C51的PA3口作為六路開關(guān)量的輸出口。因此，當(dāng)PA3口為高電平時(shí)經(jīng)緩沖器反向輸出為低電平使繼電器導(dǎo)通，繼電開關(guān)動(dòng)作，ZJ帶電使其觸電閉合輸出遙控信號(hào)。</p><p>　　由于單片機(jī)I/O口提供的電流太小，不能

36、直接驅(qū)動(dòng)繼電器。所以由單片機(jī)的I/O口輸出到驅(qū)動(dòng)芯片以驅(qū)動(dòng)繼電器，為了防止繼電器誤動(dòng)，需要對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)加以互鎖，因此，在電氣設(shè)備動(dòng)作控制電路中應(yīng)采用繼電器隔離來隔離強(qiáng)弱電。具體電路如圖2.8所示。</p><p>　　圖2.9 電氣設(shè)備動(dòng)作控制電路圖</p><p>　　圖2.8 電氣設(shè)備動(dòng)作控制電路圖</p><p><b>　　報(bào)警電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)</

37、b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用ACM配電線路監(jiān)控裝置，原理圖如圖2.9所示。</p><p>　　圖2.9ACM配電線路監(jiān)控裝置報(bào)警電路圖</p><p>　　ACM監(jiān)控裝置和塑殼斷路器配合使用，塑殼斷路器有單磁和熱磁兩種，單磁斷路器只具有短路保護(hù)功能，無(wú)熱過載保護(hù)，在這種情況下，線路中如有過載現(xiàn)象，斷路器不會(huì)動(dòng)作，ACM監(jiān)控裝置會(huì)根據(jù)不同過載程度分別發(fā)

38、出報(bào)警信號(hào)，提醒現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員，也可遠(yuǎn)傳至控制中心。熱磁塑殼斷路器既具有短路保護(hù)又具有熱過載保護(hù)，此時(shí)，ACM監(jiān)控裝置僅可作為報(bào)警功能作用，當(dāng)檢測(cè)到電流達(dá)到設(shè)定閾值后，內(nèi)部繼電器動(dòng)作。</p><p>　　監(jiān)控裝置配套電流互感器使用AKH-0.4型號(hào)電流互感器，配電線路的額定電流為3750A，互感器選用AKH-0.4-10/0.4，該型號(hào)互感器監(jiān)控裝置最大可持續(xù)測(cè)量電流達(dá)到1000A,因此裝置最大可監(jiān)測(cè)4倍的過載電

39、流，對(duì)于需要監(jiān)測(cè)剩余電流回路的場(chǎng)合還需加裝AKH-0.4L系列剩余電流互感器。如圖2.9所示，當(dāng)配電線路電流超過1段報(bào)警閾值時(shí)，繼電器閉合，1段報(bào)警輸出，KA1線圈得電，PGR燈光報(bào)警；當(dāng)負(fù)載程度增大，達(dá)到2段報(bào)警閾值時(shí)，繼電器閉合，2段報(bào)警輸出，KA2線圈得電，PG聲報(bào)警。當(dāng)按下聲光報(bào)警解除按鈕或負(fù)載電流降低后，報(bào)警狀態(tài)解除。</p><p>　　RTU與主站通信接口電路設(shè)計(jì)</p><p&

40、gt;　　RTU能將監(jiān)測(cè)到的電流電壓信號(hào)及時(shí)上傳到主站，同時(shí)利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控控制中心計(jì)算機(jī)的雙向數(shù)據(jù)通信, 使得RTU單元將多種測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為協(xié)議所規(guī)定的格式, 并及時(shí)送往主站控制中心。本設(shè)計(jì)采用RS485接口電路來實(shí)現(xiàn)RTU與主站間的通信，RS485接口電路圖如圖2.10所示。</p><p>　　實(shí)際應(yīng)用中，RS-485總線上經(jīng)常會(huì)遇到雷擊、靜電、電源波動(dòng)等情況，由于傳輸線對(duì)高頻信號(hào)相當(dāng)于電感，因此對(duì)

41、于高頻瞬態(tài)干擾，接地線等同于開路。瞬態(tài)干擾雖然持續(xù)時(shí)間短暫，但可能會(huì)有成百上千伏的電壓。一般在切換大功率感性負(fù)載如電機(jī)、變壓器、繼電器等或閃電過程中都會(huì)產(chǎn)生幅度很高的瞬態(tài)干擾，如果不加以適當(dāng)防護(hù)可能會(huì)引起通信接口器件的損壞。通常情況下，會(huì)采取旁路保護(hù)方法，如圖所示。</p><p>　　圖2.10 RS485接口電路圖</p><p><b>　　RTU軟件設(shè)計(jì)</b>

42、;</p><p><b>　　軟件實(shí)現(xiàn)功能綜述</b></p><p>　　軟件系統(tǒng)在硬件資源的基礎(chǔ)上, 采用模塊化結(jié)構(gòu), 利用89C51單片機(jī)語(yǔ)言編程，在完成系統(tǒng)功能要求的前提下, 力求程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)煉、擴(kuò)充容易、修改方便。</p><p>　　RTU復(fù)雜的算法是靠軟件來實(shí)現(xiàn)的。同樣的硬件加上不同的算法，就組成了不同功能的系統(tǒng)，這給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來

43、了很大的靈活性并縮短了系統(tǒng)開發(fā)周期。因此，軟件設(shè)計(jì)在AT89C51系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中是非常關(guān)鍵的。根據(jù)電力系統(tǒng)實(shí)際的需求，本RTU仍采用傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，即采用順序結(jié)構(gòu)，程序運(yùn)行中對(duì)中斷進(jìn)行響應(yīng)。順序結(jié)構(gòu)軟件由一個(gè)無(wú)限循環(huán)的主程序和若干個(gè)中斷程序構(gòu)成。為了提高實(shí)時(shí)性，要求中斷得理程序盡量短，并采用設(shè)置標(biāo)志位的方法。中斷程序基本上只完成基本的工作，大部分工作由主程序完成。主程序循環(huán)查詢各個(gè)標(biāo)志位以確定是否發(fā)生過中斷，是否需要做相應(yīng)處理。</

44、p><p>　　本裝置需要完成的任務(wù)有：模擬量的采集；電壓，電流有效值的計(jì)算；通信數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送和處理；開關(guān)量輸入信號(hào)的采集；開關(guān)量輸出信號(hào)的控制；通過串口對(duì)裝置進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。 </p><p><b>　　流程圖設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　主程序流程圖設(shè)計(jì)</b></p><p>　　

45、本次課設(shè)是用軟件系統(tǒng)以實(shí)時(shí)多任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)為核心，對(duì)內(nèi)部任務(wù)和外部任務(wù)調(diào)度和管理。整個(gè)系統(tǒng)的主程序流程圖如圖3.1所示。系統(tǒng)上電啟動(dòng)后，上電復(fù)位對(duì)整個(gè)硬件電路進(jìn)行復(fù)位，先進(jìn)行初始化和系統(tǒng)自檢，然后就啟動(dòng)定時(shí)器定時(shí)，之后就進(jìn)入任務(wù)調(diào)度程序，檢查有沒有任務(wù)被置位。</p><p>　　系統(tǒng)自檢包括RAM自檢、ROM自檢和開關(guān)量輸入輸出自檢。系統(tǒng)自檢通過后，程序進(jìn)入系統(tǒng)的初始化。系統(tǒng)初始化用以建立起應(yīng)用軟件所需的運(yùn)行環(huán)境

46、CPU初始化，即對(duì)I/O控制寄存器寫入控制字，控制定時(shí)器的工作方式、選擇復(fù)用引腳的功能、確定高速輸入/輸出口是否允許輸入輸出、寫中斷屏蔽寄存器并清除中斷懸掛寄存器、開中斷等。</p><p>　　如果有申請(qǐng)任務(wù)，則執(zhí)行該任務(wù)；沒有申請(qǐng)任務(wù)，返回任務(wù)調(diào)度程序重新檢</p><p><b>　　否</b></p><p><b>　　是&

47、lt;/b></p><p><b>　　無(wú)</b></p><p><b>　　有</b></p><p>　　圖3.1主程序流程圖</p><p>　　查。當(dāng)一個(gè)任務(wù)執(zhí)行完畢后，也返回到調(diào)度程序檢查有沒有任務(wù)被置為就緒狀態(tài)，有多個(gè)任務(wù)就緒時(shí)，執(zhí)行優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)。在執(zhí)行調(diào)度任務(wù)和申請(qǐng)任務(wù)的過

48、程中，如果有中斷，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完畢返回中斷點(diǎn)執(zhí)行被打斷的程序。</p><p>　　系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)主要有A/D轉(zhuǎn)換子程序，顯示子程序，通信子程序 ，鍵盤掃描子程序等等。以下介紹其中的A/D轉(zhuǎn)換子程序模塊。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換流程圖如圖3.2所示。每進(jìn)行一次A/D轉(zhuǎn)換，則檢測(cè)一次INT信號(hào)，若INT出現(xiàn)低電平，則轉(zhuǎn)換結(jié)束，否則繼續(xù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，直到最后一個(gè)通道轉(zhuǎn)換結(jié)束，

49、系統(tǒng)自動(dòng)給INT端一個(gè)低電平信號(hào)，表明轉(zhuǎn)換工作結(jié)束，多路A/D轉(zhuǎn)換的順序是固定的，讀取數(shù)據(jù)時(shí)也是順序讀取。</p><p><b>　　否</b></p><p><b>　　是</b></p><p>　　圖3.2A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖</p><p><b>　　數(shù)據(jù)采集流程圖設(shè)計(jì)&l

50、t;/b></p><p>　　變電站交流測(cè)控系統(tǒng)RTU信號(hào)數(shù)據(jù)采集模塊主要是對(duì)變電站各現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集，并將各類信號(hào)轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)相應(yīng)的特性電參量數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。</p><p>　　數(shù)據(jù)采集模塊軟件功能主要是通過編程實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)交流信號(hào)和運(yùn)行狀態(tài)等電參量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和處理。數(shù)據(jù)采集流程圖如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 數(shù)據(jù)采集流程圖<

51、;/p><p><b>　　通信流程圖設(shè)計(jì)</b></p><p>　　變電站交流測(cè)控系統(tǒng)RTU系統(tǒng)通信主控模塊電路是配電網(wǎng)系統(tǒng)的通訊中轉(zhuǎn)站，主要與總線、PC機(jī)、疾控中心以及其他現(xiàn)場(chǎng)智能儀器儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。</p><p>　　通信主控模塊軟件功能主要是通過編程構(gòu)筑連接當(dāng)?shù)豍C機(jī)以及變電站遠(yuǎn)程集控中心與各類現(xiàn)場(chǎng)單元信號(hào)測(cè)量模塊間數(shù)據(jù)通信的紐帶。通

52、信流程圖如圖3.4所示。</p><p><b>　　圖3.4通信流程圖</b></p><p><b>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析</b></p><p><b>　　系統(tǒng)原理圖</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)中的基于AT89C51單片機(jī)的配電網(wǎng)自動(dòng)化遠(yuǎn)方終端RTU的系統(tǒng)原理電路

53、圖如圖4.1所示。</p><p>　　如圖4.1配電網(wǎng)自動(dòng)化遠(yuǎn)方終端RTU的系統(tǒng)原理電路圖</p><p><b>　　系統(tǒng)原理綜述</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)主要是以RTU為研究對(duì)象，通過模擬量檢測(cè)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)回路中的電流、電壓信號(hào)等信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，然后將這些電參量通過RS485接口電路將檢測(cè)到的信號(hào)通及時(shí)上傳給主站，從而達(dá)到

54、實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能。</p><p>　　當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，RTU系統(tǒng)通過故障檢測(cè)記錄相關(guān)的故障測(cè)量信息和故障特征信息，并將這一信息及時(shí)地傳遞給主站，同時(shí)開關(guān)檢測(cè)電路將回路中的開關(guān)狀態(tài)再次通過通信通道上傳給主站。基于89C51單片機(jī)的控制，通過軟件運(yùn)算故障區(qū)段故障信息之后，向RTU發(fā)出遙控命令，利用斷路器、隔離開關(guān)的分?jǐn)嗯c重合功能將故障區(qū)段切除，對(duì)故障區(qū)段正常供電，完成RTU的四遙功能，即遙測(cè)、遙信、遙控和遙調(diào)功能。

55、</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　變電站遠(yuǎn)方終端 RTU 是變電站自動(dòng)化的基礎(chǔ)控制單元 對(duì)實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng) 化乃至配電自動(dòng)化起著十分重要的作用。本論文設(shè)計(jì)了一種以通用型 8 位單片機(jī)為 核心處理單元、具有高性能價(jià)格比的變電站自動(dòng)化遠(yuǎn)方終端(RTU)的硬軟件設(shè)計(jì)。</p><p>　　本次課設(shè)詳細(xì)的介紹了變電站

56、自動(dòng)化的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展情況和變電站遠(yuǎn)方終端RTU 完成的功能。利用 AT89C51 設(shè)計(jì) RTU 控制器 此控制器以CPU為核心，外加模擬量輸入模塊及A/D轉(zhuǎn)換器。通信接口主要負(fù)責(zé)與主機(jī)的通信將檢測(cè)到的一些數(shù)據(jù)及時(shí)送到主站。開關(guān)量輸入模塊和開關(guān)量輸出模塊主要是檢測(cè)線路上斷路器、隔離開關(guān)的狀態(tài)，完成斷路器、隔離開關(guān)的投切。軟件系統(tǒng)要求在硬件資源的基礎(chǔ)上, 采用模塊化結(jié)構(gòu), 利用89C51單片機(jī)語(yǔ)言編程，RTU的軟件功能包括交流電壓、電流信

57、號(hào)的高速實(shí)時(shí)采樣和有效值計(jì)算，有功、無(wú)功、功率因數(shù)計(jì)算，各交流量的高次諧波分量及諧波總量計(jì)算，遙信量的采集及上送，遙控返校及執(zhí)行等諸多功能。給出了 RTU控制器硬件原理圖、元器件清單和軟件流程圖。同時(shí)焊制了硬件電路板 搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 完成了電壓電流的采集實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果精度較高 與預(yù)期結(jié)果相吻合。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]

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60、著 《變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)》 北京：中國(guó)電力出版社2000.6</p><p>　　[9] 馬建明 編著 《數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)》 西安交通大學(xué)出版社2005.3</p><p>　　[10] 何立民 編著 《MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 北京航空航天大學(xué)出版社1990.1</p><p>　　[11] 陳汝全 編著 《微機(jī)與單片機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用》 電子科技大學(xué)出