牵引变电所的遥测数据采集系统.docx
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牵引变电所的遥测数据采集系统
电力系统监控技术课程设计报告
题目:
牵引变电所的遥测数据采集系统
班级:
电气081班
姓名:
金峰峰
学号:
200809022
指导教师:
王思华
设计时间:
2012-3-10
评语:
成绩
1设计原始资料
牵引变电所的遥测数据采集系统
(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
(2)设计一个具体的MCS-51单片机数据采集最小系统(模拟量输入数据,路数为16路,A/D转换为12位),模拟量输入数据类型为经过变送器(变送器环节可略);要求用标准图纸,手工绘制(或专用软件protel等),具体到芯片管脚的连线。
(3)选用问答式传输规约,结合题目实际,以部分采集数据为例,编写上传调度中心的遥测数据报文的帧结构;
(4)计算机绘制相应的遥测数据采集程序流程图,编写遥测数据采集程序。
1.1具体题目说明
远动的遥测、遥信、遥控和遥调功能,通过传送远动信息实现。
远动信息包括遥测信息、遥信信息、遥控信息和遥调信息。
遥测信息传送发电厂、变电所的各种运行参数。
它分为电量和非电量两类。
电量包括母线电压、系统频率、流过电力设备(发电机、变压器)及输电线的有功功率、无功功率和电流。
非电量包括发电机机内温度以及水电厂的水库水位等。
这些量都是随时间作连续变化的模拟量。
对电流、电压和功率变量,通常利用互感器和变送器把要测量的交流强电信号变成0~5V或0~10mA的直流信号后送入远动装置。
也可以把实测的交流信号变换成幅值较小的交流信号后,由远动装置直接对其进行交流采样。
电能量的测量采用脉冲输入方式,由计数器对脉冲计数实现测量或把脉冲作为特殊的遥信信息用软件计数实现测量。
对于非电量,只能借助其他传感设备(如温度传感器、水位传感器),将它转换成规定范围内的直流信号或数字量后送入远动装置。
遥测信息从发电厂、变电所向调度中心传送,也可以从下级调度中心向上级调度中心转发,通常称它为上行信息。
1.2要完成的内容
(1)被控站通用系统结构的设计;
(2)MCS-51单片机遥测数据采集最小系统的设计,绘制接线图;
(3)软件的设计;
(4)绘制遥测数据采集程序流程图;
(5)编写遥测数据采集程序。
2硬件设计
2.1各开关元件及数据采集点编号
采用双T结线的单线三相牵引变电所的接线图如图2.1所示,开关元件进行编号如表2.1所示。
图2.1采用双T结线的单线三相牵引变电所
表2.1开关原件编号
开关
QF1
QF2
QF3
QF4
QF5
QS1
QS2
编号
00H
01H
02H
03H
04H
05H
06H
开关
QS3
QS4
QS5
QS6
QS7
QF8
编号
07H
08H
09H
0AH
0BH
0CH
2.2被控站通用系统结构
2.2.1系统结构图(示意图)
分层分布式综合自动化系统可分为集中组屏模式和分散安装模式,在集中组屏模式下,将综合自动化系统按其不同的功能组装成多个屏,集中安装在主控室内,其典型结构如图2.2所示。
图2.2牵引变电所综合自动化系统结构图
2.2.2数据采集通道(示意图)
牵引变电所输入量为电流、电压、功率及变压器里面的温度,遥测信息是表征系统运行状况的连续变化量,分为电量和非电量两种,如图2.3所示为模拟遥测量输入的接口电路,32路遥测量采集的实用电路。
该电路主要包括三个部分:
CPU、译码、程序/数据存储、多路模拟开关、采样保持、A/D转换。
图2.332路遥测量采集电路
AD7506为16选1的模拟多路开关,用两片AD7506实现32路模拟输入量的选择。
AD7506的16路输入量的选通地址由地址线信号AB0~3提供,由于其芯片能使信号EN为高电平有效,因此用AB4反相信号控制前16路,AB4控制后16路,这样AB0~4可选择32路输入量,两片AD7506的输出端OUT连接在一起送采样/保持器LF398的输入端。
2.3MCS-51单片机数据采集最小系统
2.3.1原理框图
以单片机为核心的硬件电路主要由交流采样(含多路开关、采样保持、A/D转换)、单片机(这里选用的死51系列)、RAM、EPROM、WATCHDOG复位等电路组成,如图2.4所示。
图2.4单片机数据采集最小系统
2.3.2系统电路图
CPU选用8031,晶振12MHz,12分频为机器周期,2764为8K字节的EPROM,6264为8K字节的RAM,74LS138产生选通信号,为各芯片分配地址空间,2764的地址为0000H~1FFFH,6264为2000H~3FFFH,A/D转换结果数据的低8位DB0~7的地址为4000H,高4位为4001H,为提高系统抗干扰能力,将模拟电路与单片机系统交换的数字信号用光电耦合器隔离,电路如图2.5所示。
图2.5系统原理图
3软件设计
3.1规约及主、子站地址
3.1.1传输规约
远动规约分为循环式远动规约和问答式远动规约。
循环式规约中的帧结构具有帧同步字、控制字、帧类别和信息字。
其中帧同步字是用作一帧的开头,要求帧同步字具有较好的自相关特性,以便对方比较容易捕捉,检出帧同步。
还要求帧同步具有较小的假同步概率,防止假同步发生。
控制字是指明帧的类别,共有多少字节,以及发送信息的源地址、目的地址等。
循环式规约要求循环往复不停顿地传送信息。
传送信息的内容在受到干扰而拒受以后,在下一帧还可以传送,丢失的信息还可以得到补救,保护性措施可以降低要求,也可以适用于单工或双工通道,但不能用于半双工通道。
可以采用位同步和波形的积分检出等提高通道传输质量的措施。
此种通信规约传输信息的有效率较低。
问答式规约其主要特点是以主站端为主,主站端向远方站询问召唤某一类别信息,远方站即将此种类别信息作回答。
主站端正确接受此类别信息后,才开始下一轮新的询问,否则还继续向远方站询问召唤此类信息。
问答式规约为了减少传输的信息量,采用变位传送遥信、死区变化传送遥测量等压缩传送信息的方法。
问答式远动规约的另一个特点是通道结构可以简化,在一个通信链路上,可以连接好几个远方站,这样可以使通道投资减少,提高通道的备用性。
问答式远动可以适用双工、半双工通道。
对远动规约要求传输的信息有相应抗干扰措施,一般对于遥信、遥测的抗干扰编码的信号距离为4,残余差错率≤10-14。
3.1.2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。
主站向子站询问的报文格式见图3.1(a),我们称它为报文格式1。
报文的第一个字节为子站地址,可以取00H—FFH。
当RTU地址取FFH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”
子站向主站回答确认或否定确认的报文格式见图3.1(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,为否定确认报文。
第三字节类别标志字节的0~7位,与数据类别的0~7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。
(a)格式1(b)格式2
图3.1主站向子站询问的报文格式
传送数据的报文格式,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”表示子站的事件顺序记录向主站报告,次高位为“1”表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。
(2)主站和子站的地址
子站向主站的回答报文共有10条,详细见表3.1。
主站向子站发送的命令共有24条。
表3.2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。
表3.1子站向主站回答报文表
报文分类
报文名称
报文类型
报文字节数
确认报文
确认
06H
3
否定确认
15H
3
送数报文
电源合闸
16H
6
向主站报告时标数据出现
17H
7
模块状态变化
18H
可变
用数据回答主站的类别询问
1BH
可变
用数据回答主站的数据召唤报文
1CH
可变
带缺损指示的数据回答
1DH
可变
报告参数组号
2FH
7
表3.2主站—子站的命令报文表
命令分类
命令名称
报文类型
报文字节数
查询命令
召唤故障模块
02H
5
类别询问
05H
4
请求数据报文
0DH
可变
召唤事件记录数据
0FH
7
重复询问
1AH
5
查询参数组号
2EH
5
送参数命令
设置RTU工作方式
03H
可变
发送压缩因子
04H
13
设置时钟
0CH
11
设置回答数据区最大长度
10H
6
发送扫描频率
11H
13
发送滤波系数
13H
13
指定参数组号
2DH
6
控制命令
复位RTU
01H
5
停止RTU扫描
07H
5
允许RTU扫描
08H
5
停止I/O模块扫描
09H
可变
允许I/O模块扫描
0AH
可变
电源合闸确认
12H
5
专用命令
诊断报文
0EH
可变
同步命令
14H
5
预同步命令
19H
9
带反送校核的遥控命令
1EH
9
3.2程序流程图设计
图3.2主程序流程图
结论
通过这次远动的课程设计,我的收获很大。
首先从分析设计资料到理论推算到最后得出结果,我不但对所学过的远动的专业知识有了更加全面的掌握,而且极大的锻炼了我独立思考独立解决问题的能力。
其次通过这一个星期的学习与设计,我发现了自己的很多不足,知识的很多漏洞,看到了自己的实践经验还是比较缺乏,理论联系实际的能力还亟需提高
课程设计不仅是对前面所学知识的一种检查,更是对自己能力的一种提高。
通过这次课程设计使我意识到自己知识的缺乏、片面,更加明白要学习的东西还有很多。
以前觉得自己什么都会,什么都懂,有点眼高手低。
现在我明白了学习是一个长期积累的过程,在以后的工作、生活中应该不断的学习,努力提高自己的文化知识和综合素质。
同时在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,这毕竟第一次做的,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固,通过这次课程设计之后,一定把以前所学过的知识重新温故。
参考文献
[1]李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京:
北京航空航天出版社,1999
[2]李广弟.单片机基础[M].北京:
北京航空航天出版社,1994
[3]陈光东.单片微型计算机原理与接口技术[M].武汉
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