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scada课程设计1

课程设计报告

课程电力系统监控技术课程设计

题目遥信数据的采集

学院

年级专业电气工程及其自动化

班级学号

学生姓名

指导教师

设计时间2011年3月

目录

1题目分析2

1.1题目2

1.2分析2

2遥信数据采集系统2

2.1遥信对象状态的采集2

2.2遥信状态输入4

2.3CPU处理部分5

2.4遥信状态输出6

3线性系统循环码6

4遥信数据采集7

4.1遥信数据采集程序流程图7

4.2遥信数据采集程序7

心得体会7

参考文献9

附录10

1题目分析

1.1题目

AT分区所（如附图一）的遥信数据采集系统。

设计内容

1）计算机绘制被控站（RTU端）通用系统结构框图。

要求绘出各种数据点的采集通道，控制输出通道，网络通信通道的示意图。

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），具体到芯片管脚的连线。

3）选用适当的数据传输模式，以16路开关量为例，编写出相应的线性系统循环码。

4）计算机绘制相应的遥信数据采集程序流程图，编写遥信数据采集程序。

1.2分析

遥信信息是二元状态量，即是说对于每一个遥信对象而言它有两种工作状态，两种工作状态为“非”的关系。

因此一个遥信对象正好可以对应于计算机中二进制码的一位，“0”状态与“1”状态

在电力系统中，遥信信息可以表示设备的启停、断路器的投切、隔离开关的开合、告警信号的有无、保护动作与否等。

2遥信数据采集系统

2.1遥信对象状态的采集

遥信信息通常由电力设备的辅助接点提供辅助接点的开合直接反映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，这种接点无论在“开”状态还是在“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。

另一类辅助接点则是有源接点，有源接点在“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。

一些保护信号提供此类接点。

下面给出了无源触点信号的例子，图1所示为断路器动作机构原理图。

当合闸线圈YC通电时，断路器闭合，辅助触点QF断开；当跳闸线圈YT通电时，断路器断开，辅助触点QF闭合。

QF为动断触点，若直接提供给远动装置，则是一无源触点。

通常情况下，二次系统都要给远动提供相应的空触点，但有时无空触点提供给远动使用时，则需在保护回路中提取有源触点。

图1断路器动作机构原理图

无论有源触点还是无源触点，由于他们来自强电系统，直接进入远动装置将会干扰甚至损坏远东设备，因此必须加入信号隔离措施。

通常采用继电器和光电耦合器作为遥信信息的隔离器件，如图2所示，图（a）采用继电器隔离，当断路器在断开时，其辅助触点QF闭合使继电器K动作，其动合触点K闭合，输出的遥信信息YX为低电平“0”状态。

反之，当断路器闭合时，其辅助触点QF断开，使继电器K释放，产生高电平“1”状态的遥信信息YX。

图（b）中采用的光电耦合器隔离也有相似的过程。

当断路器断开时，QF闭合使发光二极管发光，光敏三极管导通，集电极输出低电平“0”状态。

当短路器闭合时，QF断开使发光二极管无电流通过，光敏三极管截止，集电极输出高电平“1”状态。

（a）继电器隔离

（b）光电耦合隔离

图2遥信信息的隔离措施

本系统分别对AT分区所的16个断路器及隔离开关的开关量进行采集，并用光电耦合器进行隔离。

2.2遥信状态输入

进过上述信号处理后，远动装置内的遥信信息为符合TTL电平的“0”、“1”状态信号。

每一遥信对象映射到计算机中正好是二进制代码的一位。

大量散乱的遥信对象必须通过遥信状态的输入电路的有效组织，才能便于计算机处理。

接受遥信量的输入电路可以采用三态门芯片、并行接口芯片和数字多路开关芯片三类接口芯片实现。

三态门芯片很多，有SN74LS240、SN74LS241、SN74LS244、SN74LS245等，以SN74LS244为例说明。

遥信量接至输入端，输出端可直接挂在CPU的数据总线上，选通信号由CPU或译码电路提供。

当选通信号为低电平时，输出状态跟踪输入状态；当选通信号为高电平时，输出处于高阻状态，输入状态的变化不影响输出。

并行接口芯片同样可以实现遥信量的采集，并行接口芯片有Intel8155、Intel8255等，以Intel8255可编程I/O接口芯片为例说明。

Intel8255芯片共有PA、PB和PC三个口，每口都是八位，可用软件将这三个口设置为输入方式，能实现24路遥信量采集。

在上述两种实现方法中，CPU一次可以直接读取8个遥信状态量。

当遥信量较多时，可采用多片三态门芯片或并行接口芯片，也可采用数字量多路开关进行扩展。

数字量多路开关有SN74150、SN74151等。

SN74151为8选1的数字量多路开关，SN74151有8个输入端D0～D7，两个输出端，Y为非反相输出，W为反相输出，设置数据选择A、B、C，可以确定输出所对应的输入。

遥信状态的16路输入电路附图二所示。

2.3CPU处理部分

经过上述信号处理后，遥信状态量进入CPU进行处理。

本系统采用单片机进行控制。

单片机的芯片内集成了计算机的基本功能部件，已具备了很强的功能，例如MCS-51系列单片机，一块芯片就是一个完整的最小微机系统。

但单片机的内部资源是有限的，特别是8031或80C31等芯片，必须扩展EPROM才能使用；片内RAM也需要扩展；虽然芯片内部有四个八位I/O端口，但可供外部输入∕输出设备使用的只有P1口和P3口的部分口线，这对于众多的外部设备（如键盘、显示器、开关、A/D\D/A以及执行机构等）是远不够用的，同样也需要扩展口。

为此经常需要对单片进行资源扩展，从而构成一个功能更强的单片机系统。

在本系统中，采用MCS-51单片机，我们对此芯片依次进行EPROM的扩展、RAM的扩展以及I/O端口的扩展（因其输入状态量有16路，单片机提供不了如此多的I/O端口）。

单片机的外围扩展如附图二所示。

2.4遥信状态输出

在有些系统中遥信状态是不输出的，在本系统中，我们让每一路遥信对象的状态用发光二极管表示。

即断路器和隔离开关的断开与闭合可以通过发光二极管来体现。

3线性系统循环码

远动信息的传输可以采用循环传输模式或问答传输模式。

在本题中采用循环传输模式。

循环数字传输模式也称CDT方式。

在这种传输模式中，厂站端将要发送的远动信息按规约的规定组成各种帧，再编排帧的顺序，一帧一帧地循环向调度端传送。

信息的传送是周期性的、周而复始的，发端不顾及收端的需要，也不要求收端给予回答。

这种传输模式对信道质量的要求较底，因为任何一个被干扰的信息可望在下一循环中得到它的正确值。

我们采用软件表Ⅰ对信息字进行编码。

设=010*********，g（x）=

8+

2+

+1，用软件表Ⅰ生成一个（48，40）系统循环码码字。

将m分成信息段M1=01001011，M2=00000011，M3=10100001，M4=000011011，M5=01100001。

在预先建立的软件表中，查出M1对应的中间余数r1=11110110。

计算M2=M2+r1=00000011+11110110=11110101，并查出M2对应的中间余数r2=11000101。

计算M3=M3+r2=10100001+11000101=01100100，并查出M3对应的中间余数r3=00111011。

计算M4=M4+r3=00001101+00111011=00110110，并查出M4对应的中间余数r4=10100110。

计算M5=M5+r4=01100001+10100110=11000111，并查出M5对应的中间余数r5=01011011。

编出的码子是

=010*********

4遥信数据采集

4.1遥信数据采集程序流程图

遥信信息的采集流程图：

4.2遥信数据采集程序

见附录

心得体会

本次电力系统监控技术课程设计历时一个星期多左右终于圆满结束了，通过这一个星期的学习，发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，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急需提高。

这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。

刚开始的时候，大家就分配好了各自的任务，大家有的写论文，有的积极查询相关资料，并且聚在一起讨论各个方案的可行性。

在课程设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。

团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。

而这次设计也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。

回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整一星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

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]柳永智，电力系统远动[M].北京：

中国电力出版社，2006.

[2]钱清泉，电气化铁道微机监控技术[M].北京：

中国铁道出版社，2000.

[3]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.

附录

数据采集程序：

#include#include#include#defineMax_count5shortchange_flag=0;

//16bit,save16bitstate.data[0]isoldval,data[1]iscurone.shortdata[2];charcheck_read（）;voiddelay（）;//10msintmain（）{chari;while

（1）{data[0]=data[1];//readdatai=8;while（i--）{P1=i;if（check_read（））{printf（"###ERROR###\n"）;abort（）;}}flag=data[0]^data[1];printf（"%d\n",flag）;}return0;}charcheck_read（）{charcount=0;chartemp;while

（1）{temp=P0;temp&=0x03;delay（）;if（temp!

=（P0&0x03））{count++;if（count>Max_count）return0;else{continue;}}else{temp=P0;temp&=0x03;data[1]|=temp;data[1]<<=2;return1;}}}voiddelay（）{unsignedchari=100;unsignedcharj=100;while（i--）while（j--）;//10000*2us}

附图一：

AT分区所主接线图

附图二：

芯片连接图