牵引供电系统的遥信数据采集系统讲解.docx
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牵引供电系统的遥信数据采集系统讲解
存档资料成绩：
华东交通大学理工学院
课程设计报告书
所属课程名称《远动技术》课程设计
题目牵引供电系统的遥信数据采集系统
分院 电信分院
专业班级09级电力1班
学 号 20090210470139
学生姓名袁幸平
指导教师 赵巍
2013年1月3日
华东交通大学理工学院
课程设计（论文）任务书
专业电气工程及其自动化班级电力1班姓名袁幸平
一、课程设计（论文）题目牵引供电系统的遥信数据采集系统
二、课程设计（论文）工作：
自2012年12月24日起至2013年1月3日止。
三、课程设计（论文）的内容要求：
远动系统的核心是SCADA系统，即数据采集与监视控制系统。
在电力系统中，远动系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。
针对开闭所主接线电路图，进行远动系统模块的设计，设计出牵引供电系统的遥信数据采集系统。
要求：
（1）计算机绘制开闭所通用系统结构框图；
（2）设计一个具体的MCS－51单片机数据采集最小系统，开关量输入数据，路数为16路，开关量输入数据类型为各断路器、隔离开关的状态信息；（3）选用问答式传输规约，以16路开关量为例，编写上传调度中心的遥信数据报文的帧结构；（4）计算机绘制相应的遥信数据采集程序流程图
学生签名：
2013年1月3日
课程设计（论文）评阅意见
序号
项目
等 级
优秀
良好
中等
及格
不及格
1
课程设计态度评价
2
出勤情况评价
3
任务难度评价
4
工作量饱满评价
5
设计中创新性评价
6
论文书写规范化评价
7
综合应用能力评价
综合评定等级
评阅人赵巍 职称讲师
2013年1月3日
目 录
第1章课程设计内容及要求.....................5
第2章程序设计目的..........................6
第3章程序实现思路..........................12
第4章程序清单（或正文）....................17
第5章课程设计心得..........................18
第6章参考文................................19
第1章课程设计内容及要求
远动系统的核心是SCADA系统，即数据采集与监视控制系统。
在电力系统中，远动系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。
针对开闭所主接线电路图，进行远动系统模块的设计，设计出牵引供电系统的遥信数据采集系统。
要求：
（1）计算机绘制开闭所通用系统结构框图；
（2）设计一个具体的MCS－51单片机数据采集最小系统，开关量输入数据，路数为16路，开关量输入数据类型为各断路器、隔离开关的状态信息；
（3）选用问答式传输规约，以16路开关量为例，编写上传调度中心的遥信数据报文的帧结构；
（4）计算机绘制相应的遥信数据采集程序流程图。
第2章
程序设计目的
在一个现代化的电力系统中，为了能正确和及时地掌握每时每刻都在变化着的电力系统运行情况，控制和协调电力系统的运行方式，处理影响整个电力系统正常运行的事故和异常情况，保证电力系统的安全和经济运行，必须具备一个完善的电力系统信息收集和执行系统，将分散在几十公里、几百公里以至上千公里以外的各发电厂和变电所的大量表征电力系统运行状态的信息，迅速、正确、可靠地送到调度控制中心，同时将控制中心的控制和调节命令传送到各发电厂和变电所，实现对电力系统的自动监视和控制。
第3章程序实现思路
3.1各开关原件及数据采集点编号
3.1.1各开关元件编号
如图3.1所示，对纽结型开闭所主接线电路中的开关元件进行编号，其中QS1—QS10为隔离开关编号，QF1—QF6为断路器编号。
图3.1各开关元件编号图
3.1.2数据采集点定义
根据图3.1中各开关元件的编号，对需要进行数据采集的开关元件进行十六制定义，数据定义如表3.1所示。
表3.1数据采集点定义
编号
00H
01H
02H
03H
04H
05H
06H
07H
开关
QS1
QS2
QS3
QS4
QS5
QS6
QS7
QS8
编号
08H
09H
0AH
0BH
0CH
0DH
0EH
0FH
开关
QS9
QS10
QF1
QF2
QF3
QF4
QF5
QF6
3.2被控站通用系统
开闭所自动化终端装置由系统电源、功能插件、接口插件或接口端子板、蓄电池等组成。
此外，还可以根据用户实际需要配置各种通信单元等扩展设备，开闭所自动化终端概要图见图3.2，功能插件包括主控插件、交流采样插件、遥信采集插件、遥控插件。
接口插件包括交流采样接口插件、端子板、遥控输出接口插件、遥信采集接口插件。
开闭所自动化终端装置各功能插件中，主控插件、系统电源模块属于基本插件，其余功能插件遥信采集插件、遥控输出插件、交流采样插件和通信插件为选配插件，可以根据用户需要灵活配置，接口插件应根据功能插件的配置进行相应选择。
图3.2开闭所自动化终端结构图
3.2.1数据采集通道
如图3.3所示，数据采集通道设计成十六路模拟量的输入，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应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，这种节点无论是在“开”状态还是“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。
另一种辅助接点则是有源节点，有源节点在“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。
一些保护提供此类接点。
各开关量对应的引脚如表3.2所示。
图3.3数据采集通道图
表3.2各开关量对应的引脚
引脚
P0.0
P0.1
P0.2
P0.3
P0.4
P0.5
P0.6
P0.7
开关
QS1
QS2
QS3
QS4
QS5
QS6
QS7
QS8
引脚
P2.0
P2.1
P2.2
P2.3
P2.4
P2.5
P2.6
P2.7
开关
QS9
QS10
QF1
QF2
QF3
QF4
QF5
QF6
3.2.2控制输出通道
控制输出通道通常以继电器触点的方式提供，继电器一方面可以起到信号隔离作用，另一方面直接介入控制回路，控制回路中信号的通断。
若提供的继电器触点容量不够时，还可以再介入一级中介继电器。
如图3.4所示，控制输出为一对动合触点，遥控对象为“0”时，触点断开；遥控对象为“1”时，继电器动作，触点闭合。
一般继电器可以提供一对动合触点和一对动断触点，实际系统中要接动合触点还是接动断触点，应视要求而定。
图3.4控制输出通道图
3.3MCS—51单片机最小系统
3.3.1原理框图
采用多通道共享采样/保持器与A/D转换器。
这种A/D转换输入方式适合于对同一信号不同量程的A/D转换，它也比较经济，占用CPU输入口少，因而可以更有效地利用CPU的输入口。
尤其对于那些接口有限的微型机，这种方式更有效。
CPU对各路通道的访问采用软件控制，由多路转换开关进行切换.。
原理框图如图3.5所示。
图3.5单片机最小系统原理框图
3.3.2系统电路图
该系统以MCS—51单片机为核心，可以对16路模拟量、16路数字开关量和两路脉冲量进行采集，模拟量采集精度达到12位，在实际应用中，可以对电压信号进行直接采集，如果要对传感器的标准电流量进行采集时，还需加入采样电阻，把电流转换成电压后进行采集。
对采集的脉冲量的频率取决于单片机的时钟频率，一般不能高于单片机的运行时钟，如单片机用12MHz的晶振，则采集的脉冲频率只能低于12MHz。
本系统在实际应用中已调试通过，采集的数据精度高，速度快。
铁路电力远动系统由远动控制主站、远动终端和通信通道三部分组成，是近年来在国内全面推广的铁路电力新技术，其技术含量高，是涉及铁路电力工程设计、各级电力调度管理模式、远动终端的数据采集和处理、各级远动控制主站与远动终端之间数据通信及计算机系统等多专业的系统工程。
单片机8051芯片提供16位地址线，其寻址空间为64K字节。
由于8051除提供读写控制信号外，还提供了程序指令读取控制信号。
因此8051的程序空间和数据空间是分开的，最大寻址空间为64K字节。
实际上，数据空间除可以分配给数据存储器，还可以分配给其他外围芯片。
如图3.6所示为设计的系统原理框图。
系统选择一个串行的A/D转换芯片，用模拟开关作扩展，两个模拟开关即可扩展成16路的模拟量输入。
开关量的采集可以直接用单片机的I/O，用两个并口即可完成16路的开关量采集。
AT89C51单片机还有两个外部中断接口，即可用来测量脉冲量的输入，采集其输入频率。
单片机可以通过串口与上位PC机进行通讯，把采集到的数据发送到上位机上。
图3.6十六位最小系统数据采集原理
第4章程序清单或正文
4.1规约及主站、子站地址
4.1.1传输规约
报文：
Polling方式中无论是主站向子站发送的命令。
还是子站向主站回送的数据，都称报文。
每个报文含有一个完整的意义，但是不同的报文长度不一定相同。
类别与类型：
类型是指数据不同的分类。
数据的类型分别为模拟量、状态量、状态变化量、时标量等。
类别指数据或信息一举不同的扫描周期划分为12345670类。
对各种数据要分别指定属于某一类别，任一类别扫描周期可由外面输入定义。
模块：
一台RTU由若干模块构成，每个模块有特定的地址说明，模块地址通常占一个人字节，，但只用其中的低五位表示。
这里的模块是逻辑概念而不是物理概念。
一个物理概念的模块可以占一个模块地址，也可以占两个模块地址；与此同时，一个地址的模块也可以由好几块印制板构成。
RTU与前置机之间采用异步通信方式，字符格式是：
一位起始位，一位停止位，无奇偶校验位，每个字符八位数据位。
4.1.2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4.1（a），我们称它为报文格式1。
报文的第一个字节为子站地址i，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”。
重复询问报文的数据区为两个字节，称重复询问类别标志和询问类别标志。
当主站发出的类别询问报文没有收到子站的正确回答时，主站向子站发送重复询问报文。
重复询问报文中的重复询问类别标志是原先发送的类别报文中询问类别字节的重复。
该报文中的询问类别标志字节某位为“1”，表示原先发送的类别询问报文中没有询问的类别
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