電力系統(tǒng)監(jiān)控課程設(shè)計(jì)--牽引變電所遙信數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　電力系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　題目： 牽引變電所遙信數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　班級(jí)：　　　　 　　　　　　</p><p>　　姓名：　　　　　　 　　　　</p><p>　　學(xué)號(hào)：　　　　　　 　　　 　</p><p>　　指導(dǎo)教師：　　　　　　

2、　　　　</p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間：　　 　　　　</p><p>　評(píng)語：成績(jī)　　　　　</p><p><b>　　1 設(shè)計(jì)原始資料</b></p><p>　　對(duì)圖1提供的變電所進(jìn)行遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)模塊的設(shè)計(jì)。</p><p>　　圖1 牽引變電所所主接線</p>&

3、lt;p>　　1.1 具體題目說明</p><p>　　對(duì)圖1所給的變電站進(jìn)行遙信數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　1.2 要完成的內(nèi)容</p><p>　　(1) 計(jì)算機(jī)繪制被控站(RTU端：變電所或開閉所或分區(qū)亭)的通用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。</p><p>　　要求：繪出各種數(shù)據(jù)點(diǎn)的采集通道(如：模擬量輸入、開關(guān)量輸入、脈沖累計(jì)量

4、輸入，控制輸出通道(模擬量輸出、開關(guān)量輸出、脈寬調(diào)制輸出)的示意圖。</p><p>　　(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(經(jīng)過采集電路后的信息)；要求用標(biāo)準(zhǔn)圖紙，手工繪制(或?qū)Ｓ密浖rotel等)，具體到芯片管腳的連線。</p><p>　　(3) 計(jì)算機(jī)繪制(A4紙)相應(yīng)的遙信數(shù)

5、據(jù)采集程序流程圖。 </p><p><b>　　2 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 各開關(guān)元件及數(shù)據(jù)采集點(diǎn)編號(hào)</p><p>　　2.1.1 各開關(guān)元件編號(hào)</p><p>　　為了對(duì)數(shù)量較多的開關(guān)元件進(jìn)行區(qū)分以避免誤操作，必須對(duì)各開關(guān)元件進(jìn)行編號(hào)。各隔離開關(guān)編號(hào)如表1所示，各斷路器編號(hào)如表2所示。&l

6、t;/p><p><b>　　表1 斷路器編號(hào)</b></p><p>　　2.2 被控站通用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　被控站是受主站監(jiān)視或受主站監(jiān)視且控制的站。計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)入遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)之后，安</p><p>　　裝在被控站的遠(yuǎn)動(dòng)裝置被稱為遠(yuǎn)動(dòng)終端裝置。RTU對(duì)各種電量變送器送來的直流電壓分時(shí)完成A/D轉(zhuǎn)換，得到對(duì)應(yīng)的二

7、進(jìn)制數(shù)值；對(duì)脈沖采集進(jìn)行計(jì)數(shù)，得到與脈沖量對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值；把狀態(tài)量的輸入狀態(tài)轉(zhuǎn)換成邏輯電平“0”或“1”。將上述各種數(shù)字信息按規(guī)約編碼成遙測(cè)信息字和遙信信息字向前置機(jī)傳送。被控站通用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。</p><p>　　圖1 被控站通用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.2.1 數(shù)據(jù)采集通道</p><p>　　在電力系統(tǒng)中，遙信信息可以表示設(shè)備的啟停、斷路器的

8、投切、隔離開關(guān)的開合、告警信號(hào)的有無、保護(hù)動(dòng)作與否等。遙信信息是二元狀態(tài)量即是說對(duì)于每一個(gè)遙信對(duì)象而言它有兩種狀態(tài)，兩種狀態(tài)為非的關(guān)系。</p><p>　　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)，這種接點(diǎn)無論在“開”狀態(tài)還是合狀態(tài)下，節(jié)點(diǎn)兩端均無電壓差。另一類輔助接點(diǎn)則是有源接點(diǎn)嗎，有源接點(diǎn)在“開”狀態(tài)時(shí)兩端有一個(gè)直流電壓

9、，是由系統(tǒng)提供的110V或220V直流電壓。有時(shí)無空觸點(diǎn)提供給遠(yuǎn)動(dòng)使用時(shí)，則需在保護(hù)回路提取有源接點(diǎn)。不論無源還是有源，由于他們來自強(qiáng)電系統(tǒng)，直接進(jìn)入遠(yuǎn)動(dòng)裝置將會(huì)干擾甚至損壞遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備，因此必須加入信號(hào)隔離措施。接受遙信量的輸入電路可以采用三態(tài)門芯片、并行接口芯片和數(shù)字多路開關(guān)芯片三類接口芯片實(shí)現(xiàn)。遙信數(shù)據(jù)采集原理框圖如圖2所示， 遙信數(shù)據(jù)采集電路如圖3所示。</p><p>　　圖2 遙信數(shù)據(jù)采集原理框圖<

10、/p><p>　　圖3 遙信數(shù)據(jù)采集電路</p><p>　　遙測(cè)信息是表征系統(tǒng)運(yùn)行狀況的連續(xù)變化量，分為電量和非電量?jī)煞N。電量指的是一次系統(tǒng)中母線電壓、支路(輸電線和變壓器)電流、支路有功和無功等，非電量指的是電機(jī)的溫度等。不論是電量還是非電量都需要轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠處理的弱電信號(hào)，如0~+5V或-5~+5V的直流模擬電壓。</p><p>　　由于電力系統(tǒng)中的電量均為

11、強(qiáng)電信號(hào)(例如電壓上萬伏，電流上百安)，因此這些量必須先經(jīng)過電壓互感器和電流互感器，再經(jīng)過相應(yīng)的變送器(電壓、電流、功率、功率因數(shù)等變送器)，轉(zhuǎn)換成弱電信號(hào)。</p><p>　　至于溫度等非電量則需要通過傳感器變換成弱電信號(hào)。這些弱電直流模擬信號(hào)受多路開關(guān)控制分時(shí)接入模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)轉(zhuǎn)換電路后轉(zhuǎn)換成一組二進(jìn)制代碼。這組二進(jìn)制代碼與轉(zhuǎn)換的模擬量之間構(gòu)成線性一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。遙測(cè)數(shù)據(jù)采集框圖如圖4所示，模擬量采集原理

12、如圖5所示。</p><p>　　圖4 遙測(cè)信息采集框圖</p><p>　　圖5 模擬量采集原理圖</p><p>　　2.2.2 控制輸出通道</p><p>　　遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)除了要完成對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)，還要對(duì)電力運(yùn)行設(shè)備實(shí)施控制，確保系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。</p><p>　　遙控輸出通常以繼電器觸電方式提

13、供。繼電器一方面可以起到信號(hào)隔離的作用；另一方面可以直接接入控制回路，控制回路中信號(hào)通斷。若提供的繼電器觸點(diǎn)容量不夠時(shí)，還可以再接入一級(jí)中間繼電器。</p><p>　　遙控輸出為一對(duì)動(dòng)合觸電。遙控狀態(tài)為“0”時(shí)，繼電器不動(dòng)作，觸電斷開；遙控狀態(tài)為“1”時(shí)，繼電器動(dòng)作，觸點(diǎn)閉合。一般繼電器可同時(shí)提供一對(duì)動(dòng)合觸電和一對(duì)動(dòng)斷觸電，實(shí)際系統(tǒng)中時(shí)接動(dòng)合觸電還是接動(dòng)斷觸點(diǎn)，應(yīng)視要求而定。遙控輸出電路如圖6所示。</p

14、><p><b>　　圖6 遙控輸出電路</b></p><p>　　2.3 MCS-51單片機(jī)（數(shù)據(jù)采集或輸出）最小系統(tǒng)</p><p>　　2.3.1 原理框圖</p><p>　　在遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中過多的硬件連接以及過于復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)都會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性。對(duì)于簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)采集及分析完全可以利用單片機(jī)最小來系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，這樣不僅精簡(jiǎn)

15、了遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)而且還可以大幅度的提高系統(tǒng)的可靠新。普通單片機(jī)加上一定的程序就可以完成數(shù)據(jù)的采集存儲(chǔ)和簡(jiǎn)單處理?，F(xiàn)在的遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)普遍采用多CPU控制系統(tǒng)，所以遙信數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以只進(jìn)行遙信數(shù)據(jù)的采集。在單片機(jī)外擴(kuò)展一片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、一片程序存儲(chǔ)器再加上一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器就構(gòu)成了一個(gè)最簡(jiǎn)單的單片機(jī)最小數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，原理框圖如圖7 所示。</p><p>　　圖7 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理框圖</p><p>

16、　　2.3.2 系統(tǒng)電路圖</p><p>　　本題所采用的單片機(jī)最小數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路如圖8所示。系統(tǒng)電路圖為一個(gè)16路的遙信數(shù)據(jù)采集單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖，數(shù)據(jù)采集電路對(duì)遙信數(shù)據(jù)采用定時(shí)掃查的方式進(jìn)行采集，單片機(jī)采用了MCS—51系列的8031芯片。由于采集數(shù)據(jù)路數(shù)較多，電路利用8255芯片對(duì)單片機(jī)的A口進(jìn)行了擴(kuò)展。由于8031芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器不夠用所以在單片機(jī)外利用6264擴(kuò)展了8KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。低8位的地

17、址鎖存采用了8位的74LS373鎖存器。這樣通過設(shè)定合理的掃查時(shí)間就可以在開關(guān)元器件動(dòng)作后的一定時(shí)間內(nèi)采集到開關(guān)量的變化信息，由于電力系統(tǒng)的一些故障發(fā)展較快，所以單片機(jī)的掃描時(shí)間一般設(shè)定在1~10ms之間。在遙信采集單片機(jī)最小系統(tǒng)電路中還可以利用單片機(jī)的外中斷采用變位觸發(fā)的采集方式。并且這種觸發(fā)方式采集開關(guān)量的變化信息更迅速。</p><p><b>　　圖8 系統(tǒng)電路圖</b></p

18、><p><b>　　3 程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 規(guī)約及主站、子站地址</p><p>　　3.1.1 傳輸規(guī)約</p><p>　　這次設(shè)計(jì)使用了我國電力部參照IEC870—5—101制定的《遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)傳輸規(guī)約》DL/T634。本規(guī)約規(guī)定了SCADA系統(tǒng)中主站和子站(遠(yuǎn)動(dòng)終端)之間以問答方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸

19、的幀結(jié)構(gòu)、鏈路層的傳輸規(guī)約、服務(wù)原語、應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、應(yīng)用數(shù)據(jù)編碼、應(yīng)用功能和報(bào)文的格式。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)也適用于調(diào)度所之間以問答式規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)動(dòng)信息的系統(tǒng)。</p><p>　　本標(biāo)準(zhǔn)適用于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、多路點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、多點(diǎn)共線、多點(diǎn)環(huán)形和多點(diǎn)星形網(wǎng)絡(luò)配置的遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，通道可以是全雙工或半雙工。</p><p>　　3.1.2 主站和子站地址</p><p>　　為了便

20、于區(qū)分不至于使數(shù)據(jù)傳輸混亂，每一個(gè)主站和子站在數(shù)據(jù)傳輸過程中必須有一個(gè)確定的地址，這些地址要按照?qǐng)?bào)文中留給主站和子站地址的二進(jìn)制位數(shù)來選擇，一般情況下這些地址均為8位二進(jìn)制碼。根據(jù)題目要求，主站地址選擇00H，子站地址選擇01H。</p><p>　　3.2 程序流程圖設(shè)計(jì)</p><p>　　程序流程圖如圖9所示。</p><p><b>　　圖9 程序

21、流程圖</b></p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)是一門綜合性的應(yīng)用技術(shù)。他的基本原理包括數(shù)據(jù)傳輸原理、編碼理論、信號(hào)轉(zhuǎn)換技術(shù)原理、計(jì)算機(jī)原理等。遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)是調(diào)度管理和現(xiàn)代科技的產(chǎn)物，因此他隨著科學(xué)技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展而不斷更新?lián)Q代。牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)經(jīng)過十幾年的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到一定的水平。但技術(shù)的發(fā)

22、展是沒有止境的，隨著智能化開關(guān)、光電式電壓電流互感器、一次運(yùn)行在線狀態(tài)檢測(cè)，以及計(jì)算機(jī)高速網(wǎng)絡(luò)在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的開發(fā)應(yīng)用，勢(shì)必對(duì)現(xiàn)有的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，全數(shù)字化的牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在不遠(yuǎn)的將來也將成為現(xiàn)實(shí)。</p><p>　　現(xiàn)在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)多采用多CPU系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)牽引變電所的綜合自動(dòng)化，這種技術(shù)可以大幅度的提高變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性和操作控制的精確性。使用單片機(jī)最小系統(tǒng)進(jìn)行遙信數(shù)