遠動監(jiān)控技術課程設計--牽引供電系統的遙信數據采集系統

1、<p>　　電力系統監(jiān)控技術課程設計</p><p>　　題目： 牽引供電系統的遙信數據采集系統</p><p>　　班級：　　　　　電氣072班　　　</p><p>　　姓名：　　 </p><p>　　學號：　　　　 　　</p><p>

2、;　　指導教師：　　 　　　</p><p>　　設計時間：　 2011年3月27日　 　</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1設計原始資料- 1 -</p><p>　　1.1設計題目- 1 -</p><p>　　1.2要完成的內容- 1 -

3、</p><p>　　2分析要設計的課題內容- 2 -</p><p>　　2.1設計規(guī)程牽引供電遠動系統設計的一般規(guī)定- 2 -</p><p>　　2.1.1遠動控制對象- 2 -</p><p>　　2.1.2遠動系統功能- 3 -</p><p>　　2.1.3遠動系統構成- 3 -</p>

4、;<p>　　2.1.4遠動通道及其要求- 4 -</p><p>　　2.2牽引供電遠動系統需求設計- 4 -</p><p>　　2.2.1主站、子站的功能需求- 4 -</p><p>　　2.2.2遠動信道和系統拓撲結構的選擇- 5 -</p><p>　　3設計內容- 6 -</p><p

5、>　　3.1 RTU端系統結構框圖- 6 -</p><p>　　3.2 遙信量數據采集系統設計- 6 -</p><p>　　3.3 信道編譯- 8 -</p><p>　　3.3.1幀結構- 8 -</p><p>　　3.3.2信息字結構- 9 -</p><p>　　3.3.3 幀的組織方式-

6、 10 -</p><p>　　3.3.4 循環(huán)碼編碼- 11 -</p><p>　　3.4 遙信信息采集程序設計- 11 -</p><p>　　4結論- 14 -</p><p>　　參考文獻- 15 -</p><p><b>　　1設計原始資料</b></p>&l

7、t;p><b>　　1.1設計題目</b></p><p>　　針對圖1提供的分區(qū)所進行遠動系統模塊的設計，本課程主要針對遠動系統模塊中的遙信數據采集系統進行設計。</p><p>　　圖1 AT分區(qū)所主接線</p><p><b>　　1.2要完成的內容</b></p><p><b&

8、gt;　　設計內容：</b></p><p>　　1)計算機繪制被控站（RTU端：分區(qū)亭）通用系統結構框圖（A4）。</p><p>　　要求：繪出各種數據點的采集通道（如：模擬量輸入、開關量輸入、脈沖累計量輸入），控制輸出通道（模擬量輸出、開關量輸出、脈寬調制輸出），網絡通信通道的示意圖。</p><p>　　2)設計一個具體的MCS－51單片機數據采

9、集最小系統（開關量輸入數據，路數為16路），A4紙，手工繪制（或專用軟件protel等），具體到芯片管腳的連線</p><p>　　3)選用適當的數據傳輸模式，以16路開關量為例，編寫出相應的線性系統循環(huán)碼</p><p>　　4)計算機繪制（A4紙）相應的遙信數據采集程序流程圖，編寫遙信數據采集程序。</p><p>　　2分析要設計的課題內容</p>

10、<p>　　2.1設計規(guī)程牽引供電遠動系統設計的一般規(guī)定</p><p>　　牽引供電遠動系統設計中的系統構成、遠動對象、功能要求，應根據牽引供電系統的特點、電氣化鐵路運營的要求和鐵路通信系統可能提供的通道條件確定。</p><p>　　牽引供電遠動系統控制站的設計，應確定控制站的位置、控制站西設備配置方案、各種設備的功能、型式和要求，遠動系統容量、遠動昕昕記錄格式和入機界面

11、形式要求等。</p><p>　　牽引供電遠動系統被控制站的設計，應確定遠動終端設備的位置、設備的類型、容量、功能、型式和要求。其房屋要求應與牽引變電所主控室相一致。</p><p>　　牽引供電遠動系統通道的設計要求。應包括通道的結構形成，主/備通道的配置方式、遠動信息傳輸通道的接口形式和通道的性能要求等。</p><p>　　2.1.1遠動控制對象</p&

12、gt;<p>　　遠動對象應包括遙控對象、遙信對象和遙測對象三部分。</p><p>　　遙控對象應包括下列內容：</p><p>　　牽引變電所開閉所、分區(qū)所、自耦變壓器所內27.5kV及以上電壓等級的斷路器、負荷開關及改變運行方式的電動隔離開關；</p><p>　　接觸網線路的負荷開關和電動隔離開關；</p><p>　　

13、有載調壓變壓器抽頭位置的調節(jié)開關；</p><p>　　二次回路中必要的起動和復歸開關（按鈕）；</p><p>　　自動裝置、成組控制裝置的投切開關（按鈕）。</p><p>　　遙信對象應包括下列內容：</p><p>　　遙控對象的位置信號；</p><p>　　所內事故總信號和預告總信號；</p>

14、<p>　　牽引變壓器的各類故障信號；</p><p>　　動力變壓器的各類故障信號；</p><p>　　饋電線的各類故障信號；</p><p>　　自動裝置的運行位置和動作信號；</p><p>　　電容補償裝置故障信號；</p><p>　　自耦變壓器的故障信號；</p><p&

15、gt;　　液壓、氣壓操動機構的工作狀態(tài)信號；</p><p>　　控制回路和電壓互感器二次回路斷線信號；</p><p>　　交、直流系統故障信號；</p><p>　　變電所進線電壓有壓（失壓）信號；</p><p>　　無人所的大門打開信號；</p><p><b>　　控制方式；</b>&l

16、t;/p><p>　　遙測對象應包括下列內容：</p><p>　　牽引變電所進線電壓；</p><p>　　27.5kV（2*27.5kV）的母線電壓；</p><p>　　分區(qū)所接觸網末端電壓；</p><p>　　牽引變壓器的電流、有功功率、有供電度、無功電度和溫度；</p><p>　　饋電

17、線電流（含變電所、開閉所、分區(qū)所）；</p><p><b>　　饋電線故障點參數；</b></p><p>　　無人所的電容補償裝置電流；</p><p>　　無人所的交、直電流系統必須監(jiān)測的電量。</p><p>　　2.1.2遠動系統功能</p><p>　　遠動系統的功能包括基本功能和選配

18、功能。</p><p>　　基本功能應包括下列內容：</p><p>　　實現對3.2.2遙控對象的遙控。遙控種類分單個對象的控制和多個對象組成的程序控制；</p><p>　　實現對牽引供電系統供電設備運行狀態(tài)的實時監(jiān)視和故障報警；</p><p>　　實現對牽引供電系統中主要運行參數的遙測；</p><p>　　實

19、現饋電線故障點參數的傳送、計算和故障地點的標記；</p><p>　　實現漢化的屏幕畫面顯示、模擬盤顯示及運行個故障記錄信息的打??；</p><p>　　實現電度量統計等的日報月報指標打??；</p><p><b>　　實現系統自檢功能；</b></p><p>　　以友好的人機界面實現系統維護功能；</p>

20、<p>　　實現遠動主/備通道的切換功能；</p><p>　　選配功能應包括下列內容：</p><p>　　遙測量的圖形顯示功能；</p><p>　　各種帶條件的自動控制功能；</p><p>　　實現與其他系統的接口和數據轉發(fā)；</p><p>　　實現供電設備運行狀態(tài)的查詢及運行參數的統計；<

21、;/p><p>　　模擬培訓功能，實現對調度管理人員的操作培訓；</p><p>　　牽引供電系統運行故障的智能處理功能。</p><p>　　2.1.3遠動系統構成</p><p>　　遠動系統應包括控制站、被控制站及通道三部分?？刂普緫O在牽引供電調度所內。被控制站應設在牽引變電所開閉所、分區(qū)所、自耦變壓器是及“V?！笨刂普緝?。</p&

22、gt;<p>　　遠動系統的結果方式應采用一對n的集中監(jiān)控方式，即一個控制站監(jiān)控n個被控制站的方式。</p><p>　　對于較大的遠動系統，遠動信息的通路應分群，群路的劃分應以保證系統的響應速度、設備的群內允許容量及通信線路分群走向的條件為原則。</p><p>　　位于鐵路局分界或鐵路分局的被控制站應分別實現與兩個鐵路分局遠動系統控制站的數據通信。應設置兩套遠動終端或一套

23、一機兩調的遠動終端。</p><p>　　在供電段內可設置牽引供電遠動系統復式設備，實現對其管轄內牽引過供電系統運行狀態(tài)的監(jiān)視。</p><p>　　2.1.4遠動通道及其要求</p><p>　　遠動通道應采用鐵路通信網中的專用數據通道。遠動通道的形式，可根據被控制站分布情況和系統技術要求，選擇鏈型、環(huán)型或混合型通道。</p><p>　　

24、通道工作方式有半雙工和雙工方式。應采用半雙工的工作方式。</p><p>　　遠動數據傳輸速率應不低于1200baud。</p><p>　　遠動通道的接口方式，可選擇數字音頻信號接口和數字基帶信號接口。對于數字音頻信號接口時，遠動裝置的發(fā)送電平不應大于0dBm，接收電平不應小于-40dBm，與高頻載波裝置接口電平應為-13dBm。對調制解調器的誤碼率，在信噪比為17dB的情況下，不應大于

25、。</p><p>　　使用電纜音頻實回線通道時，要求在測量頻率為800Hz下，交流對地不平衡衰耗、近端串音衰耗、遠端串音防衛(wèi)度及環(huán)阻值應符合鐵路通信的有關標準規(guī)范的規(guī)定。</p><p>　　在工程設計中，應根據遠動數據通道的技術要求配置相應的通道接口方式，并向通信設計部門提出對遠動數據通道的構成、數量和質量要求。</p><p>　　2.2牽引供電遠動系統需求設

26、計</p><p>　　2.2.1主站、子站的功能需求</p><p>　　安裝在主站的裝置稱為前置機。前置機是緩沖和處理輸入或輸出數據的處理機，它接收遠動終端裝置(RTU)送來的實時遠動信息，經過譯碼后還原出被測量的實際大小值，和被監(jiān)視對象的實際狀態(tài)，顯示在調度室的CRT上和調度模擬屏上，也可以按要求打印輸出。這些信息還要向主計算機傳送。另外調度員通過鍵盤或鼠標操作，可以向前置機輸入遙控

27、命令和遙調命令，前置機按規(guī)約組裝出遙控信息字和遙調信息字向RTU傳送。</p><p>　　安裝在子站的裝置稱為遠動終端裝置(RTU)。RTU對各種電量變送器送來的0~5V直流電壓分時完成A/D轉換，得到與被測量對應的二進制數值；并由脈沖采集電路對脈沖輸入進行計數，得到與脈沖量對應的計數值；還把狀態(tài)量的輸入狀態(tài)轉換成邏輯電平“0”或“1”。再將上述各種數字信息按規(guī)約編碼成遙測信息字和遙信信息字，向前置機傳送。RT

28、U還可以接收前置機送來的遙控信息字和遙調信息字，經譯碼后還原出遙控對象號和控制狀態(tài)，遙調對象號和設定值，經返送校核正確后輸出執(zhí)行。</p><p>　　前置機和RTU在接收對方信息時，必須保證與對方同步工作，因此收發(fā)信息雙方都有同步措施。</p><p>　　2.2.2遠動信道和系統拓撲結構的選擇</p><p>　　我國常用的遠動信道有專用有線信道、復用電力線載波

29、信道、微波信道、光纖信道、無線電信道等。</p><p>　　根據設計規(guī)范，本設計中遠動信道選擇采用鐵路通信網中的專用數據信道。信道工作方式有半雙工和全雙工方式，本設計采用半雙工的工作方式。</p><p>　　遠動系統拓撲結構采用多點共線配置如圖2.1。主站通過一條公共鏈路與多個子站相連的一種配置。任何時刻只允許一個子站傳輸數據到主站；主戰(zhàn)可選擇一個或多個子站傳輸數據，也可向全部子站同時

30、傳輸全局性報文。</p><p>　　圖2.1 多點共線配置</p><p><b>　　3設計內容</b></p><p>　　3.1 RTU端系統結構框圖</p><p>　　遠動系統是指廣闊地區(qū)的生產過程進行監(jiān)視和控制的系統，它包括對必需的過程信息的采集、處理、傳輸和顯示、執(zhí)行等全部的設備與功能。構成遠動系統的設備

31、包括廠站端遠動裝置，調度端遠動裝置和遠動信道。圖3.1是遠動系統中RTU端功能結構圖。</p><p>　　圖3.1 子站系統結構圖</p><p>　　3.2 遙信量數據采集系統設計</p><p>　　遙信信息是二元狀態(tài)量，即是說對于每一個要信對象而言它有兩種狀態(tài)，兩種狀態(tài)為“非”的關系。因此一個要信對象正好可以對應與計算機中二進制碼的一位，“0”狀態(tài)和“1”狀

32、態(tài)。</p><p>　　電力系統中，遙信信息可以表示設備的啟停、斷路器的投切、隔離開關的開合、告警信號的有無、保護動作與否等。</p><p>　　遙信信息通常由電力設備的輔助接點提供，輔助接點的開合直接反映出該設備的工作狀態(tài)。提供給遠動裝置的輔助接點大多為無源接點，即空接點，這種接點無論實在“開”狀態(tài)還是“合”狀態(tài)下，接點兩端均無電位差。斷路器和隔離開關提供的就是這一類輔助接點。另一類

33、輔助接點則是有源接點，有源接點在“開”狀態(tài)時兩端有一個直流電壓，是由系統蓄電池提供的110V或220V直流電壓。</p><p>　　根據題目給的原始資料，可以確定本課題遠動系統的遙信對象是斷路器和隔離開關。</p><p>　　經過信號處理后，遠動裝置內的遙信信息為符號TTL電平的“0”、“1”狀態(tài)信號。每一遙信對象映射到計算機中正好是二進制代碼的一位。大量散亂的遙信對象必須通過遙信狀態(tài)

34、的輸入電路的有效組織，才能便于計算機處理。</p><p>　　接收遙信量的輸入電路可以采用三態(tài)門芯片、并行接口芯片和數字多路開關芯片三類接口芯片實現。這里采用的是三態(tài)門芯片。如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 用三態(tài)門芯片實現遙信量輸入</p><p><b>　　3.3 信道編譯</b></p><p>

35、　　信道是遠動系統的重要組成部分，由于信道中存在各種干擾，使遠動信息在信道中傳輸時，會因受到干擾而發(fā)生差錯，從而降低遠動信息的可靠性。</p><p>　　為了使要傳送的信息有較好的抗干擾能力，在信息進入信道之前通過信道編碼對它加以改造，得到碼字。使碼字的內部結構具有一定的規(guī)律性和相關性，發(fā)現甚至糾正錯誤，達到恢復原來信息的目地，這就是信道編碼的基本思想。信道編碼亦稱抗干擾編碼。</p><p

36、>　　信道編碼的一般方法是對信源編碼得到的信息序列，按照某種規(guī)律，添加一定的效驗碼元，由信息序列和效驗碼元構成一個有抗干擾能力的碼字。添加效驗碼元的規(guī)律或規(guī)則不同，就形成不同的編碼方法。遠動信息的信道編碼方法大多采用奇偶效驗和循環(huán)冗余效驗CRC。</p><p>　　本設計系統中采用的是循環(huán)冗余效驗CRC。</p><p>　　因為遠動信息的傳輸采用循環(huán)傳輸模式，所以信息喜歡書的幀結

37、構、信息字結構和傳輸規(guī)則等各種約定，應遵照部頒的循環(huán)式傳輸規(guī)約，也成為循環(huán)式規(guī)約。</p><p><b>　　3.3.1幀結構</b></p><p>　　按1991年11月部頒的循環(huán)式遠動規(guī)約DL451-1991要求，遠動信息的幀結構見圖3.3.1。每幀遠動信息都是以同步字開頭，并有控制字，除少數幀外均應有信息字。信息字的數量依實際需要設定，因此幀的長度是不變的。

38、但同步字、控制字和信息字都由48為二進制數組成，字長不變。</p><p>　　圖3.3.1循環(huán)式遠動規(guī)約的幀結構</p><p>　　同步字表明一幀的開始，它取固定的48位二進制數。為了保證同步字在通道中的傳送順序為三組EB90H(1110101110010000)，寫入串行口的同步字為三組D709H(1101011100001001)。</p><p>　　控制

39、字和信息子中到包含有8為效驗碼，構成(48，40)碼組，生成多項式，陪集碼為FFH。</p><p>　　控制字有6個字節(jié)組成，他們是控制字節(jié)、幀類別、信息字數n、源地址、目的站址和效驗碼字節(jié)，見圖3.3.2。其中第2-5字節(jié)用來說明這一幀信息屬于什么類別的幀、包含多少個信息字、發(fā)送信息的原站址號和接受信息的目的站址號。</p><p>　　圖3.3.2 控制字和控制字節(jié)的組成</p

40、><p>　　控制字的第一個字節(jié)即控制字節(jié)的8位，后4位固定取0001，前4位分別為擴展位E，幀長定義位L，源站址定義位S和目的站址定義位D，見圖3.3.2。前4位用來說明控制字中第2-5字節(jié)。</p><p>　　擴展位E=0時，控制字中幀類別字節(jié)的代碼，取本規(guī)約已定義的幀類別。E=1表示幀類別代碼可以根據需要另行定義，以滿足擴展功能的要求。幀長定義位L=0，表示控制字中信息字數n字節(jié)的內容

41、為0，即本幀沒有信息字，信息字的個數等于控制字中信息字數n字節(jié)的值。源站址定義位S和目的站址定義位D不能同時取0，若同時為0，則控制字中的源站址字節(jié)和目的站址字節(jié)沒有意義。在上行信息中，S=1且D=1時，表示控制字中源站址字節(jié)的值是信息始發(fā)站的站號，即子站站號，目的站址字節(jié)的值代表主站站號。在下行信息中，S=1且D=1時，表示源站址字節(jié)的值代表主站站號，目的站址字節(jié)的值代表信息到達站的子站站號；若S=1且D=0表示目的站址字節(jié)內容為FF

42、H，此時是主站發(fā)送廣播命令，所有站同時接收并執(zhí)行此命令。</p><p>　　3.3.2信息字結構</p><p>　　每個信息字由6個字節(jié)組成，見圖3.3.3。其中第一個字節(jié)是功能碼字節(jié)，第2-5字節(jié)是信息數據字節(jié)，第6字節(jié)是效驗碼字節(jié)。</p><p>　　圖3.3.3 信息字結構</p><p>　　功能碼字節(jié)的8位二進制數可以取256

43、種不同的值，對不同的信息字其功能碼的取值范圍不同。</p><p>　　信息字可以分為上行信息字和下行信息字。上行信息字包括遙測、總加遙測、電能脈沖計數值、事件順序錄、水位、頻率、子站時鐘返送和子站狀態(tài)信息等。下行信息字包括遙控命令、升降命令、設定命令、復歸命令、廣播命令、設置時鐘命令和設置時鐘校正值命令等。不同的信息字除功能碼取值范圍不相同外，信息字中第2-5字節(jié)哥各位含義不一樣。</p><

44、;p>　　遙信信息字的格式如圖3.3.4所示。它們的功能碼取值范圍是F0H-FFH，每個遙信信息字傳送兩個遙信字。一個遙信字包含16個狀態(tài)位，所以遙信的最大容量為512路。當遙信信息字中的狀態(tài)位bi=0時，表示斷路器或隔離開關狀態(tài)為斷開、繼電保護未動作；bi=1表示斷路器或隔離開關狀態(tài)為閉合、繼電保護動作。</p><p>　　圖3.3.4 遙信信息字格式</p><p>　　3.3

45、.3 幀的組織方式</p><p>　　在循環(huán)式遠動規(guī)約中，遠動信息按其重要性和實時性要求，分為五種不同的幀：A、B、C、D幀(D1幀與D2幀)和E幀。這些幀在循環(huán)時間上有不同要求，所以應正確安排各種幀的傳送順序，并控制一幀中信息字的數量。</p><p>　　上行信息的優(yōu)先級排列順序和傳送時間要求如下：子站收到主站的召喚子站時鐘命令后，在上行信息中優(yōu)先插入兩個返送信息字，即子站時鐘信息字

46、和等待時間信息字，插入傳送一遍；變位遙信和子站工作狀態(tài)變化信息，以信息字為單位優(yōu)先插入傳送，連送三遍，并要求在1s內送到主站；遙控，升降命令的放松校核信息，以信息字為單位插入傳送，連送三遍；重要遙測量安排在A幀傳送，循環(huán)時間不大于3s；次要遙測量安排在B幀傳送，循環(huán)時間一般不大于6s；一般遙測量安排在C幀傳送，循環(huán)時間一般不大于20s；遙信狀態(tài)信息，包含子站工作狀態(tài)信息，安排在D1幀定時傳送，定能脈沖計數值安排在D2幀定時傳送；事件順序

47、記錄安排在E幀，以幀插入方式傳送三遍。D1,D2幀傳送的是慢變化量，以幾分鐘至幾十分鐘的周期循環(huán)傳送。E幀傳送的事件順序記錄是隨機量，同一個事件順序記錄應分別在三個E幀內重復傳送三次。</p><p>　　下行命令的優(yōu)先級排列如下：召喚子站時鐘、設置子站時鐘校正值、設置子站時鐘；遙控選擇、執(zhí)行、撤銷命令；升降選擇、執(zhí)行、撤銷命令；設定命令；廣播命令；復歸命令。下行命令是按需要傳送，非循環(huán)傳送。當下行通道中不發(fā)命令

48、時，應連續(xù)發(fā)送同步碼。</p><p>　　3.3.4 循環(huán)碼編碼</p><p>　　(n,k)系統循環(huán)碼的編碼過程是：首先把信息多項式m(x)乘以，得到；然后以生成多項式去除，如果商為，余式為，則；最后用模2加，便得到所需的系統循環(huán)碼碼字。</p><p>　　表3.3 由生成的(7、4)系統循環(huán)媽</p><p><b>　　

49、4結論</b></p><p>　　通過這次課程設計，我們了解了電力系統運動（power system telemechanics ）為電力系統調度服務的遠距離監(jiān)測、控制技術，即管理和監(jiān)控分布甚廣的眾多廠、所、站和設備、元器件的運行工況的一種技術手段。為電力系統調度服務的遠距離監(jiān)測、控制技術。而遠動技術將各個廠、所、站的運行工況（包括開關狀態(tài)、設備的運行參數等）轉換成便于傳輸的信號形式，經過調制后，由

50、專門的信息通道傳送到調度所。在調度所的中心站經過反調制，還原為原來對應于廠、所、站工況的一些信號再顯示出來，供給調度人員監(jiān)控之用。調度人員的一些控制命令也可以通過類似過程傳送到遠方廠、所、站，驅動被控對象。這一過程實際上涉及遙測、遙信、遙調、遙控，所以，遠動技術是四遙的結合。我們在課程設計過程中，通過了解遙信所反映的內容，對遙信的設計有了明確的目標。而在遙信的傳送上存在變位傳送和循環(huán)傳送兩種，我們選擇以變位傳送為優(yōu)。為避免發(fā)生信號丟失，

51、需將全部內容向主站端傳送，使主站端安全監(jiān)控系統內的數據庫的內容和模擬盤的信號狀態(tài)準確反映系統內運行設備的狀態(tài)。在平時定期傳送全部信號。在設計時，我們對遙信的主要技術要求是在遙信變位以后應在 1</p><p>　　通過這次課程設計，我們不僅了解了關于牽引變電所中的開閉所遠動系統的遙信數據采集過程，同時在老師孜孜不倦的教導下，對未來的鐵路系統有了美好的憧憬。</p><p><b>

52、;　　參考文獻</b></p><p>　　[1]柳永智,劉曉川. 電力系統遠動. 北京：中國電力出版社,2006.</p><p>　　[2]錢清泉. 電氣化鐵道微機監(jiān)控技術. 北京：中國鐵道出版社，2000.</p><p>　　[3] 《鐵路電力牽引供電遠動系統技術規(guī)范（TB11017-98）》，鐵道部，鐵道出版社，2000.</p>