遠(yuǎn)程監(jiān)控課程設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告評語：考勤（10） 守紀(jì)（10）設(shè)計(jì)過程（40） 設(shè)計(jì)報(bào)告（30） 小組答辯（10） 總成績（100）專 業(yè)：電氣工程及其自動化班 級： 電氣1203姓 名：學(xué) 號：指導(dǎo)教師：蘭州交通大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院2015年7月22日設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1.1具體題目依據(jù)給出的牽引供電的典型控制對象 —紐結(jié)型開閉所主接線如圖 1.1所示。要求每位同學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)對所有開關(guān)器件進(jìn)行編號，一般為8位二進(jìn)制編碼，模擬量對采集節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號，一般為電流、電壓及功率，然后根據(jù)各自選擇不同的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。QS5TV1TA6TV2QS7TA1QF1QS1QF4TA8TA2 TA9QS2 QS8TA3QF2 QF5TA10QS3 QS9TA4QF3 QF6TA11QS4 TA5 QS6 QS10 TA12TA7TV4TV3圖1.1紐結(jié)型開閉所主接線設(shè)計(jì)內(nèi)容包含：8路遙信量采集和一路功率量和一類常用電參量測量。數(shù)據(jù)采集點(diǎn)編號如表1所示。表1數(shù)據(jù)采集點(diǎn)編號數(shù)據(jù)采集點(diǎn) QS1 QS2 QS8 QS9 QF1 QF2 QF3 QF6編號 01H 02H 03H 04H 05H 06H 07H 08H硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1遙測量采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 采集系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)遙測信息是表征系統(tǒng)運(yùn)行狀況的連續(xù)變化量，分為電量和非電量兩種。電量指的是一次系統(tǒng)中母線電壓、支路電流、支路有功和無功等，非電量指的是發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的溫度、水庫的水位等。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，如 0~5V或-5~+5V的直流模擬電壓。由于電力系統(tǒng)中的電量均為強(qiáng)電信號，因此這些量必須先經(jīng)過電壓互感器 TV和電流互感器TA，再經(jīng)過相應(yīng)的變送器，轉(zhuǎn)換成弱電信號。這些弱電直流模擬信號受多路開關(guān)控制分時(shí)接入模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路后轉(zhuǎn)換成一組二進(jìn)制代碼。遙測量的轉(zhuǎn)換過程如圖2.1所示。電量圖2.1遙測量的采集框圖2.2遙信量采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)遙信信息是二元狀態(tài)量，在電力系統(tǒng)中，遙信信息可以表示設(shè)備的啟停、斷路器的投切、隔離開關(guān)的開合、告警信號的有無、保護(hù)動作與否等遙信對象狀態(tài)的采集遙信信息通常 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)動裝置的輔助接點(diǎn)大多為無源接點(diǎn)，即空接點(diǎn)，這種節(jié)點(diǎn)無論是在“開”狀態(tài)還是“合”狀態(tài)下，接點(diǎn)兩端均無電位差。斷路器和隔離開關(guān) 提供的就是這一類輔助接點(diǎn)。另一種輔助接點(diǎn)則是有源節(jié)點(diǎn)，有源節(jié)點(diǎn)在“開”狀態(tài)時(shí)兩端有一個(gè)直流電壓，是由系統(tǒng)蓄電池提供的110V或220V直流電壓。一些保護(hù)提供此類接點(diǎn)，遙信量采集如圖2.2所示。無論無源還是有源觸點(diǎn)，由于他們來自強(qiáng)大系統(tǒng)，直接進(jìn)入遠(yuǎn)動裝置將會干擾甚至損壞遠(yuǎn)動設(shè)備，因此必須加入信號隔離措施。通常采用繼電器和光電耦合器作為遙信信息的隔離器件，如圖 2.3所示。圖2.2遙信采集硬件框圖+U+U+5V+5VQFQFYXYXK K(a)繼電器隔離

(b)光電耦合隔離圖

2.3

遙信信息的隔離措施(2)遙信狀態(tài)的輸入電路經(jīng)過信號處理后，遠(yuǎn)動裝置內(nèi)的遙信信息為符合 TTL電平的“0”、“1”狀態(tài)信號。每一遙信對象映射到計(jì)算機(jī)中正好是二進(jìn)制代碼的一位，大量散亂的遙信對象必須通過遙信狀態(tài)的輸入電路的有效組織。接收遙信量的輸入電路可以用三態(tài)門 SN74LS244、并行接口芯片 Intel8155和數(shù)字多路開關(guān)芯片 SN74151三類接口芯片實(shí)現(xiàn)。 并行接口芯片 Intel8155的數(shù)據(jù)狀態(tài)讀取控制見附錄表 A所示。采集數(shù)據(jù)處理3.1遙測信息的處理A/D 轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)提供給調(diào)度人員需經(jīng)過一系列的處理。數(shù)字濾波數(shù)字濾波在計(jì)算機(jī)中用一定的計(jì)算方法對輸入信號的量化數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，減少干擾在用用信號中的比重、提高信號的真實(shí)性。這是一種軟件方法、對濾波算法的選擇、濾波系數(shù)的調(diào)整都有極大的靈活性，在要測量的處理上得到了廣泛應(yīng)運(yùn)。有限幅濾波法、算術(shù)平均濾波法、遞推平均濾波法。死區(qū)計(jì)算死區(qū)計(jì)算是對連續(xù)變化的模擬量規(guī)定一個(gè)較小的變化范圍 ，當(dāng)模擬量在這個(gè)規(guī)定的范圍內(nèi)時(shí)，認(rèn)為該模擬量沒有變化，這個(gè)期間模擬量的值用原值表示，規(guī)定的范圍稱為死區(qū)。減輕主機(jī)負(fù)擔(dān)的負(fù)擔(dān)，降低了靈敏度。越限比較。標(biāo)度變換及事故追憶A/D后的數(shù)據(jù)只代表其輸入模擬量的電壓大小，不能代表要測量的實(shí)際值，求實(shí)際值時(shí)必須進(jìn)行標(biāo)度轉(zhuǎn)化。3.2遙信信息的處理遙信信息在采集和處理上有兩種不同的模式：定時(shí)掃查和變位觸發(fā)。定時(shí)掃查模式因?yàn)檫b信信息不是時(shí)刻變化的，通常情況下狀態(tài)是不變化的，而狀態(tài)的改變往往又是瞬間完成的。因此對遙信量采集時(shí)，必須不斷地掃查，以捕捉遙信變位。連續(xù)N次讀遙信量狀態(tài)并比較是否相等是一種軟件去抖的方法，可保證遙信量的正確性。變位觸發(fā)模式在實(shí)時(shí)掃查模式的基礎(chǔ)上，稍加修改則可實(shí)現(xiàn)變位觸發(fā)模式。遙信變位觸發(fā)模式特別適用于對遙信分辨率要求極高的場合，當(dāng)然這種模式所提供的硬件環(huán)境也可實(shí)現(xiàn)定時(shí)掃查模式。變位觸發(fā)模式需要增加一些硬件，占用一個(gè)CPU的外部中斷源。這是一種以硬件投入換取軟件實(shí)時(shí)性的方法。遠(yuǎn)動信息的規(guī)約組織當(dāng)遠(yuǎn)動信息的傳輸采用循環(huán)傳輸模式時(shí)，信息傳輸?shù)膸Y(jié)構(gòu)、信息字結(jié)構(gòu)和傳輸規(guī)則等各種約定，應(yīng)遵照頒布的循環(huán)式傳輸規(guī)約，也稱為循環(huán)式遠(yuǎn)動規(guī)約。(1)幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)包括同步字、控制字和信息字由為了保證同步字在通道中的傳輸順序?yàn)槿M組D709H。遠(yuǎn)動信息幀結(jié)構(gòu)如圖 4.1所示。

48位二進(jìn)制數(shù)組成。EB90H,寫入串行口的同步字為三同步字 控制字 信息字1 信息字2 ? ? 信息字n圖4.1循環(huán)式遠(yuǎn)動規(guī)約的幀結(jié)構(gòu)控制字有6個(gè)字節(jié)組成，他們是控制字節(jié)、幀結(jié)構(gòu)、信息字 n、源站址、目的站址和校驗(yàn)碼字節(jié)。(2)信息字結(jié)構(gòu)信息字由6個(gè)字節(jié)組成，其中第一個(gè)字節(jié)是功能碼字節(jié)，第

2到

5字節(jié)是信息數(shù)據(jù)字節(jié)，第 6字節(jié)是校驗(yàn)碼字節(jié)。(3)幀的組織方式

,其中源站址

30H，目的站址

20H。信道編碼計(jì)算5.1數(shù)據(jù)采集點(diǎn)編號TV3和TV4分別為上下行線路中牽引側(cè)的電壓互感器，用來測上下行線路中牽引側(cè)的電壓值；TA5-TA13為電流互感器，用來測各部分電流值。表5.1數(shù)據(jù)采集點(diǎn)編號采集TA5TA6TA8TA9TA10TA13TV3TV4點(diǎn)編號00H02H04H05H06H07H08H09H5.2遙測信息編碼在遠(yuǎn)動裝置中，用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器對多路輸入的直流模擬電壓分時(shí)地進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。由于采用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，因此各個(gè)輸入量必須經(jīng)過一系列的轉(zhuǎn)換，變成統(tǒng)一量程的直流模擬電壓，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量只代表其輸入模擬量的電壓的大小，而不能代表要測量的實(shí)際值，要想求得實(shí)際值就必須進(jìn)行標(biāo)度變換。設(shè)TV1和TV3采集的電壓為25KV,本文僅以此為例對其編碼過程如下：本設(shè)計(jì)采用的是12位A/D轉(zhuǎn)換器，單極性0~10V,TV1和TV3額定電壓為25KV，設(shè)最高電壓為 29KV,根據(jù)標(biāo)度變換 25KV所對應(yīng)的輸入量 A如下:2510A求得A 8.6V40958.6D求得D DC2H。由于遙測的功能碼為7FH,所以求得信息字為7F0DC20DC2,采用軟件表Ⅰ(見附錄B)對信息字進(jìn)行編碼，將m分成信息段M17FH,M20DH,M3C2H,M40DH,M5C2H。在軟件表中，查出M1對應(yīng)的中間余數(shù)r17AH；求M2'M2r177H,查表得r243H；求M3'M3r281H,查表得r38EH；求M4'M4r383H,查表得r480H；求M5' M5 r4 42H,查表得r5 C9H。CDT幀結(jié)構(gòu)的同步字為EB90EB90EB90H,控制字為71610130208CH，循環(huán)式傳輸規(guī)約的幀結(jié)構(gòu)為：EB90EB90EB9071610130208C7F0DC20DC2C95.3遙信信息編碼在(48,40)系統(tǒng)循環(huán)碼中，信息序列m1111000001101010000000000000000000000000，其中g(shù)(x)x8x2x1，將m分成信息段如下，=11110000,=01101010，=00000000，=00000000，=00000000，在給定的軟件表中查出對中間余數(shù)r1H11011110,r1L00000000,得的余數(shù)r111011110，則:M2M2r10110101011011110101101001011000000000100M2HM2L查表得，M2H的中間余數(shù)r2H00011001,M2L的中間余數(shù)r2L00011100。得M2的余數(shù)r2r2Hr2L00000101。以此類推得M5的余數(shù)r5r5Hr5L11000000。r5就是信息序列m的余數(shù)，即是信息序列的校驗(yàn)碼。校驗(yàn)碼為C0H。傳輸規(guī)約的幀結(jié)構(gòu)為：EB90EB90EB9071F4013020D8F06A000000C0調(diào)制方案選擇數(shù)字調(diào)制是利用數(shù)字信號去控制一定形式的載波而實(shí)現(xiàn)調(diào)制的一種方法，通常用高頻正弦波作為載波信號。這是載波信號可以表示為：u(t) Umcos(wt )當(dāng)用數(shù)字基帶信號去分別控制正弦載波信號的幅值 Um、角頻率 、相位這三個(gè)參數(shù)中的任意一個(gè)參數(shù)時(shí)，便分別實(shí)現(xiàn)了振幅鍵控（ASK）、移頻鍵控(FSK)及移相鍵控（PSK)的調(diào)制方式。結(jié)論經(jīng)過這次對區(qū)間遙信采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使我進(jìn)一步了解了遙信在鐵路系統(tǒng)中的重要性，鐵路的電力供應(yīng)與鐵路的行車和安全密切相關(guān)，是鐵路運(yùn)輸基層設(shè)施的重要組成部分。提高供電質(zhì)量，縮小故障影響范圍，減少停電時(shí)間，是鐵路部門對供電段提出的基本要求。根據(jù)遠(yuǎn)動終端的功能要求，建立了完成各種功能的特殊模塊，各功能模塊的功能軟件各不相同。通過本次課程設(shè)計(jì)，可以得出以下結(jié)論：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)的開合直接反映出該設(shè)備的工作狀態(tài)；不論是有源還是無源觸點(diǎn)，必須加入信號隔離措施，以免強(qiáng)電系統(tǒng)損壞遠(yuǎn)動設(shè)備；在遙信狀態(tài)的采集方面采用雙觸點(diǎn)遙信的處理方法，提高遙信信源的可靠性和準(zhǔn)確性。參考文獻(xiàn)柳永智.電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(第二版)[M].北京:中國電力出版社,2006.錢清泉.電氣化鐵道微機(jī)監(jiān)控技術(shù)[M].北京:中國鐵道出版社,2000.附錄A并行接口芯片 Intel8155 的數(shù)據(jù)狀態(tài)讀取控制Intel8255數(shù)據(jù)讀取控制CSA1A2RDWR所選端口傳送方向00001PA口PA口數(shù)據(jù)總線00101PB口PB口數(shù)據(jù)總線01001PC口PC口數(shù)據(jù)總線1XXXXXX開關(guān)量的狀態(tài)選通

QS1

QS2

QS8

QS9

QF1

QF2

QF3

QFPA

口

0

1

1

0

1

0

1

0附錄B軟件表信息段MH中間余數(shù)rH信息段ML中間余數(shù)rL00000000000000000000000000000000000100000111000000000001000001110010000011100000000000100000111000110000100100000000001100001001010000001100011100000100000111000101000010110111000001010001101101100000001001110000011000010010011100000101011100000111000101011000000010001001000010