远程监控课程教学设计.doc

.\ 远程监控技术课程设计报告 评语： 考勤（10） 守纪（10） 设计过程（40） 设计报告（30） 小组答辩（10） 总成绩（100） 专 业：电气工程及其自动化 班 级： 电气1203 姓 名： 学 号： 指导教师： 兰州交通大学自动化与电气工程学院 2015年7月22日 1设计内容及要求 1.1具体题目 依据给出的牵引供电的典型控制对象—纽结型开闭所主接线如图1.1所示。要求每位同学设计时对所有开关器件进行编号，一般为8位二进制编码，模拟量对采集节点进行编号，一般为电流、电压及功率，然后根据各自选择不同的节点进行设计。 图1.1 纽结型开闭所主接线 设计内容包含：8路遥信量采集和一路功率量和一类常用电参量测量。数据采集点编号如表1所示。 表1 数据采集点编号 数据采集点 QS1 QS2 QS8 QS9 QF1 QF2 QF3 QF6 编号 01H 02H 03H 04H 05H 06H 07H 08H 2硬件系统设计 2.1遥测量采集系统设计 2.1.1采集系统框图设计 遥测信息是表征系统运行状况的连续变化量，分为电量和非电量两种。电量指的是一次系统中母线电压、支路电流、支路有功和无功等，非电量指的是发电机定子和转子的温度、水库的水位等。不论是电量还是非电量都需要转换成计算机能够处理的弱电信号，如0~5V或-5~+5V的直流模拟电压。由于电力系统中的电量均为强电信号，因此这些量必须先经过电压互感器TV和电流互感器TA，再经过相应的变送器，转换成弱电信号。这些弱电直流模拟信号受多路开关控制分时接入模/数(A/D)转换电路，经A/D转换电路后转换成一组二进制代码。遥测量的转换过程如图2.1所示。 电量 图2.1 遥测量的采集框图 2.2遥信量采集系统设计 遥信信息是二元状态量，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 (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，遥信量采集如图2.2所示。 无论无源还是有源触点，由于他们来自强大系统，直接进入远动装置将会干扰甚至损坏远动设备，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2.3所示。 图2.2 遥信采集硬件框图 (a) 继电器隔离 (b) 光电耦合隔离 图2.3 遥信信息的隔离措施 (2) 遥信状态的输入电路 经过信号处理后，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。接收遥信量的输入电路可以用三态门SN74LS244、并行接口芯片Intel8155和数字多路开关芯片SN74151三类接口芯片实现。并行接口芯片Intel8155的数据状态读取控制见附录表A所示。 3采集数据处理 3.1遥测信息的处理 A/D 转化后的数据为原始数据，这些数据提供给调度人员需经过一系列的处理。 (1) 数字滤波 数字滤波在计算机中用一定的计算方法对输入信号的量化数据进行数据处理，减少干扰在用用信号中的比重、提高信号的真实性。这是一种软件方法、对滤波算法的选择、滤波系数的调整都有极大的灵活性，在要测量的处理上得到了广泛应运。有限幅滤波法、算术平均滤波法、递推平均滤波法。 (2) 死区计算 死区计算是对连续变化的模拟量规定一个较小的变化范围 ，当模拟量在这个规定的范围内时，认为该模拟量没有变化，这个期间模拟量的值用原值表示，规定的范围称为死区。减轻主机负担的负担，降低了灵敏度。 (3) 越限比较。 (4) 标度变换及事故追忆 A/D后的数据只代表其输入模拟量的电压大小，不能代表要测量的实际值，求实际值时必须进行标度转化。 3.2遥信信息的处理 遥信信息在采集和处理上有两种不同的模式：定时扫查和变位触发。 (1) 定时扫查模式 因为遥信信息不是时刻变化的，通常情况下状态是不变化的，而状态的改变往往又是瞬间完成的。因此对遥信量采集时，必须不断地扫查，以捕捉遥信变位。连续N次读遥信量状态并比较是否相等是一种软件去抖的方法，可保证遥信量的正确性。 (2) 变位触发模式 在实时扫查模式的基础上，稍加修改则可实现变位触发模式。遥信变位触发模式特别适用于对遥信分辨率要求极高的场合，当然这种模式所提供的硬件环境也可实现定时扫查模式。变位触发模式需要增加一些硬件，占用一个CPU的外部中断源。这是一种以硬件投入换取软件实时性的方法。 4远动信息的规约组织 当远动信息的传输采用循环传输模式时，信息传输的帧结构、信息字结构和传输规则等各种约定，应遵照颁布的循环式传输规约，也称为循环式远动规约。 (1) 帧结构 帧结构包括同步字、控制字和信息字由48位二进制数组成。 为了保证同步字在通道中的传输顺序为三组EB90H,写入串行口的同步字为三组D709H。远动信息帧结构如图4.1所示。 同步字 控制字 信息字1 信息字2 … … 信息字n 图4.1 循环式远动规约的帧结构 控制字有6个字节组成，他们是控制字节、帧结构、信息字n、源站址、目的站址和校验码字节。 (2) 信息字结构 信息字由6个字节组成，其中第一个字节是功能码字节，第2到5字节是信息数据字节，第6字节是校验码字节。 (3) 帧的组织方式,其中源站址30H，目的站址20H。 5信道编码计算 5.1 数据采集点编号 TV3和TV4 分别为上下行线路中牵引侧的电压互感器，用来测上下行线路中牵引侧的电压值；TA5-TA13为电流互感器，用来测各部分电流值。 表5.1 数据采集点编号 采集点 TA5 TA6 TA8 TA9 TA10 TA13 TV3 TV4 编号 00H 02H 04H 05H 06H 07H 08H 09H 5.2遥测信息编码 在远动装置中，用一个A/D转换器对多路输入的直流模拟电压分时地进行模拟量到数字量的转换。由于采用一个A/D转换器，因此各个输入量必须经过一系列的转换，变成统一量程的直流模拟电压，A/D转换结果的数字量只代表其输入模拟量的电压的大小，而不能代表要测量的实际值，要想求得实际值就必须进行标度变换。 设TV1和TV3采集的电压为25KV,本文仅以此为例对其编码过程如下： 本设计采用的是12位A/D转换器，单极性0~10V,TV1和TV3额定电压为25KV，设最高电压为29KV,根据标度变换25KV所对应的输入量A如下: 求得 求得。 由于遥测的功能码为7FH,所以求得信息字为7F0DC20DC2,采用软件表Ⅰ(见附录B)对信息字进行编码，将m分成信息段,,,,。 在软件表中，查出对应的中间余数； 求,查表得； 求,查表得； 求,查表得； 求,查表得。 CDT帧结构的同步字为EB90EB90EB90H,控制字为71610130208CH，循环式传输规约的帧结构为： EB90 EB90 EB90 7161 0130 208C 7F0D C20D C2C9 5.3遥信信息编码 在(48,40)系统循环码中，信息序列 00000000， 其中，将m分成信息段如下，M1=11110000,M2=01101010，M3=00000000，M4=00000000，M5=00000000，在给定的软件表中查出M1对中间余数,,得M1的余数，则:查表得，的中间余数,的中间余数。得的余数。 以此类推得的余数。 就是信息序列m的余数，即是信息序列的校验码。校验码为C0H。 传输规约的帧结构为： EB90 EB90 EB90 71F4 0130 20D8 F06A 0000 00C0 6调制方案选择 数字调制是利用数字信号去控制一定形式的载波而实现调制的一种方法，通常用高频正弦波作为载波信号。这是载波信号可以表示为： 当用数字基带信号去分别控制正弦载波信号的幅值、角频率、相位这三个参数中的任意一个参数时，便分别实现了振幅键控（ASK）、移频键控(FSK)及移相键控（PSK)的调制方式。 7结论 经过这次对区间遥信采集系统的设计，使我进一步了解了遥信在铁路系统中的重要性，铁路的电力供应与铁路的行车和安全密切相关，是铁路运输基层设施的重要组成部分。提高供电质量，缩小故障影响范围，减少停电时间，是铁路部门对供电段提出的基本要求。根据远动终端的功能要求，建立了完成各种功能的特殊模块，各功能模块的功能软件各不相同。通过本次课程设计，可以得出以下结论： (1) 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； (2) 不论是有源还是无源触点，必须加入信号隔离措施，以免强电系统损坏远动设备； (3) 在遥信状态的采集方面采用双触点遥信的处理方法，提高遥信信源的可靠性和准确性。 参考文献 [1]柳永智.电力系统远动(第二版) [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. 附录A 并行接口芯片Intel8155的数据状态读取控制 Intel8255 数据读取控制 所选端口 传送方向 0 0 0 0 1 PA口 PA口数据总线 0 0 1 0 1 PB口 PB口数据总线 0 1 0 0 1 PC口 PC口数据总线 1 X X X X X X 开关量的状态 选通 QS1 QS2 QS8 QS9 QF1 QF2 QF3 QF PA口 0 1 1 0 1 0 1 0 附录B 软件表 信息段 中间余数 信息段 中间余数 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0000 0111 0000 0000 0001 0000 0111 0010 0000 1110 0000 0000 0010 0000 1110 0011 0000 1001 0000 0000 0011 0000 1001 0100 0000 1100 0111 0000 0100 0001 1100 0101 0000 1011 0111 0000 0101 0001 1011 0110 0000 0010 0111 0000 0110 0001 0010 0111 0000 0101 0111 0000 0111 0001 0101 1000 0000 1000 1001 0000 1000 0011 1000 1001 0000 1111 1001 0000 1001 0011 1111 1010 0000 0110 1001 0000 1010 0011 0110 1011 0000 0001 1001 0000 1011 0011 0001 1100 0000 0100 1110 0000 1100 0010 0100 1101 0000 0011 1110 0000 1101 0010 0011 1110 0000 1010 1110 0000 1110 0010 1010 1111 0000 1101 1110 0000 1111 0010 1101