电力系统监控技术课程设计---遥测数据采集系统设计

电力系统监控技术课程设计报告

题目：遥测数据采集系统设计

班级：电气084班

姓名：

学号： 200809310

指导教师：

设计时间：2012年3月10日

1 设计原始资料

1.1 具体题目说明

图1.1 牵引变电所主接线完成对图1.1的牵引变电所遥测数据采集系统的设计。

1.2 要完成的内容

(1)计算机绘制被控站（RTU端：变电所或开闭所或分区亭）通用系统结构框图（A4）。

绘出各种数据点的采集通道（如：模拟量输入、开关量输入、脉冲累计量输入），控制输出通道（模拟量输出、开关量输出、脉宽调制输出），网络通信通道的示意图。

(2)设计一个具体的MCS－51单片机数据采集最小系统,模拟量输入数据为8路，具体数值自行根据对象合理假设，单片机数据采集最小系统中模拟量输入数据直接取A/D 转换芯片的标准电压（比如 5V），A/D转换为12位，要求用标准图纸，手工绘制（或专用软件proteus等），具体到芯片管脚的连线。

(3)选用问答式（或者CDT）传输规约，结合题目实际，以部分采集数据为例，编写上传调度中心的遥测数据报文的帧结构。

注：主站地址（一般取00H）和子站地址（一般取01H-0FEH））可在符合规约要求的前提下，自行设置。

(4)计算机绘制（A4纸）相应的遥测数据采集程序流程图，编写遥测数据采集程序。

2 硬件设计

2.1 数据采集点编号

远动的遥测、遥信、遥控和遥调功能，通过传送远动信息实现。远动信息包括遥测信息、遥信信息、遥控信息和遥调信息。

遥测信息传送发电厂、变电所的各种运行参数，它分为电量和非电量两类。电量包括母线电压、系统频率、流过电力设备（发电机、变压器）及输电线的有功功率、无功功率和电流。非电量包括发电机机内温度以及水电厂水位等。这些量都是随时间作连续变化的模拟量。对电压、电流和功率量，通常利用互感器和变送器把要测量的交流强电信号变成0~5V或0~10mA的直流信号后送入远动装置。也可以把实测的交流信号变换成幅值较小的交流信号后，由远动装置直接对其进行交流采样采样。

遥测信息是应用远程通信技术将被控站的某些运行参数传送给调度所，因此称它为上行信息，牵引变电所系统的主要遥测对象有：进线电压、进线电流、主变功率、27.5kV 母线电压、主变一次侧有功电度、无功电度、馈线电流、馈线故障点参数（馈线号、阻抗值、公里标）、电容补偿装置电流。

则图1.1中遥测数据采集点的编号如下表2.1。

表2.1 数据采集点编号

数据采集点TV3 TV4 TV5 TV6 TA4 TA5 TA9 TA10 编号00H 01H 02H 03H 04H 05H 06H 07H

2.2 被控站通用系统结构

2.2.1 数据采集通道

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，不管是电量还是非电量最终都要转化为弱电直流模拟信号。这些弱电直流模拟信号受多路开关控制分时接入模/数转换电路，经A/D 转换电路后转换成一组二进制代码。这族二进制代码与转换的模拟量之间构成线性一一对应关系，则遥测数据采集系统配置的基本模式如下图2.1所示。

打打打打

打打打

图2.1 遥测数据采集系统配置的基本模式

2.2.2 控制输出通道

主机将运算结果通过并行输出端口输出二进制数据，再经过A/D 转换器转换成相应的模拟量信号，再经功率放大器后驱动执行机构，以达到预定的控制要求，模拟量输出通道如下图2.2所示。

图2.2 模拟量输出通道

2.2.3 网络通信信道

随着科学技术的进步和社会需求的不断变化，各类新型的数字、数据业务正迅速发展，所有通信系统发展的总趋势就是通信方式从模拟通信向数字通信发展。数字通信系统是指在通信系统中所传输的是二进制或多进制数字信号的一种通信方式。它的主要特点就是在调制之前要经过两次编码，相应地，在接收解调后也要经过两次译码。图2.3为数字通信系统的模型框图。在该图中，信源发出的是模拟信号，信源编码的主要任务就是将模拟信号转换为数字信号，以适宜在数字系统中的传输。模拟信号转换为数字信号主要有两种方式：一是脉冲编码调制PCM，另一种是增量调制（ΔM）。信道编码是对信源的二次编码，其目的是在于提高数字传输系统的可靠性。实现方法是将信源编码器输出的数字序列人为地按照某种规则加入一些多余码元作为差错控制用的监督码，使得收端能发现错误或自动纠正差错。信道译码器则主要进行检错与纠错。数字调制就是把数字基带信号进行调制形成适合在信道中传输的数字调制信号。基本的数字调制方式有幅移键控ASK、频移键控FSK、绝对相控键控PSK、相对相移键控DPSK。

图2.3 数字通信系统模型

与模拟通信相比，数字通信具有抗干扰能力强、差错可控、易于保密、灵活性高、易于与各种终端设备接口等特点，已成为当代通信技术的主流。

2.3 MCS-51单片机最小系统

2.3.1 原理框图

遥测数据采集单片机系统原理图如下图2.4所示。

图2.4 单片机原理图

模拟量输入通道一般由信号调理电路、多路转换器、放大器和模/数转换器等组成，一般情况，对于多点巡回检测系统，多参数测量系统，多路模拟信号共用一个A/D转换器，且系统中只有一个单片机，单片机只能分时对这些信号进行采样。为满足分时传送，系统需配置多路转换开关，多路开关的选择由单片机控制。

2.3.2 系统电路图

MCS-51单片机最小系统接线图如图2.5所示。

图2.5 MCS-51单片机最小系统接线图

电路连接主要涉及两个问题，一是八路模拟信号通道选择，二是A/D转换完成后转换数据的传送。

(1)八路模拟信号通道选择

A、B、C分别接地址锁存器提供的低三位地址，只要把三位地址写入0808中的地址锁存器，就实现了模拟通道的选择。对系统来说，地址锁存器是一个输出口，为了把三位地址写入，还要提供口地址。图2.5中使用的是线选法，口地址由P2.7确定。同时以WR作写选通信号。

从图中可以看到，把ALE信号与START信号连接在一起了，这样连接使得在信号的前沿写入地址信号，紧接着在其后沿就启动转换。按图中连接方式，WR和P2.7控制0808的地址锁存和转换启动。由于ALE和START连在一起，因此0808在锁存通道地址的同时，启动并进行A/D转换。

在读取转换结果时，由RD和P2.7经一级或非门形成正脉冲作为OE信号，用以打开三态输出锁存器。

(2)转换数据的传送