电力系统监控技术课程设计牵引供电系统的遥信数据采集系统

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1、电力系统监控技术课程设计电力系统监控技术课程设计题目：题目：牵引供电系统的遥信数据采集系统牵引供电系统的遥信数据采集系统班级： 电气073班 姓名：王远洋 学号：200708906 指导教师：林文 设计时间： 2011年4月8号 评语：成绩 电气工程系电力系统监控技术课程设计I目录目录1 远动系统的概述 .11.1 远动系统的概念.11.2 远动系统配置基本模式.12 电力远动系统功能分析 .22.1 遥测、遥信、遥控功能.22.2 线路故障检测.22.3 主站、子站功能.32.4 远动信道的选择.33 铁路电力系统的构成 .43.1 车站监控系统.43.2 变、配电所监控系统.43.3 通讯

2、通道.44 牵引供电变电所自动化遥信设计 .54.1 牵引供电变电所电气主接线.54.2 变电所终端原理.54.3 遥信对象的采集.65 通信规约配置及规约解释 .85.1 通信规约的有关定义.85.2 报文的格式.85.3 报文分类.96 远动信息的信道编码 .116.1 抗干扰码的基本原理.116.2 线性分组码、HAMMING码、循环码的联系与区别.116.3 循环码的编译码原理.116.4 铁路远动干扰分析.136.4.1 主要干扰源.136.4.2 抗干扰措施.137 单片机数据采集硬件设计 .147.1 16 位最小系统电路设计.147.2 模拟量采集电路.157.3 开关量采集电

3、路.168 数据采集软件设计 .16设计结论 .17参考文献 .18附录 .19电气工程系电力系统监控技术课程设计11 远动系统的概述1.1 远动系统的概念远动系统是指对广阔地区的生产过程进行监视和控制的系统 ，他包括对必需的过程信息的采集、处理、传输和显示、执行等全部的设备与功能。构成远动系统的设备包括厂站端远动装置 ，调度端远动装置和远动信道 。远动系统的核心是 SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统，即数据采集与监视控制系统。在电力系统中，远动系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。作为电力行业的专用自动化系统，远动系统有着信息完

4、整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为电力调度不可缺少的工具。它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现电力调度自动化与现代化，提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用。 远动系统在铁道电气化远动系统上的应用较早，在保证电气化铁路的安全可靠供电，提高铁路运输的调度管理水平起到了很大的作用。在铁道电气化系统的发展过程中，随着计算机的发展，不同时期有不同的远动系统产品，同时我国也从国外引进了大量的远动系统产品与设备，这些都带动了铁道电气化远动系统向更高的目标发展。在远动系统中，主要的执行装置是RTU（Remote T

5、erminal Unit），RTU 是一种远端测控单元装置，负责对现场信号进行监测和控制。与常用的可编程控制器PLC 相比，RTU 通常要具有优良的通讯能力和更大的存储容量，适用于更恶劣的温度和湿度环境，但是在运算和编程能力上比较差。由于RTU 对环境的适应能力，使得 RTU产品在远动系统中得到了大量的应用。随着微机综合保护装置的越来越广泛的应用，越来越多的微机综合保护装置应用到了远动系统中，微机综合保护装置是用于测量、控制、保护、通讯一体化的一种经济型保护；针对配网终端高压配电室量身定做，以三段式无方向电流保护为核心，配备电网参数的监视及采集功能，可省掉传统的电流表、电压表、功率表、频率表、

6、电度表等，并可通过通讯口将测量数据及保护信息远传远动系统主机，方便的实现电网自动化。 1.2 远动系统配置基本模式 远动装置（telecontrol configuration）是指主站与若干子站以及连接这些站的传输链路的组合体。常用的远动配置有下面一些类型见图 1.1。电气工程系电力系统监控技术课程设计2（1）点对点配置：主站与子站之间通过专用的传输链路相连接的一种配置 ，见图 1.1(a)。（2）多路点对点配置：控制中心或主站，通过各自的传输链路相连接的一种配置，见图 1.1(b)。 （3）多点星型配置：控制中心或主站与多个子站之间相连接的一种配置，见图 1.1(c) 。（4）多点共线配置

7、：控制中心或主站通过一公共链路与多个子站相连接的一种配置，见图 1.1(d)。（5）多点环形配置：所有站之间的通信链路形成环路，控制中心或主站可以通过两条不同的路径于每一子站通信，见图1.1(e)。2 电力远动系统功能分析2.1 遥测、遥信、遥控功能 遥测、遥信、遥控和遥调是远动系统的基本功能。应用通信技术传送被测变量的测量值，称为远程测量，简称遥测。应用通信技术完成对设备状态信息的监视，称为远程信号，简称遥信。调度控制中心送给发电厂或变电所的远程命令有控制命令和调节命令等。应用通信技术，完成改变运行设备状态的命令称为远程命令，又称遥控。当调度控制中心需要直接抑制发电厂、变电所中的某些设备，如

8、断路器的合闸、分间，发电机的开机、停机等，就发出相应的控制命令。这种应用通信技术，完成对有两个确定状态的运行设备的控制称为远程切换。在我国通常把远程切换也称为遥控。远动系统的功能根据电力系统的实际需要还在不断地扩展，为了有助于分析电力系统的事故、保证远动装置的正常运行和便于维护，还具有自检查、自诊断等功能等。2.2 线路故障检测 远动系统在线路故障检测中发挥了重要的作用。故障发生时，采用过电流检测原理，即判断线路电流是否超过整定值来检测故障。由 FTU 检测到故障并上报主站，主站系统首先完成故障自动定位功能，在确认线路失电的情况下，(a) (b) (c) (d) (e) 图 1.1 远动配置类

9、型 (a)点对点 ；(b)多路点对点； (c)多点星形； (d)多点共线； (e)多点环形电气工程系电力系统监控技术课程设计3自动遥控断开故障线段两侧的负荷开关，隔离故障点，最后，自动下发遥控命令闭合两侧配电所出线开关，恢复非故障线段的供电，并给出提示信息和故障处理报告，供调度员作进一步分析。故障发生时，主站自动查找故障区间内所有 FTU 的暂态值，找到最大值所在的 FTU，则故障点位于该 FTU 相邻的某一侧。然后比较该 FTU 两侧的暂态值，找到较大者，并比较最大值与较大值暂态零序电流的方向，如果相同，则故障点位于最大值 FTU 的另一侧；如果相反，则故障点位于两者之间。主站系统根据 FT

10、U 上报的线路电压数据，高压断相故障的位置应该在第一个出现任意线电压或相电压低于断相故障电压上限门槛值（如小于 180V） ，而且大于断相电压下限门槛值（不为 0，如大于30V）的开关和与其相邻的上游开关之间。2.3 主站、子站功能按习惯称呼的调度中心和厂站，在远动术语中称为主站（master station）和子站（slave station） 。主站和子站的功能如下：主站也称控制站（controlling station） ，它是对子站实现远程监控的站；子站也称受控站（controlled station） ，它是受主站监视的或受主站监视且控制的站；计算机技术进入远动技术后，安装在主站和子

11、站的远动装置分别被称为前置机（frontend processor）和远动终端装置（Remote Terminal Unit） 。2.4 远动信道的选择信道是信号传输时经过的通道。传输远动信号的通道称为远动信道。我国常用的远动信道有专用有线信道、复用电力线载波信道、微波信道、光纤信道、无线电信道等。信道质量的好坏直接影响信号传输的可靠性。采用专用有线信道时，由运动装置产生的远动信号，以直流电的幅值、极性或交流电的频率在架空明线或专用电缆中传输，这种信道常用作近距离传输。电力线载波信道是电力系统应用较广泛的信道形式。当远动信号与载波电话复用电力线载波信道时，通常规定载波电话占用 0.32.3kH

12、z 音频段，远动信号占用 2.73.4kHz 的上音频段。由远动装置产生的用二进制数字序列表示的远动信号，经调制器转换成上音频段内的数字调频信号后，进入电力载波机完成频率搬移，再经电力线传输。由于电力线载波信道直接利用电力线作信道，覆盖各个电厂和变电所等电力部门，不另外增设线路投资，且结构坚固，所以得到广泛应用。微波信道是用频率为 300MHz300GHz 的无线电波传输信号。由于微波是电气工程系电力系统监控技术课程设计4直线传播，传输距离一般为 3050km，所以在远距离传输时，要设立中继站。微波通信的优点是频带宽，传输稳定，方向性强，保密性好。它在电力系统中的应用呈上升趋势。信号在光纤信道

13、中的传输过程是：发端将电信号转变成光信号，让光信号沿着光纤传输，收端再将光信号还原成电信号。光导纤维传输信号的工作频率高，光纤信道具有信道容量大，衰减小，不受外界电磁干扰，误码率低等优点，它是性能比较好的一种信道。无线电信道由发射机、发射天线、自由空间、接收天线和接收机组成。在无线电信道中，信号以电磁波在自由空间中传播。因为它利用自由空间传输，不需要架设通信线路，因而可以节省大量的金属材料并减少维护人员的工作量。这种信道在地方电力系统中应用较多。由于牵引供电系统比较特殊，远动采用专用有线信道。3 铁路电力系统的构成3.1 车站监控系统该系统包括高压监控系统、低压监控系统两种。（1）高压监控系统

14、主要是对车站 10kV 变压器原边输入电压、输入电流的监控。它包括对输入电压值、输入电流值的监测，以及对安装于 10kV 电线路上的高压断路器的控制。（2）低压监控系统主要对车站 10kV 变压器次级输出电压、输出电流的监控。它包括对输出电压值、输出电流值的监测；对输出电流的故障录波；对低压配电盘中低压断路器的控制。3.2 变、配电所监控系统该系统主要包括对铁路变、配电所内高压设备的监控，以及对直流电源系统的监控。该系统铁路内一般采取两种方式。（1）变、配电所高压设备二次保护装置全面采用微机保护装置。高压设备的分合全部采用微机控制。高压设备的保护整定值的设置也由操作员通过微机设置完成。（2）变

15、、配电所高压设备二次保护装置仍然采用继电器保护装置。同时，变、配电所内增设微机监测装置。这两种方式都能为电力远动系统提供必要的数据接口，但是在方式二中，变、配电所高压设备微机控制能力略显不足，实现电力系统“远动”比较困难。电气工程系电力系统监控技术课程设计53.3 通讯通道如果说电力远动系统是一棵大树，车站监控系统及变、配电所监控系统是这棵大树的叶，那么通讯通道就是这棵大树的枝干。车站监控系统及变、配电所监控系统所采集的大量信息通过通讯通道送往调度中心，调度中心通过该通道向车站监控系统及变、配电所监控系统下达遥控指令。目前，在铁路内部，通讯通道一般采用公网进行通讯。通讯设备一般采用调制解调器。

16、该种方式优点是通讯通道运营成本较低，但通讯速度较慢。电气工程系电力系统监控技术课程设计64 牵引供电变电所变电所自动化遥信设计4.1 牵引供电变电所电气主接线4.2 变电所终端原理变电所自动化终端装置由系统电源、功能插件、接口插件或接口端子板、蓄电池等组成。此外，还可以根据用户实际需要配置各种通信单元等扩展设备，4.1牵引变电所电气主接线电气工程系电力系统监控技术课程设计7变电所自动化终端概要图见图 4.3，功能插件包括主控插件、交流采样插件、遥信采集插件、遥控插件。接口插件包括交流采样接口插件/端子板、遥控输出接口插件/端子板、遥信采集接口插件/端子板。变电所自动化终端装置各功能插件中，主控

17、插件、系统电源模块属于基本插件，其余功能插件遥信采集插件、遥控输出插件、交流采样插件和通信插件为选配插件，可以根据用户需要灵活配置，接口插件应根据功能插件的配置进行相应选择。4.3 遥信对象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。下面给出了两类触点的

18、例子。图 4.4 是断路器动作机构原理图。当和闸线圈 YC 通电时，断路器闭合，辅助触点 QF 断开；当跳闸线圈 YT 通电时，短路器断开，辅助触点 QF 闭合。QF 为动作触点，如直接提供给远动装置，则是一无源触点。通常情况下，二次系统都要给远动装置提供相应的空触点，但有时需要在保护回路中提取有源触点。图 4.5 是断路器跳闸音响回路的一部分。断路器在合闸位置时，控制开关 SA 投入合闸后位置，则 SA 的 132321 两对触点闭合，而串接在该回路中的断路器辅助接点 QF 在断开位置。4.3 变电所自动化终端结构电气工程系电力系统监控技术课程设计8 不论无源还是有源触点，由于他们来自强电系

19、统，直接进入远动装置将会给干扰甚至损坏远动设备，因此必须加入信号隔离措施，如图 4.6 所示采用继电器隔离，当断路器在断开时，其辅助接点 QF 闭合使继电器 K 动作，其动作触点 K 闭合，输出的遥信信息 YX 为低电平“0”状态。反之产生高电平“1”状态的遥信信息 YX，同样在图 4.7 中采用光电耦合器隔离也有相似的过程。当断路器断开时，QF 闭合使发光二极管发光，光敏二极管导通，集电极输出低电平“0”状态。当断路器闭合时，QF 断路器使发光二极管中无电流通过，光敏三极管截止，集电极输出高电平“1”状态。5 通信规约配置及规约解释5.1 通信规约的有关定义报文：Polling 方式中无论是

20、主站向子站发送的命令。还是子站向主站回送的数据，都称报文。每个报文含有一个完整的意义，但是不同的报文长度不一定相同。类别与类型：类型是指数据不同的分类。数据的类型分别为模拟量、状态量、状态变化量、时标量等。类别指数据或信息一举不同的扫描周期划分为图 4.4 无源触点要想对象图4.5 有源触点遥信对象图 4.6 遥信信息继电器隔离图 4.7 遥信信息光电耦合隔离电气工程系电力系统监控技术课程设计912345670 类。对各种数据要分别指定属于某一类别，任一类别扫描周期可由外面输入定义。时标量定义为 8。模块：一台 RTU 由若干模块构成，每个模块有特定的地址说明，模块地址通常占一个人字节， ，但

21、只用其中的低五位表示。这里的模块是逻辑概念而不是物理概念。一个物理概念的模块可以占一个模块地址，也可以占两个模块地址；与此同时，一个地址的模块也可以由好几块印制板构成。RTU 与前置机之间采用异步通信方式，字符格式是：一位起始位，一位停止位，无奇偶校验位，每个字符八位数据位。5.2 报文的格式本规约中的报文可分为三种报文格式：主站向子站询问的报文格式，子站向主站回答确认或否定确认的报文格式，主站向子站或子站向主站传送数据的报文格式。主站向子站询问的报文格式见图 5.1，我们称它为报文格式 1。报文的第一个字节为子站地址 i，可以取 00HFFH。当 RTU 地址取 FFH 时，该报文为广播命令

22、，他是面向全部子站设备的操作命令，所有子站都要接受收，第二个报文类型可以取 05H 和 1AH。当报文类型代码为 05H 时，该报文为类别询问报文；为 1AH 时，该报文为重复询问报文，报文格式分别见图 5.2 和图 5.3。类别询问报文的数据区为一个字节，称询问类别，它的 8 位与 8 种类别对应， 。当主站希望收集某几个类别的变化数据时，就将询问类别的某几位置“1”。如果询问第 8 类别的数据，就将询问类别字节置成全“0”。重复询问报文的数据区为两个字节，称重复询问类别标志和询问类别标志。当主站发出的类别询问报文没有收到子站的正确回答时，主站向子站发送重复询问报文。重复询问报文中的重复询问

23、类别标志是原先发送的类别报文中询问类别字节的重复。该报文中的询问类别标志字节某位为“1”，表示原先发送的类别询问报文中没有询问的类别，这一次需要访问。报文的校验码为一个字节。子站向主站回答确认或否定确认的报文格式见图 5.4，我们称它为报文格式2， 。这两种报文都是三个字节， ，第一个字节为子站地址，取 00HFEH。第二字节报文类型取 06H 时，确认报文，它表示子站正确收到主站命令；取 15H 时，图 5.1 报文格式 1 图 5.2 类别询问报文 图 5.3 重复询问报文图 5.4 报文格式 2电气工程系电力系统监控技术课程设计10为否定确认报文。第三字节类别标志字节的 07 位，与数据

24、类别的 07 位相对应。如果 RTU 中某一类别的数据有变化，在子站向主站的回答报文中，将报文标志字节中的对应位置成“1”，数据无变化的类别，对应位取“0”。这种报文不带校验字节。传送数据的报文格式见图 5.5，我们称它为报文格式 3。它用于主站向子站传送数据，也用于子站向主站传送数据。报文的第一个字节为子站地址，第二字节的 8 位中只用低 6 位作为报文类型的代码。这两位在主站向子站的报文中没有定义；在子站向主站的报文中，最高位为“1”表示子站的事件顺序记录向主站报告，次高位为“1”表示子站的随机存储器出错。第三个字节的取值范围时00HFBH。在子站向主站的报文中，数据至少包含一个类别标志，

25、它是数据区的第一个字节，类别标志字的某一位为“1”时，表示子站某一类别的数据有变化，需要向主站报告，因此数据区长度 N 的取值可为 01HFBH。报文的校验码为两个字节。5.3 报文分类主站向子站发送的命令共有 24 条，按功能可分为：查询命令，送参数命令，控制命令和专用命令四大类。表 5.1 列出了 24 种命令的分类、各种命令的名称、报文类型码和报文字节数。表表 5.1 主站主站子站的命令报文表子站的命令报文表命令分类命令名称报文类型报文字节数召唤故障模块02H5类别询问05H4请求数据报文0DH可变召唤事件记录数据0FH7重复询问1AH5查询命令查询参数组号2EH5设置 RTU 工作方式

26、03H可变发送压缩因子04H13送参数命令设置时钟0CH11图 5.5 报文格式 3电气工程系电力系统监控技术课程设计11设置回答数据区最大长度10H6发送扫描频率11H13发送滤波系数13H13指定参数组号2DH6复位 RTU01H5停止 RTU 扫描07H5允许 RTU 扫描08H5停止 I/O 模块扫描09H可变允许 I/O 模块扫描0AH可变控制命令电源合闸确认12H5诊断报文0EH可变同步命令14H5预同步命令19H9专用命令带反送校核的遥控命令1EH9子站向主站的回答报文共有 10 条，按功能可分为确认报文、诊断报文和传送报文，详细见表 5.2。表表 5.2 子站子站主站回答报文表

27、主站回答报文表报文分类报文名称报文类型报文字节数确认06H3确认报文否定确认15H3诊断报文诊断报文回送0EH可变电源合闸16H6向主站报告时标数据出现17H7模块状态变化18H可变用数据回答主站的类别询问1BH可变用数据回答主站的数据召唤报文1CH可变带缺损指示的数据回答1DH可变送数报文报告参数组号2FH76 远动信息的信道编码6.1 抗干扰码的基本原理信道编码又称差错控制编码或纠错编码，它是提高信息传输可靠性的有效方法之一。一类信道编码是对传输信号的码型进行变换，使之更适合于信道特性或满足接收端对恢复信号的要求，从而减少信息的损失；另一类信道编码是在信息序列中人为的增加冗余位，使之具有相

28、关特性，在接收端利用相关性进行检错或纠错，从而达到可靠通信的目的。6.2 线性分组码、Hamming 码、循环码的联系与区别线性分组码是同时具有分组特性（码字和消息长度恒定）和线性特性（消息电气工程系电力系统监控技术课程设计12相加后的编码等于各自编码后相加）的纠错码，它是整个纠错编码中很重要的一类码，也是讨论各种码的基础。汉明码是一种典型的线性分组码，同时，循环码也属于线性分组码。 汉明码是 1950 年由汉明（Hamming）提出的，它性能良好，既具有较高的可靠性，又具有较高的传输率，而且编译码电路较为简单，易于工程实现；但汉明码的编码效率比较低，它每 4 个比特编码就需要 3 个比特的冗

29、余校验比特，而且它只能纠正单个的错误。循环码是线性分组码中一个重要的分支。它的检、纠错能力较强，编码和译码设备并不复杂，而且性能较好，不仅能纠随机错误，也能纠突发错误。循环码是目前研究得最成熟的一类码，并且有严密的代数理论基础，故有许多特殊的代数性质，这些性质有助于按所要求的纠错能力系统地构造这类码，且易于实现，所以循环码受到人们的高度重视，在电气化铁道中得到了广泛应用。6.3 循环码的编译码原理如果一个线性分组码，它的个码字中的任何一个码字的任意次循环),(knk2移位，得到的任然是这个线性分组码的码字，这个线性分组码称为循环码。设循环码的任意一个码字，该码字循环移位一次得到的码字),(kn

30、0121cccccnn 记为，循环移位 次得到的码字是。1032)1( nnnccccciininininiccccc 121)(循环码是线性分组码的一个重要子类，因此循环码可以像线性分组码一样，用生成矩阵实现编码。但由于循环码有许多固有的代数结构，用代数方法来构造和分析更简便。下面是循环码的一些特征：（1）在一个循环码中，有一个并且只有一个次的码多项式，),(knkn )(xg即 （6.1）1)(111 xgxgxxgknknkn循环码中的每个码多项式都是的倍式，并且每个为倍式的),(kn)(xc)(xg)(xg次数不大于次的多项式，一定是一个码多项式。) 1( n由这一特性可知，如果用信息

31、多项式。mxmxmxmxmkkkk 12211)(代表位信息序列，循环码中的每个码多项式都可以表示成k),(kn)(xc （6.2）)()()()()(012211xgmxmxmxmxmxgxckkkk 对信息序列的编码相当于用信息多项式乘以多项式。所以多项式)(xm)(xg确定了由个信息序列生成的个码字。我们称多项式为循环码的)(xgk2k2)(xg生成多项式。的次数等于码字中校验元的个数。)(xgkn 电气工程系电力系统监控技术课程设计13（2）循环码的生成多项式是的一个因式，即),(kn)(xg1nx （6.3）)()(1xhxgxn（3）若是一个次多项式，且是的因式，则生成一个)(xg

32、kn 1nx)(xg循环码。),(kn系统循环码的生成过程是:首先把信息多项式乘以，得到),(kn)(xmknx；然后以生成多项式去除，如果商为余式为，)(xmxkn)(xg)(xmxkn)(xq)(xr则；最后用模 2 加，便得到所需要的系统)()()()(xrxgxqxmxkn)(xr)(xmxkn循环码码字。)()()(xrxmxxckn当我们用乘时，得到)(xmknx （6.4）)()(0112211012211knknnknkkkkkknknxmxmxmxmmxmxmxmxxmx 这次运算等于把个信息元的位置往前移动了位，但没有改变信息元kkn 的取值，同时在信息元后面空出了个零位，

33、以便补充校验码。kn 用去除时，得到等式)(xg)(xmxkn （6.5）)()()()(xrxgxqxmxkn将等式两边同时模 2 加余式多项式便得到)(xr （6.6）)()()()(xgxqxrxmxkn明显看出，式（6.6）左边的多项式是生成多项式的倍式，并且次数不)(xg大于次。根据前面叙述的循环码特性，它一定是循环码的码多项式。1n),(kn又因为的最低项是，余式多项式的最高次项是，)(xmxkn0mxkn)(xr11knknxr所以式（6.6）左边多项式可以写成 （6.7）01110112211)()(rxrxrxmxmxmxmxrxmxknknknknnknkkn 式（6.7）

34、右边的多项式对应的位序列中前n)(0110121rrrmmmmknkk 位是信息位，后位是余式多项式的系数，于是这位序列构成的系统码kkn n结构的码字，因此，我们得到的是一个系统循环码码字 （6.8）)()()(xrxmxxckn用上述方法生成的系统循环码，每个码字都是生成多项式的倍式，这就为接收端判断发送码字在噪声信道中是否受到干扰提供了校验准则：在接收端用生成多项式去除接收到的码字，检查余式是否为零，也就是检查接收码字是否任然是生成多项式的倍式。余式为零，认为接受码字是发送码字；余式不为零，认为接收码字不是发送码字。电气工程系电力系统监控技术课程设计146.4 铁路远动干扰分析6.4.1

35、 主要干扰源 主要干扰源主要包括以下几点： （1）自然干扰源。所谓自然干扰源，是指由于大自然现象所造成的各种电磁噪声，主要包括大气层噪声、雷电、太阳异常电磁辐射以及来自宇宙的电磁辐射噪声等。 （2）放电过程产生的干扰。放电现象包括摩擦分离产生的静电放电、电晕放电（辉光放电） 、弧光放电等。其中，静电放电属于瞬态放电，电晕放电、弧光放电属于持续放电。伴随着放电过程会产生放电噪声和电磁干扰，对电路、装置造成危害。 （3）来自电网的干扰。配电线路的阻抗及与配电线路相接的负载发生变化，例如大功率设备和大功率电机的肩动，大型变压器的励磁冲击电流等，这些现象都会造成供电电压的瞬时变动。供电电压的瞬时变动会

36、产生掉电过电压、电流冲击和高频振荡等干扰。铁路电力远动系统设备本身不会对外部产生干扰，因此其抗干扰要达到的目的就是通过各种干扰抑制技术，将干扰源与设备之间的耦合减弱到能接受的程度。抗干扰措施主要有屏蔽、接地、滤波和瞬态噪声抑制技术。6.4.2 抗干扰措施 （1）合理布置自动化设备位置和布线。大多数 RTU 子站都安装在高压室的开关柜上， “四遥”信息通过一根由高压室接到主控室的通信电缆，以 RS-485 等接口方式与 RTU 进行传送。 此电缆很容易受到来自开关操作、电力负荷波动以及强电电缆产生的电磁场干扰，这些干扰轻则增大“四遥”信息的误码牢，重则会使 RS-485 等接口损坏。另外，高压室

37、内的温度在夏天时较高，RTU 子站内部因热量而产生的噪声干扰不容忽视。 （2）使用电磁密封衬垫减少缝隙阻抗。电磁密封衬垫是一种弹性的导电材料，它的作川是将缝隙中的非接触点添满，消除缝隙。如果在缝隙处安装上连续的电磁密封衬垫，那么对于电磁波而言，就如同在液体容器的盖子上使用了橡胶密封衬垫后不会发生液体泄漏一样，不会发生电磁波的泄漏。这是目前广泛应用的方法。 （3）使用限流避雷针和电解电极。雷电直击建筑物将带来反击及近距离强烈感应现象，要防止设备损坏，就必须严格进行等电位施工及每台设备前安装避雷器。其实这种要求是很难做到的。当直击雷发生后，减小入地电流，不失为一种最佳选择。使用限流避雷针和电解地极

38、能够有效减小入地电流。（4）开关电源滤波电路。铁路电力远动系统设备的电源取自贯通线（或自电气工程系电力系统监控技术课程设计15闭线）的变压器。由于贯通线线路用电量经常变化，发电设备工作不稳定，造成电网波形失真严重、电网电压波动范围大，使得远动系统设备的开关电源电路很容易受到干扰，造成开关电源不能正常工作。总之，铁路电力远动技术的应用能够使调度值班员在调度中心就可以实时监控全线电力系统的运行情况，也能够使调度中心的上级主管部门及时掌握系统运行的状态，进一步提高故障分析的全面性；同时远程操作大大降低了操作人员人身事故发生的几率，适应了新时代经济发展的要求。7 单片机数据采集硬件设计单片机数据采集硬

39、件设计7.1 16 位最小系统电路设计该系统以 AT89C51单片机为核心，可以对16路模拟量、16路数字开关量和两路脉冲量进行采集，模拟量采集精度达到12位，在实际应用中，可以对电压信号进行直接采集，如果要对传感器的标准电流量进行采集时，还需加入采样电阻，把电流转换成电压后进行采集。对采集的脉冲量的频率取决于单片机的时钟频率，一般不能高于单片机的运行时钟，如单片机用12MHz 的晶振，则采集的脉冲频率只能低于12MHz。本系统在实际应用中已调试通过，采集的数据精度高，速度快。铁路电力远动系统由远动控制主站、远动终端和通信通道三部分组成，是近年来在国内全面推广的铁路电力新技术，其技术含量高，是

40、涉及铁路电力工程设计、各级电力调度管理模式、远动终端的数据采集和处理、各级远动控制主站与远动终端之间数据通信及计算机系统等多专业的系统工程。如图7.1所示为设计的系统原理框图。系统选择一个串行的 A/D 转换芯片，用模拟开关作扩展，两个模拟开关即可扩展成16路的模拟量输入。开关量的采集可以直接用单片机的 I/O，用两个并口即可完成16路的开关量采集。AT89C51单片机还有两个外部中断接口，即可用来测量脉冲量的输入，采集其输入频率。单片机可以通过串口与上位 PC 机进行通讯，把采集到的数据发送到上位机上。电气工程系电力系统监控技术课程设计16图7.1 16位最小系统数据采集原理图7.2 模拟量

41、采集电路模拟量的采集要用到 A/D 转换芯片，而且精度为12位，这里选择MAX1241A/D 转换器。MAX1241是一种低功耗、低电压的12位逐次逼近型ADC，最大非线性误差小于1LSB，转换时间9s，内置快速采样保持电路。MAX1241采用三线式串行接口，与单片机的接线简单，如图7.2所示。图中两个电容是去藕电容，用以对电源进行滤波。Vi 是采集电压的输入端，Vref 是 A/D转换器的参考电压。一般情况下可以接单片机的电源。图7.MAX1241与单片机的接线图系统要求对16路的模拟量进行采集，因此，只有一个 A/D 转换器就不够的，但如果用多个 A/D 转换器一方面会造成资源浪费，成本加

42、大，另一方面单片机的 I/O 也不够，因此这里用两个路模拟开关进行扩展，扩展成16路。如图7.1的原理图所示，系统选用两个 CD4051模拟开关，并用单片机的四个 I/O 口控制电气工程系电力系统监控技术课程设计17两个模拟开关的通道选择端，在采集过程中，选择不同的通道进行数据采集。7.3 开关量采集电路对开关量的采集电路相对比较简单，因为开关量的状态只有0和两种，所以只要用两个单片机的并口就可以了，这里用的是 P0口和 P2口。但是有一点需要说明的是： 由于 AT89C51单片机的 P0口内部没有上拉电阻，所以在电路中必须加入外部上拉电阻，阻值可以是4。7K10K。而 P2口内部自带上拉电阻

43、，所以不需外加上拉电阻。采集输入电路如图7.3系统原理图所示。图7.3开关量采集电路8 数据采集软件设计根据设计要求，按照实现功能的分类，软件部分主要完成四项任务：系统初始化、数据采集、数据处理、向 PC 机发送数据。在数据处理中，需要进行大量浮点数的乘除法和正弦、余弦运算，因此数据处理部分采用 C 语言编写，在 Keil 环境中模块化编程，充分利用 C 语言强大的计算能力。在数据采集部分中，MAX1241 对时序要求比较严格，采用汇编语言实现，所有功能模块均为独立的 C 文件或 ASM 文件。而实现 C 语言和汇编语言的混合编程是软件设计中的难点和关键之一。在设计中，汇编语言采用单独的文件，

44、通过寄存器传递函数参数。程序流程图如图 8.1 所示。电气工程系电力系统监控技术课程设计18开始初始化数据采集1 分钟到?数据传输NY初始化启动转换转换结束?读入高 4 位数据读入低 8 位数据结束NY图8.1数据采集传递流程图这里给出 MAX1214 的控制程序，是用汇编语言编写详细见附录，控制子程序完成一次 A/D 转换和输入，输入数据存放于 R0，R1 寄存器。设计结论为期一周多的课程设计终于做完了，在这一周多的学习中我发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的。实际经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个段

45、对的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。刚开始的时候，大家就分配了各自的任务，有的写论文的，有的积极查询相关资料，并且聚在一起讨论各个方案的可行性。团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。而这次设计也正好锻炼了我们这一点，这也是非常宝贵的。回顾此次设计，至今我感慨颇多，的确，从理论到实际，在整整一个多星期的日子里。可以说苦多于天，但是可以学到很多的东西，不仅可以巩固以前学过的知识，还可以学到很多书本上没有的学到过的东西。通过这次的课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学理论知识与实践想结合，才能真正为社会服务，从而提高自己的实

46、际动手能力和独立思考的能力。在设计过程中我们遇到了很多问题，可以说是困难重重，这毕竟是第一次做的，但是在设计过程中发现了自己的不足之处，对以前所学知识理解不够深电气工程系电力系统监控技术课程设计19刻，掌握不够牢固，通过这次课程设计之后，一定把以前所学知识进行温习。参考文献1 柳永智，刘晓川电力系统远动中国电力出版社，2006 年 7 月2 铁路电力牵引供电远动系统技术规范（TB11017-98） ，铁道部，铁道出版社，2000 年 12 月 3 铁路电力远动系统工程设计规范（TB10064-2000） ，铁道部，铁道出版社，2000年 12 月4 张鹏雄，闫越明铁路电力远动系统的简介及探讨J

47、铁路通信信号工程技术，2005， （2） 电气工程系电力系统监控技术课程设计20附录CS： BIT P1.0 ；片选信号位DOUT： BIT P1.2 ；串行数据输入位SCLK： BIT P1.1 ；驱动时钟位DATA_BH： EQU R0 ；高字节数据存储单元DATA_BL： EQU R1 ；低字节数据存储单元CONT_H： EQU R0 ；高位取数计数器CONT_L： EQU R1 ；低8位取数计数器SADC_R： XRL A，A ；清 AMOV CONT_H，04H ；高8位计数MOV CONT_L，08H ；低8位计数CLR SCLK ；SCLK 置“0”CLR CS ；选中1241，

48、启动转换SADC END：JNB DOUT，SADC_ END ；检测 A/D 转换结束READ_H： SETB SCLK ；CLR SCLK ；产生一个驱动时钟MOV C，DOUT ；输入一位数据RLC A ；数据移位至 ACC0DJNZ CONT_H，READ_H ；高 4位输入结束判别MOV DATA_BH，A ；高 4位数据送寄存器READ_L： SETB SCLK CLR SCLK ；产生一个驱动时钟MOV C，DOUT ；输入一位数据RLC A ；数据移位置 ACC0DJNZ CONT_L，READ_L ；低8位输入结束判别MOV DATA_BL，A ；低8位数据送寄存器SETB SCLK CLR SCLK ；清 DOUT 输出SETB CS ；撤消片选RET