牵引供电系统的遥信数据采集系统(DOC)
电力系统监控技术课程设计报告
题目：牵引供电系统的遥信数据采集系统
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1 设计原始资料
1.1 具体题目说明
设计图1.1所示的牵引供电系统的遥信数据采集系统。
A
B
A A B
B
10kV
220kV
10kV
220kV
图1.1 采用双T 结线的单线三相牵引变电所
1.2 要完成的内容
计算机绘制被控站（RTU 端：变电所）的通用系统结构框图。要求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）和网络通信通道的示意图。
设计一个具体的MCS-51单片机数据采集最小系统（开关量输入数据，路数为16路），开关量输入数据类型为各断路器、隔离开关的状态信息（经过采集电路后的信息）；要求用标准图纸，手工绘制（或专用软件）具体到芯片管脚的连线。
选用问答式传输规约，以16路开关量为例，编写上传调度中心的遥信数据报文的帧结构；注意主站地址（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。
用计算机绘制相应的遥信数据采集程序流程图。
2 硬件设计
2.1 各开关元件及数据采集点编号
遥信信息是二元状态量，即是对每一个遥控对象而言它有两种状态，两种状态为“非”的关系。因此，一个遥信对象正好可以对应于计算机中二进制码的一位，“0”状态与“1”状态。在电力系统中，遥信信息可以表示设备的启停、断路器的投切状态、隔离开关的开合状态、告警信号的有无以及保护动作与否等。表2.1表述牵引变电所各开关元件的编号。
2.2 被控站通用系统结构
2.2.1 系统结构图
在分层分布式综合自动化系统中，一般将整个变电所设备分为三层：变电所层，间隔层和过程层。过程层主要指变电所内的变压器和断路器、隔离开关及其辅助触点，电流、电压互感器等一次设备。间隔层一般将断路器间隔划分，包括测量，控制部件和继电保护装置。变电所层包括监控主机，远动通信机等。变电所层设现场总线或局域网，供各二次设备之间交换信息。典型结构如图2.1所示。
2.2.2 数据采集通道
图2.2为一实用遥信取样电路。其左半部分为断路器动作机构原理图。当合闸线圈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，断路器断开，辅助触点QF 闭合。其右半部分为遥信取样电路。当遥信信源联通（短路）时，输出YX 为高电平；当遥信信源悬空或带有直流正电压时，YX 为低电平。
表2.1 各个开关元件编号
开关编号
开关编码 开关编号
开关编码 1QF
00H
4QS
0DH
2QF 01H 5QS 0EH 3QF 02H 6QS 0FH 4QF 03H 7QS 10H 5QF 04H 8QS 11H 6QF 05H 9QS 12H 7QF 06H 10QS 13H 8QF 07H 11QS 14H 9QF 08H 12QS 15H 10QF 09H 13QS 16H 1QS 0AH 14QS 17H 2QS 0BH 15QS 18H 3QS
0CH
16QS
19H
图2.1 系统结构图
图2.2 实用取样电路
图2.3为采用一片SN74LS244和2片SN74151实现16路遥信量的输入。2片SN74151共可接16路遥信量，其输出分别接至SN74LS244的8个输入端，SN74LS244的输出端接至8031CPU 的数据总线上。SN74151的数据选择由8031的 1.0P ~ 1.2P 控制，SN74LS244的片选信号由8031的 2.7P 产生。这样在74LS244的8路输入的基础上，连接8片SN74151实现16路输入量的扩展。
图2.4为采用定时扫查方式实现对遥信信息的采集和处理的电路图。遥信信息不同于遥测信息，它不是随时随刻都在变化。通常情况下状态是不变化的，而状态的改变往往又是在瞬间完成的。因此对遥信量采集时，必须不断地扫查，以捕捉遥信变位。将8255的A 口设置为输入方式，读A 口的状态即可得到8路遥信量的状态。
通常系统对遥信采集有一分辨率的指标，即对同一遥信量的前后两次扫查的时间间隔。根据分辨率可以设定遥信扫查的时间间隔，一般将遥信扫查置于实时时钟中断服务程序中，每一个等时间间隔，如1~10ms ，都要对全部的遥信量进行一次扫查，这样构成的扫查模式为定时扫查模式。
1
2
15
16
图2.3 用数字量多路开关实现遥信量输入的扩展
图2.4 遥信量采集电路
2.2.3 控制输出通道
图2.5为8路遥控输出接口电路。继电器一方面起到信号隔离作用；另一方面可以直接接入控制回路，控制回路信号中信号的通断。若提供的继电器容量不够时，还可再接一级中间继电器。
图2.5 遥控输出接口电路
在图2.5中，74LS273为8位D触发器，以锁存遥控输出信号的状态。为使继电器可靠地工作，在锁存与继电器之间必须加入驱动电路。
遥控输出为一动合触点。遥控状态为“0”时，继电器不动作，触点断开。遥控状态为“1”时，继电器动作，触点闭合。一般继电器可同时提供一对动合触点和一对动断触点，实际系统中是接动合触点还是动断触点，应视要求而定。
2.3 MCS-51单片机（遥信数据采集输出）最小系统
2.3.1 原理框图
图2.6为遥信数据采集原理框图。通过隔离电路和接收电路，准确地接受到相应的遥信信源后，MCS-51单片机最小系统通过定时扫查的方式判断开关装置的开合状态后，通过反馈回路做出相应的开关状态调整，以保证系统的正常稳定运行。
图2.6 遥信数据采集原理框图