電力系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)--牽引供電系統(tǒng)的遙信數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1、<p>　　電力系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)</p><p>　　題目：牽引供電系統(tǒng)的遙信數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)</p><p>　　班級：　　　 電氣073班　 </p><p>　　姓名：　　　　 　 </p><p>　　學(xué)號：　　　 </p><p>　　指導(dǎo)教師：　　 　　 </p

2、><p>　　設(shè)計(jì)時間： 2011年4月8號 </p><p>　評語：成績　　　 　</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1遠(yuǎn)動系統(tǒng)的概述1</p><p>　　1.1遠(yuǎn)動系統(tǒng)的概念1</p><p>　　1.2遠(yuǎn)動系統(tǒng)配置基本模式1&l

3、t;/p><p>　　2電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)功能分析2</p><p>　　2.1遙測、遙信、遙控功能2</p><p>　　2.2線路故障檢測2</p><p>　　2.3主站、子站功能3</p><p>　　2.4遠(yuǎn)動信道的選擇3</p><p>　　3鐵路電力系統(tǒng)的構(gòu)成4</p>

4、;<p>　　3.1車站監(jiān)控系統(tǒng)4</p><p>　　3.2變、配電所監(jiān)控系統(tǒng)4</p><p><b>　　3.3通訊通道4</b></p><p>　　4牽引供電變電所自動化遙信設(shè)計(jì)5</p><p>　　4.1牽引供電變電所電氣主接線5</p><p>　　4.2變

5、電所終端原理5</p><p>　　4.3遙信對象的采集6</p><p>　　5通信規(guī)約配置及規(guī)約解釋8</p><p>　　5.1通信規(guī)約的有關(guān)定義8</p><p>　　5.2報(bào)文的格式8</p><p><b>　　5.3報(bào)文分類9</b></p><p&g

6、t;　　6遠(yuǎn)動信息的信道編碼11</p><p>　　6.1抗干擾碼的基本原理11</p><p>　　6.2線性分組碼、Hamming碼、循環(huán)碼的聯(lián)系與區(qū)別11</p><p>　　6.3循環(huán)碼的編譯碼原理11</p><p>　　6.4鐵路遠(yuǎn)動干擾分析13</p><p>　　6.4.1主要干擾源13&

7、lt;/p><p>　　6.4.2抗干擾措施13</p><p>　　7單片機(jī)數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)計(jì)14</p><p>　　7.1 16位最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)14</p><p>　　7.2 模擬量采集電路15</p><p>　　7.3 開關(guān)量采集電路16</p><p>　　8 數(shù)據(jù)采集軟件

8、設(shè)計(jì)16</p><p><b>　　設(shè)計(jì)結(jié)論17</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p><b>　　附錄19</b></p><p><b>　　1遠(yuǎn)動系統(tǒng)的概述</b></p><p>

9、;　　1.1遠(yuǎn)動系統(tǒng)的概念</p><p>　　遠(yuǎn)動系統(tǒng)是指對廣闊地區(qū)的生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視和控制的系統(tǒng)，他包括對必需的過程信息的采集、處理、傳輸和顯示、執(zhí)行等全部的設(shè)備與功能。構(gòu)成遠(yuǎn)動系統(tǒng)的設(shè)備包括廠站端遠(yuǎn)動裝置，調(diào)度端遠(yuǎn)動裝置和遠(yuǎn)動信道。</p><p>　　遠(yuǎn)動系統(tǒng)的核心是SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視

10、控制系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)中，遠(yuǎn)動系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)發(fā)展也最為成熟。作為電力行業(yè)的專用自動化系統(tǒng)，遠(yuǎn)動系統(tǒng)有著信息完整、提高效率、正確掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、加快決策、能幫助快速診斷出系統(tǒng)故障狀態(tài)等優(yōu)勢，現(xiàn)已經(jīng)成為電力調(diào)度不可缺少的工具。它對提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、安全性與經(jīng)濟(jì)效益，減輕調(diào)度員的負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度自動化與現(xiàn)代化，提高調(diào)度的效率和水平中方面有著不可替代的作用。 </p><p>　　遠(yuǎn)動系統(tǒng)在鐵道電氣化遠(yuǎn)動系

11、統(tǒng)上的應(yīng)用較早，在保證電氣化鐵路的安全可靠供電，提高鐵路運(yùn)輸?shù)恼{(diào)度管理水平起到了很大的作用。在鐵道電氣化系統(tǒng)的發(fā)展過程中，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，不同時期有不同的遠(yuǎn)動系統(tǒng)產(chǎn)品，同時我國也從國外引進(jìn)了大量的遠(yuǎn)動系統(tǒng)產(chǎn)品與設(shè)備，這些都帶動了鐵道電氣化遠(yuǎn)動系統(tǒng)向更高的目標(biāo)發(fā)展。在遠(yuǎn)動系統(tǒng)中，主要的執(zhí)行裝置是RTU（Remote Terminal Unit），RTU是一種遠(yuǎn)端測控單元裝置，負(fù)責(zé)對現(xiàn)場信號進(jìn)行監(jiān)測和控制。與常用的可編程控制器PLC相比，

12、RTU通常要具有優(yōu)良的通訊能力和更大的存儲容量，適用于更惡劣的溫度和濕度環(huán)境，但是在運(yùn)算和編程能力上比較差。由于RTU對環(huán)境的適應(yīng)能力，使得RTU產(chǎn)品在遠(yuǎn)動系統(tǒng)中得到了大量的應(yīng)用。</p><p>　　隨著微機(jī)綜合保護(hù)裝置的越來越廣泛的應(yīng)用，越來越多的微機(jī)綜合保護(hù)裝置應(yīng)用到了遠(yuǎn)動系統(tǒng)中，微機(jī)綜合保護(hù)裝置是用于測量、控制、保護(hù)、通訊一體化的一種經(jīng)濟(jì)型保護(hù)；針對配網(wǎng)終端高壓配電室量身定做，以三段式無方向電流保護(hù)為核心

13、，配備電網(wǎng)參數(shù)的監(jiān)視及采集功能，可省掉傳統(tǒng)的電流表、電壓表、功率表、頻率表、電度表等，并可通過通訊口將測量數(shù)據(jù)及保護(hù)信息遠(yuǎn)傳遠(yuǎn)動系統(tǒng)主機(jī)，方便的實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)自動化。 </p><p>　　1.2遠(yuǎn)動系統(tǒng)配置基本模式 </p><p>　　遠(yuǎn)動裝置（telecontrol configuration）是指主站與若干子站以及連接這些站的傳輸鏈路的組合體。常用的遠(yuǎn)動配置有下面一些類型見圖1.1。&l

14、t;/p><p>　?。?）點(diǎn)對點(diǎn)配置：主站與子站之間通過專用的傳輸鏈路相連接的一種配置 ，見圖1.1(a)。</p><p>　?。?）多路點(diǎn)對點(diǎn)配置：控制中心或主站，通過各自的傳輸鏈路相連接的一種配置，見圖1.1(b)。 </p><p>　?。?）多點(diǎn)星型配置：控制中心或主站與多個子站之間相連接的一種配置，見圖1.1(c) 。</p><p&g

15、t;　?。?）多點(diǎn)共線配置：控制中心或主站通過一公共鏈路與多個子站相連接的一種配置，見圖1.1(d)。</p><p>　　（5）多點(diǎn)環(huán)形配置：所有站之間的通信鏈路形成環(huán)路，控制中心或主站可以通過兩條不同的路徑于每一子站通信，見圖1.1(e)。</p><p>　　2電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)功能分析</p><p>　　2.1遙測、遙信、遙控功能</p><

16、p>　　遙測、遙信、遙控和遙調(diào)是遠(yuǎn)動系統(tǒng)的基本功能。應(yīng)用通信技術(shù)傳送被測變量的測量值，稱為遠(yuǎn)程測量，簡稱遙測。應(yīng)用通信技術(shù)完成對設(shè)備狀態(tài)信息的監(jiān)視，稱為遠(yuǎn)程信號，簡稱遙信。調(diào)度控制中心送給發(fā)電廠或變電所的遠(yuǎn)程命令有控制命令和調(diào)節(jié)命令等。應(yīng)用通信技術(shù)，完成改變運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)的命令稱為遠(yuǎn)程命令，又稱遙控。當(dāng)調(diào)度控制中心需要直接抑制發(fā)電廠、變電所中的某些設(shè)備，如斷路器的合閘、分間，發(fā)電機(jī)的開機(jī)、停機(jī)等，就發(fā)出相應(yīng)的控制命令。這種應(yīng)用通信技

17、術(shù)，完成對有兩個確定狀態(tài)的運(yùn)行設(shè)備的控制稱為遠(yuǎn)程切換。在我國通常把遠(yuǎn)程切換也稱為遙控。遠(yuǎn)動系統(tǒng)的功能根據(jù)電力系統(tǒng)的實(shí)際需要還在不斷地?cái)U(kuò)展，為了有助于分析電力系統(tǒng)的事故、保證遠(yuǎn)動裝置的正常運(yùn)行和便于維護(hù)，還具有自檢查、自診斷等功能等。</p><p><b>　　2.2線路故障檢測</b></p><p>　　遠(yuǎn)動系統(tǒng)在線路故障檢測中發(fā)揮了重要的作用。故障發(fā)生時，采用過

18、電流檢測原理，即判斷線路電流是否超過整定值來檢測故障。由FTU 檢測到故障并上報(bào)主站，主站系統(tǒng)首先完成故障自動定位功能，在確認(rèn)線路失電的情況下，自動遙控?cái)嚅_故障線段兩側(cè)的負(fù)荷開關(guān)，隔離故障點(diǎn)，最后，自動下發(fā)遙控命令閉合兩側(cè)配電所出線開關(guān)，恢復(fù)非故障線段的供電，并給出提示信息和故障處理報(bào)告，供調(diào)度員作進(jìn)一步分析。故障發(fā)生時，主站自動查找故障區(qū)間內(nèi)所有FTU 的暫態(tài)值，找到最大值所在的FTU，則故障點(diǎn)位于該FTU 相鄰的某一側(cè)。然后比較該F

19、TU 兩側(cè)的暫態(tài)值，找到較大者，并比較最大值與較大值暫態(tài)零序電流的方向，如果相同，則故障點(diǎn)位于最大值FTU 的另一側(cè)；如果相反，則故障點(diǎn)位于兩者之間。主站系統(tǒng)根據(jù)FTU 上報(bào)的線路電壓數(shù)據(jù)，高壓斷相故障的位置應(yīng)該在第一個出現(xiàn)任意線電壓或相電壓低于斷相故障電壓上限門檻值（如小于180V），而且大于斷相電壓下限門檻值（不為0，如大于30V）的開關(guān)和與其相鄰的上游開關(guān)之間。</p><p>　　2.3主站、子站功能&l

20、t;/p><p>　　按習(xí)慣稱呼的調(diào)度中心和廠站，在遠(yuǎn)動術(shù)語中稱為主站（master station）和子站（slave station）。主站和子站的功能如下：</p><p>　　主站也稱控制站（controlling station），它是對子站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的站；</p><p>　　子站也稱受控站（controlled station），它是受主站監(jiān)視的或受主站

21、監(jiān)視且控制的站；</p><p>　　計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)入遠(yuǎn)動技術(shù)后，安裝在主站和子站的遠(yuǎn)動裝置分別被稱為前置機(jī)（front—end processor）和遠(yuǎn)動終端裝置（Remote Terminal Unit）。</p><p>　　2.4遠(yuǎn)動信道的選擇</p><p>　　信道是信號傳輸時經(jīng)過的通道。傳輸遠(yuǎn)動信號的通道稱為遠(yuǎn)動信道。我國常用的遠(yuǎn)動信道有專用有線信道、復(fù)

22、用電力線載波信道、微波信道、光纖信道、無線電信道等。信道質(zhì)量的好壞直接影響信號傳輸?shù)目煽啃浴?lt;/p><p>　　采用專用有線信道時，由運(yùn)動裝置產(chǎn)生的遠(yuǎn)動信號，以直流電的幅值、極性或交流電的頻率在架空明線或?qū)Ｓ秒娎|中傳輸，這種信道常用作近距離傳輸。</p><p>　　電力線載波信道是電力系統(tǒng)應(yīng)用較廣泛的信道形式。當(dāng)遠(yuǎn)動信號與載波電話復(fù)用電力線載波信道時，通常規(guī)定載波電話占用0.3~2.3

23、kHz音頻段，遠(yuǎn)動信號占用2.7~3.4kHz的上音頻段。由遠(yuǎn)動裝置產(chǎn)生的用二進(jìn)制數(shù)字序列表示的遠(yuǎn)動信號，經(jīng)調(diào)制器轉(zhuǎn)換成上音頻段內(nèi)的數(shù)字調(diào)頻信號后，進(jìn)入電力載波機(jī)完成頻率搬移，再經(jīng)電力線傳輸。由于電力線載波信道直接利用電力線作信道，覆蓋各個電廠和變電所等電力部門，不另外增設(shè)線路投資，且結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，所以得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　微波信道是用頻率為300MHz~300GHz的無線電波傳輸信號。由于微波是直線傳

24、播，傳輸距離一般為30~50km，所以在遠(yuǎn)距離傳輸時，要設(shè)立中繼站。微波通信的優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬，傳輸穩(wěn)定，方向性強(qiáng)，保密性好。它在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用呈上升趨勢。</p><p>　　信號在光纖信道中的傳輸過程是：發(fā)端將電信號轉(zhuǎn)變成光信號，讓光信號沿著光纖傳輸，收端再將光信號還原成電信號。光導(dǎo)纖維傳輸信號的工作頻率高，光纖信道具有信道容量大，衰減小，不受外界電磁干擾，誤碼率低等優(yōu)點(diǎn)，它是性能比較好的一種信道。</p

25、><p>　　無線電信道由發(fā)射機(jī)、發(fā)射天線、自由空間、接收天線和接收機(jī)組成。在無線電信道中，信號以電磁波在自由空間中傳播。因?yàn)樗米杂煽臻g傳輸，不需要架設(shè)通信線路，因而可以節(jié)省大量的金屬材料并減少維護(hù)人員的工作量。這種信道在地方電力系統(tǒng)中應(yīng)用較多。</p><p>　　由于牽引供電系統(tǒng)比較特殊，遠(yuǎn)動采用專用有線信道。</p><p>　　3鐵路電力系統(tǒng)的構(gòu)成</

26、p><p><b>　　3.1車站監(jiān)控系統(tǒng)</b></p><p>　　該系統(tǒng)包括高壓監(jiān)控系統(tǒng)、低壓監(jiān)控系統(tǒng)兩種。</p><p>　?。?）高壓監(jiān)控系統(tǒng)主要是對車站10kV 變壓器原邊輸入電壓、輸入電流的監(jiān)控。它包括對輸入電壓值、輸入電流值的監(jiān)測，以及對安裝于10kV 電線路上的高壓斷路器的控制。</p><p>　　（2

27、）低壓監(jiān)控系統(tǒng)主要對車站10kV 變壓器次級輸出電壓、輸出電流的監(jiān)控。它包括對輸出電壓值、輸出電流值的監(jiān)測；對輸出電流的故障錄波；對低壓配電盤中低壓斷路器的控制。</p><p>　　3.2變、配電所監(jiān)控系統(tǒng)</p><p>　　該系統(tǒng)主要包括對鐵路變、配電所內(nèi)高壓設(shè)備的監(jiān)控，以及對直流電源系統(tǒng)的監(jiān)控。該系統(tǒng)鐵路內(nèi)一般采取兩種方式。</p><p>　　（1）變、配

28、電所高壓設(shè)備二次保護(hù)裝置全面采用微機(jī)保護(hù)裝置。高壓設(shè)備的分合全部采用微機(jī)控制。高壓設(shè)備的保護(hù)整定值的設(shè)置也由操作員通過微機(jī)設(shè)置完成。</p><p>　　（2）變、配電所高壓設(shè)備二次保護(hù)裝置仍然采用繼電器保護(hù)裝置。同時，變、配電所內(nèi)增設(shè)微機(jī)監(jiān)測裝置。這兩種方式都能為電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)提供必要的數(shù)據(jù)接口，但是在方式二中，變、配電所高壓設(shè)備微機(jī)控制能力略顯不足，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)“遠(yuǎn)動”比較困難。</p><

29、p><b>　　3.3通訊通道</b></p><p>　　如果說電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)是一棵大樹，車站監(jiān)控系統(tǒng)及變、配電所監(jiān)控系統(tǒng)是這棵大樹的葉，那么通訊通道就是這棵大樹的枝干。車站監(jiān)控系統(tǒng)及變、配電所監(jiān)控系統(tǒng)所采集的大量信息通過通訊通道送往調(diào)度中心，調(diào)度中心通過該通道向車站監(jiān)控系統(tǒng)及變、配電所監(jiān)控系統(tǒng)下達(dá)遙控指令。</p><p>　　目前，在鐵路內(nèi)部，通訊通道一般采

30、用公網(wǎng)進(jìn)行通訊。通訊設(shè)備一般采用調(diào)制解調(diào)器。該種方式優(yōu)點(diǎn)是通訊通道運(yùn)營成本較低，但通訊速度較慢?！　?lt;/p><p>　　4牽引供電變電所自動化遙信設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1牽引供電變電所電氣主接線</p><p>　　4.2變電所終端原理</p><p>　　變電所自動化終端裝置由系統(tǒng)電源、功能插件、接口插件或接口端子板、蓄電池等組成

31、。此外，還可以根據(jù)用戶實(shí)際需要配置各種通信單元等擴(kuò)展設(shè)備，變電所自動化終端概要圖見圖4.3，功能插件包括主控插件、交流采樣插件、遙信采集插件、遙控插件。接口插件包括交流采樣接口插件/端子板、遙控輸出接口插件/端子板、遙信采集接口插件/端子板。變電所自動化終端裝置各功能插件中，主控插件、系統(tǒng)電源模塊屬于基本插件，其余功能插件遙信采集插件、遙控輸出插件、交流采樣插件和通信插件為選配插件，可以根據(jù)用戶需要靈活配置，接口插件應(yīng)根據(jù)功能插件的配置

32、進(jìn)行相應(yīng)選擇。</p><p>　　4.3遙信對象的采集</p><p>　　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)時兩端有一個直流電壓，是由系統(tǒng)

33、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)。</p><p>　　下面給出了兩類觸點(diǎn)的例子。圖4.4是斷路器動作機(jī)構(gòu)原理圖。當(dāng)和閘線圈YC通電時，斷路器閉合，輔助觸點(diǎn)QF斷開；當(dāng)跳閘線圈YT通電時，短路器斷開，輔助觸點(diǎn)QF閉合。QF為動作觸點(diǎn)，如直接提供給遠(yuǎn)動裝置，則是一無源觸點(diǎn)。通常情況下，二次系統(tǒng)都要給遠(yuǎn)動裝置提供相應(yīng)的空觸點(diǎn)，但有時需要在保護(hù)回路中提取有源觸點(diǎn)。圖4.5是斷路器跳閘音響回路

34、的一部分。斷路器在合閘位置時，控制開關(guān)SA投入合閘后位置，則SA的132321兩對觸點(diǎn)閉合，而串接在該回路中的斷路器輔助接點(diǎn)QF在斷開位置。</p><p>　　不論無源還是有源觸點(diǎn)，由于他們來自強(qiáng)電系統(tǒng)，直接進(jìn)入遠(yuǎn)動裝置將會給干擾甚至損壞遠(yuǎn)動設(shè)備，因此必須加入信號隔離措施，如圖4.6所示采用繼電器隔離，當(dāng)斷路器在斷開時，其輔助接點(diǎn)QF閉合使繼電器K動作，其動作觸點(diǎn)K閉合，輸出的遙信信息YX為低電平“0”狀態(tài)。反

35、之產(chǎn)生高電平“1”狀態(tài)的遙信信息YX，同樣在圖4.7中采用光電耦合器隔離也有相似的過程。當(dāng)斷路器斷開時，QF閉合使發(fā)光二極管發(fā)光，光敏二極管導(dǎo)通，集電極輸出低電平“0”狀態(tài)。當(dāng)斷路器閉合時，QF斷路器使發(fā)光二極管中無電流通過，光敏三極管截止，集電極輸出高電平“1”狀態(tài)。</p><p>　　5通信規(guī)約配置及規(guī)約解釋</p><p>　　5.1通信規(guī)約的有關(guān)定義</p><

36、;p>　　報(bào)文：Polling方式中無論是主站向子站發(fā)送的命令。還是子站向主站回送的數(shù)據(jù)，都稱報(bào)文。每個報(bào)文含有一個完整的意義，但是不同的報(bào)文長度不一定相同。</p><p>　　類別與類型：類型是指數(shù)據(jù)不同的分類。數(shù)據(jù)的類型分別為模擬量、狀態(tài)量、狀態(tài)變化量、時標(biāo)量等。類別指數(shù)據(jù)或信息一舉不同的掃描周期劃分為12345670類。對各種數(shù)據(jù)要分別指定屬于某一類別，任一類別掃描周期可由外面輸入定義。時標(biāo)量定義為

37、8。</p><p>　　模塊：一臺RTU由若干模塊構(gòu)成，每個模塊有特定的地址說明，模塊地址通常占一個人字節(jié)，，但只用其中的低五位表示。這里的模塊是邏輯概念而不是物理概念。一個物理概念的模塊可以占一個模塊地址，也可以占兩個模塊地址；與此同時，一個地址的模塊也可以由好幾塊印制板構(gòu)成。</p><p>　　RTU與前置機(jī)之間采用異步通信方式，字符格式是：一位起始位，一位停止位，無奇偶校驗(yàn)位，每

38、個字符八位數(shù)據(jù)位。</p><p><b>　　5.2報(bào)文的格式</b></p><p>　　本規(guī)約中的報(bào)文可分為三種報(bào)文格式：主站向子站詢問的報(bào)文格式，子站向主站回答確認(rèn)或否定確認(rèn)的報(bào)文格式，主站向子站或子站向主站傳送數(shù)據(jù)的報(bào)文格式。</p><p>　　主站向子站詢問的報(bào)文格式見圖5.1，我們稱它為報(bào)文格式1。報(bào)文的第一個字節(jié)為子站地址i，

39、可以取00H—FFH。當(dāng)RTU地址取FFH時，該報(bào)文為廣播命令，他是面向全部子站設(shè)備的操作命令，所有子站都要接受收，第二個報(bào)文類型可以取05H和1AH。當(dāng)報(bào)文類型代碼為05H時，該報(bào)文為類別詢問報(bào)文；為1AH時，該報(bào)文為重復(fù)詢問報(bào)文，報(bào)文格式分別見圖5.2和圖5.3。類別詢問報(bào)文的數(shù)據(jù)區(qū)為一個字節(jié)，稱詢問類別，它的8位與8種類別對應(yīng)，。當(dāng)主站希望收集某幾個類別的變化數(shù)據(jù)時，就將詢問類別的某幾位置“1”。如果詢問第8類別的數(shù)據(jù)，就將詢問類

40、別字節(jié)置成全“0”。重復(fù)詢問報(bào)文的數(shù)據(jù)區(qū)為兩個字節(jié)，稱重復(fù)詢問類別標(biāo)志和詢問類別標(biāo)志。當(dāng)主站發(fā)出的類別詢問報(bào)文沒有收到子站的正確回答時，主站向子站發(fā)送重復(fù)詢問報(bào)文。重復(fù)詢問報(bào)文中的重復(fù)詢問類別標(biāo)志是原先發(fā)送的類別報(bào)文中詢問類別字節(jié)的重復(fù)。該報(bào)文中的詢問類別標(biāo)志字節(jié)某位為“1”，表示原先發(fā)送的類別詢問報(bào)文中沒有詢問的類別，這一次需要訪問。報(bào)文的校驗(yàn)碼為一個字節(jié)。</p><p>　　子站向主站回答確認(rèn)或否定確認(rèn)的報(bào)

41、文格式見圖5.4，我們稱它為報(bào)文格式2，。這兩種報(bào)文都是三個字節(jié)，，第一個字節(jié)為子站地址，取00H—FEH。第二字節(jié)報(bào)文類型取06H時，確認(rèn)報(bào)文，它表示子站正確收到主站命令；取15H時，為否定確認(rèn)報(bào)文。第三字節(jié)類別標(biāo)志字節(jié)的0~7位，與數(shù)據(jù)類別的0~7位相對應(yīng)。如果RTU中某一類別的數(shù)據(jù)有變化，在子站向主站的回答報(bào)文中，將報(bào)文標(biāo)志字節(jié)中的對應(yīng)位置成“1”，數(shù)據(jù)無變化的類別，對應(yīng)位取“0”。這種報(bào)文不帶校驗(yàn)字節(jié)。</p>&

42、lt;p>　　傳送數(shù)據(jù)的報(bào)文格式見圖5.5，我們稱它為報(bào)文格式3。它用于主站向子站傳送數(shù)據(jù)，也用于子站向主站傳送數(shù)據(jù)。報(bào)文的第一個字節(jié)為子站地址，第二字節(jié)的8位中只用低6位作為報(bào)文類型的代碼。這兩位在主站向子站的報(bào)文中沒有定義；在子站向主站的報(bào)文中，最高位為“1”表示子站的事件順序記錄向主站報(bào)告，次高位為“1”表示子站的隨機(jī)存儲器出錯。第三個字節(jié)的取值范圍時00H—FBH。在子站向主站的報(bào)文中，數(shù)據(jù)至少包含一個類別標(biāo)志，它是數(shù)據(jù)區(qū)

43、的第一個字節(jié)，類別標(biāo)志字的某一位為“1”時，表示子站某一類別的數(shù)據(jù)有變化，需要向主站報(bào)告，因此數(shù)據(jù)區(qū)長度N的取值可為01H—FBH。報(bào)文的校驗(yàn)碼為兩個字節(jié)。</p><p><b>　　5.3報(bào)文分類</b></p><p>　　主站向子站發(fā)送的命令共有24條，按功能可分為：查詢命令，送參數(shù)命令，控制命令和專用命令四大類。表5.1列出了24種命令的分類、各種命令的名稱

44、、報(bào)文類型碼和報(bào)文字節(jié)數(shù)。</p><p>　　表5.1 主站—子站的命令報(bào)文表</p><p>　　子站向主站的回答報(bào)文共有10條，按功能可分為確認(rèn)報(bào)文、診斷報(bào)文和傳送報(bào)文，詳細(xì)見表5.2。</p><p>　　表5.2 子站—主站回答報(bào)文表</p><p>　　6遠(yuǎn)動信息的信道編碼</p&

45、gt;<p>　　6.1抗干擾碼的基本原理</p><p>　　信道編碼又稱差錯控制編碼或糾錯編碼，它是提高信息傳輸可靠性的有效方法之一。一類信道編碼是對傳輸信號的碼型進(jìn)行變換，使之更適合于信道特性或滿足接收端對恢復(fù)信號的要求，從而減少信息的損失；另一類信道編碼是在信息序列中人為的增加冗余位，使之具有相關(guān)特性，在接收端利用相關(guān)性進(jìn)行檢錯或糾錯，從而達(dá)到可靠通信的目的。</p><

46、p>　　6.2線性分組碼、Hamming碼、循環(huán)碼的聯(lián)系與區(qū)別</p><p>　　線性分組碼是同時具有分組特性（碼字和消息長度恒定）和線性特性（消息相加后的編碼等于各自編碼后相加）的糾錯碼，它是整個糾錯編碼中很重要的一類碼，也是討論各種碼的基礎(chǔ)。漢明碼是一種典型的線性分組碼，同時，循環(huán)碼也屬于線性分組碼。</p><p>　　漢明碼是1950年由漢明（Hamming）提出的，它性能

47、良好，既具有較高的可靠性，又具有較高的傳輸率，而且編譯碼電路較為簡單，易于工程實(shí)現(xiàn)；但漢明碼的編碼效率比較低，它每4個比特編碼就需要3個比特的冗余校驗(yàn)比特，而且它只能糾正單個的錯誤。</p><p>　　循環(huán)碼是線性分組碼中一個重要的分支。它的檢、糾錯能力較強(qiáng)，編碼和譯碼設(shè)備并不復(fù)雜，而且性能較好，不僅能糾隨機(jī)錯誤，也能糾突發(fā)錯誤。循環(huán)碼是目前研究得最成熟的一類碼，并且有嚴(yán)密的代數(shù)理論基礎(chǔ)，故有許多特殊的代數(shù)性質(zhì)

48、，這些性質(zhì)有助于按所要求的糾錯能力系統(tǒng)地構(gòu)造這類碼，且易于實(shí)現(xiàn)，所以循環(huán)碼受到人們的高度重視，在電氣化鐵道中得到了廣泛應(yīng)用。</p><p>　　6.3循環(huán)碼的編譯碼原理</p><p>　　如果一個線性分組碼，它的個碼字中的任何一個碼字的任意次循環(huán)移位，得到的任然是這個線性分組碼的碼字，這個線性分組碼稱為循環(huán)碼。設(shè)循環(huán)碼的任意一個碼字，該碼字循環(huán)移位一次得到的碼字記為，循環(huán)移位次得到的碼

49、字是。</p><p>　　循環(huán)碼是線性分組碼的一個重要子類，因此循環(huán)碼可以像線性分組碼一樣，用生成矩陣實(shí)現(xiàn)編碼。但由于循環(huán)碼有許多固有的代數(shù)結(jié)構(gòu)，用代數(shù)方法來構(gòu)造和分析更簡便。下面是循環(huán)碼的一些特征：</p><p>　?。?）在一個循環(huán)碼中，有一個并且只有一個次的碼多項(xiàng)式，即</p><p><b>　　（6.1）</b></p>

50、;<p>　　循環(huán)碼中的每個碼多項(xiàng)式都是的倍式，并且每個為倍式的次數(shù)不大于次的多項(xiàng)式，一定是一個碼多項(xiàng)式。</p><p>　　由這一特性可知，如果用信息多項(xiàng)式。代表位信息序列，循環(huán)碼中的每個碼多項(xiàng)式都可以表示成</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　對信息序列的編碼相當(dāng)于用信息多項(xiàng)式乘以多項(xiàng)式。所以

51、多項(xiàng)式確定了由個信息序列生成的個碼字。我們稱多項(xiàng)式為循環(huán)碼的生成多項(xiàng)式。的次數(shù)等于碼字中校驗(yàn)元的個數(shù)。</p><p>　?。?）循環(huán)碼的生成多項(xiàng)式是的一個因式，即</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　?。?）若是一個次多項(xiàng)式，且是的因式，則生成一個循環(huán)碼。</p><p>　　系統(tǒng)循環(huán)碼的

52、生成過程是:首先把信息多項(xiàng)式乘以，得到；然后以生成多項(xiàng)式去除，如果商為余式為，則</p><p>　　；最后用模2加，便得到所需要的系統(tǒng)循環(huán)碼碼字。</p><p><b>　　當(dāng)我們用乘時，得到</b></p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　這次運(yùn)算等于把個信息元的位

53、置往前移動了位，但沒有改變信息元的取值，同時在信息元后面空出了個零位，以便補(bǔ)充校驗(yàn)碼。</p><p><b>　　用去除時，得到等式</b></p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　將等式兩邊同時模2加余式多項(xiàng)式便得到</p><p><b>　　（6.6）&

54、lt;/b></p><p>　　明顯看出，式（6.6）左邊的多項(xiàng)式是生成多項(xiàng)式的倍式，并且次數(shù)不大于次。根據(jù)前面敘述的循環(huán)碼特性，它一定是循環(huán)碼的碼多項(xiàng)式。又因?yàn)榈淖畹晚?xiàng)是，余式多項(xiàng)式的最高次項(xiàng)是，所以式（6.6）左邊多項(xiàng)式可以寫成</p><p><b>　　（6.7）</b></p><p>　　式（6.7）右邊的多項(xiàng)式對應(yīng)的位序列

55、中前位是信息位，后位是余式多項(xiàng)式的系數(shù)，于是這位序列構(gòu)成的系統(tǒng)碼結(jié)構(gòu)的碼字，因此，我們得到的是一個系統(tǒng)循環(huán)碼碼字</p><p><b>　?。?.8）</b></p><p>　　用上述方法生成的系統(tǒng)循環(huán)碼，每個碼字都是生成多項(xiàng)式的倍式，這就為接收端判斷發(fā)送碼字在噪聲信道中是否受到干擾提供了校驗(yàn)準(zhǔn)則：在接收端用生成多項(xiàng)式去除接收到的碼字，檢查余式是否為零，也就是檢查

56、接收碼字是否任然是生成多項(xiàng)式的倍式。余式為零，認(rèn)為接受碼字是發(fā)送碼字；余式不為零，認(rèn)為接收碼字不是發(fā)送碼字。</p><p>　　6.4鐵路遠(yuǎn)動干擾分析</p><p>　　6.4.1主要干擾源</p><p>　　主要干擾源主要包括以下幾點(diǎn)：</p><p>　?。?）自然干擾源。所謂自然干擾源，是指由于大自然現(xiàn)象所造成的各種電磁噪聲，主要

57、包括大氣層噪聲、雷電、太陽異常電磁輻射以及來自宇宙的電磁輻射噪聲等。</p><p>　?。?）放電過程產(chǎn)生的干擾。放電現(xiàn)象包括摩擦分離產(chǎn)生的靜電放電、電暈放電（輝光放電）、弧光放電等。其中，靜電放電屬于瞬態(tài)放電，電暈放電、弧光放電屬于持續(xù)放電。伴隨著放電過程會產(chǎn)生放電噪聲和電磁干擾，對電路、裝置造成危害。</p><p>　?。?）來自電網(wǎng)的干擾。配電線路的阻抗及與配電線路相接的負(fù)載發(fā)生

58、變化，例如大功率設(shè)備和大功率電機(jī)的肩動，大型變壓器的勵磁沖擊電流等，這些現(xiàn)象都會造成供電電壓的瞬時變動。供電電壓的瞬時變動會產(chǎn)生掉電過電壓、電流沖擊和高頻振蕩等干擾。鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)設(shè)備本身不會對外部產(chǎn)生干擾，因此其抗干擾要達(dá)到的目的就是通過各種干擾抑制技術(shù)，將干擾源與設(shè)備之間的耦合減弱到能接受的程度?？垢蓴_措施主要有屏蔽、接地、濾波和瞬態(tài)噪聲抑制技術(shù)。</p><p>　　6.4.2抗干擾措施</p>

59、;<p>　?。?）合理布置自動化設(shè)備位置和布線。大多數(shù)RTU 子站都安裝在高壓室的開關(guān)柜上，“四遙”信息通過一根由高壓室接到主控室的通信電纜，以RS-485 等接口方式與RTU進(jìn)行傳送。 此電纜很容易受到來自開關(guān)操作、電力負(fù)荷波動以及強(qiáng)電電纜產(chǎn)生的電磁場干擾，這些干擾輕則增大“四遙”信息的誤碼牢，重則會使RS-485 等接口損壞。另外，高壓室內(nèi)的溫度在夏天時較高，RTU 子站內(nèi)部因熱量而產(chǎn)生的噪聲干擾不容忽視。</

60、p><p>　　（2）使用電磁密封襯墊減少縫隙阻抗。電磁密封襯墊是一種彈性的導(dǎo)電材料，它的作川是將縫隙中的非接觸點(diǎn)添滿，消除縫隙。如果在縫隙處安裝上連續(xù)的電磁密封襯墊，那么對于電磁波而言，就如同在液體容器的蓋子上使用了橡膠密封襯墊后不會發(fā)生液體泄漏一樣，不會發(fā)生電磁波的泄漏。這是目前廣泛應(yīng)用的方法。</p><p>　?。?）使用限流避雷針和電解電極。雷電直擊建筑物將帶來反擊及近距離強(qiáng)烈感應(yīng)現(xiàn)

61、象，要防止設(shè)備損壞，就必須嚴(yán)格進(jìn)行等電位施工及每臺設(shè)備前安裝避雷器。其實(shí)這種要求是很難做到的。當(dāng)直擊雷發(fā)生后，減小入地電流，不失為一種最佳選擇。使用限流避雷針和電解地極能夠有效減小入地電流。</p><p>　?。?）開關(guān)電源濾波電路。鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)設(shè)備的電源取自貫通線（或自閉線）的變壓器。由于貫通線線路用電量經(jīng)常變化，發(fā)電設(shè)備工作不穩(wěn)定，造成電網(wǎng)波形失真嚴(yán)重、電網(wǎng)電壓波動范圍大，使得遠(yuǎn)動系統(tǒng)設(shè)備的開關(guān)電源電路

62、很容易受到干擾，造成開關(guān)電源不能正常工作。</p><p>　　總之，鐵路電力遠(yuǎn)動技術(shù)的應(yīng)用能夠使調(diào)度值班員在調(diào)度中心就可以實(shí)時監(jiān)控全線電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況，也能夠使調(diào)度中心的上級主管部門及時掌握系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)，進(jìn)一步提高故障分析的全面性；同時遠(yuǎn)程操作大大降低了操作人員人身事故發(fā)生的幾率，適應(yīng)了新時代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。</p><p>　　7單片機(jī)數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)計(jì)</p><

63、;p>　　7.1 16位最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　該系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心，可以對16路模擬量、16路數(shù)字開關(guān)量和兩路脈沖量進(jìn)行采集，模擬量采集精度達(dá)到12位，在實(shí)際應(yīng)用中，可以對電壓信號進(jìn)行直接采集，如果要對傳感器的標(biāo)準(zhǔn)電流量進(jìn)行采集時，還需加入采樣電阻，把電流轉(zhuǎn)換成電壓后進(jìn)行采集。對采集的脈沖量的頻率取決于單片機(jī)的時鐘頻率，一般不能高于單片機(jī)的運(yùn)行時鐘，如單片機(jī)用12MHz的晶振

64、，則采集的脈沖頻率只能低于12MHz。本系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中已調(diào)試通過，采集的數(shù)據(jù)精度高，速度快。</p><p>　　鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)由遠(yuǎn)動控制主站、遠(yuǎn)動終端和通信通道三部分組成，是近年來在國內(nèi)全面推廣的鐵路電力新技術(shù)，其技術(shù)含量高，是涉及鐵路電力工程設(shè)計(jì)、各級電力調(diào)度管理模式、遠(yuǎn)動終端的數(shù)據(jù)采集和處理、各級遠(yuǎn)動控制主站與遠(yuǎn)動終端之間數(shù)據(jù)通信及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等多專業(yè)的系統(tǒng)工程。</p><p>

65、　　如圖7.1所示為設(shè)計(jì)的系統(tǒng)原理框圖。系統(tǒng)選擇一個串行的A/D轉(zhuǎn)換芯片，用模擬開關(guān)作擴(kuò)展，兩個模擬開關(guān)即可擴(kuò)展成16路的模擬量輸入。開關(guān)量的采集可以直接用單片機(jī)的I/O，用兩個并口即可完成16路的開關(guān)量采集。AT89C51單片機(jī)還有兩個外部中斷接口，即可用來測量脈沖量的輸入，采集其輸入頻率。單片機(jī)可以通過串口與上位PC機(jī)進(jìn)行通訊，把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)上。</p><p>　　圖7.1 16位最小系統(tǒng)數(shù)據(jù)采

66、集原理圖</p><p>　　7.2 模擬量采集電路</p><p>　　模擬量的采集要用到A/D轉(zhuǎn)換芯片，而且精度為12位，這里選擇MAX1241　A/D轉(zhuǎn)換器。MAX1241是一種低功耗、低電壓的12位逐次逼近型ADC，最大非線性誤差小于1LSB，轉(zhuǎn)換時間9s，內(nèi)置快速采樣／保持電路。MAX1241采用三線式串行接口，與單片機(jī)的接線簡單，如圖7.2所示。圖中兩個電容是去藕電容，用以對電

67、源進(jìn)行濾波。Vi是采集電壓的輸入端，Vref是A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓。一般情況下可以接單片機(jī)的電源。</p><p>　　圖7.２　MAX1241與單片機(jī)的接線圖</p><p>　　系統(tǒng)要求對16路的模擬量進(jìn)行采集，因此，只有一個A/D轉(zhuǎn)換器就不夠的，但如果用多個A/D轉(zhuǎn)換器一方面會造成資源浪費(fèi)，成本加大，另一方面單片機(jī)的I/O也不夠，因此這里用兩個８路模擬開關(guān)進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展成16路。如

68、圖7.1的原理圖所示，系統(tǒng)選用兩個CD4051模擬開關(guān)，并用單片機(jī)的四個I/O口控制兩個模擬開關(guān)的通道選擇端，在采集過程中，選擇不同的通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。</p><p>　　7.3 開關(guān)量采集電路</p><p>　　對開關(guān)量的采集電路相對比較簡單，因?yàn)殚_關(guān)量的狀態(tài)只有0和１兩種，所以只要用兩個單片機(jī)的并口就可以了，這里用的是P0口和P2口。但是有一點(diǎn)需要說明的是： 由于AT89C51單片

69、機(jī)的P0口內(nèi)部沒有上拉電阻，所以在電路中必須加入外部上拉電阻，阻值可以是4。7K～10K。而P2口內(nèi)部自帶上拉電阻，所以不需外加上拉電阻。采集輸入電路如圖7.3系統(tǒng)原理圖所示。</p><p>　　圖7.3開關(guān)量采集電路</p><p>　　8 數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，按照實(shí)現(xiàn)功能的分類，軟件部分主要完成四項(xiàng)任務(wù)：系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)采集、數(shù)

70、據(jù)處理、向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)處理中，需要進(jìn)行大量浮點(diǎn)數(shù)的乘除法和正弦、余弦運(yùn)算，因此數(shù)據(jù)處理部分采用C語言編寫，在Keil環(huán)境中模塊化編程，充分利用C語言強(qiáng)大的計(jì)算能力。在數(shù)據(jù)采集部分中，MAX1241對時序要求比較嚴(yán)格，采用匯編語言實(shí)現(xiàn)，所有功能模塊均為獨(dú)立的C文件或ASM文件。而實(shí)現(xiàn)C語言和匯編語言的混合編程是軟件設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)和關(guān)鍵之一。</p><p>　　在設(shè)計(jì)中，匯編語言采用單獨(dú)的文件，通過寄存器傳

71、遞函數(shù)參數(shù)。程序流程圖如圖8.1所示。</p><p>　　圖8.1數(shù)據(jù)采集傳遞流程圖</p><p>　　這里給出MAX1214的控制程序，是用匯編語言編寫詳細(xì)見附錄，控制子程序完成一次A/D轉(zhuǎn)換和輸入，輸入數(shù)據(jù)存放于R0，R1寄存器。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)結(jié)論</b></p><p>　　為期一周多的課程

72、設(shè)計(jì)終于做完了，在這一周多的學(xué)習(xí)中我發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)還是比較缺乏，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還急需提高。</p><p>　　這次的課程設(shè)計(jì)也讓我看到了團(tuán)隊(duì)的力量，我認(rèn)為我們的工作是一個段對的工作，團(tuán)隊(duì)需要個人，個人也離不開團(tuán)隊(duì)，必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。剛開始的時候，大家就分配了各自的任務(wù)，有的寫論文的，有的積極查詢相關(guān)資料，并且聚在一起討論各個方案的可行性。團(tuán)結(jié)協(xié)作是我們

73、成功的一項(xiàng)非常重要的保證。而這次設(shè)計(jì)也正好鍛煉了我們這一點(diǎn)，這也是非常寶貴的?；仡櫞舜卧O(shè)計(jì)，至今我感慨頗多，的確，從理論到實(shí)際，在整整一個多星期的日子里?？梢哉f苦多于天，但是可以學(xué)到很多的東西，不僅可以鞏固以前學(xué)過的知識，還可以學(xué)到很多書本上沒有的學(xué)到過的東西。通過這次的課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)理論知識與實(shí)踐想結(jié)合，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。

74、</p><p>　　在設(shè)計(jì)過程中我們遇到了很多問題，可以說是困難重重，這畢竟是第一次做的，但是在設(shè)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)知識理解不夠深刻，掌握不夠牢固，通過這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)知識進(jìn)行溫習(xí)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 柳永智，劉曉川．電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動中國電力出版社，20

75、06年7月．</p><p>　　[2] 鐵路電力牽引供電遠(yuǎn)動系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（TB11017-98），鐵道部，鐵道出版社，2000年12月．</p><p>　　[3] 鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范（TB10064-2000），鐵道部，鐵道出版社，2000年12月．</p><p>　　[4] 張鵬雄，閆越明．鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)的簡介及探討[J]．鐵路通信信號工程技術(shù)，