10kv變電站rtu設(shè)計(jì)

1、<p>　　遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué)</p><p>　　配電系統(tǒng)及其自動(dòng)化 課程設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題目： 10kV變電站RTU設(shè)計(jì) </p><p>　　院（系）： </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 學(xué) 號(hào)： </p><p&g

2、t;　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： （簽字）</p><p>　　起止時(shí)間：2015.11.30-2015.12.11 </p><p>　　課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)</p><p>　　院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：電氣

3、工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　RTU是一種遠(yuǎn)端測(cè)控單元裝置，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)、工業(yè)設(shè)備的監(jiān)測(cè)和控制。RTU具有通訊距離較長(zhǎng)、用于各種環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、模塊結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)和便于擴(kuò)展等特點(diǎn)。與此同時(shí)RTU還

4、擁有優(yōu)良的通訊能力和更多的計(jì)算功能，而且也能適用于更惡劣的溫度和濕度環(huán)境。也正是由于RTU完善的功能，使得RTU產(chǎn)品在SCADA系統(tǒng)中得到了大量的應(yīng)用。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中的RTU主要實(shí)現(xiàn)與配電變電所配合來(lái)實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)等四遙功能，并將所遙測(cè)的電流電壓信息及時(shí)上傳給主站、和接受主站命令，實(shí)現(xiàn)遙控遙調(diào)功能。結(jié)合RTU與變電站的配合要求，對(duì)變電站中特征電參量的采集計(jì)算方法、RTU總體方案、硬件選

5、擇與軟件進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：RTU；SCADA系統(tǒng)；主站；自動(dòng)化；四遙功能</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 RTU綜述1</p><p>　　1.2 本

6、文研究?jī)?nèi)容1</p><p>　　第2章 RTU硬件設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.1 RTU總體設(shè)計(jì)方案2</p><p>　　2.2 RTU控制核心模塊設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.2.1 CPU的選擇3</p><p>　　2.2.2 復(fù)位電路設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.

7、2.3 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.2.4 RTU控制核心模塊原理圖5</p><p>　　2.3 電流電壓檢測(cè)電路設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.4 電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)電路設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.5 電氣設(shè)備動(dòng)作控制電路設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.6 報(bào)警電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)8</

8、p><p>　　2.7 RTU與主站通信接口電路設(shè)計(jì)8</p><p>　　第3章 RTU軟件設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1 軟件實(shí)現(xiàn)功能綜述10</p><p>　　3.2 流程圖設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.2.1 主程序流程圖設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.2.2 數(shù)據(jù)采

9、集流程圖設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.2.3 通信流程圖設(shè)計(jì)12</p><p>　　第4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析13</p><p>　　4.1 系統(tǒng)原理圖13</p><p>　　4.2 系統(tǒng)原理綜述14</p><p>　　第5章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)15</p><p><b&g

10、t;　　參考文獻(xiàn)16</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　RTU綜述</b></p><p>　　配電網(wǎng)自動(dòng)化遠(yuǎn)方終端RTU是用于配電網(wǎng)饋線回路的各種饋線遠(yuǎn)方終端、配電變壓器遠(yuǎn)方終端以及中壓監(jiān)控單元（配電自動(dòng)化及管理系統(tǒng)子站）等設(shè)備的統(tǒng)稱(chēng)。采用通信通道完成數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)

11、方控制功能。</p><p>　　變電站遠(yuǎn)方終端RTU是SCADA系統(tǒng)的基本組成單元，是電網(wǎng)監(jiān)視和控制系統(tǒng)中安裝在變電站的一種遠(yuǎn)動(dòng)裝置，它負(fù)責(zé)采集變電站電力運(yùn)行狀態(tài)的模擬量和狀態(tài)量，監(jiān)視并向調(diào)度中心傳送這些模擬量和狀態(tài)量，執(zhí)行調(diào)度中心發(fā)往所在變電站的控制和調(diào)度命令，實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心對(duì)電網(wǎng)的遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)“四遙”功能。RTU的發(fā)展歷程是與“三遙”工程技術(shù)相聯(lián)系地。所謂“三遙”工程技術(shù)是指遙測(cè)、遙控、遙調(diào)技術(shù)，是

12、研究遠(yuǎn)處人們不易到達(dá)的地點(diǎn)，對(duì)物理變化過(guò)程、生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行檢測(cè)(遙測(cè))、調(diào)節(jié)(遙調(diào))、控制(遙控)的一門(mén)學(xué)科。服務(wù)于變電站自動(dòng)化的RTU還具有了配電故障信息采集與處理、電能質(zhì)量測(cè)量、斷路器在線監(jiān)測(cè)等功能，以達(dá)到調(diào)度自動(dòng)化對(duì)用戶(hù)可靠?jī)?yōu)質(zhì)供電的最終目標(biāo)。</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，電力系統(tǒng)自動(dòng)化程度也日益提高。變電站在電能的生產(chǎn)、傳輸、應(yīng)用過(guò)程中，占有非常重要的地位，因此，變電站

13、自動(dòng)化系統(tǒng)在變電站的改造和新建中得到了普遍的應(yīng)用。</p><p><b>　　本文研究?jī)?nèi)容</b></p><p>　　本次的設(shè)計(jì)要求配電變電所進(jìn)線為10kV，出線為0.4kV，每條輸電線路最大輸出功率為1500kVA，該RTU監(jiān)測(cè)2回0.4kV輸出線路的電流電壓以及線路上斷路器隔離開(kāi)關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)，并將電流電壓的有效值上傳給主站，同時(shí)能接受主站發(fā)出的遙控遙調(diào)等開(kāi)關(guān)量

14、輸出命令。</p><p>　　在硬件電路設(shè)計(jì)中要求包括最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電流電壓檢測(cè)電路設(shè)計(jì)、電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)電路設(shè)計(jì)、電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)控制電路設(shè)計(jì)、RTU與主站通信接口設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　RTU硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　RTU總體設(shè)計(jì)方案</b></p>&l

15、t;p>　　作為一個(gè)基于單片機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需要從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮：</p><p>　　微處理器的選擇：在設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)所設(shè)計(jì)RTU的功能、可靠性、能耗等指標(biāo)選擇一個(gè)性?xún)r(jià)比合理的微處理器，應(yīng)該從微處理器的運(yùn)行速度、片內(nèi)資源、擴(kuò)展能力、保密性和特殊功能等方面考慮，在市場(chǎng)上提供的微處理器中選擇性?xún)r(jià)比高、貨源足的芯片。</p><p>　　元器件選擇：在選擇好微處理器后，片內(nèi)資源仍不足時(shí)

16、，要進(jìn)行選擇系統(tǒng)擴(kuò)展和配置所需要的元器件，如：存儲(chǔ)器、顯示器、通訊接口和穩(wěn)壓電源等器件，但是這些器件的選擇應(yīng)該符合我們所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的要求。</p><p>　　軟/硬件功能分配：軟件、硬件的功能是可以互換的，有些硬件的功能是可以用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。使用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)功能可以提高系統(tǒng)的工作速度，減少軟件的設(shè)計(jì)時(shí)間，但是會(huì)增加成本。如用軟件代替硬件的功能，可以節(jié)省硬件的使用和費(fèi)用，但增加了軟件的復(fù)雜性和設(shè)計(jì)時(shí)間。所以要對(duì)硬件和

17、軟件功能做出很好的分配。</p><p>　　通過(guò)對(duì)總體設(shè)計(jì)的全面考慮，結(jié)合實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)中主要有兩方面技術(shù)要求：一本文設(shè)計(jì)的RTU要求有很好的通用性，能夠適用于多種工作場(chǎng)合，所以要能夠采集種類(lèi)型的信號(hào)；二是結(jié)構(gòu)要模塊化，主板上有各種類(lèi)型的數(shù)據(jù)采集接口，設(shè)計(jì)有串行通信接口，別的通信方式通過(guò)串口來(lái)擴(kuò)展。</p><p>　　圖2.1 89C51RTU總體設(shè)計(jì)方案圖</p>&

18、lt;p>　　本論文中硬件設(shè)計(jì)方案各模塊功能如下：通信接口：主要負(fù)責(zé)與主機(jī)的通信將檢測(cè)到的一些數(shù)據(jù)及時(shí)送到主站；A/D轉(zhuǎn)換器：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集傳輸時(shí)的模數(shù)轉(zhuǎn)換；人機(jī)對(duì)話模塊：主要是向系統(tǒng)輸入一些命令或數(shù)據(jù)來(lái)控制RTU的設(shè)置模式和設(shè)置狀態(tài)信息等；復(fù)位電路：可完成系統(tǒng)上電復(fù)位；電源電路：向系統(tǒng)提供+5V電壓；開(kāi)關(guān)量輸入模塊和開(kāi)關(guān)量輸出模塊：主要是檢測(cè)線路上斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，完成斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的投切；程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：當(dāng)線路發(fā)

19、生故障時(shí)快速切斷故障區(qū)段對(duì)非故障區(qū)段及早恢復(fù)供電提高供電的可靠性，由于單片機(jī)存儲(chǔ)不能滿(mǎn)足實(shí)際的要求所以要外加個(gè)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用以?xún)?chǔ)存數(shù)據(jù)采集模塊傳來(lái)的重要數(shù)據(jù)信息。</p><p>　　RTU控制核心模塊設(shè)計(jì)</p><p><b>　　CPU的選擇</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)采用89C51單片機(jī)作為控制器，89C

20、51一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器。該器件價(jià)格低廉且易使用，技術(shù)方面已經(jīng)相當(dāng)成熟，使用89C51完全可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。其管腳說(shuō)明如圖2.2所示</p><p>　　圖2.2

21、89C51引腳結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　復(fù)位電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　復(fù)位對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)很重要，各個(gè)單元要進(jìn)入正常工作狀態(tài)，需要可靠的位，而一旦處理器處于未知狀態(tài)，比如程序“跑飛”或進(jìn)入死循環(huán)，就需要強(qiáng)行將統(tǒng)復(fù)位。正常情況下，一般有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位。如果電源電壓出現(xiàn)波動(dòng)，系統(tǒng)會(huì)正常復(fù)位，這時(shí)候會(huì)發(fā)生復(fù)位時(shí)間不夠從而造成一些錯(cuò)誤甚至死機(jī)，所以復(fù)

22、位監(jiān)控電也是有必要的。它具備如下功能：</p><p>　　上電復(fù)位保障上電時(shí)能正確地啟動(dòng)系統(tǒng)。</p><p>　　掉電復(fù)位當(dāng)電源失效或電壓降到某一電壓值以下時(shí)復(fù)位系統(tǒng)。</p><p>　　本系統(tǒng)的復(fù)位電路如圖2.3所示。電容的值C1為10μF，電阻R1=8.2k?？杀Ｕ舷到y(tǒng)在不同的異常條件下可靠地復(fù)位，防止系統(tǒng)失控。</p><p>　

23、　圖2.3 復(fù)位電路圖</p><p><b>　　時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏，而單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能工作，在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，只需要外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元，決定單片機(jī)的工作速度，時(shí)鐘電路用于生產(chǎn)單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)，如果沒(méi)有時(shí)鐘信號(hào)單片機(jī)就不

24、能正常工作，由此可見(jiàn)，一個(gè)系統(tǒng)中，單片機(jī)的時(shí)鐘電路也是不可或缺的一個(gè)重要組成部分，時(shí)鐘信號(hào)可以有兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)二分頻的觸發(fā)器，其輸出是單片機(jī)所需的時(shí)鐘信號(hào)。89C51內(nèi)部有一個(gè)高增益反向放大器，用于構(gòu)成片內(nèi)振蕩器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷諧

25、振器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。、可穩(wěn)定頻率并對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用，值選擇30pF。電路如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4 時(shí)鐘電路圖</p><p>　　RTU控制核心模塊原理圖</p><p>　　RTU中計(jì)算機(jī)需要能夠穩(wěn)定迅速的運(yùn)行，這就要求其工作節(jié)奏必須穩(wěn)定且能靈活改變，而時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)

26、的工作節(jié)奏，所以需在核心模塊中添加一個(gè)時(shí)鐘電路讓計(jì)算機(jī)能正常持續(xù)的運(yùn)行。在CPU正常工作時(shí)需要定時(shí)恒頻率的脈沖，所以需要外加個(gè)晶振電路 。由于RTU需要經(jīng)常處于惡劣的環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間工作，因此，為防止處理器處于未知狀態(tài)，比如程序“跑飛”或進(jìn)入死循環(huán)的狀態(tài)，需在核心模塊中加一個(gè)復(fù)位電路以便在CPU發(fā)生死機(jī)的情況下能迅速?gòu)?fù)位。RTU具有電流電壓采集記錄等功能，而且 89C51內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)空間比較小不能儲(chǔ)存大量的電流電壓信息，所以要外擴(kuò)

27、一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。根據(jù)上文所述，將所選擇的CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路等連接在一起從而構(gòu)成完整的RTU控制核心模塊，核心模塊如圖2.5所示。</p><p>　　圖2.5 RTU控制核心模塊原理圖</p><p>　　電流電壓檢測(cè)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)背景為：配電變電所進(jìn)線為10kV，出線為0.4kV，每條輸電線路最大輸出功率為

28、1500kVA該RTU監(jiān)測(cè)2回0.4kV輸出線路的電流電壓以及線路上斷路器隔離開(kāi)關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)，并將電流電壓的有效值上傳給主站，同時(shí)能接受主站發(fā)出的遙控遙調(diào)等開(kāi)關(guān)量輸出命令。由此可進(jìn)而確定出模擬量的檢測(cè)路數(shù)為12路，分別為6路電壓信號(hào)和6路電流信號(hào)。</p><p>　　在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，A/D轉(zhuǎn)換的速度和精度又決定了采集系統(tǒng)的速度和精度。MAX197是具有12位測(cè)量精度的高速A/D轉(zhuǎn)換芯片，只需單一電源供電，且轉(zhuǎn)

29、換時(shí)間很短，約為6us，具有8路模擬轉(zhuǎn)換通道和12位的A/D轉(zhuǎn)換其轉(zhuǎn)換精度，還提供了標(biāo)準(zhǔn)的并行接口，為8位三態(tài)數(shù)據(jù)I/O口，可以和大部分單片機(jī)直接接口，使用十分方便所以選用兩片A/D MAX197轉(zhuǎn)換器即可滿(mǎn)足本次設(shè)計(jì)的需要。</p><p>　　由于計(jì)算機(jī)在任一時(shí)刻只能接收一路模擬量信號(hào)的采集輸入，當(dāng)有多路模擬量信號(hào)時(shí)需通過(guò)模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，按一定順序選取其中一路進(jìn)行采集。當(dāng)需要對(duì)多個(gè)模擬量進(jìn)行模數(shù)變換時(shí)，由于A/

30、D轉(zhuǎn)換器的價(jià)格較貴，通常不是每個(gè)模擬量輸入通道設(shè)置一個(gè)A/D，而是多路輸入模擬量共用一個(gè)A/D，中間經(jīng)過(guò)多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換。在本設(shè)計(jì)中，選用型號(hào)為的LW18系列的多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。</p><p>　　綜上所述，完整的模擬量檢測(cè)電路如圖2.6所示。</p><p>　　圖2.6 模擬量檢測(cè)電路圖</p><p>　　電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)電路設(shè)計(jì)</p>&l

31、t;p>　　電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)電路如下圖2.8所示。</p><p>　　圖2.7 電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)電路圖</p><p>　　由變電站的電氣主接線圖可知，本次設(shè)計(jì)主要研究的是RTU監(jiān)測(cè)2回0.4kV輸出線路的電流、電壓以及線路上斷路器隔離開(kāi)關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)，所以檢測(cè)電氣設(shè)備的臺(tái)數(shù)為4臺(tái)，開(kāi)關(guān)量輸入4路。因此，選擇89C51單片機(jī)的P1口作為四路開(kāi)關(guān)量的輸入接口，采用光電耦隔離措施

32、來(lái)排除輸入開(kāi)關(guān)量采樣過(guò)程中干擾信號(hào)的影響。當(dāng)有遙信信號(hào)時(shí)光耦二極管發(fā)光，并且光耦合器導(dǎo)通使單片機(jī)的輸入端變成低電平，單片機(jī)接受遙信信號(hào)。</p><p>　　電氣設(shè)備動(dòng)作控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　具體電路如圖2.8所示。</p><p>　　圖2.8 電氣設(shè)備動(dòng)作控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)電氣主接線圖和監(jiān)測(cè)回路中的斷路器和

33、隔離開(kāi)關(guān)的個(gè)數(shù)可以確定，所搖控電氣設(shè)備的臺(tái)數(shù)為4臺(tái)，開(kāi)關(guān)量控制輸出為6路。選擇89C51的PA3口作為六路開(kāi)關(guān)量的輸出口。</p><p>　　由于單片機(jī)I/O口提供的電流太小，不能直接驅(qū)動(dòng)繼電器。所以由單片機(jī)的I/O口輸出到驅(qū)動(dòng)芯片以驅(qū)動(dòng)繼電器，為了防止繼電器誤動(dòng)，需要對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)加以互鎖，因此，在電氣設(shè)備動(dòng)作控制電路中應(yīng)采用繼電器隔離來(lái)隔離強(qiáng)弱電。</p><p><b>　　

34、報(bào)警電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　指示燈的顯示直觀、易引起注意等優(yōu)點(diǎn)是其他顯示器不可代替的，但指示燈也不宜過(guò)多，主要用于顯示一些重要信息。本控制器設(shè)有5個(gè)指示燈，分別為電源指示、裝置故障指示、裝置閉鎖指示、開(kāi)關(guān)現(xiàn)地控制指示、開(kāi)關(guān)自動(dòng)控制指示。當(dāng)控制器故障或閉鎖時(shí)，指示燈配合蜂鳴器的聲音可提醒運(yùn)行人員注意，而開(kāi)關(guān)現(xiàn)地控制、開(kāi)關(guān)自動(dòng)控制指示燈顯示當(dāng)前裝置的控制狀態(tài)，其中報(bào)警電路如圖2.9所示。

35、</p><p><b>　　圖2.9 報(bào)警電路</b></p><p>　　RTU與主站通信接口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　RS-232是PC機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口，許多設(shè)備都提供串行接口。在本設(shè)計(jì)中，串口一方面作為調(diào)試程序時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出設(shè)備，另一方面，可以通過(guò)串口來(lái)與PC機(jī)進(jìn)行通信。RS-232被定義為一種在低速率串行通

36、訊中增加通訊距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。收、發(fā)端的數(shù)據(jù)信號(hào)是相對(duì)于信號(hào)地。典型的RS-232信號(hào)在正負(fù)電平之間擺動(dòng)，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器輸出正電平在+5～+15V，負(fù)電平在-5～-15V電平。當(dāng)無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，線上為T(mén)TL，從開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線上電平從TTL電平到RS-232電平再返回TTL電平由于發(fā)送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送

37、距離最大為約15米，最高速率為20kb/s。RS-232是為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（即只用一對(duì)收、發(fā)設(shè)備）通訊而設(shè)計(jì)的，滿(mǎn)足簡(jiǎn)單通信的需求。</p><p>　　要完成基本的通信功能，實(shí)際上只需RXD，TXD，GND即可。RS232標(biāo)準(zhǔn)接口有9芯或25芯的D型插頭，本設(shè)計(jì)采用的是9芯的D型插頭。本文MAX232的串口驅(qū)動(dòng)芯片設(shè)計(jì)了3路三線制的UART串行口，波特率可高達(dá)1200bps～57600bps，有RS232電平轉(zhuǎn)換功能。

38、其中UART0和UART2可以和上位機(jī)連接，也可以接傳感器。RS232接口電路如圖2.9.1所示。</p><p>　　圖2.9.1 RS232接口電路</p><p><b>　　RTU軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　軟件實(shí)現(xiàn)功能綜述</b></p><p>　　RTU復(fù)雜的算法是靠

39、軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。同樣的硬件加上不同的算法，就組成了不同功能的系統(tǒng)，這給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的靈活性并縮短了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期。因此，軟件設(shè)計(jì)在AT89C51系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中是非常關(guān)鍵的。RTU軟件系統(tǒng)以實(shí)時(shí)多任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)為核心，對(duì)內(nèi)部任務(wù)和外部任務(wù)調(diào)度和管理。系統(tǒng)上電啟動(dòng)后，上電復(fù)位對(duì)整個(gè)硬件電路進(jìn)行復(fù)位，先進(jìn)行初始化和系統(tǒng)自檢，然后就啟動(dòng)定時(shí)器定時(shí)，之后就進(jìn)入任務(wù)調(diào)度程序，檢查有沒(méi)有任務(wù)被置位。本次設(shè)計(jì)根據(jù)電力系統(tǒng)實(shí)際的需求，所以仍采用傳統(tǒng)的程序設(shè)

40、計(jì)，即采用順序結(jié)構(gòu)，程序運(yùn)行中對(duì)中斷進(jìn)行響應(yīng)。順序結(jié)構(gòu)軟件由一個(gè)無(wú)限循環(huán)的主程序和若干個(gè)中斷程序構(gòu)成。為了提高實(shí)時(shí)性，要求中斷得理程序盡量短，并采用設(shè)置標(biāo)志位的方法。中斷程序基本上只完成基本的工作，大部分工作由主程序完成。主程序循環(huán)查詢(xún)各個(gè)標(biāo)志位以確定是否發(fā)生過(guò)中斷，是否需要做相應(yīng)處理。</p><p><b>　　流程圖設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)中R

41、TU軟件系統(tǒng)的流程圖的設(shè)計(jì)包括主程序流程圖、數(shù)據(jù)采集流程圖以及通信流程圖的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　主程序流程圖設(shè)計(jì)</b></p><p>　　主程序循環(huán)查詢(xún)各個(gè)標(biāo)志位以確定是否發(fā)生過(guò)中斷，是否需要做相應(yīng)處理。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控控制中心計(jì)算機(jī)的雙向數(shù)據(jù)通信，使得RTU單元將多種測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成協(xié)議所規(guī)

42、定的格式，并及時(shí)送往控制中心。當(dāng)單片機(jī)接收到外部中斷觸發(fā)信號(hào)之后，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，該中斷信號(hào)通過(guò)低電平觸發(fā)INT1引腳。</p><p>　　主程序在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，利用程序采用串口將數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)。單片機(jī)以校驗(yàn)的方式發(fā)送數(shù)據(jù)，以16B數(shù)據(jù)為一幀，每發(fā)送一幀數(shù)據(jù)都要等待上位機(jī)的反饋信號(hào)，以判斷數(shù)據(jù)傳輸是否正確。主程序流程圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 RTU流程框圖&l

43、t;/p><p><b>　　數(shù)據(jù)采集流程圖設(shè)計(jì)</b></p><p>　　數(shù)據(jù)采集模塊軟件功能主要是通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)交流信號(hào)和運(yùn)行狀態(tài)等電參量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和處理。數(shù)據(jù)采集流程圖如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 數(shù)據(jù)采集流程圖</p><p><b>　　通信流程圖設(shè)計(jì)</b><

44、/p><p>　　本次設(shè)計(jì)的通信流程框圖如下圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 通信流程圖</p><p>　　通信主控模塊軟件功能主要是通過(guò)編程構(gòu)筑連接當(dāng)?shù)豍C機(jī)以及變電站遠(yuǎn)程集控中心與各類(lèi)現(xiàn)場(chǎng)單元信號(hào)測(cè)量模塊間數(shù)據(jù)通信的紐帶。</p><p><b>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析</b></p><p

45、><b>　　系統(tǒng)原理圖</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)中RTU總體設(shè)計(jì)方案以CPU為核心，外加模擬量輸入模塊及A/D轉(zhuǎn)換器。通信接口主要負(fù)責(zé)與主機(jī)的通信將檢測(cè)到的一些數(shù)據(jù)及時(shí)送到主站。開(kāi)關(guān)量輸入模塊和開(kāi)關(guān)量輸出模塊主要是檢測(cè)線路上斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，完成斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的投切。軟件系統(tǒng)要求在硬件資源的基礎(chǔ)上, 采用模塊化結(jié)構(gòu), 利用89C51單片機(jī)語(yǔ)言編程，RTU的軟件功能

46、包括交流電壓、電流信號(hào)的高速實(shí)時(shí)采樣和有效值計(jì)算，有功、無(wú)功、功率因數(shù)計(jì)算，各交流量的高次諧波分量及諧波總量計(jì)算，遙信量的采集及上送，遙控返校及執(zhí)行等諸多功能。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中的基于89C51單片機(jī)的配電網(wǎng)自動(dòng)化遠(yuǎn)方終端RTU的系統(tǒng)原理電路圖如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　　系統(tǒng)原理綜述&

47、lt;/b></p><p>　　在電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中，遠(yuǎn)方終端RTU的功能是指終端對(duì)電網(wǎng)的監(jiān)視和控制能力，也包括終端的自檢自調(diào)和自恢復(fù)的能力。由于電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)面對(duì)一個(gè)龐大而錯(cuò)綜復(fù)雜的對(duì)象，遠(yuǎn)方終端的任務(wù)不僅數(shù)量多，而且復(fù)雜。通常的遠(yuǎn)方終端功能可劃分為遠(yuǎn)方功能和當(dāng)?shù)毓δ?lt;/p><p>　　本次設(shè)計(jì)主要是以RTU為研究對(duì)象，通過(guò)模擬量檢測(cè)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)回路中的電流、電壓信號(hào)等信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)

48、，然后將這些電參量通過(guò)RS485接口電路將檢測(cè)到的信號(hào)通及時(shí)上傳給主站，從而達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能。</p><p>　　當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，RTU系統(tǒng)通過(guò)故障檢測(cè)記錄相關(guān)的故障測(cè)量信息和故障特征信息，并將這一信息及時(shí)地傳遞給主站，同時(shí)開(kāi)關(guān)檢測(cè)電路將回路中的開(kāi)關(guān)狀態(tài)再次通過(guò)通信通道上傳給主站?；?9C51單片機(jī)的控制，通過(guò)軟件運(yùn)算故障區(qū)段故障信息之后，向RTU發(fā)出遙控命令，利用斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的分?jǐn)嗯c重合功能將故障區(qū)

49、段切除，對(duì)故障區(qū)段正常供電，完成RTU的四遙功能，即遙測(cè)、遙信、遙控和遙調(diào)功能。</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　變電站遠(yuǎn)方終端RTU是SCADA系統(tǒng)的基本組成單元，是電網(wǎng)監(jiān)視和控制系統(tǒng)中安裝在變電站的一種遠(yuǎn)動(dòng)裝置，它負(fù)責(zé)采集變電站電力運(yùn)行狀態(tài)的模擬量和狀態(tài)量，監(jiān)視并向調(diào)度中心傳送這些模擬量和狀態(tài)量，執(zhí)行調(diào)度中心發(fā)往所在變電站的控

50、制和調(diào)度命令，實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心對(duì)電網(wǎng)的遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)“四遙”功能。</p><p>　　本次的設(shè)計(jì)要求配電變電所進(jìn)線為10kV，出線為0.4kV，每條輸電線路最大輸出功率為1500kVA，該RTU監(jiān)測(cè)2回0.4kV輸出線路的電流電壓以及線路上斷路器隔離開(kāi)關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)，并將電流電壓的有效值上傳給主站，同時(shí)能接受主站發(fā)出的遙控遙調(diào)等開(kāi)關(guān)量輸出命令。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)要求

51、較好的完成了設(shè)計(jì)內(nèi)容，取得的成果主要體現(xiàn)在RTU的設(shè)計(jì)上嚴(yán)格遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)功、RTU系統(tǒng)采用AT89C51作為CPU，具有低功耗、高穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性，滿(mǎn)足當(dāng)前電力系統(tǒng)的要求和本次設(shè)計(jì)的RTU按照設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能分單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、電壓，電流測(cè)量模塊、開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊、通信模塊四個(gè)功能模塊進(jìn)行了芯片選型、原理圖設(shè)計(jì);RTU系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)上使用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，將整個(gè)程序模塊化。最后對(duì)系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行了調(diào)試這三個(gè)方面。</p&

52、gt;<p>　　本論文的研究及設(shè)計(jì)初步完成了利用單片機(jī)設(shè)計(jì)的變電站自動(dòng)化遠(yuǎn)方終端基本實(shí)現(xiàn)了變電站自動(dòng)化遠(yuǎn)方終端主控制器RTU的主要功能，由于時(shí)間關(guān)系，本次設(shè)計(jì)的RTU還有不完善的方面，主要體現(xiàn)在：①接口部分為了操作方便，可以進(jìn)行深入研究，如加入觸摸屏等方式；②硬件電路部分雖然進(jìn)行了大量的研究與設(shè)計(jì)，但仍需要對(duì)一些電路進(jìn)行更好更合理的設(shè)計(jì)；③設(shè)計(jì)中在軟件設(shè)計(jì)方面還有很多欠缺與不足，有待進(jìn)一步深入研究，以便使RTU的性能更好

53、，整個(gè)系統(tǒng)更合理。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]黃益莊編著 《變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)》 中國(guó)電力出版社 2004.</p><p>　　[2]劉佩娟,陸天鍵編著 《遠(yuǎn)方終端裝置的現(xiàn)狀和設(shè)計(jì)新產(chǎn)品的要求》 電網(wǎng)技術(shù) 1998,5.</p><p>　　[3]楊蘭,張艷平編著 《電力

54、系統(tǒng)自動(dòng)化遠(yuǎn)方終端的研制》 長(zhǎng)沙理工大學(xué)學(xué)報(bào) 2006.2.</p><p>　　[4]柳永智,劉曉川編著 《電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)》 中國(guó)電力出版社 2002.</p><p>　　[5]畢勝春編著 《電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)及調(diào)度自動(dòng)化》 中國(guó)電力出版社2000.</p><p>　　[6]張永健編著 《電網(wǎng)監(jiān)控與調(diào)度自動(dòng)化（第二版）》 中國(guó)電力出版社 2007.2.</p&g

55、t;<p>　　[7]陳堂等編著 《配電系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)》 中國(guó)電力出版社 2004.8. </p><p>　　[8]王田苗編著 《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例開(kāi)發(fā)》 北京:清華大學(xué)出版社 2003.</p><p>　　[9]周立功編著 《ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程》 北京:北京航空航天大學(xué)出版社 2005.</p><p>　　[11]劉湘濤,江世明編

56、著 《單片機(jī)原理與應(yīng)用》 電子工業(yè)出版社 2006.7.</p><p>　　[12]李朝青編著 《單片機(jī)原理及接口技術(shù)（第三版）》 北京航天大學(xué)出版社 2005.</p><p>　　[13]謝筑森編著 《單片機(jī)開(kāi)發(fā)與典型應(yīng)用設(shè)計(jì)》 北京:電子工業(yè)出版社1997.</p><p>　　[14]范立南,李雪飛編著 《單片微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》人民郵電出版社 200