10kv變電站rtu設(shè)計

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

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

3、工程及其自動化 </p><p>　　注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　RTU是一種遠端測控單元裝置，負責(zé)對現(xiàn)場信號、工業(yè)設(shè)備的監(jiān)測和控制。RTU具有通訊距離較長、用于各種環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場、模塊結(jié)構(gòu)化設(shè)計和便于擴展等特點。與此同時RTU還

4、擁有優(yōu)良的通訊能力和更多的計算功能，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)計中的RTU主要實現(xiàn)與配電變電所配合來實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等四遙功能，并將所遙測的電流電壓信息及時上傳給主站、和接受主站命令，實現(xiàn)遙控遙調(diào)功能。結(jié)合RTU與變電站的配合要求，對變電站中特征電參量的采集計算方法、RTU總體方案、硬件選

5、擇與軟件進行了分析和設(shè)計。</p><p>　　關(guān)鍵詞：RTU；SCADA系統(tǒng)；主站；自動化；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、文研究內(nèi)容1</p><p>　　第2章 RTU硬件設(shè)計2</p><p>　　2.1 RTU總體設(shè)計方案2</p><p>　　2.2 RTU控制核心模塊設(shè)計3</p><p>　　2.2.1 CPU的選擇3</p><p>　　2.2.2 復(fù)位電路設(shè)計4</p><p>　　2.

7、2.3 時鐘電路設(shè)計4</p><p>　　2.2.4 RTU控制核心模塊原理圖5</p><p>　　2.3 電流電壓檢測電路設(shè)計6</p><p>　　2.4 電氣設(shè)備運行狀態(tài)檢測電路設(shè)計7</p><p>　　2.5 電氣設(shè)備動作控制電路設(shè)計7</p><p>　　2.6 報警電路設(shè)計設(shè)計8</

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

9、集流程圖設(shè)計11</p><p>　　3.2.3 通信流程圖設(shè)計12</p><p>　　第4章 系統(tǒng)設(shè)計與分析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)計總結(jié)15</p><p><b&g

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

11、方控制功能。</p><p>　　變電站遠方終端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動裝置，它負責(zé)采集變電站電力運行狀態(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，實現(xiàn)調(diào)度中心對電網(wǎng)的遙測、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、遙控、遙調(diào)技術(shù)，是

12、研究遠處人們不易到達的地點，對物理變化過程、生產(chǎn)過程進行檢測(遙測)、調(diào)節(jié)(遙調(diào))、控制(遙控)的一門學(xué)科。服務(wù)于變電站自動化的RTU還具有了配電故障信息采集與處理、電能質(zhì)量測量、斷路器在線監(jiān)測等功能，以達到調(diào)度自動化對用戶可靠優(yōu)質(zhì)供電的最終目標。</p><p>　　隨著計算機技術(shù)、通訊技術(shù)和電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，電力系統(tǒng)自動化程度也日益提高。變電站在電能的生產(chǎn)、傳輸、應(yīng)用過程中，占有非常重要的地位，因此，變電站

13、自動化系統(tǒng)在變電站的改造和新建中得到了普遍的應(yīng)用。</p><p><b>　　本文研究內(nèi)容</b></p><p>　　本次的設(shè)計要求配電變電所進線為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2回0.4kV輸出線路的電流電壓以及線路上斷路器隔離開關(guān)的運行狀態(tài)，并將電流電壓的有效值上傳給主站，同時能接受主站發(fā)出的遙控遙調(diào)等開關(guān)量

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

15、t;p>　　作為一個基于單片機的系統(tǒng)設(shè)計，需要從以下幾個方面來考慮：</p><p>　　微處理器的選擇：在設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)所設(shè)計RTU的功能、可靠性、能耗等指標選擇一個性價比合理的微處理器，應(yīng)該從微處理器的運行速度、片內(nèi)資源、擴展能力、保密性和特殊功能等方面考慮，在市場上提供的微處理器中選擇性價比高、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

16、，要進行選擇系統(tǒng)擴展和配置所需要的元器件，如：存儲器、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實現(xiàn)的。使用硬件來實現(xiàn)功能可以提高系統(tǒng)的工作速度，減少軟件的設(shè)計時間，但是會增加成本。如用軟件代替硬件的功能，可以節(jié)省硬件的使用和費用，但增加了軟件的復(fù)雜性和設(shè)計時間。所以要對硬件和

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

18、lt;p>　　本論文中硬件設(shè)計方案各模塊功能如下：通信接口：主要負責(zé)與主機的通信將檢測到的一些數(shù)據(jù)及時送到主站；A/D轉(zhuǎn)換器：實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集傳輸時的模數(shù)轉(zhuǎn)換；人機對話模塊：主要是向系統(tǒng)輸入一些命令或數(shù)據(jù)來控制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；開關(guān)量輸入模塊和開關(guān)量輸出模塊：主要是檢測線路上斷路器、隔離開關(guān)的狀態(tài)，完成斷路器、隔離開關(guān)的投切；程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器：當(dāng)線路發(fā)

19、生故障時快速切斷故障區(qū)段對非故障區(qū)段及早恢復(fù)供電提高供電的可靠性，由于單片機存儲不能滿足實際的要求所以要外加個外部數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)存儲器用以儲存數(shù)據(jù)采集模塊傳來的重要數(shù)據(jù)信息。</p><p>　　RTU控制核心模塊設(shè)計</p><p><b>　　CPU的選擇</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求本設(shè)計采用89C51單片機作為控制器，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高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器。該器件價格低廉且易使用，技術(shù)方面已經(jīng)相當(dāng)成熟，使用89C51完全可以達到設(shè)計要求。其管腳說明如圖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</b></p><p>　　復(fù)位對于一個系統(tǒng)來說很重要，各個單元要進入正常工作狀態(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”或進入死循環(huán)，就需要強行將統(tǒng)復(fù)位。正常情況下，一般有上電復(fù)位和手動復(fù)位。如果電源電壓出現(xiàn)波動，系統(tǒng)會正常復(fù)位，這時候會發(fā)生復(fù)位時間不夠從而造成一些錯誤甚至死機，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)位保障上電時能正確地啟動系統(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>　　時鐘電路設(shè)計</b></p><p>　　時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏，而單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能工作，在單片機內(nèi)部有一個時鐘振蕩電路，只需要外接一個振蕩源就能產(chǎn)生一定的時鐘信號送到單片機內(nèi)部的各個單元，決定單片機的工作速度，時鐘電路用于生產(chǎn)單片機工作所需的時鐘信號，如果沒有時鐘信號單片機就不

24、能正常工作，由此可見，一個系統(tǒng)中，單片機的時鐘電路也是不可或缺的一個重要組成部分，時鐘信號可以有兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。</p><p>　　本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式，內(nèi)部時鐘發(fā)生器實質(zhì)上是一個二分頻的觸發(fā)器，其輸出是單片機所需的時鐘信號。89C51內(nèi)部有一個高增益反向放大器，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)部時鐘發(fā)生器。、可穩(wěn)定頻率并對振蕩頻率有微調(diào)作用，值選擇30pF。電路如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4 時鐘電路圖</p><p>　　RTU控制核心模塊原理圖</p><p>　　RTU中計算機需要能夠穩(wěn)定迅速的運行，這就要求其工作節(jié)奏必須穩(wěn)定且能靈活改變，而時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機

26、的工作節(jié)奏，所以需在核心模塊中添加一個時鐘電路讓計算機能正常持續(xù)的運行。在CPU正常工作時需要定時恒頻率的脈沖，所以需要外加個晶振電路 。由于RTU需要經(jīng)常處于惡劣的環(huán)境中長時間工作，因此，為防止處理器處于未知狀態(tài)，比如程序“跑飛”或進入死循環(huán)的狀態(tài)，需在核心模塊中加一個復(fù)位電路以便在CPU發(fā)生死機的情況下能迅速復(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)存儲器的存儲空間比較小不能儲存大量的電流電壓信息，所以要外擴

27、一個數(shù)據(jù)存儲器。根據(jù)上文所述，將所選擇的CPU、數(shù)據(jù)存儲器擴展電路、時鐘電路和復(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>　　電流電壓檢測電路設(shè)計</p><p>　　本次設(shè)計的設(shè)計背景為：配電變電所進線為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2回0.4kV輸出線路的電流電壓以及線路上斷路器隔離開關(guān)的運行狀態(tài)，并將電流電壓的有效值上傳給主站，同時能接受主站發(fā)出的遙控遙調(diào)等開關(guān)量輸出命令。由此可進而確定出模擬量的檢測路數(shù)為12路，分別為6路電壓信號和6路電流信號。</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，還提供了標準的并行接口，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)換器即可滿足本次設(shè)計的需要。</p><p>　　由于計算機在任一時刻只能接收一路模擬量信號的采集輸入，當(dāng)有多路模擬量信號時需通過模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)，按一定順序選取其中一路進行采集。當(dāng)需要對多個模擬量進行模數(shù)變換時，由于A/

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

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

32、來排除輸入開關(guān)量采樣過程中干擾信號的影響。當(dāng)有遙信信號時光耦二極管發(fā)光，并且光耦合器導(dǎo)通使單片機的輸入端變成低電平，單片機接受遙信信號。</p><p>　　電氣設(shè)備動作控制電路設(shè)計</p><p>　　具體電路如圖2.8所示。</p><p>　　圖2.8 電氣設(shè)備動作控制電路設(shè)計</p><p>　　根據(jù)電氣主接線圖和監(jiān)測回路中的斷路器和

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

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

35、</p><p><b>　　圖2.9 報警電路</b></p><p>　　RTU與主站通信接口電路設(shè)計</p><p>　　RS-232是PC機與通信工業(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)計中，串口一方面作為調(diào)試程序時的標準輸入輸出設(shè)備，另一方面，可以通過串口來與PC機進行通信。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準。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)信號是相對于信號地。典型的RS-232信號在正負電平之間擺動，在發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送端驅(qū)動器輸出正電平在+5～+15V，負電平在-5～-15V電平。當(dāng)無數(shù)據(jù)傳輸時，線上為TTL，從開始傳送數(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是為點對點（即只用一對收、發(fā)設(shè)備）通訊而設(shè)計的，滿足簡單通信的需求。</p><p>　　要完成基本的通信功能，實際上只需RXD，TXD，GND即可。RS232標準接口有9芯或25芯的D型插頭，本設(shè)計采用的是9芯的D型插頭。本文MAX232的串口驅(qū)動芯片設(shè)計了3路三線制的UART串行口，波特率可高達1200bps～57600bps，有RS232電平轉(zhuǎn)換功能。

38、其中UART0和UART2可以和上位機連接，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</b></p><p><b>　　軟件實現(xiàn)功能綜述</b></p><p>　　RTU復(fù)雜的算法是靠

39、軟件來實現(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)計帶來了很大的靈活性并縮短了系統(tǒng)開發(fā)周期。因此，軟件設(shè)計在AT89C51系統(tǒng)的設(shè)計中是非常關(guān)鍵的。RTU軟件系統(tǒng)以實時多任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)為核心，對內(nèi)部任務(wù)和外部任務(wù)調(diào)度和管理。系統(tǒng)上電啟動后，上電復(fù)位對整個硬件電路進行復(fù)位，先進行初始化和系統(tǒng)自檢，然后就啟動定時器定時，之后就進入任務(wù)調(diào)度程序，檢查有沒有任務(wù)被置位。本次設(shè)計根據(jù)電力系統(tǒng)實際的需求，所以仍采用傳統(tǒng)的程序設(shè)

40、計，即采用順序結(jié)構(gòu)，程序運行中對中斷進行響應(yīng)。順序結(jié)構(gòu)軟件由一個無限循環(huán)的主程序和若干個中斷程序構(gòu)成。為了提高實時性，要求中斷得理程序盡量短，并采用設(shè)置標志位的方法。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)查詢各個標志位以確定是否發(fā)生過中斷，是否需要做相應(yīng)處理。</p><p><b>　　流程圖設(shè)計</b></p><p>　　本次設(shè)計中R

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

42、定的格式，并及時送往控制中心。當(dāng)單片機接收到外部中斷觸發(fā)信號之后，進行數(shù)據(jù)存儲，該中斷信號通過低電平觸發(fā)INT1引腳。</p><p>　　主程序在數(shù)據(jù)傳輸過程中，利用程序采用串口將數(shù)據(jù)傳送至上位機。單片機以校驗的方式發(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)都要等待上位機的反饋信號，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</b></p><p>　　數(shù)據(jù)采集模塊軟件功能主要是通過編程實現(xiàn)現(xiàn)場交流信號和運行狀態(tài)等電參量數(shù)據(jù)的實時采集和處理。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</b><

44、/p><p>　　本次設(shè)計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編程構(gòu)筑連接當(dāng)?shù)豍C機以及變電站遠程集控中心與各類現(xiàn)場單元信號測量模塊間數(shù)據(jù)通信的紐帶。</p><p><b>　　系統(tǒng)設(shè)計與分析</b></p><p

45、><b>　　系統(tǒng)原理圖</b></p><p>　　本次設(shè)計中RTU總體設(shè)計方案以CPU為核心，外加模擬量輸入模塊及A/D轉(zhuǎn)換器。通信接口主要負責(zé)與主機的通信將檢測到的一些數(shù)據(jù)及時送到主站。開關(guān)量輸入模塊和開關(guān)量輸出模塊主要是檢測線路上斷路器、隔離開關(guān)的狀態(tài)，完成斷路器、隔離開關(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單片機語言編程，RTU的軟件功能

46、包括交流電壓、電流信號的高速實時采樣和有效值計算，有功、無功、功率因數(shù)計算，各交流量的高次諧波分量及諧波總量計算，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)計中的基于89C51單片機的配電網(wǎng)自動化遠方終端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，遠方終端RTU的功能是指終端對電網(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)面對一個龐大而錯綜復(fù)雜的對象，遠方終端的任務(wù)不僅數(shù)量多，而且復(fù)雜。通常的遠方終端功能可劃分為遠方功能和當(dāng)?shù)毓δ?lt;/p><p>　　本次設(shè)計主要是以RTU為研究對象，通過模擬量檢測電路實現(xiàn)對回路中的電流、電壓信號等信號進行實時檢測

48、，然后將這些電參量通過RS485接口電路將檢測到的信號通及時上傳給主站，從而達到實時監(jiān)控的功能。</p><p>　　當(dāng)線路發(fā)生故障時，RTU系統(tǒng)通過故障檢測記錄相關(guān)的故障測量信息和故障特征信息，并將這一信息及時地傳遞給主站，同時開關(guān)檢測電路將回路中的開關(guān)狀態(tài)再次通過通信通道上傳給主站?；?9C51單片機的控制，通過軟件運算故障區(qū)段故障信息之后，向RTU發(fā)出遙控命令，利用斷路器、隔離開關(guān)的分斷與重合功能將故障區(qū)

49、段切除，對故障區(qū)段正常供電，完成RTU的四遙功能，即遙測、遙信、遙控和遙調(diào)功能。</p><p><b>　　課程設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　變電站遠方終端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動裝置，它負責(zé)采集變電站電力運行狀態(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，實現(xiàn)調(diào)度中心對電網(wǎng)的遙測、遙信、遙控、遙調(diào)“四遙”功能。</p><p>　　本次的設(shè)計要求配電變電所進線為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2回0.4kV輸出線路的電流電壓以及線路上斷路器隔離開關(guān)的運行狀態(tài)，并將電流電壓的有效值上傳給主站，同時能接受主站發(fā)出的遙控遙調(diào)等開關(guān)量輸出命令。</p><p>　　本次設(shè)計按照設(shè)計要求

51、較好的完成了設(shè)計內(nèi)容，取得的成果主要體現(xiàn)在RTU的設(shè)計上嚴格遵循國家標準和相關(guān)行業(yè)標準功、RTU系統(tǒng)采用AT89C51作為CPU，具有低功耗、高穩(wěn)定性和實時性，滿足當(dāng)前電力系統(tǒng)的要求和本次設(shè)計的RTU按照設(shè)計實現(xiàn)的功能分單片機最小系統(tǒng)模塊、電壓，電流測量模塊、開關(guān)量輸入輸出模塊、通信模塊四個功能模塊進行了芯片選型、原理圖設(shè)計;RTU系統(tǒng)軟件設(shè)計上使用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計，將整個程序模塊化。最后對系統(tǒng)的軟硬件進行了調(diào)試這三個方面。</p&

52、gt;<p>　　本論文的研究及設(shè)計初步完成了利用單片機設(shè)計的變電站自動化遠方終端基本實現(xiàn)了變電站自動化遠方終端主控制器RTU的主要功能，由于時間關(guān)系，本次設(shè)計的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，可以進行深入研究，如加入觸摸屏等方式；②硬件電路部分雖然進行了大量的研究與設(shè)計，但仍需要對一些電路進行更好更合理的設(shè)計；③設(shè)計中在軟件設(shè)計方面還有很多欠缺與不足，有待進一步深入研究，以便使RTU的性能更好

53、，整個系統(tǒng)更合理。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]黃益莊編著 《變電站綜合自動化技術(shù)》 中國電力出版社 2004.</p><p>　　[2]劉佩娟,陸天鍵編著 《遠方終端裝置的現(xiàn)狀和設(shè)計新產(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)自動化遠方終端的研制》 長沙理工大學(xué)學(xué)報 2006.2.</p><p>　　[4]柳永智,劉曉川編著 《電力系統(tǒng)遠動》 中國電力出版社 2002.</p><p>　　[5]畢勝春編著 《電力系統(tǒng)遠動及調(diào)度自動化》 中國電力出版社2000.</p><p>　　[6]張永健編著 《電網(wǎng)監(jiān)控與調(diào)度自動化（第二版）》 中國電力出版社 2007.2.</p&g

55、t;<p>　　[7]陳堂等編著 《配電系統(tǒng)及其自動化技術(shù)》 中國電力出版社 2004.8. </p><p>　　[8]王田苗編著 《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(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 《單片機開發(fā)與典型應(yīng)用設(shè)計》 北京:電子工業(yè)出版社1997.</p><p>　　[14]范立南,李雪飛編著 《單片微型計算機控制系統(tǒng)設(shè)計》人民郵電出版社 200