二次课程设计开关量采集板和变电所点表设计.docx

课 程 设 计

题 目
开关量采集板和变电所点表设计
专 业
电气工程及其自动化
班 级

学 号

（2）封面、任务书、电路图必须打印，电路图不能复印，电路图右下角必须有自己的名字和学号、除了封面，目录，其他双面打印；
（3）学号为单号、双号分别设计主接线图左侧、右侧，公共部分均需要纳入设计。
课程设计（实训）主要任务：
开关量采集板要求采集32路开关量，通过通信接口与主板通信；变电所点表设计。
课程设计（实训）进度安排：（共7周）
序号
内容安排
时间
1
教学，介绍本课程设计的内容与要求。
第1周
2
准备材料，阅读相关知识。
第2～4周
3
完成任务要求。
第5～6周
4
上交，答辩和质疑
第7周

课程设计（实训）参考文献：
[1] 钱清泉，《电气化铁道微机监控技术》，中国铁道出版社，2001年
[2] 盛寿麟，《电力系统远程监控原理》（第2版），中国电力出版社，1998年
[3] 柳永智，刘晓川，《电力系统远动》，中国电力出版社，2003
[4] 白马衍，雷晓平，《单片计算机及其应用》，电子科技大学出版社，1998
[5] 标准集成电路数据手册TTL电路，电子工业出版社
[6] 周立功，《ARM嵌入式系统基础教程》，北京航空航天大学出版设，2006
指导教
师签字

系主任审核签字

指导老师评语

第1章 总体设计
课程设计目的：
在掌握《远动监控技术》或《电力系统调度自动化》课程基本内容的基础上，通过课程设计理解远动监控系统的应用情况，加深课本知识的理解。掌握远动执行端的功能、硬件结构、软件结构，了解远动通信规约的基本内容和实现。
课程设计要求：
根据电气主接线图的左半部分，设计一个32路开关量采集板，设计任务包括软件设计、制定点表以及硬件设计三大部分，具体要求如下：
1、硬件要求
（1）优先选择89C51作为主CPU、开关量采集板CPU，指出其与本次设计有关的外围接口资源；
（2）基于电路绘图软件画出8路开关量的采集电路；
（3）基于分离器件构建开关量采集电路和CPU的接口电路；
（4）给出端口地址分配；
（5）整个变电所开关量采集板为4块，最后通过RS485总线与主CPU通信接口，由主CPU汇总所有开关量信息，设计出4块开关量采集板与主CPU采用的通信接口。
2、制定点表
根据给定的主接线图按照IEC60870-5-101规约制定点表
（1）遥测：主接线图上所有需要采集的电量；
（2）遥信：所有开关的位置信号；
（3）遥控：主接线图上所有的断路器、电动开关的遥控编号，同时指明与遥信点号的关联关系。
3、软件设计
（1）开入采集板的主程序流程图；
（2）开关量采集中断流程图，为1ms中断（1ms中断流程图，包括消抖、采集判断、时标）；
（3）用C语言完成1ms中断程序设计。

第2章 硬件设计
2.1 CPU选择及其外围资源
考虑到所选用的CPU用于开关量采集板的控制，它的主要任务是对开关量采集过程以查询方式进行控制并将采集的数据传送给主CPU，工作负担比较轻，因而可以选用性能较低，价格较便宜的单片机来完成。故选用目前广泛使用的51系列单片机。51系列单片机是一种8位的单片机，其性能已经能满足实际需要，其中DIP封装形式的51单片机的引脚如图2-1：

图2-1 51系列单片机引脚图
89C51单片机共有40个引脚，包含四个8位的I/O并行输入输出端口P0～P3，其中P0，P2口可以用于访问外部存储器的地址输出，P0用于外部存储器的数据输入输出。此外还有一对串行通信输入、输出端口，两个外部中断输入端口，两个定时器的计数脉冲输入端口，以及外部存储器读脉冲和写脉冲输出端口，这些端口与P3端口共用引脚。其中P3口第二功能如表1所示。
表2-1 P3口引脚第二功能
位线
引脚号
第二功能
P3.0
10
RXD（串行口输入端0）
P3.1
11
TXD（串行口输出）
P3.2
12
INT0（外部中断0，低电平有效）
P3.3
13
INT1（外部中断1请求输入端，低电平有效）
P3.4
14
T0（定时器0的计数输入）
P3.5
15
T1（定时器1的计数输入）
P3.6
16
WR（外部数据存储器写选通信号输出端）
P3.7
17
RD（外部数据存储器读选通信号输出端）
2.2 8路开关量的采集电路设计
电路图如图2-2所示，图中开关S1～S8的开合情况表示开关量的开合状态，8路开关量的状态经过光耦隔离之后送入了51单片机P1口中。这样的采集电路一共有四块，每块可实现对应8位开关量的采集，总共实现对32位开关量的实时采集。相应的8路开关采集电路如图2-2所示。

图2-2 8位开关量采集电路图

2.3 开关量采集装置设计
2.3.1 开关量采集板与CPU接口及端口地址分配
该开关量采集电路由四块8位的采集板构成，能够对32个开关量的状态进行采集。采集板的8个数据端口接到系统的数据总线上，然后接入51单片机的P1输入端口。经过软件程序识别，将对应的的采集板采集到的数据传送给主CPU。
各采集电路端口地址分配如下：
0#采集电路：1H
1#采集电路：2H
2#采集电路：3H
3#采集电路：4H
2.3.2 开关量采集板与主CPU接口
当开关量采集板检测到开关量的状态发生变化之后，就会将变化的状态传递给系统的主CPU，供其处理。这是通过采集板上的CPU和主CPU通信完成的。而采集板和主CPU之间是通过RS-485串行总线进行连接。其主从CPU系统框图如图2-3所示：

图2-3 开关量采集板与主CPU接口原理

第3章 点表设计
3.1 遥测点表设计
遥测：主接线图上所有需要采集的电压、电流、功率
序号
信息体地址
信息点名称
单位
备注
1
4001H
1#进线电流IA
A

2
4002H
1#进线电流IB
A

3
4003H
1#进线电流IC
A

4
4004H
1#进线电压UAB
kV

5
4005H
1#进线电压UBC
kV

6
4006H
1#进线电压UCA
kV

7
4007H
220KV进线有功
kW

8
4008H
220KV进线无功
kVar

9
4009H
27.5KV进线有功
kW

11
400BH
27.5KV进线无功
kVar

13
400DH
变压器4B，T线电流IT
A

15
400FH
变压器4B，F线电流IF
A

20
4014H
变压器3B，T线电流IT
A

21
4015H
变压器3B，F线电流IF
A

25
4019H
27.5KV母线，F2线电压UF2
kV

27
401BH
27.5KV母线，T2线电压UT2
KV

28
401CH
大塘上行，T线电流IT
A

29
401DH
大塘上行，F线电流IF
A

30
401EH
大塘下行，T线电流IT
A

31
401FH
大塘下行，F线电流IF
A

32
4020H
1B轨回流
A

33
4021H
2B轨回流
A

34
4022H
3B轨回流
A

35
4023H
4B轨回流
A

3.2遥信点表设计
遥信：所有开关的位置及非位置信号
序号
信息体地址
信息点名称
备注
1
1H
1021电动隔离开关位置信号

2
2H
1021电动隔离开关机构故障

3
3H
1021电动隔离开关控制回路断线

4
4H
1022电动隔离开关位置信号

5
5H
102断路器位置信号

6
6H
102断路器机构故障

7
7H
102断路器控制回路断线

8
8H
202断路器位置信号

9
9H
202断路器机构故障

10
AH
202断路器控制回路断线

11
BH
204断路器位置信号

12
CH
204断路器机构故障

13
DH
204断路器控制回路断线

14
EH
2021电动隔离开关位置信号

15
FH
2021电动隔离开关机构故障

16
10H
2021电动隔离开关控制回路断线

17
11H
2041电动隔离开关位置信号

18
12H
2041电动隔离开关机构故障

19
13H
2041电动隔离开关控制回路断线

20
14H
2521隔离开关位置信号

21
15H
2522隔离开关位置信号

22
16H
2131隔离开关位置信号

23
17H
213断路器位置信号

24
18H
213断路器机构故障

25
19H
213断路器控制回路断线

26
1AH
2132电动隔离开关位置信号

27
1BH
2132电动隔离开关机构故障

28
1CH
2132电动隔离开关控制回路断线

29
1DH
2002隔离开关位置信号

30
1EH
2004隔离开关位置信号

31
1FH
2133电动隔离开关位置信号

32
20H
2133电动隔离开关机构故障

33
21H
2133电动隔离开关控制回路断线

34
22H
2141隔离开关位置信号

35
23H
214断路器位置信号

36
24H
214断路器机构故障

37
25H
214断路器控制回路断线

38
26H
2142电动隔离开关位置信号

39
27H
2142电动隔离开关机构故障

40
28H
2142电动隔离开关控制回路断线

41
29H
2541隔离开关位置信号

42
2AH
2542隔离开关位置信号

43
2BH
2801隔离开关位置信号

44
2CH
1021地刀位置信号

3.3 遥控点表设计
遥控：主接线图上所有的电动开关的遥控编号
序号
信息体地址
信息点名称
备注
1
6001H
1021电动隔离开关
1H
2
6002H
102断路器
5H
3
6003H
204断路器
BH
4
6004H
202断路器
8H
5
6005H
2041电动隔离开关
11H
6
6006H
2021电动隔离开关
EH
7
6007H
213馈线断路器装置复归

8
6008H
213馈线断路器重合闸投退

9
6009H
213断路器
17H
10
600AH
214断路器
23H
11
600BH
2132电动隔离开关
1AH
12
600CH
214馈线断路器装置复归

13
600DH
214馈线断路器重合闸投退

14
600EH
2142电动隔离开关
26H
15
600FH
变压器测控装置进线自投

16
6010H
变压器测控装置主变自投

17
6011H
变压器测控装置自投复归

18
6012H
1021接地刀闸
2CH

第4章 软件设计
4.1开入采集板的主程序流程图
当采集板电路启动之后，首先要读取各个开关量的状态对变量进行初始化。程序中用到了寄存期、计数器、等，要对它们初始化。然后等待主CPU召唤，当主CPU发出信号进行动作。
主程序流程图如下所示：

图4-1 主程序流程图

4.2开入量采集板的1ms中断流程图
当从主程序进入YX变位处理程序后，首先设定定时器的工作状态，然后进入1mS的延时。当1mS延时完成之后，消除干扰和抖动的影响，之后再次对开关量是否变位进行确认。如果确定变位，则将采集端口地址，时标等信息传递给主CPU，然后退出变位处理程序，否则直接退出。
遥信变位处理程序流程图如下：

图4-2 1ms中断框图结构

4.3 1ms中断程序设计
#include<reg51.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
void main()
{
P1^0=1;
SM2=1;
...
...
}
开关量采集函数
void Collection()
{
TMOD=0×01;
TH0=(65536-1000) / 256;
TL0=(65536-1000) % 256;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
...
...
}
1ms中断函数
void T0_time() interrupt 1
{
int x1[7]={};
int x2[7]={0,0,0,0,0,0,0,0};
int a1[7]={0,0,0,0,0,0,0,0};
int m[7]={0,0,0,0,0,0,0,0};
int i=0;j=0;
while(1)
{
while(i<=7)
{
x1=P1;
if(x2[i]==x1[i]) a[i]=0;
else
{
m[i]++;
if(m[i]<10) return;
else a[i]=0;

}
}
if(i>=7)
{
for(j=0;j<=7;j++)
{
if(a[j]==1) x2[j]=x1[j];

}
}
break;
}

}