西南交大二次课程设计

课程设计报告

题 目 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师

远动监控系统开关量的采集 电气工程及其自动化

电气工程学院

二〇一六年月 至 二〇一六年月

西南交通大学本科课程设计（论文） 第 II 页

课程设计任务书

学生姓名 学生专业 发题日期 课程名称 设计题目 课程设计主要目的： 通过本课程设计，对远动监控系统的系统结构，基本原理进行熟练掌握，通过完成相应的设计任务，培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力，提高学生运用标准和规范、查阅设计手册与资料的能力，并促进学生养成严谨求实的科学态度。 课程设计任务要求：（包括原始数据、技术参数、设计条件、设计要求等） 主接线图，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； 继电保护动作遥信点表结合继电保护课程设计进行制定。 课程设计主要任务： 1. 硬件要求 （1）选择CPU，指出其外围接口资源 （2）画出8路开关量的采集电路 （3）开关量采集电路和CPU的接口 （4）给出端口地址分配 （5）开关量采集板和主CPU之间的通信接口 2. 制定点表 根据给定的主接线图按照IEC61870-5-101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：所有开关的位置及非位置信号，保护装置的动作信号 （3） 遥控：主接线图上所有的电动开关的遥控编号，同时指明与遥信点 年 月 日 学生学号 学生班级 完成日期 年 月 日 指导教师 二次系统课程设计 远动监控系统开关量的采集

西南交通大学本科课程设计（论文） 第 III 页

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）开关量采集流程图 （3）完成1ms中断程序设计(C语言) （4）单双号同学分别采用定时扫查和变位触发模式 4.板书要求 （1）纸张大小A4,左侧订书机装订 （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 （3）学号为单号、双号分别设计主接线图左侧、右侧 课程设计进度安排：（共8周） 序号 1 2 3 4 内容安排 系统学习，了解设计内容要求 硬件设计 软件设计 完成报告,答辩 时间 1周 3周 3周 1周 课程设计参考文献： [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] 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 注：1、发题日期为每学期第9周周一，完成日期根据实际情况填写（一般不超过进度安排）。 2、页面不够可附加页

西南交通大学本科课程设计（论文） 第 IV 页

目录

第一章 课程设计要求....................................................................................................................... 1

1.1 课程设计目的 ..................................................................................................................... 1 1.2 课程设计任务要求 ............................................................................................................. 1 1.3 课程设计主要任务 ............................................................................................................. 1 第二章 硬件设计 .............................................................................................................................. 3

2.1 CPU的选择及其外围电路 ................................................................................................ 3 2.2 8位开关量采集电路的设计 .............................................................................................. 4 2.3 开关量采集装置设置 ......................................................................................................... 5 2.3.1 开关量采集板与CPU接口及端口地址分配 ............................................................... 5 2.3.2 开关量采集板与CPU主接口 ....................................................................................... 5 第三章 点表设计 .............................................................................................................................. 7

3.1 遥测点表设计 ..................................................................................................................... 7 3.2 遥信点表设计 ..................................................................................................................... 8 3.3 遥控点表设计 ..................................................................................................................... 9 第四章 软件设计 ............................................................................................................................ 10

4.1 开入采集板主程序流程图 ............................................................................................... 10 4.2 开关量采集流程图 ........................................................................................................... 10 4.3 1ms中断程序设计 .......................................................................................................... 11 参考文献 ............................................................................................................................................ 14 附录 .................................................................................................................................................... 15

西南交通大学本科课程设计（论文） 第 1 页

第一章 课程设计要求

1.1 课程设计目的

通过本课程设计，对远动监控系统的系统结构，基本原理进行熟练掌握，通过完成相应的设计任务，培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力，提高学生运用标准和规范、查阅设计手册与资料的能力，并促进学生养成严谨求实的科学态度。

1.2 课程设计任务要求

（1）主接线图，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；

（2）继电保护动作遥信点表结合继电保护课程设计进行制定。

1.3 课程设计主要任务

1. 硬件要求

（1）选择CPU，指出其外围接口资源 （2）画出8路开关量的采集电路 （3）开关量采集电路和CPU的接口 （4）给出端口地址分配

（5）开关量采集板和主CPU之间的通信接口 2. 制定点表

根据给定的主接线图按照IEC61870-5-101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：所有开关的位置及非位置信号，保护装置的动作信号

（3）遥控：主接线图上所有的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

西南交通大学本科课程设计（论文） 第 2 页

（1）开入采集板的主程序流程图 （2）开关量采集流程图

（3）完成1ms中断程序设计(C语言)

（4）单双号同学分别采用定时扫查和变位触发模式 4.板书要求

（1）纸张大小A4,左侧订书机装订

（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

（3）学号为单号、双号分别设计主接线图左侧、右侧

西南交通大学本科课程设计（论文） 第 3 页

第二章 硬件设计

2.1 CPU的选择及其外围电路

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 西南交通大学本科课程设计（论文） 第 4 页

P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7

10 11 12 13 14 15 16 17 RXD（串行口输入端0） TXD（串行口输出） INT0（外部中断0，低电平有效） INT1（外部中断1请求输入端，低电平有效） T0（定时器0的计数输入） T1（定时器1的计数输入） WR（外部数据存储器写选通信号输出端） RD（外部数据存储器读选通信号输出端） 2.2 8位开关量采集电路的设计

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。

西南交通大学本科课程设计（论文） 第 5 页

图2-2 8位开关量采集电路图

2.3 开关量采集装置设置

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CPU主接口

西南交通大学本科课程设计（论文） 第 6 页

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

西南交通大学本科课程设计（论文） 第 7 页

第三章 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 1 4001H 2 4002H 3 4003H 4 4004H 5 4005H 6 4006H 7 4007H 8 4008H 9 4009H 10 400AH 11 400BH 12 400CH 13 400DH 14 400EH 16 400FH 17 4010H 19 4011H 20 4012H 25 4013H 26 4014H 27 4015H 28 4016H

信息点名称 2#进线电流IA 2#进线电流IB 2#进线电流IC 2#进线有功 2#进线无功 2#进线电压UAB 2#进线电压UBC 2#进线电压UCA A相馈线电流Ia B相馈线电流Ib A相馈线电压Ua B相馈线电压Ub 10kV母线电流Ia 10kV母线电流Ib 10kV线路电压Ua 10KV线路电压Ub 10kV母线有功功率 10kV母线无功功率 2#变轨回电流IR 2#变地回电流IG ***上行接触网电流 ***下行接触网电流 单位 A A A kW kVar kV kV kV A A kV kV A A kV kV kW kVar A A A A 备注

西南交通大学本科课程设计（论文） 第 8 页

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 1 0001H 2 0002H 3 0003H 4 0004H 5 0005H 6 0006H 7 0007H 8 0008H 9 0009H 10 000AH 11 000BH 12 000CH 13 000DH 14 000EH 15 000FH 16 0010H 17 0011H 18 0012H 19 0013H 20 0014H 21 0015H 22 0016H 23 0017H 24 0018H 25 0019H 26 001AH 27 001BH 28 001CH 29 001DH 30 001EH 31 001FH 32 0020H 33 0021H 34 0022H 35 0023H 36 0024H

信息点名称 1021电动隔离开关 1021电动隔离开关 1021电动隔离开关 1302隔离开关 1023隔离开关 1022D接地刀闸 102断路器 102断路器 102断路器 1129电动隔离开关 1129电动隔离开关 1129电动隔离开关 2202隔离开关 2204隔离开关 2001隔离开关 2002隔离开关 2003隔离开关 215手车式断路器 216手车式断路器 217手车式断路器 262手车式断路器 2161电动隔离开关 2161电动隔离开关 2161电动隔离开关 2162电动隔离开关 2162电动隔离开关 2162电动隔离开关 2151电动隔离开关 2151电动隔离开关 2151电动隔离开关 2171电动隔离开关 2171电动隔离开关 2171电动隔离开关 215接地刀闸 2621隔离开关 217D接地刀闸 备注

西南交通大学本科课程设计（论文） 第 9 页

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 1 6001H 2 6002H 3 6003H 4 6004H 5 6005H 6 6006H 7 6007H 8 6008H 9 6009H 10 600AH 11 600BH 12 600CH 13 600DH

信息点名称 1029电动隔离开关 1021电动隔离开关 102断路器 202A手车式断路器 202B手车式断路器 217手车式断路器 215手车式断路器 216手车式断路器 262手动式断路器 2162电动隔离开关 2161电动隔离开关 2151电动隔离开关 2171电动隔离开关 备注 西南交通大学本科课程设计（论文） 第 10 页

第四章 软件设计

4.1 开入采集板主程序流程图

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：

开始寄存器初始化变量初始化位置初始化等待主CPU召唤 图4-1 主程序流程图

4.2 开关量采集流程图

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：

西南交通大学本科课程设计（论文） 第 11 页

开始初始化,定义字节量x1，a1，x2,int型m并赋初值0采集数据，赋给x1比较与原数据x2对应位是否相同N对应计数器加1对应计数器值>10?YNYa1对应位置0a1对应位置1，计数器清零主循环>8?Y根据变位寄存器a1值，将x1对应位的数据赋给x2N转向下一位的判断中断返回x2值

图4-2 1ms中断框图结构

4.3 1ms中断程序设计

#include

#define uchar unsigned char #define uint unsigned int void main() {

P1^0=1; SM2=1; ... ... }

西南交通大学本科课程设计（论文） 第 12 页

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]; }

西南交通大学本科课程设计（论文） 第 13 页

} break;

}

}

西南交通大学本科课程设计（论文） 第 14 页

参考文献

[1] 柳永智，刘晓川，《电力系统远动》，中国电力出版社，2003

[2] 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 [3] 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

西南交通大学本科课程设计（论文） 第 15 页

附录

设计主接线图右半部分：

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ati6.html