基于开闭所监测仪设计配电系统及自动化毕业论文设计.doc

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1、辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 配电系统及其自动化配电系统及其自动化 课程设计（论文）课程设计（论文） 题目：题目： 10kV10kV开闭所监测仪设计开闭所监测仪设计 院（系）：院（系）： 专业班级：专业班级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： （签字） 起止时间：起止时间：2015.11.30-2015.12.112015.11.30-2015.12.11 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语 院（系）： 教研室： 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 学 号

2、 学生姓名 专业班级 设计题目 开闭所FTU设计 课程设计（论文）任务 该 FTU 实时监测 10kV 输电线路的电流电压以及有功等信息，并自动识别运行状态，故 障时及时将故障信息上传给主站，并能接受主站遥控命令将故障区段隔离。 设计背景：设计背景：开闭所进线为 10kV，出线为 10kV，每条出线最大输出容量 2000kVA，实时 在线监测开关运行状态及出线电流电压识别出线是否有故障，故障时及时将故障信息上传给 主站，并接受和执行主站发出的遥控命令，断开故障线路。 设计内容：设计内容： 硬件电路设计： 1. 最小系统设计（包括 CPU 选择，存储器，晶振电路，复位电路） 2. 电流电压检测电

3、路设计 3. 电气设备运行状态检测电路设计 4. 电气设备运行状态控制电路设计 5. FTU 与主站通信接口设计 6. 软件设计（程序流程图和程序编写及电流电压有效值以及故障识别算法确定） 进度计划 第 1 天 查阅收集资料 第 2 天 总体设计方案的确定 第 3 天 最小系统设计 第 4 天 电流电压检测电路设计 第 5 天 电气设备运行状态检测电路设计 第 6 天电气设备运行状态控制电路设计 第 7 天 FTU 与主站通信接口设计 第 8 天 软件设计 第 9 天 设计说明书完成 第 10 天 答辩 指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指 指导教师签字： 年 月 日

4、辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 摘 要 电力系统由发电系统、输电系统、配电系统构成。配电网自动化远方终端 FTU 作为系统的独立工作站点，是监测、监控及数据处理系统的终端单元，它 是由大量的发电机、变压器、电力线路和负荷等设备有机的构成，旨在生产、 传输、分配、消费电能的各种电气设备按照一定方式连接的整体，可以实现远 程数据采集、设备控制和测量、参数调节、信号报警以及与监控中心的远程通 信等功能。 配电系统和输电系统，实际是按其实现的功能划分的。通常按输电系统的 降压开闭所中主变中压侧来划分，高压侧断路器及其连接的系统为输电系统， 另一侧为配电系统。本设计中的 F

5、TU 主要实现配电开闭所遥测、遥信、遥控、 遥调等四遥功能，并将所遥测的电流电压信息及时上传给主站，并能接受主站 命令，实现遥控遥调功能。结合 FTU 在开闭所中的实际应用功能，对开闭所中 特征电参量的采集计算方法进行分析，并分别对交流测控 FTU 的总体方案、硬 件电路设计和软件设计进行了详细的探讨研究。 关键词：FTU；开闭所；遥测；遥信；遥控；遥调 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 目 录 第 1 章 绪论1 1.1 FTU 综述.1 1.2 本文研究内容1 第 2 章 FTU 硬件设计.3 2.1 电气主接线图3 2.2 FTU 总体设计方案2 2.3 FT

6、U 控制核心模块设计.3 2.3.1 CPU 的选择.4 2.3.2 复位电路设计.5 2.3.3 时钟电路设计.6 2.3.4 FTU 控制核心模块原题图 .7 2.4 电流电压检测电路设计.7 2.5 电气设备运行状态检测电路设计.8 2.6 电气设备运行状态控制电路设计.9 2.7 FTU 与主站通信接口电路设计10 第 3 章 FTU 软件设计11 3.1 软件实现功能综述12 3.2 流程图设计.13 3.2.1 主程序流程图设计.14 3.2.2 模拟量检测流程图设计.15 3.2.3 通信流程图设计16 3.3 程序设计17 第 4 章 系统设计与分析.18 4.1 系统原理图.

7、19 4.2 系统原理综述.20 第 5 章 课程设计总结.21 参考文献.22 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 第 1 章 绪论 1.1 FTU 综述 配电网自动化，是一个涵盖面广、用于管理与运行配电网的综合自动化系统， 包含了配电网中的变电站、馈线网络、及用户管理、监控、优化运行等功能的系 统。开闭所在电能的生产、传输、应用过程中，占有非常重要的地位，因此，开 闭所自动化系统在开闭所的改造和新建中得到了普遍的应用。 配电网自动化远方终端 FTU 是用于配电网馈线回路的各种馈线远方终端、配 电变压器远方终端以及中压监控单元（配电自动化及管理系统子站）等设备的统

8、称。采用通信通道完成数据采集和远方控制功能。开闭所自动化的 FTU 直接监测 和控制开闭所的一次设备，它具有监测量大，工作环境恶劣，要求可靠性高等特 点，随着技术的进步及开闭所自动化系统本身发展的需要，现有的 FTU 用交直流 实时采样和计算代替了传统的变送器的测量方式，测量精度和可靠性方面都有根 本性的提高；现有的 FTU 还采用少量的通信电缆(或光缆)取代了大量的信号电缆， 控制室内和现场之间的联系变成了通信联系，这样不仅节约了电缆和用地，还大 大减少了施工、安装和调试的工作量，提高了可靠性和可维护性，但同时对系统 装置的通信方式提出了更高的要求。 FTU 体积小、数量多，可安置在户外馈线

9、上，设有变送器，直接交流采样， 抗高温，耐严寒，适应户外恶劣的环境；RTU 采集的数据量小，通信速率要求较 低，可靠性要求较高；而 FTU 采集的数据量大，通信速率较高，可靠性要求高， 有专用通道。根据实际情况调整运行方式，因此实时地获取系统运行的各种参数 及运行状态，对运行人员及时准确地了解系统的运行状态，以及进一步的决策是 至关重要的，而这一切的实现就依赖于电力系统测控装置对各种数据的采集与处 理。 1.2 本文研究内容 本设计中，配电变电所进线为 10kV，出线为 10kV，每条输电线路最大输出 功率为 2000kVA，该 FTU 输出线路的电流电压以及线路上断路器隔离开关的运 行状态，

10、并将电流电压的有效值上传给主站，同时能接受主站发出的遥控遥调等 开关量输出命令，实现遥控遥调功能。电气设备和系统运行参数的采集和监控系 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 统是开闭所自动化监控系统的核心组成部分，而远方终端设备 FTU 是开闭所系统 的基本组成单元，负责采集开闭所中各电力设备和系统运行工况的模拟量和状态 量，通过监测信号模块将这些数据的实时动态传输给集控中心，并将集控中心的 控制和调度命令反送给开闭所。 因此，本设计中的 FTU 主要实现配电变电所遥测、遥信、遥控、摇调的四遥 功能，即将所遥测的电流电压信息及时上传给主站，并能接受主站命令，实现遥 控遥

11、调功能。 具体设计内容如下： 1. 最小系统设计（包括 CPU 选择，时钟电路，复位电路，通信接口电路） 2. 电流电压检测电路设计 3. 电气设备运行状态检测电路设计 4. 电气设备运行状态控制电路设计 5. FTU 与主站通信接口设计 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） TV2 第 2 章 FTU 硬件设计 2.1 电气主接线图 单电源供电方式运行时，Q1、Q3 闭合，Q2 打开；若主电源 S1 故障，则分 段器 S1 跳开，隔离故障，所有负荷停电；备用电源 S2 是否正常，若 S2 也无电 则等待主电源 S1 来电，若 S2 正常分段器 S2 因有电压差而闭合实

12、现自投，所有 负荷经过短时停电后转由 S2 供电。双电源正常运行时 Q1 闭合、Q2 闭合、Q3 打 开；若 S1 故障，Q1 跳开隔离故障，分段器 S1 断开，S1 所在母线上负荷停电； 分段器 S3 因有电压差而闭合实现备自投，如图 2.1 所示。 电源进线S1 电源进线S2 10kv 10kv 出线 出线 图 2.1 FTU 电气主接线图 QS11 QF12 QS21 QF22 分段器 S2 分段器 S1 QS1 QF1 分段器 S3 QF2 QS2 Q1 Q2 Q3 TV1 TV3 TA1 TA2 TV4 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 2.2 FTU 总

13、体设计方案 当线路发生故障时快速切断故障区段对非故障区段及早恢复供电提高供电的 可靠性，由于单片机存储不能满足实际的要求所以要外加个外部数据存储和数据 存储器用以储存数据采集模块传来的重要数据信息。本 FTU 总体设计方案以 CPU 为核心，外加模拟量输入模块及 A/D 转换器，它的功能主要将线路中的电压 电流信号的采集来转换成单片机可以识别的数字信号。 图 2.2 FTU 总体设计方案框图 通信接口主要负责与主机的通信将检测到的一些数据及时送到主站。开关量 输入模块和开关量输出模块主要是检测线路上断路器、隔离开关的状态，完成断 路器、隔离开关的投切。人机对话模块主要是向系统输入一些命令或数据

14、来控制 FTU 的设置模式和设置状态信息等。 2.3 FTU 控制核心模块设计 2.3.1 CPU 的选择 89C51 是面向八位的 CPU，它的价格低廉，工作可靠，另外扩展功能也很强， 89C51 采用电擦除和电写入，擦写方便，保密性能好，因此作为此次设计的首选 C P U 模拟量输入 开关量输入 程序存储器 数据存储器 A/D 开关量输出 通信接口 人机对话接口 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） CPU。89C51 有 40 个引脚，其中是接地端，是电源端接+5V 电源，外界晶 ss V cc V 体引脚 XTAL1 和 XTAL2 接时钟电路，RST 是复位信

15、号输入端，在此引脚上出现 两个时钟周期以上的高电平就能让单片机有效复位。P0 口接地址锁存器，是EA 片内片外 ROM 选择端，是外部 ROM 的读选通信号，是读允许信号，PSENRD 是写允许信号，引脚结构图如图 2.3 所示。WR 图 2.3 89C51 引脚结构图 2.3.2 复位电路设计 单片机的复位都是靠外部复位电路来实现得，在时钟电路工作后，只要在单 片机的 RESET 引脚上出现 24 个时钟振荡周期以上的高电平，单片机就能实现复 位。为了保证系统可靠复位，在设计复位电路时，一般使 RESET 引脚保持 10ms 以上的高电平，单片机便可以可靠地复位。由于 FTU 在恶劣的温度和

16、湿度环境工 作，为了保证它能安全可靠的工作所以得设计个复位电路以便在 CPU 处于死机 的状态下能及早复位，本次设计采用看门狗复位电路，利用电容的充电来实现。 当加电时，电容 C 充电，电路有电流流过，构成回路，在电阻 R 上产生压降， RESET 引脚为高电平；当电容 C 充满电后，电路相当于断开，RESET 的电位与 地相同，复位结束。充电的时间决定了复位的时间。此外，还可以通过按键实现 E A /V P 31 X 1 19 X 2 18 R E SE T 9 R D 17 W R 16 IN T 0 12 IN T 1 13 T 0 14 T 1 15 P1 0 1 P1 1 2 P1

17、2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P0 0 39 P0 1 38 P0 2 37 P0 3 36 P0 4 35 P0 5 34 P0 6 33 P0 7 32 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 PS E N 29 A L E /P 30 T X D 11 R X D 10 U 1 89 C5 1 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 复位，按下键后，通过和构成回路，使 RESET 端产生高电平。按键的时间 1 R 2 R 决定了复位

18、的时间，如图 2.4 所示。 图 2.4 复位电路 2.3.3 时钟电路设计 时钟信号可以由两种方式产生：内部时钟方式和外部时钟方式。时钟电路用 于产生单片机工作所需的时钟信号。电路如图 2.5 所示。 图 2.5 时钟电路图 89C51 内部有一个高增益反向放大器，用于构成片内振荡器，引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是此放大器的输入端和输出端。在 XTAL1 和 XTAL2 两端跨接晶 R1 RES2 R2 RES2 R3 RES2 R4 100k R5 471k R6 RES2 R7 RES2 c20.01u U1OPTOISO1 Q1 9014 CIN 11 COUT 9 COUT

19、 10 RST 12 Q4 13 Q5 14 Q6 15 Q7 16 Q8 17 Q9 18 Q10 19 Q11 20 Q12 21 Q13 22 Q14 23 CD4060 V1 IRF540S C1 1u +5vVCC 12V Vout 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 体或陶瓷谐振器，就构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟 发生器。、可稳定频率并对振荡频率有微调作用，值选择 30pF。本设计采 1 C 2 C 用内部时钟方式，内部时钟发生器实质上是一个二分频的触发器，其输出是单片 机所需的时钟信号。 2.3.4 FTU 控制核心模块原题图 F

20、TU 具有电流电压采集记录等功能，89C51 内部的数据存储器的存储空间比 较小不能储存大量的电流电压信息，所以要外扩一个数据存储器。由于 FTU 主 要在潮湿高温等恶劣环境下工作，因此，需在核心模块中加一个复位电路以便在 CPU 发生死机的情况下能迅速复位。CPU 正常工作需要定时恒频率的脉冲，所以 需要外加个晶振电路根据上文所述，将所选择的 CPU、数据存储器扩展电路、时 钟电路和复位电路等连接在一起从而构成完整的 FTU 控制核心模块，如图 2.6 所 示。 图 2.6 FTU 控制核心模块原理图 EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0

21、 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 89C 51 D0 34 D1 33 D2 32 D3 31 D4 30 D5 29 D6 28 D7 27 PA0 4 PA1 3 PA2 2 PA3 1 PA4 40

22、 PA5 39 PA6 38 PA7 37 PB 0 18 PB 1 19 PB 2 20 PB 3 21 PB 4 22 PB 5 23 PB 6 24 PB 7 25 PC 0 14 PC 1 15 PC 2 16 PC 3 17 PC 4 13 PC 5 12 PC 6 11 PC 7 10 RD 5 WR 36 A0 9 A1 8 RESET 35 CS 6 8255 D7Q7 D6Q6 D5Q5 D4Q4 D3Q3 D2Q2 D1Q1 D0Q0 74LS373 DI0 1 DO0 19 DI1 2 DO1 18 DI2 3 DO2 17 DI3 4 DO3 16 DI4 5 DO4

23、15 DI5 6 DO5 14 DI6 7 DO6 13 DI7 8 DO7 12 OE 9 STB 11 8282 I/O1 I/O2 I/O0 I/O7 I/O6 I/O5 I/O4 I/O3 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A10 A9 A8 6116 RESET R2 1K R1 200 C 22F VC C C1 22F C2 22F Y 12F 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 2.4 电流电压检测电路设计 根据本设计的要求可知， 选用两片 A/D MAX197 转换器即可满足本次设计 的需要。在数据采集系统中， A/D 转换的速度和精度

24、又决定了采集系统的速度 和精度。MAX197 是具有 12 位测量精度的高速 A/D 转换芯片，只需单一电源 供电，且转换时间很短，约为 6us，具有 8 路模拟转换通道和 12 位的 A/D 转 换其转换精度，还提供了标准的并行接口，为 8 位三态数据 I/O 口，可以和大 部分单片机直接接口，使用十分方便。 由于计算机在任一时刻只能接收一路模 拟量信号的采集输入，当有多路模拟量信号时需通过模拟转换开关，按一定顺序 选取其中一路进行采集。当需要对多个模拟量进行模数变换时，由于A/D 转 换器的价格较贵，通常不是每个模拟量输入通道设置一个A/D，而是多路输 入模拟量共用一个 A/D，中间经过多

25、路转换开关切换。 本设计中，配电变电所进线为 10kV，出线为 10kV，每条输电线路最大输出 功率为 2000kVA，该 FTU 输出线路的电流电压以及线路上断路器隔离开关的运 行状态，如上所述，可以确定模拟量检测的路数为 12 路，分别为 6 路电压信号 和 6 路电流信号，如图 2.7 所示。 图 2.7 模拟量检测电路图 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:13-Jan-2016Sheet of File:F:EXAMPL ESMyDesign.ddbDrawn By: PSEN 29 W R 16

26、 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 P2.7 28 P2.6 27 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P0.0 39 P0.1 38 P0.2 37 P0.3 36 P0.4 35 P0.5 34 P0.6 33 P0.7 32 RD 17 RESET 9 X2 18 X1 19 EA 31 T0 14 T1 15 INT0 14 INT1 15 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 89C51 W R RD INT D0 D1 D2 D3 D4

27、D5 D6 D7 CS CH0 CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 CH7 CLK RET MAX197 U1 15K - + TA +12v 15K - + TV +12v . . . . 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 2.5 电气设备运行状态检测电路设计 本次设计主要研究的是 FTU 输出线路的电流、电压以及线路上断路器隔离开 关的运行状态，所以检测电气设备的台数为 4 台，开关量输入 4 路。因此，选择 89C51 单片机的 P1 口作为四路开关量的输入接口，采用光电耦隔离措施来排除 输入开关量采样过程中干扰信号的影响。当有遥信信号时光耦二极管

28、发光，并且 光耦合器导通使单片机的输入端变成低电平，单片机接受遥信信号。具体的电气 设备运行状态检测电路，如图 2.8 所示。 图 2.8 电气设备运行状态检测电路图 2.6 电气设备运行状态控制电路设计 选择 89C51 的 PA3 口作为六路开关量的输出口。因此，当 PA3 口为高电平 时经缓冲器反向输出为低电平使继电器导通，继电开关动作，ZJ 带电使其触电闭 合输出遥控信号。根据电气主接线图和监测回路中的断路器和隔离开关的个数可 以确定，所摇控电气设备的台数为 4 台，开关量控制输出为 6 路。 由单片机的I/O口输出到驱动芯片以驱动继电器，为了防止继电器误动，需要 对驱动信号加以互锁，

29、由于单片机I/O口提供的电流太小，不能直接驱动继电器。 因此，在电气设备动作控制电路中应采用继电器隔离来隔离强弱电。具体电路如 图2.9所示。 123456 A B C D 654321 D C B A T itle Num berRevisionSize B Date:13-Jan-2016Sheet of File:C:UsersxuDocumentsT encent Files1198103468FileRecvMyDesign3.ddbDrawn By: AT89C51 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 /RD P2.0 /W R P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4

30、 P0.5 P0.6 P0.7 P2.3 P2.2 P2.1 X T AL1 X T AL2 RST BUFFER C? C R? R J J +5V ZJ +5V 、 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 图 2.9 电气设备动作控制电路图 2.7 FTU 与主站通信接口电路设计 本设计采用 RS485 接口电路来实现 FTU 与主站间的通信，FTU 能将监测到 的电流电压信号及时上传到主站，同时利用单片机实现与监控控制中心计算机的 双向数据通信, 使得 FTU 单元将多种测量结果数据转换为协议所规定的格式, 并 及时送往主站控制中心，如图 2.10 所示。 图 2.

31、10 RS485 接口电路图 RO RE DE D1 GND A B Vcc 1 2 3 45 6 7 8 MAX485 RS485 R1 4.7k R1 4.7k R1 120 1 2 J2 RS485chz +5V R1 10K D1 PROBE TXO 123456 A B C D 654321 D C B A T itle Num berRevisionSize B Date:13-Jan-2016Sheet of File:C:UsersxuDocumentsT encent Files1198103468FileRecvMyDesign3.ddbDrawn By: +24V +5V

32、 SW1 SW-SPST U1 OPT OISO1 R1 10K R2 10K R3 1K D1 Z ENER1 P1.0 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 第 3 章 FTU 软件设计 3.1 软件实现功能综述 软件系统在硬件资源的基础上, 采用模块化结构, 利用89C51单片机语言编 程，在完成系统功能要求的前提下, 力求程序结构简炼、扩充容易、修改方便。 FTU的软件功能包括交流电压、电流信号的高速实时采样和有效值计算，有功、 无功、功率因数计算，各交流量的高次谐波分量及谐波总量计算，遥信量的采集 及上送，遥控返校及执行等诸多功能。 （1）采集交流电压，实现对

33、电压、有功功率、无功功率的测量，并有互感器的异 常报警。 （2）能够存储顶点的电流量并按照召唤向子站或主站传送。 （3）接受并执行对时命令。 （4）具有与两个及以上主站通信的功能 （5）采集事件顺序记录并向远方传送。 （6）具有设备自诊断或远方诊断。 （7）具有通道监视功能。 （8）具有当地显示功能。 （9）采集电能表脉冲或多功能表数据。 （10）可具有继电保护和重合闸功能。 3.2 流程图设计 3.2.1 主程序流程图设计 本设计中用单片机实现与监控控制中心计算机的双向数据通信，使得FTU单 元将多种测量结果数据转换成协议所规定的格式，并及时送往控制中心。当单片 机接收到外部中断触发信号之后

34、，进行数据存储，该中断信号通过低电平触发 INT1引脚。如图3.1所示。 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 否 是 图 3.1 主程序流程图 3.2.2 模拟量检测流程图设计 数据采集模块软件功能主要是通过编程实现现场交流信号和运行状态等电参 量数据的实时采集和处理。开闭所交流测控系统FTU信号数据采集模块主要是对 开闭所各现场信号进行实时动态采集，并将各类信号转换成系统相应的特性电参 开始 系统硬件初始化 数据区初始化 编程数据读入 数据是否上传 读取上位机命令 检测通信缓冲区内容 处理通信任务 硬件自检处理 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （

35、论文） 量数据进行显示，如图3.2所示。 是 否 图 3.2 数据采集流程图 3.2.3 通信流程图设计 通信主控模块软件功能主要是通过编程构筑连接当地PC机以及开闭所远程集 控中心与各类现场单元信号测量模块间数据通信的纽带。开闭所交流测控系统 FTU系统通信主控模块电路是配电网系统的通讯中转站，主要与总线、PC机、疾 控中心以及其他现场智能仪器仪表进行数据通讯，如图3.3所示。 开始 初始化界面 读入模拟量 电气参数设定 电气参数设定 电气参数计算 电参数的显示、模拟、执行 结束 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 是 是 是 图3.3 通信流程图 3.3 程序设计

36、 根据各个程序流程图，利用 89C51 单片机编程语言进行编程，程序清单如下： ORG 2000H TAN: MOV TMOD,#10H MOV TL1, #0FDH 开 始 结 束 参 数 设 定 通信任务是否结束 执行通信任务 初始化进入界面 通信状态监测模块 处理影响通信任务 参 数 设 定 否 否 否 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） MOV TH1,#0FDH SETB EA SETB ET1 CLR ES SETB PT1 CLR PS SETB TR1 CLR TI MOV SCON,#40H MOV SBUF,78H JNB TI, $ CLR TI

37、 MOV SUBF,77H JNB TI, $ CLR TI MOV SUBF,76H JNB TI, $ CLR TI MOV SUBF,75H SETB ES SJMP $ 定时器 1 中断服务程序如下： TIN: CLR TR1 MOV TL1,0FDH MOV TH1,0DFH SEYB TR1 RETI 串行口中断服务程序如下： ESS: PUSH DPL PUSH DPH PUSH ACC MOV DPH,78H MOV DPL,77H MOVX A,DPTR 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） CLR TI MOV SBUF,A MOV A,DPH CJ

38、NE A,76H,ENI MOV A,DPL CJNE A,75H,EN1 CLR ES CLR ET1 CLR TRI ESC: POP ACC POP DPH POP DPL RETI EN1: INC 77H MOV A,77H JNZ EN2 INC 78H EN2: SJMP ESC 乙机接收程序如下： ORG 2000H REV: MOV TMOD,#10H MOV TL1, #0FDH MOV TH1,#0FDH SETB EA SETB ET1 SETB ES SETB PT1 CLR PS SETB TR1 MOV SCON,#50H CLR B.0 MOV 70H,#78H

39、 SJMP $ 定时器 1 中断服务程序如下： 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） REV1: CLR TR1 MOV TL1,0FDH MOV TH1,0DFH SEYB TR1 RETI 串行口中断服务程序如下： ESS: PUSH DPL PUSH DPH PUSH ACC MOV A,R0 PUSH ACC JB B.0,DA0 MOV R0,70H MOV A,SBUF MOV R0,A DEC 70H CLR RI MOV A,#74H CJNE A,70H,DA2 SETB B.0 DA2: POP ACC MOV R0,A POP ACC POP DP

40、H POP DPL RETI DA0: MOV DPH,78H MOV DPL,77H MOV A,SBUF MOVX DPTR,A CLR RI INC 77H MOV A,77H JNZ DA3 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） INC 78H DA3: MOV A,76H CJNE A78H,DA2 MOV A,75H CJNE A,77H,DA2 CLR ES CLR ET1 CLR TR1 SETB PSW.5 AJMP DA2 END 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 第 4 章 系统设计与分析 4.1 系统原理图 基于 89

41、C51 单片机的配电网自动化远方终端 FTU 的系统原理电路图，如图 4.1 所示。 图 4.1 FTU 系统原理电路图 4.2 系统原理综述 本次设计主要是基于 89C51 单片机的控制，通过软件运算故障区段故障信息 之后，向 FTU 发出遥控命令，利用断路器、隔离开关的分断与重合功能将故障区 段切除，对故障区段正常供电，完成 FTU 的四遥功能，即遥测、遥信、遥控和遥 调功能。当线路发生故障时，FTU 系统通过故障检测记录相关的故障测量信息和 123456 A B C D 654321 D C B A Title Num berRevisionSize B Date:13-Jan-2016

42、Sheet of File:C:UsersxuDocumentsTencent Files1198103468FileRecvMyDesign3.ddbDrawn By: AT89C51 R1 R2 R3 R4 D1 D3 D2 、 、 S1、 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 /RD P2.0 /W R P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 P2.3 P2.2 P2.1 R8 S1 Y1 C2 C1 X TAL1 X TAL2 V CC RST C3 S2、 、 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 CH0 CH1 CH2 CH3 C

43、H4 CH5 CH6 CH7 /RD /W R CLK REF 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 、 TA1 TA2 TV 1 TV 2 TV 3 TV 4 R1 R2 R3 R5 MC3083 RS485 TX O PROBE 485 J2 RO /RE DE D1 B A V CC GND V CC MAX 197 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 故障特征信息，并将这一信息及时地传递给主站，同时开关检测电路将回路中的 开关状态再次通过通信通道上传给主站。 同时以 FTU 为研究对象，通过模拟量检测电路实现对回路中的电

44、流、电压信 号等信号进行实时检测，然后将这些电参量通过 RS485 接口电路将检测到的信号 通及时上传给主站，从而达到实时监控的功能。 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 第 5 章 课程设计总结 基于 89C51 单片机的开闭所远方终端 FTU 系统在实际运行中具有抗干扰能 力强、采集数据精确性可靠、工作稳定经济等特点，在开闭所中具有较好的应用 前景。该配电变电所进线为 10kV，出线为 10kV，每条输电线路最大输出功率为 2000kVA，该 FTU 输出线路的电流电压以及线路上断路器隔离开关的运行状态， 并将电流电压的有效值上传给主站，同时能接受主站发出的遥控遥

45、调等开关量输 出命令，实现遥控遥调功能。 本次设计中远方终端设备 FTU 是开闭所系统的基本组成单元，负责采集开闭 所中各电力设备和系统运行工况的模拟量和状态量，通过监测信号模块将这些数 据的实时动态传输给集控中心，并将集控中心的控制和调度命令反送给开闭所。 FTU 总体设计方案以 CPU 为核心，外加模拟量输入模块及 A/D 转换器。通信接 口主要负责与主机的通信将检测到的一些数据及时送到主站。 本设计主要结合 FTU 在开闭所中的应用功能，对开闭所中特征电参量的采集 计算方法进行认真分析，并分别对交流测控 FTU 的总体方案、硬件电路、软件电 路的设计进行了详细的研究。开关量输入模块和开关

46、量输出模块主要是检测线路 上断路器、隔离开关的状态，完成断路器、隔离开关的投切。软件系统要求在硬 件资源的基础上, 采用模块化结构, 利用 89C51 单片机语言编程，FTU 的软件功 能包括交流电压、电流信号的高速实时采样和有效值计算，有功、无功、功率因 数计算，各交流量的高次谐波分量及谐波总量计算，遥信量的采集及上送，遥控 返校及执行等诸多功能。 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 参考文献 1 梅丽凤等编著.单片机原理及接口技术.清华大学出版社，2009.7 2 李叶紫，王喜斌，胡辉，孙东辉等编著.MCS_51 单片机应用教程清华大学出 版社，2008.5 3

47、丁向荣.单片机应用系统与开发技术.清华大学出版社，2009.5 4 楼然苗.单片机课程设计指导M.北京：北京航空航天大学出版社，2012.7 5 周坚.单片机轻松入门（第 2 版）M.北京：北京航空航天大学出版社， 2009.8 6 戴佳等编著. 51 单片机 C 语言应用程序设计实例精讲（第二版）.电子工业出 版社，2009.3 7 李然飞.单片机课程设计指导.北京航空航天大学出版社，2007.2 8 西门子楼宇科技有限公司中国安防产品信息，2001.5 9 周向红.51 系列单片机应用与实践教程M.北京：北京航空航天大学出版社， 2008.5 10 康华光.电子技术基础（模拟部分）M.北京：高等教育出版社，2004.7 11 胡志海.单片微型计算机原理及应用.机械工业出版社，2003.4 12 李全利.单片机原理及接口技术M.北京：北京航空航天大学出版社， 2004.6 13 何立民.MCS-51 单片机应用设计.北京航空航天大学出版社，1990.3 14 黄益庄.开闭所综合自动化技术.北京：中国电力出版社，2000.6 15 何仰赞.电力系统分析.武汉：华中理科技学出版社，2002.3