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RTU设计方案1. 简介本文档旨在为实时传输单元（RTU）的设计方案提供详细说明和指导。
RTU是一种用于监测和控制远程设备的装置，通常用于监测电力系统、水处理设备、管道和传感器等。
2. 目标和要求设计一个可靠、高效、安全的RTU系统，满足以下要求：•实时监测：能够实时获取远程设备的状态和数据。
•远程控制：具备对远程设备进行控制的能力。
•可靠性：具备高可靠性和稳定性，能够在异常情况下保持正常运行。
•安全性：对传输的数据进行加密和认证，防止数据泄漏和篡改。
•扩展性：能够灵活地增加新的监测点和控制点。
3. 系统架构设计一个分层的系统架构，由数据采集层、数据处理层和控制层组成。
3.1 数据采集层数据采集层负责采集远程设备的状态和数据。
采集方式可以通过传感器、接口卡或者通信协议实现。
采集的数据可以是温度、压力、流量等物理量，也可以是设备状态、报警信息等。
3.2 数据处理层数据处理层负责对采集到的数据进行处理和分析。
该层可以包括数据存储、数据分析和数据转发等功能。
存储功能用于保存采集到的原始数据和处理后的数据；分析功能用于对数据进行统计、计算和预测等；转发功能用于将处理后的数据发送给控制层或其他系统。
3.3 控制层控制层负责对远程设备进行实时控制。
控制方式可以通过继电器、PLC或者远程操作协议实现。
控制层接收到数据处理层发送的指令后，可以执行开关、调节、报警等控制操作。
4. 系统实现4.1 硬件设计硬件设计包括选择适合的传感器、接口卡和控制设备，以及设计适合的电路板和外壳。
硬件设计需要考虑到设备的可靠性、精度和耐用性等因素。
4.2 软件设计软件设计包括开发相应的应用程序和驱动程序。
应用程序负责采集、处理和控制数据，驱动程序负责与硬件设备进行交互。
软件设计需要考虑到系统的可扩展性、可维护性和安全性等因素。
4.3 网络设计网络设计包括选择适合的通信协议和网络架构。
通信协议可以是串口、以太网、无线通信等，网络架构可以是集中式、分布式或者混合式。
摘要电力远动终端RTU系统是电力调度自动化系统的核心部分，是计算机、数据信息通信、状态自动检测等技术相互协调配合形成的能够对电力供配电各环节进行实时监视和控制的综合智能操作系统。
在分析电力特性参数测量和计算方法的基础上，对电力远动终端RTU系统的拓扑结构进行详细的分析总结。
电力远动终端RTU大大提高电力系统自动化调度与管理水平，保障供配电系统高效稳定的运行。
本文首先对时下RTU的应用和现状展开了论述，使用TI公式的TMS320LF3407A芯片结合CAN总线设计出了符合要求的系统结构，使系统的响应速度更快，测量精度更准。
具有运算能力强，处理速度快以及工作可靠的特点。
最后文章采用C语言编程调试，结果进一步验证了高速、高精度、可靠的特点。
关键词：电网监控、远动终端RTU、DSPAbstractPower far move terminal RTU system is the core of the electric power dispatching automation system of, is a computer, data information communication, the state to be automatic detection technology to coordinate well with each other to form of power supply and distribution the links to real-time monitoring and control of comprehensive intelligence operation system. On the analysis of the characteristic parameters of electric power measure and calculation methods of the foundation, on the far end RTU system power move the topological structure of a detailed analysis of the summary. Power far move terminal RTU greatly improve the automation of electric power systems scheduling and management level, ensure the supply system for the operation of the high efficiency and stability.This paper first on the current application and current situation of RTU on this paper, and use of the formula TMS320LF3407A with TI chips CAN bus designed to meet the requirements of system structure, make the system response speed faster and more accurate measurement accuracy. Has the operation ability, processing speed and reliable characteristic. At last this paper adopts the C programming language testing, the results further verified high speed and high precision and reliable.Keywords: grid monitoring, far move terminal RTU, DSP目录第一章绪论 (3)1.1 国内外RTU发展现状 (3)1.1.1 国外RTU的发展现状 (3)1.1.2 国内RTU的发展现状 (3)1.2论文主要内容 (5)第二章RTU系统方案的构建 (6)2.1电力参数的测量 (6)2.1.1交流电参量的采样方法 (6)2.1.2采样点数的选择 (7)2.1.3基于快速傅立叶变换FFT的电量测量原理 (8)2.1.4频率的测量 (9)2.1.5电流、电压的测量 (9)2.1.6电功率、功率因数的测量 (10)2.2 RTU的基本功能 (11)2.3 微处理器的选择 (12)2.3.1数字信号处理器的主要特点 (12)2.3.2 DSP芯片的选取 (13)2.3.3锁相环同步及频率采样电路 (13)2.4通信方式的实现 (14)2.5系统的总体方案 (15)第三章 RTU系统的硬件电路设计 (17)3.1 信号测量模块的电路设计 (17)3.1.1电压和电流采集电路 (18)3.1.2锁相环同步及频率采样电路 (20)3.1.3开关量与脉冲量的采集 (21)3.2 通信主控模块的电路设计 (22)3.2.1 CAN接口电路 (23)3.2.2串行通信接口电路 (24)3.2.3显示和键盘接口电路 (25)3.2.4 LF2407A的EEPROM扩展及SRAM电路的设计 (26)第四章RTU系统的软件设计 (28)4.1系统软件的总体设计思想 (28)4.2信号测量模块的软件设计 (28)4.2.1 A/D转换子程序的设计 (30)4.2.2 频率测量程序的设计 (30)4.3通信主控模块的软件设计 (31)4.3.1 CAN接口子程序的设计 (32)4.3.2人机接口子程序的设计 (34)4.4数据测试结果与分析 (35)第五章结论 (37)致谢 (38)参考文献 (39)第1章绪论1.1国内外RTU的发展与现状1.1.1国外RTU的发展现状对于变电站自动化监控系统，很多国家都做了大量的研究工作，目前各在电网计机监控系统方面多采用分层分布开放式系统结构，该系统是把电厂的各项功能，按分层分布处理的原则由功能模块和接口模块组成计算机分布系统，整个系统统一协调，合理分工，最佳运行管理。
执行端的基本结构及功能一、执行端的基本结构远动系统执行端的主要设备包括：RTU、CRT显示器、打印机等设备。
RTU设备的内部硬件主要以工业控制计算机为核心，配备数据存储器以及各种接口电路组成，其基本结构主要包括以下几部分：1、控制处理子系统2．遥控输出子系统3．遥信输入子系统4．模拟量输入接口5．电度量输入接口6．故障点参数接口7．通信接口子系统8．电源子系统（图2-4 RTU内部基本结构组成示意图）二、执行端（RTU）的功能远动系统执行端的主要功能体现在其核心设备RTU上，RTU以微计算机为核心，配合各种功能性接口电路，用来完成遥控接收、输出执行、遥测、遥信量的数据采集及发送的功能，主要功能有：1、状态量信息采集功能2、模拟量测量值采集功能3、与调度端通信功能4、被测量越死区传达功能所谓被测量越死区传达就是指RTU自动将每次采集到的模拟量与上一次采集到的模拟量旧值进行比较，若差值超过一定的限度（死区），则将新数据送往调度端，否则，认为采集数据无变化，不传送新数据信息。
RTU的这种功能可以大大地减少数据信息的传输量，减轻远动通信信道的负担。
40分 5、事件顺序记录（SOE，即Sequence of Events）功能事件顺序记录指对某个开关（被控对象）状态发生变位的开关设备编号、位置状态、变位时间等进行实时记录。
事件顺序记录有助调度人员及时掌握被控对象发生事故时各开关和保护动作状况及动作时间，以区分事件顺序，作出运行对策和事故分析。
时间分辨率是事件顺序记录的重要指标，在事件顺序记录中，时间分辨率是指顺序发生多个事件后，两个事件之间能够辨认的最小时间。
一般分为RTU内与RTU之间两种。
（1）SOE的RTU内时间分辨率（2）SOE的RTU之间时间分辨6、遥控命令执行功能7、系统对时功能实现系统对时功能，一般采用时钟同步的措施有以下两点：（1）采用全球定位系统 GPS（2）采用系统自带软件对时8、自恢复和自检测功能9、人机交互与管理功能三、执行端（RTU）的分类从体系结构上，变电所内的RTU可以分为集中式RTU和分布式RT U两大类。
【知识点】电力远动终端装置（RTU）简介展开全文随着电力的发展，远动系统的广泛使用，广大铁路电力从业人员（尤其是普速线路电力工作人员）急需补充电力远动知识的学习。
今天我们来介绍以下电力远动终端装置（RTU）。
一、RTU的定义远动终端：在电力调度自动化系统中安装在变电站、箱式变电站等处所的一种具有四遥远动功能的自动化设备。
远动装置=远方终端=远动终端＝RTU二、RTU的发展概述1 .60～70年代，硬件式远动装置：晶体管或集成电路构成的无触点远动装置WYZ或数字式综合远动装置SZY，均属于布线逻辑式远动装置，所有功能均由逻辑电路实现，现已基本被淘汰。
2. 80年代后，软件式远动装置：基于微机原理构成的运动装置（微机远动装置），功能由软件程序实现，具有功能强、可扩充性好、结构简单、稳定可靠等优点。
三、RTU的主要功能1．远方功能：RTU与调度中心间通过远距离信息传输所完成的监控功能。
①遥测（YC)：RTU将采集到的运行参数按规约上传给调度中心。
包括P、Q、U、I、温度等另外还包括两类特殊YC:a.数字值：RTU以数字量的形式直接接收后上传。
b．计数脉冲：单独的采集（电路）板。
主要指RTU采集的反应电量的脉冲计数。
容量可达到几十路电度量。
②遥信（YX)：RTU将采集到运行状态按规约上传给调度中心。
包括：断路器和刀闸的位置信号、继电保护和自动装置的位置信号、远动装置的运行状态。
③遥控（YK):调度中心发给RTU的改变设备运行状态的命令。
包括：操作各电压等级的断路器、投切SVG、发电机的启停等。
④遥调（YT)：调度中心发给RTU的调整设备运行参数的命令。
包括：改变变压器分接头位置（调压）、改变发电机P或Q的整定值（调节出力）、自动装置整定值的设定等。
⑤事故数据:1.事件顺序记录（SOE）：实时检测遥信变（YXBW）（带时标的遥信），立即记录变位时刻、变位设备序号、变位状态等组成SOE优先传送（CDT下）。
RTU控制系统的搭建和优化步骤
本文将介绍RTU（遥测终端单元）控制系统的搭建和优化步骤。
RTU控制系统是一种常用于远程监测和控制的系统，下面是搭建和优化该系统的步骤。
1. 定义系统需求
首先，明确系统的需求。
这包括确定监测和控制的参数、传感
器类型、数据传输方式等。
2. 选择合适的硬件设备
根据系统需求，选择合适的硬件设备。
这包括RTU设备、传
感器、通信模块等。
确保所选设备与系统需求相匹配。
3. 设计RTU控制系统架构
设计RTU控制系统的架构，包括数据采集、数据传输、数据
处理等模块。
确保系统的稳定性和可靠性。
4. 安装硬件设备
根据设计的系统架构，安装硬件设备。
确保设备的正确安装和
连接。
5. 进行数据采集和传输测试
进行数据采集和传输测试，确保系统能够准确采集和传输数据。
检查数据的准确性和完整性。
6. 进行系统优化
根据数据采集和传输测试的结果，对系统进行优化。
这可以包
括调整传感器位置、优化数据传输协议、改进数据处理算法等。
7. 进行系统集成和测试
将RTU控制系统集成到整体监测和控制系统中，并进行测试。
确保系统与其他设备的正常交互和协作。
8. 进行系统维护和更新
定期进行系统维护和更新，包括设备检修、软件升级等。
确保
系统的持续稳定运行。
以上是RTU控制系统的搭建和优化步骤。
通过明确需求、选择合适的设备、进行系统优化和维护，可以建立一个稳定可靠的RTU控制系统。
第4章远动终端(RTU)本章学习目标本章介绍远动终端RTU的功能、硬件设计方法，RTU的软件结构及各模块的作用和程序框图。
通过学习本章，读者应掌握如下内容：●开关量、模拟量的输入／输出原理及构造电路●开关量的采集与处理的过程及原理●模拟量的采集与处理的过程及原理●典型电路的分析● RTU软件结构及功能●遥控与遥调的原理及过程●遥控的可靠性措施●通过一些实例的学习以达到对RTU模块的功能的了解。
4．1 RTU的主要功能RTU是被控端的远动设备，它实际上也是一个微机，用来完成遥控接收、输出执行、遥测、遥信量的数据采集及发送的功能。
下面分别介绍一下RTU的主要功能。
1．采集状态量信息通过一些接口电路，把变电所的断路器、隔离开关的状态转变为二进制数据，存储在计算机的某个内存区。
2．采集模拟量测量值所谓采集，即把变电所的一些电流量、电压、功率等模拟量，通过互感器、变送器、AID转换器变成二进制数据，存储在计算机的某个内存区。
3．与调度端进行通信把采集到的各种数据，组成一帧一帧的报文送往调度端，并接收调度端送来的命令报文。
通信规约一般有应答式(polling)、循环式(CDT)、对等式(DNP)等十余种，RTU应具备其中的一种。
RTU应具备通信速率的选择功能，还应有支持光端机、微波、载波、无线电台等信道通信转换功能。
通信中有一个重要的工作，即对发送的数据进行抗干扰编码。
对接收到的数据要进行抗干扰译码，如果发现有误则不执行命令。
4．被测量越死区传送每次采集到的模拟量与上一次采集到的模拟量(旧值)进行比较，若差值超过一定的限度(死区)，则送往调度端，否则，认为无变化，不传送。
这可以大大地减少数据的传输量。
5．事件顺序记录(SOE)当某个开关状态发生变位后，记录下开关号，变位后的状态，以及变位的时刻。
事件顺序记录有助调度人员及时掌握被控对象发生事故时各开关和保护动作状况及动作时间，以区分事件顺序，作出运行对策和事故分析。
高等教育自学考试学生
实践考核报告
课程名称：____________________________________ 专业：____________________________________ 准考证号：____________________________________ 学生姓名：____________________________________ 座位号：____________________________________
目录
1 信号测量模块的电路设计涵义 (3)
2 电压和电流采集电路意义 (3)
3 通信主控模块的电路设计 (6)
1信号测量模块的电路设计涵义
信号测量模块主要是对各种现场信号进行采集, 并把它转换成相应的电参量显示出来，并通过CAN总线传送到上位模块。
主要采集对象有：经过外部电压和电流互感器转化后的0-100V标准三相交流电压和0-5A三相电流；反映变电站线路状态及保护运行的开关量；功率表脉冲量。
按照信号的分类，分别对应于模拟量、开关量和脉冲量。
信号测量模块的结构原理如图 3.1所示。
模块由DSP(TMS320LF2407)做为主处理器，完成对模拟量的处理；由MAX7128S做为协处理器，完成对开关量和脉冲量的处理以及集成外围数字电路。
图1.1 信号测量模块的结构原理图
基于对转换时间和转换精度的考虑，本文采用快速6通道全差分输入的双12位模数转换器件AD87864完成信号的交流采集，以满足电力系统对RTU信号采集精度和速度的要求。
现场的开关量有8路，脉冲量有4路，这些外部输入量都要经过光电隔离和缓冲驱动以提高抗干扰能力和电气匹配能力。
为了实现对电力系统的远程保护，RTU设有经过驱动的继电器输出端口。
2电压和电流采集电路意义
为了保证电网的安全运行和了解电网运行的情况，需要对电网的各种运行参数(三相电压、电流、有功功率、无功功率、电网频率等)进行实时检测和分析。
以往人们测量三相的6个参数大多是通过多路模拟开关共用一个—转换器，这样不仅电路复杂、价格较高，而且还难以避免采样的孔径时间以及器件间影响引起的误差。
AD87864可以使测量电路变得简单，而且能够保证测量的精度和准确性，它是一块高速(2us)、低功耗(501mW、单电源(+5V)工作
的双12位—转换器。
它能以500KHZ的采样速率同时进行六通道信号采样，特别适用于电力监控系统。
ADS7864的6路输入通道可分成3对，测量电力监控应用的三相，并将模拟信号转换成DSP所需的数字信号。
输入给片内6个采样-保持放大器的信号经全差分并在ADC 输入期间内保持，使其在5KHZ时仍能提供高达8048的良好共模抑制比，对高噪声环境中的输入噪声抑制起到非常重要的作用。
ADS7864特有的并行接口能与六个FIFO寄存器连接，便于快速地捕获数据。
各通道输出字(地址和数据)为16位。
ADS7864用3个保持信号(HOLDA，HOLDB, HOLDC)选择输入的多路开关并且启动A们转换。
这3个保持信号同时有效就可以同时保持6路输入信号，转换的数据分别存放在6个寄存器中。
在本设计中，ADS7864采用双极性(±5V)的输入，由于输入的交流电压信号为0〜100V，电流信号为0-5A，而ADS7864的模拟输入信号范围是(0-5V),因而需要在两者之间加上信号调理和电平转换电路。
在实际测量中必须对输入的电压、电流进行必要的处理，才能作为采样单元的输入，我们在这里选择北京星格公司所生产的SPT204A电压互感器和SCK254AK电流互感器来得到精度高、线性度好的输出交流电压。
SPT204A实际上是一款毫安级精密电流互感器，它具有线性度好、小巧轻便、能直接焊于印刷线路板上等特点。
其输入额定电流为2mA额定输出电流为2mA。
使用时需要将原边电压信号变换为电流信号，因此需要在原边串联一个合适的电阻，以满足输入端电流为2mA的要求，此时副边会产生一个相同的电流。
本设计中采用2 mA/2 mA电流型互感器TV1013-1，采样电阻为220 kΩ，最大可测电压有效值为440 V;调节滑动变阻器大小，通过信号滤波、电压抬升、功率放大将待测信号转化为0～
5 V的电压信号Uout，作为A/D芯片的输入信号;同时采用过零比较法使Uout与抬升零点比较产生工频方波信号，作为锁相环电路的输入信号。
图1.2 电压输入调理电路
信号调理电路的输出信号范围为-5v~+5v，而ADS7864的模拟输入信号范围为0-5V,因此需要电平的转换，转换成符合ADS7864输入要求的电平。
图3.3是ADS7864 —个输入通道的前端电平转换电路，ADS7864模拟输入通道的+IN和-IN的最大电压输入范围为-0.3V~+5.3V(ADS7864是+5V供电)，该电路使用了 2个运放，Al用作跟随器，用来缓冲ADS7864输出的2.5V基准电压源；A2和四个电阻构成了信号调理网络，适当配置RHig电阻可实现对输入信号K的缩放和平移，以适合ADS7864模拟通道的输入要求。
+IN端的输入电压表示如下：
这样，
在保证V+in=0-5V的前提下，Vi可以使双极信号，调整R8、R7的比例使Vi有合适的输入范围。
对本系统来说，要求Vi的范围为-5V-+5V,所以选择R5、R6、R7、R8分别为，，，。
图1.3双极性输入转换电路
3通信主控模块的电路设计
从RTU总体设计的要求考虑，通信主控模块须具备四个通讯端口：与下位信号测控模块相连实现数据通讯的CAN总线；实现与PC通讯的RS232串行端口；与远程控制中心(调度中心)进行通讯的远方端口；为了与传统的RTU设备或其他的现场智能仪表接口相兼容的RS485端口。
其结构如图3.6所示。
本文采用内置CAN控制器的了
TMS320LF2407A(简称LF2407A),作为通信主控模块的处理核心。
用CPLD集成了处理器外围数字电路，CPLD选择ALTERA公司的MAX7000S系列的具有128个宏单元的100脚的
EPM7128STC100-7，管脚到管脚的延时误差为6ns，完全满足处理器需要。
从功能上可以把通信主控模块分为三个部分：CAN总线接口部分；人机界面部分；并串转换部分和掉电数据保存部分。
