致 谢
首先感谢**老师，**老师在我大学的最后学习阶段----毕业论文阶段给我的指导，从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，以及后来论文的定稿，老师都给了我耐心的指导和无私的帮助。从*老师身上我更是体会到了丰富的学养、严谨的作风、求实的态度、勤奋的精神，这都成为了我不断前行的动力和标杆。
同时感谢在我论文最后的阶段**、**同学等给我的帮助，正是由于他们，才使得我的论文内容更加的完善，结构更加的紧密，在此向他们表示我由衷的感谢。感谢电气学院所有的老师，是你们给我人生道路上画上了最重要的一笔。在今后的学习和工作当中，我将铭记老师的教诲，将河南理工大学的优良传统发扬光大。
同时深深地感谢我的父母！他们是我坚实的后盾，是您们默默的支持，才使我得以顺利地完成今天的学业，找到人生的发展方向，我会做好我的角色，回报您们的关爱。
感谢我的母校河南理工大学，在这里我渡过了人生中最美好的时光，离别之际，心中无限留恋，也充满了感激之情！衷心祝愿母校明天更加美好！
最后，感谢诸位评审专家，感谢你们对论文工作的指导！
摘 要
随着国民经济和电力工业的快速发展，对电力系统中变电站的快速、可靠、安全、智能等方面提出了更高的要求。而现场总线技术、信号处理技术、微电子技术的快速发展为现代化电网提供了有力的技术支撑。如何利用这些技术提高变电站综合自动化的水平，逐渐成为行业的热点。在此研究背景下，本文利用现场总线技术（CAN总线）和数字信号处理技术（DSP），对变电站综合自动化系统进行了整体设计。
首先，讨论了变电站综合自动化系统的体系结构以及系统的通信网络。 其次，在变电站的通信系统设计中，充分利用CAN总线的优势，设计了基于CAN总线的变电站综合自动化数据传输方案及相关电路、程序。同时，利用实际的CAN总线设计模块，对实际的CAN总线通信进行了调试与验证。
再次，基于DSP体积小、功能强、功耗低、速度快、性价比高等特点，采用新型的低压电测量芯片与高性能的数字信号处理器(DSP)，开发了一套变电站测控单元，以实现对变电站数据的快速测量、监视和控制。随后，对测控单元进行了调试。
最后，对测控单元的通信模块按照CAN总线为主，RS-485总线为辅，以及RS-232作为调试通道进行了详细描述和软硬件设计，并且设计了简单的实验，对各个通信模块进行了测试，证明了方案的可行性。
关键字：CAN总线；变电站综合自动化；测控单元；间隔层；DSP
I
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学基 于 CAN总线的变电站综合自动化系统测控单元的研究 隐去 河南理工大
在职人员攻读硕士学位论文
基于CAN总线的变电站综合自动化系统
测控单元的研究
申请人姓名： 隐去 指导教师： 隐去 学位类别： 工学硕士（高校教师） 专业名称： 控制理论与控制工程 研究方向： 电力传动系统与控制
河南理工大学电气工程与自动化学院
二○一二年三月二十五日
河南理工大学
学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。
本人愿意承担因本学位论文引发的一切相关责任。
学位论文作者签名:
年 月 日
河南理工大学
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学位论文作者签名： 导师签名：
年 月 日 年 月 日
中图分类号： 密 级：
UDC： 单位代码：10460
变电站综合自动化 测控单元的研究
Research Of Measurement And Control Unit Of Integrated Substation Automation System
Based On CAN Bus
申请人姓名
隐去 工程
导
师
隐去
职 河南理工大学
学位类别工 学硕士（高校教师）
专业名称 控制理论与控制研究方向
称
教授
提交日期 答辩日期
Abstract
With the rapid development of the national economy and power industry, demands of speed, reliability, security, intelligence and so on are higher for substations in the power system. And the CAN bus technology, signal processing technology and micro-electronic technology can provide back-up technology for modern power grids. So more and more researches focus on improving the integrative automation level of substation by these technologies. For this, integrated automation systems of the substation are designed by using the Controller Area Network (CAN) bus technology and Digital Signal Processing (DSP) technology.
Firstly, the structure of integrated substation automation system was introduced. Its communication network was also discussed.
Secondly, according to CAN bus advantages, the integrated substation automation data transmission scheme was designed based on CAN bus technology. And the relevant circuit and program are designed too. Meanwhile, the CAN bus communication was debugged and verified by using actual CAN bus design module.
Thirdly, based on DSP’s advantages of small volume, strong function, low power consumption, high speed and high performance, novel low voltage electric energy measurement chip and high-performance digital signal processor (DSP) were applied to develop a substation transformer monitoring and control unit, which can measure, monitor and control substation data rapidly. Subsequently, the substation monitoring and control unit was debugged with three-phase motor experimental systems.
Finally, according to CAN bus as the main, RS-485 bus as a supplement and RS-232 as a debugging channel, communication module of the control unit was described in detail and the relevant software and hardware were designed. Due to validate the scheme, a simple test rig was established and each communication module was tested.
Keywords: CAN Bus; Integrated Substation Automation System; Measure and Control Unit; The spacer layer; DSP
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目 录
摘 要 .............................................................. I 1 绪论 ............................................................. 1 1.1 研究背景 ......................................................... 1 1.2 国内外研究进展和发展趋势 ......................................... 2 1.3 目前存在的问题 ................................................... 2 1.4 本课题研究的意义 ................................................. 3 1.4 本课题的研究内容 ................................................. 4 2 基于CAN总线的变电站综合自动化系统 ............... 错误！未定义书签。 2.1 基于CAN总线的变电站综合自动化系统的体系结构 .... 错误！未定义书签。 2.2 CAN节点的分类和功能要求 ......................................... 7 2.3 系统测控功能 .................................... 错误！未定义书签。
2.3.1 遥测计算 ................................................ 错误！未定义书签。 2.3.2 遥信变位与事件顺序记录 .................................. 错误！未定义书签。 2.3.3 遥脉计算 ................................................ 错误！未定义书签。 2.3.4 遥控与遥调 .............................................. 错误！未定义书签。
2.4 本章小结 ........................................ 错误！未定义书签。 3 CAN总线通信单元设计 ............................. 错误！未定义书签。 3.1 CAN接口硬件设计 ................................ 错误！未定义书签。
3.1.1 间隔单元构成 ............................................ 错误！未定义书签。 3.1.2 CAN接口电路设计 ........................................ 错误！未定义书签。
3.2 CAN通信模块软件设计 ............................ 错误！未定义书签。 3.4 本章小结 ........................................ 错误！未定义书签。 4 测控单元的设计 ................................................... 13 4.1 测控单元的设计思路 .............................................. 13 4.2 测控单元的测量模块设计 .......................................... 15
4.2.1 SA9904B ................................................................. 15 4.2.2 DSP ..................................................................... 18 4.2.3 DSP与SA9904B组成的测量模块的硬件设计 .................................. 19 4.2.4 测量模块的软件设计 ...................................................... 22
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4.2.5 测量参数的计算 ......................................................... 23
4.3 测控单元的存储器设计 ............................................ 25
4.3.1 24LC256与DSP的硬件接口设计 ............................................ 26 4.3.2 软件设计 ............................................................... 27
4.4 测控单元的LCD显示模块设计 ...................................... 27 4.6 本章小结 ........................................................ 29 5 测控单元通信模块的设计 ........................... 错误！未定义书签。 5.1 测控单元通信模块的基本功能 ...................... 错误！未定义书签。 5.2 通信协议的设计 .................................. 错误！未定义书签。
5.2.1 通信原理 ............................................... 错误！未定义书签。 5.2.2 通信协议 ............................................... 错误！未定义书签。
5.3 串行RS-232/RS-485通信接口设计 .................. 错误！未定义书签。
5.3.1 串行RS-232通信接口硬件设计 ............................ 错误！未定义书签。 5.3.2 串行RS-232通信接口软件设计 ............................ 错误！未定义书签。 5.3.3 串行RS-485通信接口硬件设计 ............................ 错误！未定义书签。 5.3.4 串行RS-485通信接口软件设计 ............................ 错误！未定义书签。
5.4 现场CAN总线通信接口设计 ........................ 错误！未定义书签。
5.4.1 LF2407系列DSP的CAN控制器模块简介 ..................... 错误！未定义书签。 5.4.2 现场CAN总线通信接口硬件设计 ........................... 错误！未定义书签。 5.4.3 现场CAN总线通信接口软件设计 ........................... 错误！未定义书签。
5.6 本章小结 ........................................ 错误！未定义书签。 6 总结与展望 .......................................................46 6.1 总结 ............................................................ 46
6.1.1 本文的主要工作 ......................................................... 46 6.1.2 进一步研究和完善的问题 ................................................. 46
6.2 展望 ............................................................ 47 参考文献 ...........................................................49
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1 绪论
1 绪论
1.1 研究背景
现代化电网运行的可靠性在很大程度上将依赖于电网控制技术和系统的可靠性，而作为电网控制系统的基础，变电站自动化技术也起着非常关键的作用。变电站作为电力系统的重要组成环节，起着至关重要的作用。变电站能否稳定运行将直接决定电力系统能否可靠、经济的运行。而变电站的可靠运行主要依赖于如何提高变电站综合自动化的水平，使变电站的监视、测量、控制、保护、远动等功能综合化，实现信息资源与设备资源共享，减少变电站设计的冗余结构，使结构更加简单合理，使变电站更加安全可靠的运行，并实现遥信、遥测、遥调和遥调功能。其中，作为变电站综合自动化系统底层的测控单元，对变电站综合自动化系统性能有着决定性的影响。
测控单元是变电站综合自动化系统中的一个重要部分，它是综合应用传感器技术、数据通信技术和信息处理、计算机控制技术，通过计算机硬、软件系统代替人工进行各种运行操作，提高变电站运行、管理水平的一种自动化系统。主要完成对间隔层进行监视、测量、控制、保护等功能。其内容包括：电气量的采集与处理；电气设备的状态监视与控制；实现输配电线路、变压器、电容器等重要设备的正常运行的测量、监视和控制，保证它们的正常运行和安全；在发生故障或事故时，根据瞬时电气量的采集、向继电保护装置发出控制信号，迅速切除故障部分，并立即向当地中央控制系统或远方调度中心发出故障警报。此外，测控单元还包括将线路、变压器等设备的监视信息传送给本地的监控机以及远方的调度中心、控制中心等单位。因此，变电站测控系统之间、测控系统与监控机之间的数据通信能力，也是影响整个系统性能的关键。
6-35kV变电站综合自动化系统的测控系统，采用全分散式测控系统的总体结构，将测控单元布置在其对应的一次设备附近或高压开关柜内，以得到节约主控制室占地面积、节约信号和控制电缆以及实现信息和资源共享，提高测控单元的目的。因此，对测控单元的通信系统提出了更高的要求，在很大程度上也决定了综合自动化系统的总体性能。如今，以现场总线技术为基础的面向对象的全分散式测控系统是变电站自动化技术中的一个发展趋势和方向。鉴于现场总线的优良性能，将现场总线技术引入变电站综合自动化系统中，是势在必行。
综上所述，变电站测控系统是目前变电站自动化领域中的一个热门课题之一。
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