微機(jī)保護(hù)硬件發(fā)展

1、LOGOLOGO 微機(jī)保護(hù)裝置硬件發(fā)展微機(jī)保護(hù)裝置硬件發(fā)展 第二組第二組 主講人：王成進(jìn)主講人：王成進(jìn) 13031235 13031235網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的發(fā)展網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的發(fā)展微機(jī)保護(hù)裝置硬件發(fā)展微機(jī)保護(hù)裝置硬件發(fā)展保護(hù)保護(hù)CPU的發(fā)展過程的發(fā)展過程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展保護(hù)CPU的發(fā)展過程單單CPUCPU微機(jī)保護(hù)微機(jī)保護(hù) 多多CPUCPU微機(jī)保護(hù)微機(jī)保護(hù)數(shù)字信號(hào)處理器（數(shù)字信號(hào)處理器（DSPDSP）ARM+DSPARM+DSP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)保護(hù)CPU的發(fā)展過程 單單CPUCPU微機(jī)保護(hù)微機(jī)保護(hù) 自80年代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展以來,國(guó)內(nèi)己研制出各種類型的微機(jī)保護(hù)裝置,但大部分保護(hù)裝

2、置采用1片單片機(jī)完成數(shù)據(jù)采集和處理功能,功能簡(jiǎn)單,智能化水平較低。保護(hù)CPU的發(fā)展過程多多CPUCPU微機(jī)保護(hù)微機(jī)保護(hù) 多CPU微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的硬件主要包括:數(shù)據(jù)采集單元、中央處理單元、人機(jī)接口(鍵盤與顯示)單元、開關(guān)量輸入輸出單元。其中采用1片8位單片機(jī)90C32組成數(shù)據(jù)采集單元，1片16位單片機(jī)80C196組成主控單元，1片人機(jī)接口單元。模 擬 量 輸 入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2零 序 電 流 保 護(hù)單 片 機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1零 序 電 流 保 護(hù)單 片 機(jī)距 離 保 護(hù)單 片 機(jī)綜 合 重 合 閘單 片 機(jī)高 頻 保 護(hù)單 片 機(jī)邏輯跳 閘信 號(hào)保護(hù)CPU的發(fā)展過程數(shù)字信號(hào)處理器（數(shù)字信號(hào)處理器（DS

3、PDSP） 特點(diǎn)：哈佛結(jié)構(gòu)，獲得高速運(yùn)算能力；采樣流水線技術(shù)，保證取指令和執(zhí)行支路同時(shí)進(jìn)行。 DSP具有強(qiáng)大、快速的數(shù)據(jù)處理能力和定點(diǎn)、浮點(diǎn)運(yùn)算功能，因此將DSP融合到微機(jī)保護(hù)中，將大大提高微機(jī)保護(hù)的計(jì)算性能和速度。 保護(hù)CPU的發(fā)展過程ARM+DSPARM+DSP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 采用ARM+DSP的雙CPU系統(tǒng)中,ARM處理器作為主CPU主要用于與變電站級(jí)的通信(以太網(wǎng)接口),這符合正C61850體系關(guān)于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想,嵌入式操作系所使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議族是內(nèi)嵌在高效多任務(wù)調(diào)度和中斷管理的操作系統(tǒng)之中的。 DSP利用自身運(yùn)算速度快搜長(zhǎng)數(shù)字信號(hào)處理的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、邏輯判斷。有

4、效地保證了微機(jī)保護(hù)的選擇性、速動(dòng)性、可靠性。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展逐次逼近式逐次逼近式A/DA/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)。電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的計(jì)數(shù)式數(shù)據(jù)采集系電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的計(jì)數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展逐次逼近式逐次逼近式A/DA/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 早期的微機(jī)線路保護(hù)中,考慮到A/D轉(zhuǎn)換器價(jià)格昂貴,因此采用多個(gè)通道共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器的方案。模擬量多路轉(zhuǎn)換開關(guān)采用硬件電路控制記數(shù)自動(dòng)進(jìn)位切換通道號(hào)。 第一代微機(jī)線路保護(hù)裝置中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用的逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器為AD574,字長(zhǎng)12位,轉(zhuǎn)換速度20微秒。 DMA控制器為M

5、C6844。這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用的芯片比較多,電路復(fù)雜,抗干擾性差。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的計(jì)數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的計(jì)數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) VFC轉(zhuǎn)換器是把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率信號(hào)的器件，其輸出為一個(gè)等幅脈沖串，重復(fù)頻率隨時(shí)正比于輸入電壓瞬時(shí)值。由計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，這樣在采樣間隔內(nèi)的計(jì)數(shù)值就與采樣對(duì)象的積分值成比例，實(shí)現(xiàn)了模數(shù)轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的計(jì)數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的計(jì)數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 第二代微機(jī)線路保護(hù)VFC(電壓頻率轉(zhuǎn)換)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖及轉(zhuǎn)換特性(該系統(tǒng)中電壓頻率轉(zhuǎn)換采用AD654,光電耦合器采用快速光耦6N137)。早期的并行電纜連接

6、早期的并行電纜連接串行通信串行通信現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)以太網(wǎng)技術(shù)以太網(wǎng)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的發(fā)展網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的發(fā)展早期的并行電纜連接早期的并行電纜連接網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的發(fā)展網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的發(fā)展20世紀(jì)80年代中期，變電站自動(dòng)化的核心是遠(yuǎn)動(dòng)裝置RTU。該類系統(tǒng)實(shí)際上是在常規(guī)的繼電保護(hù)及二次接線的基礎(chǔ)上增設(shè)的裝置，功能主要是與遠(yuǎn)方調(diào)度通信實(shí)現(xiàn)“二遙”或“四遙”。斷路器和隔離開關(guān)的狀態(tài)、保護(hù)信號(hào)通過硬接點(diǎn)接入。與控制中心的通信采用專用電力載波的串行連接，早期限于技術(shù)和資金，一般只有上行通道，通道速率基本在300bit/s，同步式CDT是當(dāng)時(shí)使用最多的通信協(xié)議。串行通信串行通信網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的發(fā)展網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)

7、的發(fā)展接口：針對(duì)設(shè)備而言，兩個(gè)不同系統(tǒng)(或設(shè)備，程序)交接并通過它彼此作用的部分。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，CPU和外部通信有兩種通信方式：并行通信和串行通信。并行通信，即數(shù)據(jù)的各位同時(shí)傳送；串行通信，即數(shù)據(jù)一位一位順序傳送。下圖為這兩種通信方式的示意圖。計(jì) 算 機(jī) 1計(jì) 算 機(jī) 2或 外 設(shè)GNDGND計(jì) 算 機(jī) 1計(jì) 算 機(jī) 2或 外 設(shè)GNDGND發(fā) 送接 收(a)(b)串行通信串行通信網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的發(fā)展網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的發(fā)展按照串行數(shù)據(jù)的時(shí)鐘控制方式，串行通信可分為同步通信和異步通信兩類。在串行通信中數(shù)據(jù)是在兩個(gè)站之間進(jìn)行傳送的，按照數(shù)據(jù)傳送方向，串行通信可分為單工（simplex）、半雙工（hal

8、f duplex）和全雙工（full duplex）三種制式。串行通信的接口電路RS-232C是使用最早、應(yīng)用最多的一種異步串行通信總線標(biāo)準(zhǔn).RS-232、RS-422 與RS-485 標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) 現(xiàn)場(chǎng)總線是指從控制室連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的雙向串行數(shù)字通信總線，也稱現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展的種類較多，約有40余種，如德國(guó)西門子公司Siemens的ProfiBus，法國(guó)的FIP，英國(guó)的ERA，挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，PhenixContact

9、公司的InterBus，RoberBosch公司的CAN，Rosemounr公司的HART，CarloGarazzi公司的Dupline，丹麥ProcessData公司的P-net，PeterHans公司的F-Mux，以及ASI（ActraturSensorInterface），MODBus，SDS，Arcnet，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織-基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美國(guó)的DeviceNet與ControlNet等等。網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的發(fā)展以太網(wǎng)技術(shù)以太網(wǎng)技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)的通信帶寬，以太網(wǎng)的帶寬達(dá)到10Mbps 以上，一個(gè)沖突域中可支持1024 個(gè)節(jié)點(diǎn)；網(wǎng)絡(luò)的通信媒介靈活多樣。以太網(wǎng)可使用同軸電纜、雙絞線、光纖等通信介質(zhì)，甚至能在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中混合使用，可根據(jù)需要靈活選用；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活方便?？蔀榭偩€型或星型，或兩者混用。共