變電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)4

1、變電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)Department of Electrical Engineering SouthWest Jiaotong University EMei2011孟軍 Mengjun_SouthWest Jiaotong University Emei1SCADA 系統(tǒng)概述SouthWest Jiaotong University Emei11 微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)概述111 工業(yè)自動(dòng)化與計(jì)算機(jī) 微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，加速了信息社會(huì)的進(jìn)程，并由此而產(chǎn)生了種種令人神往的預(yù)測。 微電子技術(shù)影響較大的領(lǐng)域之一，是自動(dòng)化技術(shù)工具的進(jìn)步和完善。自動(dòng)化技術(shù)工具的進(jìn)步和完善促進(jìn)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，工廠（工業(yè)

2、生產(chǎn)）自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、辦公室自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化，即所謂“4A”，已成為國際上的熱門話題。 SouthWest Jiaotong University Emei 工業(yè)過程控制是計(jì)算機(jī)的一個(gè)很重要的應(yīng)用領(lǐng)域。工業(yè)控制機(jī)正是為滿足這一特定的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域而發(fā)展起來的。它是現(xiàn)代化工業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化不可缺少的工具。工業(yè)控制機(jī)是以電子計(jì)算機(jī)為核心的測量與控制系統(tǒng)。 工業(yè)測控系統(tǒng)通常是由包括傳感器、過程輸入輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分組成的。由系統(tǒng)對(duì)客觀世界的各種工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、處理并對(duì)其實(shí)施控制，從而完成自動(dòng)測控任務(wù)。 航空、航天、核能、電力、煤炭、石油、化工、冶金、機(jī)械、電子、交通、輕工、

3、紡織等，都在努力實(shí)現(xiàn)這種測控自動(dòng)化。SouthWest Jiaotong University Emei112 計(jì)算機(jī)與微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 凡有微型計(jì)算機(jī)參與生產(chǎn)過程的監(jiān)視、監(jiān)測和控制管理的系統(tǒng)都可叫做微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。 計(jì)算機(jī)參與生產(chǎn)過程控制有開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩類方式。開環(huán)控制（離線控制）：計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果僅作為指導(dǎo)生產(chǎn)的參考，生產(chǎn)過程的控制尚須由人工干預(yù)實(shí)施。閉環(huán)控制（在線控制）：系統(tǒng)的輸出量對(duì)控制作用有直接影響，計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果，直接用來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，生產(chǎn)過程的控制無需人工干預(yù)。SouthWest Jiaotong University Emei 對(duì)于任何生產(chǎn)活動(dòng)都應(yīng)給以科學(xué)的管理，為此，首先必

4、須及時(shí)掌握生產(chǎn)的實(shí)際情況，然后才能作出正確的判斷，使生產(chǎn)過程盡可能維持在最佳狀態(tài)。采集生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視和控制是科學(xué)管理生產(chǎn)的基礎(chǔ)。 初級(jí)階段：人工進(jìn)行； 高級(jí)階段：機(jī)器承擔(dān)，按照人的意志自動(dòng)完成。SouthWest Jiaotong University Emei 現(xiàn)代生活中有許多的大型工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，比如電力系統(tǒng)、鐵路系統(tǒng)等，組成大型工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)部門多，且分散在相距甚遠(yuǎn)的廣闊地區(qū)。為了保證系統(tǒng)的正常工作，構(gòu)成系統(tǒng)的各部分必須在一個(gè)調(diào)度機(jī)構(gòu)的統(tǒng)一指揮下協(xié)調(diào)工作。為此，調(diào)度機(jī)構(gòu)要隨時(shí)了解系統(tǒng)各部分在生產(chǎn)過程中的實(shí)際情況，并要此基礎(chǔ)上作出對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行指揮的策略。為了使調(diào)試

5、工作既滿足實(shí)時(shí)性好，又保證可靠性高，于是便產(chǎn)生了遠(yuǎn)動(dòng)，并要綜合了自動(dòng)控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)之后迅速發(fā)展起來。 SouthWest Jiaotong University Emei微型計(jì)算機(jī)技術(shù)通信及接口技術(shù)智能控制技術(shù)檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)多媒體技術(shù)and more 微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)SouthWest Jiaotong University Emei1.1 遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)的概念 遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)是近年來提出的概念，目前對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)還沒有一個(gè)完整的定義，但它包括傳統(tǒng)的遙控、遙信、遙測、遙調(diào)等技術(shù)，所以可以給遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)下一個(gè)粗略的定義： 對(duì)物體或各種過程進(jìn)行遠(yuǎn)距離測量和控制的綜合技術(shù)，稱為遠(yuǎn)動(dòng)(Telecontro

6、l)技術(shù)，它具有在人和機(jī)器或機(jī)器與機(jī)器之間遠(yuǎn)距離交換信息的功能。 SouthWest Jiaotong University Emei 傳統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的主要功能為“四遙”遙控、遙調(diào)、遙測、遙信。一、“四遙”功能的定義1.遙控即遠(yuǎn)程命令(Telecommand):對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制，即應(yīng)用遠(yuǎn)和通信技術(shù)，使運(yùn)行設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生變化。被控對(duì)象可以是固定的也可以是運(yùn)動(dòng)的。這種命令只取有限個(gè)離散值，通常只取兩種狀態(tài)命令，例如開關(guān)的“分”、“合”指令。2.遙調(diào)即遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)(Teleadjusting):對(duì)被控站某些設(shè)備的工作狀態(tài)和參數(shù)的遠(yuǎn)距離調(diào)節(jié)，即對(duì)具有兩個(gè)以上狀態(tài)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行控制的遠(yuǎn)程命令。例如

7、在供電系統(tǒng)中遙調(diào)常用于有載調(diào)壓變壓器抽頭的升、降調(diào)節(jié)和其它具有分級(jí)升降功能的場合。SouthWest Jiaotong University Emei3.遙測即遠(yuǎn)程測量(Telemetering):對(duì)被測對(duì)象的某些參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離測量，應(yīng)用遠(yuǎn)程通信技術(shù)傳輸被測變量的值。如可以遙測牽引供電系統(tǒng)中變電所、分區(qū)亭中的有功和無功功率、電度、電壓、電流等電氣參數(shù)，及接觸網(wǎng)故障點(diǎn)等非電氣參數(shù)。又如在國民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)研究和國防的許多部門，由于一些特殊原因，人們無法接近被測對(duì)象，就需要通過遙測來了解和監(jiān)控被測對(duì)象的情況。采用遙測技術(shù)，可以提高各部門折自動(dòng)化程度，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和管理調(diào)度質(zhì)量。4.遙信

8、即遠(yuǎn)程指示(Teleindication;Telesignalization):將被控站的設(shè)備狀態(tài)信號(hào)遠(yuǎn)距離傳送給調(diào)度端，即對(duì)諸如告警信號(hào)、開關(guān)位置這樣的狀態(tài)信號(hào)的遠(yuǎn)程監(jiān)視。SouthWest Jiaotong University EmeiSouthWest Jiaotong University Emei主要任務(wù)：集中控制集中監(jiān)視正常狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)合理的系統(tǒng)遠(yuǎn)行方式；事故時(shí)，及時(shí)了解事故的發(fā)生和范圍，加快事故處理，提高安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平實(shí)現(xiàn)無人化或少人化，提高運(yùn)行操作質(zhì)量，改善勞動(dòng)條件SouthWest Jiaotong University Emei 監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，簡稱為微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)

9、，即SCDAS系統(tǒng)(Supervisory Control and Data Acquisition System)。被控端稱為遠(yuǎn)方終端，即RTU (Remote Terminal Unit) SCDAS除了完成常規(guī)的“四遙”功能外，還可以完成數(shù)據(jù)處理和管理功能，編制各種不同的圖形、報(bào)表，提供復(fù)示終端，與其它系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)等功能，提供操作人員的在線培訓(xùn)、防誤操作以及輔助決策等功能。 牽引供電SCADA系統(tǒng)是遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)典型應(yīng)用SouthWest Jiaotong University Emei1.2 遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展 20世紀(jì)30年代用于鐵路遠(yuǎn)輸系統(tǒng) 40年代用于電力系統(tǒng)。 我國的遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)從20世紀(jì)

10、50年代起步，50年代末在電力系統(tǒng)中使用。 60年代電氣化鐵道遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)在我國開始研制，80年代才得到廣泛應(yīng)用。 遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)歷了繼電器、晶體管(分立元件)、集成電路和微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)幾個(gè)階段，相應(yīng)的遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)也稱為第一代、第二代、第三代和第四代遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。前三代稱為布線邏輯遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，第四代即為微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。目前，廣泛應(yīng)用的電鐵遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)均為微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。SouthWest Jiaotong University Emei1.3計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)的基本組成 計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的主要任務(wù)是對(duì)物體和各種過程實(shí)時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)控與調(diào)度，因此可以給出一個(gè)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)組成的基本模式：調(diào)度端通信信道被控端1被控端2被控端3被控端4

11、被控端N信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置1信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置2信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置3信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置4信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置NSouthWest Jiaotong University EmeiSouthWest Jiaotong University Emei遠(yuǎn)程維護(hù)MODEM實(shí)時(shí)打印機(jī)報(bào)表打印機(jī)GPS系統(tǒng)調(diào)度員工作站維護(hù)工作站拷貝機(jī)通道雙切網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器WEB工作站大屏系統(tǒng)通信系統(tǒng)UPS變電所的監(jiān)控變電所的監(jiān)控變電所的監(jiān)控變電所的監(jiān)控遠(yuǎn)程維護(hù)SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)SouthWest Jiaotong University Emei1.4遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的分類1.按遠(yuǎn)動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)方式分： 布線邏輯式遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)2.按遠(yuǎn)動(dòng)裝置采用的元件是否有接

12、點(diǎn)分： 有接點(diǎn)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng) 無接點(diǎn)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)3.按遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)的信息傳輸方式分： 循環(huán)式遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng) 問答式遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)SouthWest Jiaotong University Emei4.按遠(yuǎn)動(dòng)裝置的工作方式分：1：1工作方式遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng) (每個(gè)被控端對(duì)應(yīng)一臺(tái)調(diào)度端)1：N工作方式遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng) (調(diào)度端一臺(tái)裝置對(duì)應(yīng)N臺(tái)被控端)M：N工作方式遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng) (調(diào)度端M臺(tái)裝置對(duì)應(yīng)N臺(tái)被控端)5.按遙控、遙測系統(tǒng)傳輸指令和信息是利用無線信道還是有線信道分： 無線信道遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，常用的無線傳輸手段有無線電、紅外線、激光、微波等。 有線信道遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，常用的有線傳輸手段有郵電載波、有線載波、同軸電纜、電力線、電話線載波、光纖等。Sou

13、thWest Jiaotong University Emei6.按被控對(duì)象是分散還是集中分： 分散式遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng) 集中型遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng) 此外還可根據(jù)被控對(duì)象是固定還是活動(dòng)，是鏈?zhǔn)椒植歼€是輻射分布分為固定目標(biāo)或活動(dòng)目標(biāo)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)；鏈?zhǔn)交蜉椛涫竭h(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。SouthWest Jiaotong University Emei1.5 遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)配置的基本模式 遠(yuǎn)動(dòng)配置(Telecontrol configuration)是指主站與若干子站以及連接這些站的傳輸鏈路的組合體。1.點(diǎn)對(duì)點(diǎn)配置(Point-to-Point Configuration)：主站與子站之間通過專用的傳輸鏈路相連接的一種配置。2.多路點(diǎn)對(duì)點(diǎn)配置(

14、Multiple Point-to-Point Configuration)：主站通過各自鏈路與多個(gè)子站相連的一種配置，主站與各子站可同時(shí)交換數(shù)據(jù)。SouthWest Jiaotong University Emei3.多點(diǎn)星形配置(Multipoint-star Configuration)：主站與多個(gè)子站相連的一種配置。任何時(shí)刻只許一個(gè)子站向主站傳輸數(shù)據(jù)；主站可以選擇一個(gè)或多個(gè)子站傳輸數(shù)據(jù)，也可向全部子站同時(shí)傳輸全局性報(bào)文。4.多點(diǎn)共線配置(Multi-partyline Configuration)：主站通過一公共鏈路與多個(gè)子站相連的一種配置。任何時(shí)刻只許一個(gè)子站傳輸數(shù)據(jù)到主站；主站可以

15、選擇一個(gè)或多個(gè)子站傳輸數(shù)據(jù)，也可向全部子站同時(shí)傳輸全局性報(bào)文。5.多點(diǎn)環(huán)型配置(Multipoint-ring Configuration)：所有站之間的通信鏈路形成環(huán)狀，主站可以通過兩條不同的路徑與每一子站通信。SouthWest Jiaotong University Emei1.6 對(duì)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的要求(性能指標(biāo)) 對(duì)任何一種遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)而言，可以用遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的性能指標(biāo)來衡量其優(yōu)劣或作為設(shè)計(jì)選型的要求，一般來說有以下幾個(gè)方面：1.可靠性 遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備中每個(gè)設(shè)備的可靠性一般用平均故障間隔時(shí)間(MTBF)即兩次偶然故障的平均間隔時(shí)間來表示。而整個(gè)系統(tǒng)的可靠性通?？梢杂谩翱捎寐省眮肀硎荆菏街型Ｓ脮r(shí)間包

16、括故障和維修時(shí)間。影響系統(tǒng)可用率的重要因素有：設(shè)備的質(zhì)量、維護(hù)檢修情況、環(huán)境條件、電源供電可靠性及其備用程度。SouthWest Jiaotong University Emei遠(yuǎn)動(dòng)信息在傳輸過程中，會(huì)因?yàn)楦蓴_出現(xiàn)差錯(cuò)。傳輸可靠性是用信息的差錯(cuò)率來表示的。差錯(cuò)率包括誤編比特率、誤碼率、誤字節(jié)率，常用誤碼率表示。在通常情況下，差錯(cuò)率要求在信噪比大于15dB時(shí)，誤碼率小于10-5。2.容量與功能3.實(shí)時(shí)性強(qiáng)4.數(shù)據(jù)準(zhǔn)確SouthWest Jiaotong University Emei5.設(shè)計(jì)合理6.可維護(hù)性好7.信道混用8.設(shè)備多樣化9.兼容性強(qiáng)10.使用方便11.抗干擾能力強(qiáng)SouthWest

17、 Jiaotong University Emei牽引供電、電力、SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖鐵路通訊網(wǎng)絡(luò)調(diào)度中心局域網(wǎng)調(diào)度中心通訊設(shè)備通訊設(shè)備牽引供電電力供電開閉所牽引變電所牽引變電所分區(qū)所分區(qū)所AT所AT所AT所AT所地方電源變配電所地方電源變配電所地方電源變配電所車站箱變區(qū)間負(fù)荷車站車站貫通線貫通線箱變區(qū)間負(fù)荷箱變區(qū)間負(fù)荷箱變區(qū)間負(fù)荷SouthWest Jiaotong University Emei2調(diào)度端及RTUSouthWest Jiaotong University Emei2.1調(diào)度端功能 調(diào)度端裝設(shè)以微機(jī)為基礎(chǔ)的主監(jiān)控機(jī)，它監(jiān)控所選定的遠(yuǎn)方終端裝置(RTU)，遠(yuǎn)方終端由微處理器和

18、接口電路等組裝而成。這種計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)動(dòng)裝置具有體積小、可靠性高、易于擴(kuò)展、價(jià)格比較便宜的特點(diǎn)。SouthWest Jiaotong University Emei 1.數(shù)據(jù)收集 調(diào)度端收集各RTU發(fā)送來的數(shù)據(jù)，在終端上顯示有關(guān)數(shù)據(jù)。 2.數(shù)據(jù)處理 對(duì)RTU送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、運(yùn)算、判斷。 3.控制與調(diào)節(jié) 實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，形成命令與下發(fā)命令到RTU實(shí)現(xiàn)遙控操作。 4.人機(jī)聯(lián)系 在調(diào)度端收集整理與處理RTU上送數(shù)據(jù)，顯示有關(guān)數(shù)據(jù)，發(fā)送遙控、遙測命令校對(duì)命令。在人機(jī)聯(lián)系的另一方面就是制表打印，定點(diǎn)打印負(fù)荷、電能、日、月運(yùn)行報(bào)表，召喚打印，操作報(bào)表打印，異常及事故打印，畫面拷貝等。SouthWest Ji

19、aotong University EmeiSouthWest Jiaotong University EmeiSouthWest Jiaotong University Emei2.2 調(diào)度端的硬件結(jié)構(gòu) 調(diào)度端遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備是以單機(jī)或多機(jī)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，完成遙控命令的發(fā)送和遙測、遙信數(shù)據(jù)的接收、輸出執(zhí)行等功能。 目前主要用微機(jī)作為主機(jī)，另配上大屏幕彩色顯示器、打印機(jī)、鼠標(biāo)或光筆等外部設(shè)備構(gòu)成。主機(jī)完成大量的數(shù)據(jù)處理、人機(jī)聯(lián)系、畫面曲線顯示等工作。為減輕主機(jī)的負(fù)擔(dān)，加快運(yùn)算速度，滿足實(shí)時(shí)控制的要求，系統(tǒng)一般還配置前置機(jī)，來承擔(dān)遠(yuǎn)動(dòng)信息的收集與處理(通信)。 集中式（單機(jī)、冗余） 分布式South

20、West Jiaotong University Emei調(diào)度端結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。SouthWest Jiaotong University Emei 新一代調(diào)度管理系統(tǒng)是分布式網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)，共享一套數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),人機(jī)交互系統(tǒng)和分布式支撐環(huán)境.系統(tǒng)各網(wǎng)絡(luò)功能節(jié)點(diǎn)可以集成在同一節(jié)點(diǎn)上,也可分散駐留于不同節(jié)點(diǎn),配置靈活,每個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)都可獨(dú)立運(yùn)行. 分布式SCADA系統(tǒng)調(diào)度端一般為局域網(wǎng)系統(tǒng)，其主要系統(tǒng)為數(shù)據(jù)服務(wù)器，WEB服務(wù)器，調(diào)度員工作站，維護(hù)工作站，通信前置機(jī)及打印機(jī)，模擬屏（大屏幕顯示器）等外設(shè)組成SouthWest Jiaotong University EmeiSouthWest J

21、iaotong University Emei2.3 軟件 軟件從層次上來分，可分為三大類，即系統(tǒng)軟件、支持軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件 由計(jì)算機(jī)公司提供，面向機(jī)器本身，其算法和功能不依賴于特定的用戶。它的主要任務(wù)是使硬件所提供的能力可以得到充分的利用，支持用戶的應(yīng)用軟件的運(yùn)行并提供恰當(dāng)?shù)姆?wù)。 操作系統(tǒng)是微機(jī)最基本的系統(tǒng)軟件，由它來管理內(nèi)存分配，鍵盤操作，屏幕顯示，驅(qū)動(dòng)軟盤，硬盤等外設(shè)。操作系統(tǒng)有一部分固化在主機(jī)內(nèi)存中，大部分是在開機(jī)后，從軟盤或硬盤調(diào)入內(nèi)存。 SouthWest Jiaotong University EmeiUNIX+WINDOWS 系統(tǒng)特點(diǎn)UNIX操作系統(tǒng)具備高穩(wěn)定性、可靠

22、性及高實(shí)時(shí)響應(yīng)的特點(diǎn)UNIX操作系統(tǒng)具備強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)管理能力及較強(qiáng)的抗計(jì)算機(jī)病毒侵染的能力UNIX系統(tǒng)軟硬件成本高，運(yùn)營維護(hù)欠直觀。UNIX+WINDOWS 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器采用UNIX操作系統(tǒng)，其余均采用WINDOWS操作系統(tǒng)UNIX+WINDOWS 系統(tǒng)優(yōu)勢保留了UNIX系統(tǒng)可靠、安全、高實(shí)時(shí)響應(yīng)的特點(diǎn)，又具備WINDOWS系統(tǒng)操作直觀、簡便、易維護(hù)，維護(hù)成本低的特點(diǎn)SouthWest Jiaotong University Emei支持軟件 對(duì)于遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)來說主要包括：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和監(jiān)控圖形生成系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)包括建立數(shù)據(jù)庫、修改數(shù)據(jù)、提取數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。應(yīng)用軟件 應(yīng)用軟件包括：數(shù)據(jù)收集

23、軟件、模擬屏接口軟件、同后臺(tái)機(jī)通信的軟件、計(jì)算軟件等。SouthWest Jiaotong University EmeiSouthWest Jiaotong University Emei1、客戶/服務(wù)器(C/S)模式2、分布式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)分散到各個(gè)節(jié)點(diǎn)獨(dú)立的數(shù)據(jù)處理能力通過網(wǎng)絡(luò)可構(gòu)成整體數(shù)據(jù)庫SouthWest Jiaotong University EmeiSouthWest Jiaotong University Emei2.4 RTU的主要功能1采集狀態(tài)量信息 通過一些接口電路，把變電所的斷路器、隔離開關(guān)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的某個(gè)內(nèi)存區(qū)。2采集模擬量測量值 所謂采集，即

24、把變電所的一些電流量、電壓、功率等模擬量，通過互感器、變送器、AD轉(zhuǎn)換器變成二進(jìn)制數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的某個(gè)內(nèi)存區(qū)。3與調(diào)度端進(jìn)行通信 把采集到的各種數(shù)據(jù)，組成一幀一幀的報(bào)文送往調(diào)度端，并接收調(diào)度端送來的命令報(bào)文。通信規(guī)約一般有應(yīng)答式(polling)、循環(huán)式(CDT) 等。RTU應(yīng)具備通信速率的選擇功能，還應(yīng)有支持光端機(jī)、微波、載波、無線電臺(tái)等信道通信轉(zhuǎn)換功能。SouthWest Jiaotong University Emei4被測量越死區(qū)傳送 每次采集到的模擬量與上一次采集到的模擬量(舊值)進(jìn)行比較，若差值超過一定的限度(死區(qū))，則送往調(diào)度端，否則，認(rèn)為無變化，不傳送。這可以大大地減少數(shù)據(jù)

25、的傳輸量。5事件順序記錄(SOE) 當(dāng)某個(gè)開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變位后，記錄下開關(guān)號(hào)，變位后的狀態(tài)，以及變位的時(shí)刻。事件順序記錄有助于調(diào)度人員及時(shí)掌握被控對(duì)象發(fā)生事故時(shí)各開關(guān)和保護(hù)動(dòng)作狀況及動(dòng)作時(shí)間，以區(qū)分事件順序，作出運(yùn)行對(duì)策和事故分析。時(shí)間分辨率是事件順序記錄的重要指標(biāo)，分為RTU內(nèi)與RTU之間兩種。SouthWest Jiaotong University Emei (1)SOE的RTU內(nèi)分辨率。 在同一RTU內(nèi)，順序發(fā)生一串事件后，兩事件間能夠辨認(rèn)的最小時(shí)間稱為SOE的站內(nèi)分辨率。在調(diào)度自動(dòng)化中，SOE的站內(nèi)分辨率一般要求小于5ms，其大小由RTU的時(shí)鐘精度及獲取事件的方法決定。 (2)SOE的

26、RTU之間分辨率。 SOE的RTU之間分辨率，即站間分辨率，是指各RTU之間順序發(fā)生一串事件后，兩事件間能夠辨認(rèn)的最小時(shí)間，它取決于系統(tǒng)時(shí)鐘的誤差和通道延時(shí)的誤差、中央處理機(jī)的處理延時(shí)等，SOE的站間分辨率一般要求小于10ms，這是一項(xiàng)整個(gè)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的性能要求指標(biāo)。SouthWest Jiaotong University Emei6執(zhí)行遙控命令 調(diào)度端發(fā)來遙控命令，RTU收到命令，確認(rèn)無誤后，即進(jìn)行遙控操作，通過接口電路，執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使某個(gè)或多個(gè)斷路器或隔離開關(guān)進(jìn)行“合”或“分”的操作。 7系統(tǒng)對(duì)時(shí) RTU站間SOE分辨率是一項(xiàng)系統(tǒng)指標(biāo)，因此它要求各RTU的時(shí)鐘與調(diào)度中心的時(shí)鐘嚴(yán)格同步。采用時(shí)鐘

27、同步的措施有以下兩點(diǎn)： SouthWest Jiaotong University Emei (1)采用全球定位系統(tǒng)GPS。 該方法需要在各站點(diǎn)安裝GPS接收機(jī)、天線、放大器，并通過標(biāo)準(zhǔn)RS-232口和RTU相連。 (2)采用軟件對(duì)時(shí)。 CDT、DNP、Modbus等規(guī)約提供了軟件對(duì)時(shí)手段，可采用軟件對(duì)時(shí)。但由于受到通信速率的影響，需要采取修正措施。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要增加硬件設(shè)備。SouthWest Jiaotong University Emei8自恢復(fù)和自檢測功能 RTU作為遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集單元，必須保證不間斷地完成和SCADA系統(tǒng)的通信，但RTU的工作環(huán)境惡劣，具有強(qiáng)大電磁干擾，運(yùn)

28、行中難免發(fā)生程序受干擾，或通信瞬時(shí)中斷等異常情況，有時(shí)也會(huì)發(fā)生電源瞬時(shí)掉電，這都會(huì)造成RTU死機(jī)，而使系統(tǒng)無法收到該被控對(duì)象的信息。因此要求RTU在遇這些情況時(shí)，能在最短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)恢復(fù)，重新從頭開始運(yùn)行程序，為了維護(hù)方便，通常要求RTU含有自檢程序。 SouthWest Jiaotong University Emei除以上功能外，RTU還應(yīng)有以下功能： 1當(dāng)?shù)仫@示與參數(shù)整定輸入在RTU上安裝一個(gè)當(dāng)?shù)劓I盤和LED或LCD顯示器，使得RTU的采集量在當(dāng)?shù)鼐涂梢燥@示到顯示器上，也可通過鍵盤輸入遙測量的轉(zhuǎn)換系數(shù)和修改保護(hù)整定值等。 2.一發(fā)多收，有時(shí)一臺(tái)RTU要向不同上級(jí)計(jì)算機(jī)發(fā)布信息，或通信規(guī)約不

29、相同，需實(shí)現(xiàn)多規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)。 3CRT顯示與打印制表，要求RTU具有當(dāng)?shù)仫@示功能，并能將異常事故報(bào)告打印出來。SouthWest Jiaotong University Emei2.5 RTU的硬件構(gòu)成 傳統(tǒng)的遠(yuǎn)動(dòng)裝置是由晶體管或集成電路，通過邏輯設(shè)計(jì)構(gòu)成的，稱為布線邏輯遠(yuǎn)動(dòng)(或硬件遠(yuǎn)動(dòng))。自從微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用于遠(yuǎn)動(dòng)以來，遠(yuǎn)動(dòng)的功能設(shè)計(jì)主要由軟件的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，所以又稱為軟件遠(yuǎn)動(dòng)。SouthWest Jiaotong University EmeiSouthWest Jiaotong University EmeiSouthWest Jiaotong University Emei1 哈大線牽引供電S

30、CADA調(diào)度系統(tǒng)項(xiàng)目概況 哈大線牽引供電系統(tǒng)管轄全線近950km的復(fù)線電氣化鐵路的17個(gè)變電所，供電范圍包括哈爾濱、長春、大連、沈陽四個(gè)鐵路分局。全線在沈陽設(shè)置一個(gè)總牽引供電調(diào)度所，在哈爾濱、長春、大連設(shè)置三個(gè)分調(diào)所。調(diào)度端結(jié)構(gòu)組成: 哈大線SCADA系統(tǒng)設(shè)一個(gè)主調(diào)度中心，三個(gè)分調(diào)度中心，是一個(gè)基于廣域網(wǎng)的調(diào)度端（WAN）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。SouthWest Jiaotong University Emei 主控中心內(nèi)部采用10M/100M自適應(yīng)局域網(wǎng)連接，主要由主服務(wù)器、GPS全球定位系統(tǒng)、調(diào)度員工作站、數(shù)據(jù)維護(hù)工作站、通信前置機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及相應(yīng)的外圍設(shè)備組成。 各分控中心內(nèi)部通過10M局域網(wǎng)相連，

31、只配置有調(diào)度員工作站及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)和外圍設(shè)備。 主控中心和分控中心間通過路由器和高速M(fèi)ODEM相連。SouthWest Jiaotong University Emei哈大線SCADA系統(tǒng)調(diào)度端結(jié)構(gòu)圖SouthWest Jiaotong University Emei特點(diǎn):調(diào)度端系統(tǒng)可采用廣域網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在廣域網(wǎng)系統(tǒng)中的任何一個(gè)工作站上，只要安全權(quán)限允許就可以監(jiān)視和控制整個(gè)廣域網(wǎng)內(nèi)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和設(shè)備。三個(gè)調(diào)度中心的管理權(quán)限也可按需要配置，冗余度高可靠性強(qiáng)。SouthWest Jiaotong University Emei秦沈線SCADA系統(tǒng)調(diào)度端項(xiàng)目概況: 秦沈客運(yùn)專線在沈陽分局設(shè)牽引供電調(diào)度所,該

32、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)由設(shè)在調(diào)度所內(nèi)的控制站設(shè)備、遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸通道、設(shè)在沿線各牽引變電所、分區(qū)所、開閉所、網(wǎng)上開關(guān)站及維修基地遠(yuǎn)動(dòng)復(fù)示終端設(shè)備組成。 全線調(diào)度劃分為兩個(gè)調(diào)度臺(tái)。第一調(diào)度臺(tái)管轄范圍為由山海關(guān)至錦州南（含），包括四個(gè)牽引變電所、一個(gè)開閉所、三個(gè)分區(qū)所、一個(gè)網(wǎng)上開關(guān)站；第二調(diào)度臺(tái)管轄范圍為由錦州南（不含）至分局界（錦州與沈陽分局），包括三個(gè)牽引變電所、四個(gè)分區(qū)所、一個(gè)網(wǎng)上開關(guān)站。一個(gè)分區(qū)所及一個(gè)網(wǎng)上開關(guān)站納入既有哈大線沈陽牽引供電調(diào)度所。其中分局界分區(qū)所采用一機(jī)雙調(diào)方式.SouthWest Jiaotong University EmeiSouthWest Jiaotong University

33、Emei特點(diǎn): 系統(tǒng)調(diào)度端采用計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)、分布式控制系統(tǒng)，系統(tǒng)配置了主機(jī)、調(diào)度員工作站、系統(tǒng)維護(hù)工作站、視頻監(jiān)視工作站、前置通信處理機(jī)、模擬屏驅(qū)動(dòng)器、復(fù)示系統(tǒng)處理機(jī)等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備及相應(yīng)的人機(jī)接口設(shè)備，還設(shè)置了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、文檔管理報(bào)表打印機(jī)、畫面拷貝機(jī)及實(shí)時(shí)監(jiān)視牽引供電系統(tǒng)概況的模擬屏等外圍設(shè)備，同時(shí)提供完善的軟件資源及UPS設(shè)備。SouthWest Jiaotong University Emei 京津城際軌道工程，電氣化牽引供電、電力遠(yuǎn)動(dòng)工程共設(shè)置一套遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的建成開通將實(shí)現(xiàn)京津城際工程電力、電牽系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度管理。全線設(shè)調(diào)度中心一處，設(shè)于北京南臨時(shí)高度指揮中心，本地控制站2處

34、，設(shè)于沿線兩變電所內(nèi)。下設(shè)被控站有變電所2所、ATS所7個(gè)、開閉所2所、箱式變電站46個(gè)、變配電所12個(gè)。 京津SCADA系統(tǒng)設(shè)備主要包括控制中心、本地控制站的計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及打印機(jī)等；被控站的RTU。SCADA系統(tǒng)采用了西門子的VICOS P500軟件。京津工程全套引進(jìn)了西門子公司的VICOS-RTU，本產(chǎn)品主要基于SIMATICS7的標(biāo)準(zhǔn)部件，該產(chǎn)品可以模塊化的方式靈活組合。SouthWest Jiaotong University EmeiSouthWest Jiaotong University EmeiSouthWest Jiaotong University Emei采用

35、COSMOS綜合調(diào)度系統(tǒng)，管轄1000km新干線的運(yùn)行調(diào)度集行車調(diào)度、電力調(diào)度（牽引供電及電力供電）、通信調(diào)度、設(shè)備調(diào)度于一體SouthWest Jiaotong University Emei3遠(yuǎn)動(dòng)信息的信源編碼SouthWest Jiaotong University Emei 遙信信息通常由電力設(shè)備的輔助接點(diǎn)提供，輔助接點(diǎn)的開合直接反映出該設(shè)備的工作狀態(tài)。無源接點(diǎn)：即空接點(diǎn)，這種接點(diǎn)無論是在“開”狀態(tài)還是“合”狀態(tài)下，接點(diǎn)兩端均無電位差。 有源接點(diǎn)：有源接點(diǎn)在“開”狀態(tài)時(shí)兩端有一個(gè)直流電壓，是由系統(tǒng)蓄電池提供的110V或220V直流電壓。一些保護(hù)信號(hào)提供此類接點(diǎn)。SouthWest Ji

36、aotong University Emei SouthWest Jiaotong University Emei 不論無源還是有源觸點(diǎn)，由于它們來自強(qiáng)電系統(tǒng)，直接進(jìn)入遠(yuǎn)動(dòng)裝置將會(huì)干擾甚至損壞遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備，因此必須加入信號(hào)隔離措施。通常采用繼電器和光電耦合器作為遙信信息的隔離器件。 SouthWest Jiaotong University Emei 下圖給出一種適用于有源和無源接點(diǎn)的實(shí)用電路。當(dāng)遙信信源連通(短路)時(shí)，輸出YX為高電平；當(dāng)遙信信源懸空或帶有直流正電壓時(shí)，YX為低電平。 圖中+U的大小選擇應(yīng)根據(jù)電力設(shè)備的輔助觸點(diǎn)與遠(yuǎn)動(dòng)裝置之間距離的遠(yuǎn)近來決定，距離遠(yuǎn)時(shí)+U可選大一些。一般+U取+1

37、2V或+24V，當(dāng)然適當(dāng)提高該電壓水平可以增強(qiáng)遙信信息的可靠性和抗干擾能力。SouthWest Jiaotong University Emei 目前在遙信對(duì)象狀態(tài)的采集方面也有采用雙觸點(diǎn)遙信的處理方法。 雙觸點(diǎn)遙信就是一個(gè)遙信量由兩個(gè)狀態(tài)信號(hào)表示，一個(gè)來自開關(guān)的合閘接點(diǎn)，另一個(gè)來自開關(guān)的跳閘接點(diǎn)。 因此雙觸點(diǎn)遙信需用二進(jìn)制代碼的兩位來表示?！?0和“01為有效代碼，分別表示合閘與跳閘；“11”和“00為無效代碼。 這種處理方法可以提高遙信信源的可靠性和準(zhǔn)確性。SouthWest Jiaotong University Emei3.1遙信狀態(tài)的輸入電路 經(jīng)過上述信號(hào)處理后，遠(yuǎn)動(dòng)裝置內(nèi)的遙信信息

38、為符合TTL電平的“0”、“1”狀態(tài)信號(hào)。每一遙信對(duì)象映射到計(jì)算機(jī)中正好是二進(jìn)制代碼的一位。大量散亂的遙信對(duì)象必須通過遙信狀態(tài)的輸入電路的有效組織，才能便于計(jì)算機(jī)處理。 接收遙信量的輸入電路可以采用 三態(tài)門芯片 并行接口芯片 數(shù)字多路開關(guān)芯片 SouthWest Jiaotong University Emei 三態(tài)門芯片種類很多，有SN74LS240、SN7413241、SN74LS244、SN74LS245等。以SN74LS244為例說明。 遙信量接至輸入端，輸出端可直接掛在CPU的數(shù)據(jù)總線上，選通信號(hào)由CPU或譯碼電路提供。當(dāng)選通信號(hào)為低電平時(shí)，輸出狀態(tài)跟蹤輸入狀態(tài)；當(dāng)選通信號(hào)為高電平時(shí)

39、，輸出處于高阻狀態(tài)，輸入狀態(tài)的變化不影響輸出。SouthWest Jiaotong University Emei并行接口芯片有Intel8l55、Intel8255等。如圖所示，以Intel8255可編程I/O接口芯片為例說明。 Intel8255芯片共有PA、PB和PC三個(gè)口，每口都是8位，可用軟件將這三個(gè)口設(shè)置為輸入方式，能實(shí)現(xiàn)24路遙信量采集。 各口數(shù)據(jù)狀態(tài)的讀取控制見下表。Intel8255數(shù)據(jù)讀取控制SouthWest Jiaotong University Emei 在上述兩種實(shí)現(xiàn)方法中，CPU一次可以直接讀取8個(gè)遙信狀態(tài)量。當(dāng)遙信量較多時(shí)，可采用多片三態(tài)門芯片或并行接口芯片，也

40、可采用數(shù)字量多路開關(guān)進(jìn)行擴(kuò)展。數(shù)字量多路開關(guān)有SN74150、SN74151等。 SN74151為8選1的數(shù)字量多路開關(guān)，如圖所示，其功能表見表所示。SN74151有8個(gè)輸入端D0-D7，兩個(gè)輸出端，Y為非反相輸出，W為反相輸出，設(shè)置數(shù)據(jù)選擇A、B、C，可以確定輸出所對(duì)應(yīng)的輸入。SouthWest Jiaotong University Emei圖為采用1片SN74LS244和8片SN74151實(shí)現(xiàn)64路遙信量輸入的例子。8片SN74151共可接64路遙信量，其輸出分別接至SN74LS244的8個(gè)輸入端，SN-74LS244的輸出端接至Intel8031 CPU的數(shù)據(jù)總線上。SN74151的數(shù)

41、據(jù)選擇由Intel8031的P1.0-1.2控制，SN74LS244的片選信號(hào)由Intel8031的P2.7產(chǎn)生。這樣在74LS244的8路輸入的基礎(chǔ)上，連接8片SN74151實(shí)現(xiàn)64路輸入量的擴(kuò)展。SouthWest Jiaotong University Emei 遙信信息在采集和處理上有兩種不同的模式：定時(shí)掃查和變位觸發(fā)。下面以Intel8255為例對(duì)8個(gè)遙信量輸入的簡單情況分別加以說明。1定時(shí)掃查模式 遙信信息不同于遙測信息，它不是隨時(shí)隨刻都在變化。通常情況下狀態(tài)是不變化的，而狀態(tài)的改變往往又是瞬間完成的。因此對(duì)遙信量采集時(shí)，必須不斷地掃查，以捕捉遙信變位。 下圖給出了一個(gè)8路遙信量采

42、集的電路圖。SouthWest Jiaotong University Emei 將Intel8255的A口設(shè)置為輸入方式，讀A口的狀態(tài)即可得到8路遙信量的狀態(tài)。 通常系統(tǒng)對(duì)遙信采集有一分辨率的指標(biāo)，即對(duì)同一遙信量的前后兩次掃查的時(shí)間間隔。根據(jù)分辨率可以設(shè)定遙信掃查的時(shí)間間隔，一般將遙信掃查置于實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷服務(wù)程序中，每一個(gè)等時(shí)間間隔，如110ms，都要對(duì)全部的遙信量進(jìn)行一次掃查。SouthWest Jiaotong University Emei 遙信定時(shí)掃查模式方式簡單、結(jié)構(gòu)清晰。 由于在每一個(gè)定時(shí)間隔中都要進(jìn)行全遙信掃查，如果采集的遙信量大，同時(shí)要求分辨率高時(shí)，則會(huì)加重CPU的負(fù)荷，影響

43、CPU對(duì)其他中斷的響應(yīng)速度，延長程序的執(zhí)行時(shí)間，降低了實(shí)時(shí)性。 這些問題的解決通常采用智能遙信采集，即用一CPU專門負(fù)責(zé)遙信采集，構(gòu)成多CPU的RTU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如果是單CPU結(jié)構(gòu)的RTU系統(tǒng)，要有高的遙信分辨率，同時(shí)又有整體的實(shí)時(shí)性，則可以采用下述遙信變位觸發(fā)模式加以實(shí)現(xiàn)。SouthWest Jiaotong University Emei2變位觸發(fā)模式 在實(shí)時(shí)掃查模式的基礎(chǔ)上，稍加修改則可實(shí)現(xiàn)變位觸發(fā)模式。增加一8位數(shù)值比較器74LS688，Intel8255的A口仍接遙信量輸入，同時(shí)接到74LS688的P口，Intel8255的B口置成輸出方式，接到74LS688的Q口，74LS688的比

44、較輸出經(jīng)反向后接至Intel8031的外部中斷源INTO上。 SouthWest Jiaotong University Emei3.2模擬量采集接口一、模擬量采集回路多路模擬量一般共用一路AD轉(zhuǎn)換器及一路采樣保持器，如圖所示。多路通道開關(guān)對(duì)各模擬量分別進(jìn)行順序分配，每個(gè)模擬量分別送采樣保持器，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字量，然后送入并行接口由CPU處理。SouthWest Jiaotong University EmeiA/D轉(zhuǎn)換器 A/D轉(zhuǎn)換器的種類有很多，從數(shù)據(jù)的精度(分辨率)來分有8位、10位、12位或更高。1.A/D轉(zhuǎn)換原理1）逐位比較式 把待轉(zhuǎn)換的直流模擬電壓與一組呈二進(jìn)制關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)電壓一

45、位一位的由高至低位進(jìn)行比較，決定每位是去碼（0）還是留碼（1），從而實(shí)現(xiàn)模擬電壓到二進(jìn)制數(shù)碼的轉(zhuǎn)換。SouthWest Jiaotong University EmeiD3D2D1D0VREFS3S2S1S023R22R21R20RRF+-+SouthWest Jiaotong University EmeiSouthWest Jiaotong University Emei 逐位比較A/D轉(zhuǎn)換采用二分搜索法讓D/A網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓向待轉(zhuǎn)換電壓逼近。因此轉(zhuǎn)換速度快，完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間稱為轉(zhuǎn)換時(shí)間，其倒數(shù)稱為轉(zhuǎn)換速率。 在逐位比較中，轉(zhuǎn)換過程是對(duì)某一固定的輸入電壓經(jīng)多次比較后得出轉(zhuǎn)換結(jié)果。如果

46、在轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)正常波動(dòng)或受到干擾，直接會(huì)給轉(zhuǎn)換結(jié)果帶來嚴(yán)重誤差。因此在實(shí)際應(yīng)用中需在逐位比較式A/D轉(zhuǎn)換器前加一S/H，以保證轉(zhuǎn)換進(jìn)行期間輸入電壓不發(fā)生變化。2).雙積分式A/D轉(zhuǎn)換 采用U/T（電壓/時(shí)間）轉(zhuǎn)換方式。其工作過程分為三個(gè)階段完成： 采樣階段、回積階段和復(fù)零階段SouthWest Jiaotong University Emei 對(duì)周期等于T1或T1/n的對(duì)稱交流干擾或尖峰脈沖干擾有很強(qiáng)的抑制作用。 優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)換精度高，抑制干擾能力強(qiáng)，造價(jià)低缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度低SouthWest Jiaotong University Emei3)并行比較式A/D轉(zhuǎn)換 又稱瞬時(shí)比較編碼式A/D轉(zhuǎn)換，

47、是一種轉(zhuǎn)換速度最快，轉(zhuǎn)換原理最直觀的轉(zhuǎn)換技術(shù)。SouthWest Jiaotong University Emei并行比較式轉(zhuǎn)換速率極高，常用于數(shù)字通信技術(shù)和超高速數(shù)據(jù)采集。但其電路組成復(fù)雜，集成度高，一般分辨率較低，價(jià)格昂貴。4)U/f轉(zhuǎn)換（略） 直接A/D轉(zhuǎn)換器：輸入的模擬信號(hào)直接被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。 間接A/D轉(zhuǎn)換器：是將輸入的模擬信號(hào)先轉(zhuǎn)換成某個(gè)中間變量（如時(shí)間T、頻率F等），然后再將中間變量轉(zhuǎn)換為最后的數(shù)字量。SouthWest Jiaotong University Emei分辨率= 1. 分辨率 分辨率指A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入模擬信號(hào)的分辨能力。從理論上講，一個(gè)n位二進(jìn)制數(shù)輸出的

48、A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)能區(qū)分輸入模擬電壓的2n個(gè)不同量級(jí)，能區(qū)分輸入模擬電壓的最小差異為 （滿量程輸入的1/2n）。 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)例如，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出為12位二進(jìn)制數(shù)，最大輸入模擬信號(hào)為10V，則其分辨率為 SouthWest Jiaotong University Emei2. 轉(zhuǎn)換時(shí)間 轉(zhuǎn)換時(shí)間是指A/D轉(zhuǎn)換器從接到轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)開始，到輸出端獲得穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)所經(jīng)過的時(shí)間。 A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度主要取決于轉(zhuǎn)換電路的類型，不同類型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度相差很大。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度最慢，需幾百毫秒左右；逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度較快，需幾十微秒；并行比較型A/D轉(zhuǎn)

49、換器的轉(zhuǎn)換速度最快，僅需幾十納秒時(shí)間。 SouthWest Jiaotong University Emei3. 轉(zhuǎn)換誤差 它表示A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上輸出的數(shù)字量之間的差別。常用最低有效位的倍數(shù)表示。例如，轉(zhuǎn)換誤差 。就表明實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上應(yīng)得到的輸出數(shù)字量之間的誤差小于最低位的半個(gè)字。例：某信號(hào)采集系統(tǒng)要求用一片A/D轉(zhuǎn)換集成芯片在1s內(nèi)對(duì)16個(gè)熱電偶的輸出電壓分?jǐn)?shù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。已知熱電偶輸出電壓范圍為025mV（對(duì)應(yīng)于0450溫度范圍），需分辨的溫度為0.1，試問應(yīng)選擇幾位的A/D轉(zhuǎn)換器？其轉(zhuǎn)換時(shí)間為多少？解：分辨率= 12位ADC的分辨率= 故需選用13位A/D

50、轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換時(shí)間= SouthWest Jiaotong University EmeiAD574的原理結(jié)構(gòu)和使用方法。 1電路結(jié)構(gòu) AD574是美國模擬器件公司制造的12位AD轉(zhuǎn)換芯片，采用逐次逼近轉(zhuǎn)換原理。芯片內(nèi)部包含與微機(jī)接口邏輯及三態(tài)輸出緩沖電路?？梢院芊奖愕嘏c8086、Z80、6800、6502等8位通用微處理器和12位、16位微處理器配接，是應(yīng)用廣泛的一種芯片。 AD574內(nèi)部由兩片大規(guī)模集成電路構(gòu)成，每片都包括模擬和數(shù)字兩種電路其中一片為12位D/A轉(zhuǎn)換器AD565，包括電流輸出和高速開關(guān)電路、激光微調(diào)的薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)、低溫度系統(tǒng)參考電壓源、精密的輸人定標(biāo)電阻及失調(diào)補(bǔ)償電阻為了減少

51、芯片系統(tǒng)誤差，在制造過程中，對(duì)輸入定標(biāo)電阻、失調(diào)補(bǔ)償電阻、梯形電阻網(wǎng)絡(luò)及參考電源作了激光修正。另一片是采用集成注入邏輯工藝制造的逐次逼近寄存器、轉(zhuǎn)換控制電路、時(shí)鐘電路、總線接口電路和高分辨閂鎖比較器。AD574的雙片結(jié)構(gòu)較混合結(jié)構(gòu)的多片設(shè)計(jì)具有更高的可靠性，滿足軍用產(chǎn)品所需的-55125溫度范圍內(nèi)的線性度，在惡劣的環(huán)境下亦能穩(wěn)定地工作。 圖5-8為AD574的結(jié)構(gòu)框圖。SouthWest Jiaotong University EmeiSouthWest Jiaotong University EmeiAD574A的非線性誤差小于1LSB，完成一次轉(zhuǎn)換需要25s。 AD574A有兩個(gè)模擬量輸入

52、引腳10UIN和20UIN都可置成單極性和雙極性輸入方式，因此其模擬輸入量程有四檔：0 - +10V、0 - +20V、-5 - +5V和-10 - +10V。AD轉(zhuǎn)換中的零漂調(diào)整和增益調(diào)整是通過引腳BIP OFF和REF IN外接可調(diào)電位器來實(shí)現(xiàn)。如圖所示，RPl為零漂調(diào)整，RP2為增益調(diào)整。在進(jìn)行零漂調(diào)整和增益調(diào)整時(shí)，應(yīng)先確定模擬輸入量是單極性還是雙極性，然后按照下表給出的輸入模擬量與輸出代碼的關(guān)系進(jìn)行調(diào)整。SouthWest Jiaotong University EmeiAD574A的工作過程是由邏輯控制輸入信號(hào)CE、CS、R/C、12/8以及A0進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)以及數(shù)據(jù)的輸出，其

53、邏輯控制真值表見下表。SouthWest Jiaotong University Emei模擬遙測量輸入的接口電路 為了進(jìn)一步了解遙測量采集的各環(huán)節(jié)，給出32路遙測量采集的實(shí)用電路。該電路主要包括三個(gè)部分：CPU、譯碼、程序/數(shù)據(jù)存貯(a)圖；多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、采樣/保持、A/D轉(zhuǎn)換，(b)圖。SouthWest Jiaotong University EmeiSouthWest Jiaotong University Emei SouthWest Jiaotong University EmeiSouthWest Jiaotong University Emei 在這個(gè)電路中，A/D轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)可

54、采用查詢方式，也可采用中斷方式。查詢方式是判斷INT0腳電平的高低來決定何時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換、何時(shí)讀數(shù)；中斷方式則是先啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后STS的下降沿觸發(fā)中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)程序中讀數(shù)，或再啟動(dòng)下一次轉(zhuǎn)換。在設(shè)置8031的外部中斷時(shí)，應(yīng)置為邊沿觸發(fā)而不是電平觸發(fā)。否則中斷響應(yīng)后，中斷源仍不能消除，這一點(diǎn)值得注意。SouthWest Jiaotong University Emei3.3 遙測信息的處理1.數(shù)字濾波 一階遞歸濾波法 限幅濾波法 算術(shù)平均濾波法 遞推平均濾波法2.死區(qū)計(jì)算3.越限比較4.標(biāo)度變換與二-十轉(zhuǎn)換5.事故追憶SouthWest Jiaotong Universit

55、y Emei5電 量 變 送 器SouthWest Jiaotong University Emei 通過變送器測量電量的方法是：首先將被測電量經(jīng)電量變送器變換成直流信號(hào)，然后將直流信號(hào)送入采樣保持器、AD轉(zhuǎn)換器，CPU從AD轉(zhuǎn)換器內(nèi)讀出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，經(jīng)標(biāo)度變換計(jì)算得所測電量值。 變送器測量方式中，電量變送器將流互CT、壓互PT送來的交流電量變換成與原交流電量值成線性正比關(guān)系的直流電量，轉(zhuǎn)換后的直流電量范圍一般是直流電壓05V，直流電流為01mA。 CPU讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量經(jīng)標(biāo)度變換計(jì)算，得到原電量值。SouthWest Jiaotong University Emei 電量變送器一般有電壓

56、變送器、電流變送器和功率變送器，下面我們分別講述三種變送器的主要原理。一、交流電流變送器 交流電流變送器的主要任務(wù)就是將交流電流(由電流互感器CT次邊送來)變換成額定值為5V的直流電壓，交流電流變送器的原理接線圖如圖所示。 SouthWest Jiaotong University EmeiSouthWest Jiaotong University EmeiSouthWest Jiaotong University Emei三、功率變送器 我們下圖所示的橋式開關(guān)電路方案來說明單相功率的測量原理。流過儀表的平均電流I0為: I0=(i T1-i T2)/T=i (T1-T2)/T 如果讓這些開關(guān)

57、的動(dòng)作受電壓U的控制，使(T1-T2)/T=KU，那末I0=i (T1-T2)/T=Ku i =KP就和功率成正比了。SouthWest Jiaotong University Emei功率變送器是用來測量工頻電路中的有功和無功功率，把被測電功率變換成和它成線性關(guān)系的直流電壓。每個(gè)功率測量部件為一個(gè)時(shí)間差值乘法器。SouthWest Jiaotong University EmeiSouthWest Jiaotong University Emei方波發(fā)生器電路SouthWest Jiaotong University EmeiPWM電路SouthWest Jiaotong Universit

58、y Emei開關(guān)電路移相電路SouthWest Jiaotong University Emei一、采樣二、采樣定理三、采樣方式 采樣方式大致可分為以下幾種： 1、單一通道采樣方式 (1)異步采樣（或稱定時(shí)采樣） 異步采樣是保持等間隔的采樣周期不變，通常取fs/f0=N(為整數(shù))，其中f0為工頻頻率，因系統(tǒng)故障時(shí)基頻f1將產(chǎn)生變化（偏離），這時(shí)，采樣脈沖和輸入信號(hào)時(shí)間的位置造成異步，將出現(xiàn)誤差。4.2 交流采樣SouthWest Jiaotong University Emei (2)同步采樣 同步采樣一般采用自動(dòng)跟蹤的方法，經(jīng)常保持fs/f1=N(為常數(shù))，需要由硬件或軟件測量基頻周期的變化

59、，再動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣周期來實(shí)現(xiàn)同步。加一種方式為定位采樣：在任可情況下不但要保持fs/f1=N，而且采樣點(diǎn)總位于基波中事選 確定的固定位置上，即采樣過程與被測量的正弦基波的給定相樣嚴(yán)格同步。其方法是利用硬件或軟件檢測基波或其導(dǎo)函數(shù)的過零點(diǎn)。由于同步定位的技術(shù)比較復(fù)雜，故較少使用。2、多通道采樣方式 計(jì)算機(jī)保護(hù)往往需輸入多個(gè)信號(hào)，如三相電流、電壓、零序電流、電壓等，在每個(gè)采樣周期中，對(duì)多個(gè)通道的輸入信號(hào)全部采樣一次，一般有下列幾種。SouthWest Jiaotong University Emei(1)同時(shí)采樣 同時(shí)采樣是各通道信號(hào)在同一時(shí)刻都進(jìn)行采樣。同時(shí)采樣的實(shí)施技術(shù)有二種：一種是每一個(gè)通道都

60、設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換器，同時(shí)采樣后同時(shí)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，如圖6-14。由于A/D轉(zhuǎn)換器的價(jià)格貴，功耗大，經(jīng)濟(jì)上不合理。廣泛采用的是，同時(shí)采樣依次A/D轉(zhuǎn)換，如圖6-15。SouthWest Jiaotong University Emei(2)順序采樣 在每一個(gè)采樣周期內(nèi)，對(duì)上一個(gè)通道完成采樣及A/D轉(zhuǎn)換后，再開始對(duì)下一通道進(jìn)行采樣叫順序采樣。順序采樣方式的采樣保持器在多路轉(zhuǎn)換器之后，各通道信號(hào)按順序依次完成采樣及A/D轉(zhuǎn)換，從而克服了上述同時(shí)采樣所存在的缺陷。市場上出售的多通道采樣A/D轉(zhuǎn)換板大部分是順序采樣方式。SouthWest Jiaotong University Emei 順序采樣必然會(huì)給