基于單片機的四遙設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

基于單片機的四遙設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

0“四遙”信息采集監(jiān)控電路設(shè)計的必要性隨著現(xiàn)代通信技術(shù)和嵌入式技術(shù)的發(fā)展，液壓機的工作設(shè)備正在朝著自動化和智能的方向發(fā)展。在數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測管理制度中，四距離設(shè)備的性能得到了廣泛應(yīng)用，技術(shù)水平不斷提高。由于大規(guī)模集成電路對使用環(huán)境要求很高，并且其功率較小等原因，如何使變電站的“四遙”設(shè)備能夠準(zhǔn)確的反應(yīng)現(xiàn)場的信息量變得尤其重要。同時，受到現(xiàn)場各種干擾的影響，輕則造成數(shù)據(jù)傳輸錯誤，重則造成保護(hù)拒動或誤動，危及了電力系統(tǒng)的安全可靠供電。因此一套可靠的“四遙”信息采集監(jiān)控電路結(jié)合先進(jìn)的微處理器實現(xiàn)變電站的保護(hù)、測量、監(jiān)控和遠(yuǎn)動，實現(xiàn)變電站的智能化監(jiān)控顯得十分必要。本文針對微機測控保護(hù)裝置中的“四遙”,對其一次設(shè)備的被控對象和二次設(shè)備的主控裝置在概念和功能原理上作了詳細(xì)的闡述。1a/d轉(zhuǎn)換器件在電力系統(tǒng)自動化設(shè)備中，遙測主要用于實現(xiàn)變壓器的有功和無功采集；線路的有功功率采集；母線電壓(UA、UB、UC、UO)和線路電流(IA、IB、IC、IO)采集；溫度、壓力、周波頻率采集和其它模擬信號采集。而由于受一次設(shè)備的準(zhǔn)確性的限制，如變送器的精度及在隔離轉(zhuǎn)換、整流的過程中存在一定的誤差，同時采樣電阻本身出問題的可能也很多見，因此，模擬轉(zhuǎn)換器的準(zhǔn)確度、分辨率、穩(wěn)定性顯得非常重要?；趯Σ蓸泳鹊母咭?，可以選用較高精度和分辨率的轉(zhuǎn)換器件。在電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊中，先前采用較多的是Maxim公司的MAX125型14位A/D轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理、傳送，實現(xiàn)了系統(tǒng)的實時性和可靠性。在電力參數(shù)的測量中，主要分為直流測量和交流測量，直流測量主要采集電流信號(4～20mA)和電壓信號(0～5V)。主要用來實現(xiàn)溫度、壓力等信號的采集，實現(xiàn)方式是通過變送器轉(zhuǎn)換獲得。交流測量主要采用CT/PT，一般采用電流型互感器，輸出的電流經(jīng)過電子電路的變送、濾波處理、信號調(diào)理后送至A/D轉(zhuǎn)換器的前級。電路方框圖如圖1所示。1.1主控制電路設(shè)計采用MAX125模數(shù)轉(zhuǎn)換器是8通道高速l4位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，它內(nèi)設(shè)采樣/保持器(T/H)，單次轉(zhuǎn)換時間為3μs，通過對MAX125寫控制字可以使之工作于單通道轉(zhuǎn)換也可以使之工作于多通道的連續(xù)轉(zhuǎn)換，且其轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)具有緩沖功能，采用DSP結(jié)合CPLD的控制，可以實時讀取采集的周波模擬量。整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用圖2的主控制電路設(shè)計。在本公司的某系列裝置中，主要由DSP+CPLD結(jié)合，控制2片MAX125可以同時實現(xiàn)16路A/D轉(zhuǎn)換，通過軟件發(fā)啟動脈沖依次實現(xiàn)MAX125的轉(zhuǎn)換，大約經(jīng)過9μS后，3個通道轉(zhuǎn)換完畢，產(chǎn)生1個中斷信號，中斷信號傳送到可編程邏輯控制器(CPLD)中。由CPLD通知DSP讀取采樣數(shù)據(jù)，同時CPLD給MAX125的RD引腳施加讀脈沖，3個連續(xù)的讀操作可以讀取3個連續(xù)的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)一次多通道數(shù)據(jù)的同時采集。而在電力設(shè)備的現(xiàn)場，電壓等級大多分為220V和380V，及5A和1A，只要稍加變換便可以用此電路實現(xiàn)一次測量。同時為提高遙測精度，減小信號采樣通道元器件和軟件采樣同步誤差的影響，對輸入信號采用不同的放大倍數(shù)調(diào)理電路進(jìn)行分段處理和采樣，而在軟件上采用數(shù)字校準(zhǔn)結(jié)合自動補償技術(shù)，數(shù)字校準(zhǔn)的方法采用外標(biāo)準(zhǔn)源輸入信號，由軟件完成校正系數(shù)的提取，同時保存在24C256中，改進(jìn)了電力系統(tǒng)電壓和電流的測量精度,通過裝置的實際運行，滿足了變電站綜合自動化的測控技術(shù)指標(biāo)。2光催化機電路設(shè)計在變電站綜合系統(tǒng)中，將遠(yuǎn)方站內(nèi)電氣設(shè)備的狀態(tài)以信號的兩種狀態(tài)即0、1（即斷開、閉合）傳送至主站端（調(diào)度端）。即稱為遙信，其反映的內(nèi)容主要有斷路器和隔離開關(guān)的位置，繼電保護(hù)的動作狀態(tài)，報警信號，自動控制的投、切，發(fā)電廠、變電所的事故信號，以及遠(yuǎn)方站遠(yuǎn)動設(shè)備的狀態(tài)、自診斷信號等。如何將設(shè)備的狀態(tài)能夠準(zhǔn)確的傳遞給二次設(shè)備,供微機識別處理,同時為避免發(fā)生信號丟失,及現(xiàn)場不良信號的干擾,常采用光電耦合輸入的方式。如圖3所示。針對現(xiàn)場信號一般有DC220V,DC110，通常由直流屏提供，DC24V由裝置電源提供，分別由用戶根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備要求選擇使用，常采用的遙信電路如圖4所示。通過分析以上兩種電路的實現(xiàn)方案，可以看出分別采取了不同的的抗干擾措施，從而有效的避免了現(xiàn)場的不良信號造成設(shè)備的誤遙信。在電路的設(shè)計中，根據(jù)光耦的基本參數(shù)結(jié)合現(xiàn)場開關(guān)量選取合適的電阻和穩(wěn)壓二極管，同時要考慮到光耦的傳輸比是否滿足系統(tǒng)設(shè)計要求。結(jié)合軟件可手動設(shè)置遙信去抖延時（一般設(shè)置20ms），提高了遙信的準(zhǔn)確性。3功、反向無功主要用于采集正向有功、正向無功、反向有功、反向無功，亦采用光電耦合輸入方式，電路實現(xiàn)方式與遙信電路原理相同，由微處理器對脈沖量進(jìn)行計數(shù),實現(xiàn)遙脈的功能。4控制器發(fā)送命令的情況遙控操作由監(jiān)控人員按調(diào)度員的命令直接執(zhí)行,被控對象為發(fā)電廠、變電所電氣設(shè)備(斷路器、隔離開關(guān)等)的合閘和跳閘、投入和切除。由于涉及到一次設(shè)備動作，要求遙控動作準(zhǔn)確無誤，一般采用微處理器完成對象繼電器和控制繼電器的動作而控制斷路器實現(xiàn)一次遙控。即采用預(yù)制-返校-執(zhí)行(撤銷)過程，預(yù)制過程只給出口繼電器發(fā)準(zhǔn)備命令，當(dāng)返校成功后，在執(zhí)行命令發(fā)出后，出口繼電器才能獲得正電源，繼電器閉合。而實現(xiàn)一次的分合閘。即：在調(diào)度員發(fā)送命令時，首先應(yīng)該校核該被控制站和被控制的設(shè)備在正常運行，系統(tǒng)或變電所沒有發(fā)生事故和警報，所發(fā)出的命令符合被控設(shè)備的狀態(tài)。通常由主站端發(fā)送的命令信號經(jīng)過差錯控制的校核被送到遠(yuǎn)方站，遠(yuǎn)方站收到命令后，應(yīng)先檢查輸出執(zhí)行電路的狀態(tài)；然后將正確接收的命令經(jīng)反編碼送到主站端；在主站端將接收到的返送校核碼進(jìn)行比較，在返送校核無誤后，將結(jié)果顯示給調(diào)度人員，并向遠(yuǎn)方站發(fā)送執(zhí)行命令。只有這樣嚴(yán)格的技術(shù)措施，才能保證遙控的正確無誤?；驹砜驁D如圖5所示。由于在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，遙控功能一直占據(jù)著比較重要的地位，在遠(yuǎn)方主站執(zhí)行遙控的過程中，能否使開關(guān)(斷路器)可靠的控制(防拒動、誤動)，關(guān)鍵是處理好遙控出口與控制回路之間的銜接。而遙控單元的可靠性、準(zhǔn)確性，反映著整個系統(tǒng)的安全可靠性，遙控成功與否的關(guān)鍵是通道質(zhì)量和遙控出口的配合，基于遙控的基本操作原理，各個廠家裝置采用的操作回路略有不同，采用如圖6所示的電子電路的設(shè)備裝置，結(jié)合在各大型變電站的實際運行，有效的避免了在操作中的拒動和誤動，提高系統(tǒng)的可靠運行。5方式向整合型轉(zhuǎn)化隨著變電站綜合自動化技術(shù)的提高，數(shù)字式微機測控保護(hù)裝置逐漸取代了傳統(tǒng)模式，同時由傳統(tǒng)的保護(hù)、測控單一實現(xiàn)方式向整合型轉(zhuǎn)化即在同一平臺上實