微機(jī)監(jiān)控與綜合自動(dòng)化課件

1、第8章 微機(jī)監(jiān)控與綜合自動(dòng)化 8.1 傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)工作模式及其存在的問題 8.2 微機(jī)監(jiān)控與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)概述 8.3 模擬量輸入、輸出通道 8.4 開關(guān)量輸入、輸出通道與輸入方式8.5 變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)舉例 8.6 綜合系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本章學(xué)習(xí)目標(biāo)l變電所傳統(tǒng)控制、監(jiān)視與中央信號(hào)電路工作模式和存在的某些缺陷l系統(tǒng)用以取代傳統(tǒng)的二次接線系統(tǒng)與二次設(shè)備的意義l微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)與綜合自動(dòng)化的關(guān)系與作用l綜合自動(dòng)化典型結(jié)構(gòu)l綜合自動(dòng)化中常用的輸入/輸出通道形式l應(yīng)用軟件概況返回本章首頁(yè)8.1 傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)工作模式及其存在的問題 8.1.1 變電所信息流與傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)工作模8.1.2 現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題

2、與缺陷 返回本章首頁(yè)8.1.1 變電所信息流與傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)工作模式 變電所的二次接線系統(tǒng)與設(shè)備，由監(jiān)控系統(tǒng)、繼電保護(hù)和自動(dòng)、遠(yuǎn)動(dòng)（RTU）裝置組成，它對(duì)一次系統(tǒng)各種信息進(jìn)行采集、處理，并執(zhí)行對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的監(jiān)視、控制、保護(hù)和調(diào)節(jié)，可統(tǒng)稱為信息處理系統(tǒng)和功能實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)，用以保證一次系統(tǒng)及其設(shè)備的安全、可靠運(yùn)行。變電所的信息流程，可用圖8.1的局部主電路設(shè)備及其與信息處理系統(tǒng)之間的連接關(guān)系表示。圖8.1 牽引變電所的兩類信息流及信息流程示意圖返回本節(jié)8.1.2 現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題與缺陷 （1）信息變換、檢測(cè)依靠傳統(tǒng)電磁測(cè)量?jī)x表、繼電器等模擬式設(shè)備，測(cè)量誤差大、設(shè)備數(shù)量多。（2）依靠人的感官和判斷。人

3、的感官對(duì)信息接受不可避免的會(huì)存在誤差。（3）信息傳輸方面，由于采用強(qiáng)電流信號(hào)直接傳輸，雖然抗干擾性能好，但其主要缺點(diǎn)是通道中功耗大，導(dǎo)致誤差增大，傳輸距離有限（小于1km），且用作通道的控制電纜截面大、數(shù)量多，造成一次性投資增高。（4）二次系統(tǒng)無(wú)自檢、存儲(chǔ)記憶和復(fù)讀功能，若元器件及儀表繼電器本身?yè)p壞，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、診斷和報(bào)警（對(duì)繼電器保護(hù)危害更大），影響了系統(tǒng)可靠性。（5）二次系統(tǒng)中二次設(shè)備間信息交換和通信功能差、信息資源無(wú)法綜合利用、不能進(jìn)行畫面顯示和集中監(jiān)控，監(jiān)控系統(tǒng)的整體功能不能發(fā)揮和體現(xiàn)。返回本節(jié)8.2 微機(jī)監(jiān)控與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)概述 8.2.1 微機(jī)監(jiān)控與綜合自動(dòng)化發(fā)展簡(jiǎn)史 8.2.2

4、 微機(jī)監(jiān)控與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)基本構(gòu)成及其特點(diǎn) 8.2.3 微機(jī)監(jiān)控與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)類型 返回本章首頁(yè)8.2.1 微機(jī)監(jiān)控與綜合自動(dòng)化發(fā)展簡(jiǎn)史 1977年日本三菱公司研制的以微處理機(jī)為基礎(chǔ)的分布式控制、監(jiān)測(cè)與保護(hù)多微機(jī)系統(tǒng)投入試運(yùn)行，取代了全部傳統(tǒng)的模擬式二次設(shè)備，首次實(shí)現(xiàn)了變電站全部數(shù)字化，并取得有益的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，該系統(tǒng)于1980年交付商業(yè)應(yīng)用。美、德、瑞典等國(guó)在同時(shí)期內(nèi)也相繼進(jìn)行了變電站綜合自動(dòng)化（或稱控制保護(hù)一體化）的大量研究和試驗(yàn)，至20世紀(jì)80年代中期微機(jī)變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)逐步趨于實(shí)用，且功能日益完善。我國(guó)于20世紀(jì)80年代中期首先在一些城市變電站和電力系統(tǒng)超高壓變電站、發(fā)電廠引進(jìn)國(guó)

5、內(nèi)外技術(shù)或國(guó)內(nèi)研制的簡(jiǎn)單監(jiān)控裝置，取得成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。 返回本節(jié)8.2.2 微機(jī)監(jiān)控與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)基本構(gòu)成及其特點(diǎn) 在變電所中應(yīng)用分布式多微機(jī)系統(tǒng)完成一次設(shè)備監(jiān)視、控制，中央信號(hào)、數(shù)據(jù)采集、時(shí)間順序記錄和屏幕顯示、打印等功能，一般稱為微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。在微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，介入微機(jī)保護(hù)和自動(dòng)裝置（含遠(yuǎn)動(dòng)RTU），承擔(dān)整個(gè)變電所信息處理、與上層調(diào)度通信以及全部監(jiān)控、中央信號(hào)和保護(hù)自動(dòng)化的功能，這種一體化綜合系統(tǒng)稱為變電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。微機(jī)變電站綜合自動(dòng)化的基本構(gòu)成如圖8.2的框圖所示。 圖8.2 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成框圖1變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的確定原則（1）由于采用信息傳輸?shù)姆謺r(shí)制，有效的利用

6、通信聯(lián)系在各功能模塊間以及各功能模塊與監(jiān)控主機(jī)之間傳送監(jiān)控，保護(hù)公用數(shù)據(jù)信息和控制命令是經(jīng)濟(jì)、合理的，并可增強(qiáng)系統(tǒng)的整體功能。（2）除特殊的電能測(cè)量精度、諧波測(cè)量精度與實(shí)時(shí)錄波器對(duì)帶寬要求比微機(jī)保護(hù)要求高，需另考慮數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)外，多數(shù)情況下，保護(hù)功能模塊的輸入、輸出通道，完全能滿足監(jiān)控功能的需要。（3）為保證保護(hù)動(dòng)作的可靠性，跳、合閘執(zhí)行繼電器應(yīng)對(duì)保護(hù)和監(jiān)控系統(tǒng)分別設(shè)置，以免由于頻繁操作而影響保護(hù)正確動(dòng)作。（4）綜合利用全系統(tǒng)的硬件冗余和通信手段，使控制、保護(hù)功能的配置靈活性增大，并增強(qiáng)后備功能（例如不同設(shè)備保護(hù)的互為后備）。2變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基本特點(diǎn) （1）綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的信息流是數(shù)字

7、量，取代了傳統(tǒng)二次系統(tǒng)的模擬量信息。 （2）增強(qiáng)了變電站整體功能。（3）設(shè)備操作、故障狀態(tài)采用屏幕監(jiān)視，值班人員面對(duì)大屏幕顯示器進(jìn)行變電站所有設(shè)備的全面監(jiān)視與操作。 （4）運(yùn)行管理智能化、自動(dòng)化。 （5）綜合自動(dòng)化系統(tǒng)工作的可靠性、精確性大大提高 （6）經(jīng)濟(jì)上合理 （7）變電所的工作環(huán)境 的變化，決定必須采取有效的抗干擾、抗溫度變化、抗震等措施 。返回本節(jié)8.2.3 微機(jī)監(jiān)控與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)類型 1微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)2微機(jī)變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)3無(wú)人值班變電所微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)返回本節(jié)8.3 模擬量輸入、輸出通道 8.3.1 模擬量輸入通道的一般構(gòu)成與基本要8.3.2 應(yīng)用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣方式 8.

8、3.3 并行處理系統(tǒng)的VFC模擬量信號(hào)離散化與數(shù)字化（V-F電壓-頻率轉(zhuǎn)換） 8.3.4 模擬量輸出通道一般構(gòu)成 返回本章首頁(yè)8.3.1 模擬量輸入通道的一般構(gòu)成與基本要求 1電量變換器和傳感器（如圖8.3（a）所示。） 2模擬信號(hào)預(yù)處理器 3采樣保持器 4多路轉(zhuǎn)換器 5模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器 模擬量輸入通道的典型結(jié)構(gòu)如圖8.3（a）、（b）所示，按照模擬信號(hào)性質(zhì)的不同，它由電量變換器/傳感器、模擬信號(hào)預(yù)處理裝置、采樣/保持器、多路轉(zhuǎn)換器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）與并行接口電路構(gòu)成。器中圖（a）是電流、電壓模擬量輸入通道，圖（b）是用作非電量傳感器模擬信號(hào)的輸入通道。 返回本節(jié)8.3.2 應(yīng)用模

9、/數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣方式 1異步采樣和同步采樣2多通道同時(shí)采樣3多通道順序采樣 圖8.4 同時(shí)采樣 圖8.5 順序采樣返回本節(jié)8.3.3 并行處理系統(tǒng)的VFC模擬量信號(hào)離散化與數(shù)字化（V-F電壓-頻率轉(zhuǎn)換） 對(duì)于有高速處理能力的多CPU并行處理系統(tǒng)模擬量信號(hào)的離散化（采樣）與數(shù)字化，廣泛地采用VFC電壓-頻率轉(zhuǎn)換器和計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，其通道結(jié)構(gòu)示意圖如圖8.6所示。圖8.6 采用VFC的模擬量輸入多通道-多CPU系統(tǒng)返回本節(jié)8.3.4 模擬量輸出通道一般構(gòu)成 1數(shù)字量保持、每通道設(shè)有D/A轉(zhuǎn)換器的方式每路模擬量輸出通道設(shè)有單獨(dú)寄存器和D/A轉(zhuǎn)換器，其原理結(jié)構(gòu)圖如圖8.7所示。寄存器的作用是保存數(shù)字量控

10、制信號(hào)。 圖8.7 每通道設(shè)有D/A轉(zhuǎn)換器，數(shù)字量保持方式的模擬量輸出通道2模擬量保持、共用D/A轉(zhuǎn)換器的方式該方式模擬量輸出通道的原理結(jié)構(gòu)圖如圖8.8所示。微機(jī)輸出的控制信息數(shù)字量在CPU控制下，按一定代碼經(jīng)接口電路送至共用D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)模擬量信號(hào)，經(jīng)多路轉(zhuǎn)換器依次傳送到相應(yīng)的通道，由模擬保持器保持當(dāng)前值并輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 圖8.8 共用D/A轉(zhuǎn)換器，模擬量保持方式的模擬量輸出通道返回本節(jié)8.4 開關(guān)量輸入、輸出通道與輸入方式 8.4.1 開關(guān)量、脈沖量輸入通道的基本構(gòu)成 8.4.2 開關(guān)量信號(hào)輸入方式及其工作原理 8.4.3 開關(guān)量輸出通道 返回本章首頁(yè)8.4.1 開關(guān)量、脈沖量輸

11、入通道的基本構(gòu)成 開關(guān)量、脈沖量輸入通道的基本構(gòu)成如圖8.9所示。它由信號(hào)處理電路、輸入寄存器或計(jì)數(shù)器、控制器單元與接口等組成。各主要組成器件的作用和原理簡(jiǎn)述如下：1信號(hào)處理電路 2輸入寄存器和計(jì)數(shù)器 3控制單元 圖8.9 開關(guān)量、脈沖量輸入通道的構(gòu)成光電耦合式處理電路的主要器件是光電隔離器OI，它有發(fā)光二極管和光敏三極管組成，如8.10（a）。繼電器耦合式信號(hào)處理電路如圖8.10（b）所示。當(dāng)開關(guān)（接點(diǎn)）S斷開時(shí)，繼電器K線圈不通電，其接點(diǎn)斷開，“非”門輸入為高電平，輸出u0為低電平；當(dāng)開關(guān)（接點(diǎn)）S接通時(shí)，繼電器勵(lì)磁，其結(jié)果輸出u0變?yōu)楦唠娖?。圖8.10 信號(hào)處理電路返回本節(jié)8.4.2 開

12、關(guān)量信號(hào)輸入方式及其工作原理 開關(guān)量信號(hào)輸入方式一般區(qū)分為兩種，即中斷輸入方式和開關(guān)量信號(hào)巡檢掃查方式。 圖8.11（a）是開關(guān)量輸入通道分組編碼輸入方式的一種示例。其中64路開關(guān)量信號(hào)分為8組，每組8位由8個(gè)輸入開關(guān)量構(gòu)成一字節(jié)的輸入數(shù)據(jù)。圖中8組開關(guān)量的組號(hào)編碼采用3位二進(jìn)制碼，依次為000-111號(hào)，它們分別由8個(gè)緩沖器（寄存器）接受各組輸入信號(hào)。圖中各組數(shù)字量D0D7的每一位，都是相應(yīng)的每路輸入開關(guān)量信號(hào)經(jīng)圖8.9所示的信號(hào)處理電路變換得到的。 圖8.11 開關(guān)量輸方式與工作原理（a）圖8.11（b）是上述各組開關(guān)量信號(hào)輸入巡檢掃查程序和中斷服務(wù)程序流程圖。圖8.11 開關(guān)量輸方式與工

13、作原理(b)返回本節(jié)8.4.3 開關(guān)量輸出通道 開關(guān)量輸出通道傳送的開關(guān)量信號(hào)，經(jīng)轉(zhuǎn)換和增大驅(qū)動(dòng)能力后，用以控制斷路器或開關(guān)的開、合，實(shí)現(xiàn)變壓器組的自動(dòng)啟停和切換，以及控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)或停止等。同時(shí)也送往監(jiān)控主機(jī)，后者給出相應(yīng)位置信號(hào)和音響報(bào)警信號(hào)，顯示變電所的運(yùn)行狀態(tài)。因此，開關(guān)量輸出通道是微機(jī)輸入輸出系統(tǒng)中很重要的組成部分。開關(guān)量輸出通道的基本構(gòu)成如圖8.12所示，它由并行接口、控制器單元、輸出寄存器、驅(qū)動(dòng)控制電路等器件構(gòu)成。 圖8.12 開關(guān)量輸出通道基本構(gòu)成一種是光電隔離式驅(qū)動(dòng)控制電路，如圖8.13（a）所示，它輸出的是電平信號(hào)；另一種是光電隔離與中間繼電器（或干簧繼電器）式驅(qū)動(dòng)控制電

14、路，它輸出接點(diǎn)信號(hào)（稱空接點(diǎn)），用以閉合斷路器的跳（合）閘出口繼電器回路，如圖8.13（b）所示。圖8.13（a）和（b）中設(shè)置反相器B及與非門A的目的，一方面因?yàn)椴⑿锌趲ж?fù)載能力有限，不足以驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管，另一方面采用與非門后要同時(shí)滿足兩個(gè)條件才能使J動(dòng)作，增加了抗干擾能力，對(duì)開關(guān)量輸出電路，這是很重要的一種可靠性措施。 圖8.13 驅(qū)動(dòng)控制電路返回本節(jié)8.5 變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)舉例 8.5.1 牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)形式與電路 8.5.2 牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要功能及其實(shí)現(xiàn) 8.5.3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)若干關(guān)鍵技術(shù)問題 返回本章首頁(yè)8.5.1 牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)典型

15、結(jié)構(gòu)形式與電路 牽引變電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，在遵循分層、分布式硬件配置的原則下，根據(jù)變電所進(jìn)線一次接線方式、進(jìn)線數(shù)量與電壓等級(jí)（220/110kV）、配電裝置類型、饋線電壓（50/25kV）與饋線（含備用）數(shù)量、主變壓器容量與臺(tái)數(shù)，其它被控設(shè)備數(shù)量、變電所重要程度、對(duì)監(jiān)控功能和自動(dòng)化完善程度的不同要求，以及是否為無(wú)人值班等情況，可區(qū)分為下列幾種：1分布、分散式配置的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)2分布式結(jié)構(gòu)集中組屏的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)1分布、分散式配置的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)圖8.14 分布、分散式配置的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2分布式結(jié)構(gòu)集中組屏的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)這種形式的典型結(jié)構(gòu)電路如圖8.15所示。該系統(tǒng)的監(jiān)控主機(jī)

16、和保護(hù)、數(shù)據(jù)采集各子系統(tǒng)的功能模塊全部設(shè)置在主機(jī)控制室內(nèi)，后者集中組屏。整個(gè)系統(tǒng)分為兩層，第一層是模擬量、開關(guān)量與脈沖量數(shù)據(jù)采集處理機(jī)、控制處理集和各種微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng)。第二層是通信（前置）處理機(jī)和監(jiān)控主機(jī)，通信處理機(jī)一方面通過調(diào)制解調(diào)器（modem）使主機(jī)與調(diào)度中心進(jìn)行遠(yuǎn)方通信；另一方面，它又將第一層各子系統(tǒng)與監(jiān)控主機(jī)之間實(shí)現(xiàn)通信（通過并行或串行接口）。第一、二層子系統(tǒng)和監(jiān)控主機(jī)都掛在網(wǎng)絡(luò)上，其傳輸介質(zhì)采用雙絞線或電纜。適用于變電所的網(wǎng)絡(luò)總線有局域網(wǎng)（LAN）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和BitBus（位總線）網(wǎng)絡(luò)總線等。后者是以串行接口SIU、RUPI-44系列單片機(jī)為基礎(chǔ)的串行位總線，由它可構(gòu)成的局部網(wǎng)具有較

17、高性能價(jià)格比、靈活可擴(kuò)、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，且通行距離可達(dá)幾公里。為此，可在BitBus總線上按需要連接管理終端和繼電保護(hù)終端，如圖8.15所示，以適應(yīng)附近供電管理部門（供電段）進(jìn)行技術(shù)管理、監(jiān)視；繼電保護(hù)技術(shù)人員改變保護(hù)定值、進(jìn)行二次系統(tǒng)檢驗(yàn)和調(diào)整等技術(shù)工作的需要。圖8.15 分散式結(jié)構(gòu)集中組屏的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)返回本節(jié)8.5.2 牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要功能及其實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)中有關(guān)全局性的功能，如全所監(jiān)視、控制和遠(yuǎn)動(dòng)信息傳送接收等，均由上層的監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；有關(guān)變電所內(nèi)的局部屬性，則由下層的各功能模塊子系統(tǒng)完成，現(xiàn)分別加以說(shuō)明。1監(jiān)控系統(tǒng)功能2微機(jī)保護(hù)、故障點(diǎn)測(cè)距與錄波功能3遠(yuǎn)動(dòng)功能4無(wú)功綜合

18、補(bǔ)償自動(dòng)控制與自動(dòng)調(diào)壓功能5系統(tǒng)在線自檢與自診斷功能返回本節(jié)8.5.3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)若干關(guān)鍵技術(shù)問題 1監(jiān)控主機(jī)的配置形式及其工作方式 （1）熱備旁待系統(tǒng)。 （2）暖備旁待系統(tǒng)。 2綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中對(duì)微機(jī)、CPU選型的一般要求 （1）關(guān)于微機(jī)、CPU的字長(zhǎng)、存儲(chǔ)容量與主頻。 （2）指令系統(tǒng)功能完善程度。 （3）中斷能力。 （4）寄存器結(jié)構(gòu)和微機(jī)尋址方式。 （5）微機(jī)的系列化和抗強(qiáng)電磁干擾。 1監(jiān)控主機(jī)的配置形式及其工作方式對(duì)于可修復(fù)的單機(jī)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)用可用度A0或平均無(wú)故障工作時(shí)間MTBF0表示，其定義分別為：（1）熱備旁待系統(tǒng)。即一臺(tái)主機(jī)工作。旁待主機(jī)處于“熱備用”狀態(tài)，它同時(shí)完成在

19、線主機(jī)的工作，但不接入系統(tǒng)，即對(duì)系統(tǒng)不發(fā)生效用。它的可靠度或MTBF1與雙機(jī)并聯(lián)冗余系統(tǒng)相同。即：（2）暖備旁待系統(tǒng)。一臺(tái)主機(jī)工作，旁待主機(jī)承擔(dān)部分在線任務(wù)，即處于輕載工作狀態(tài)。此時(shí)根據(jù)工作主機(jī)與旁待主機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)可能工作狀態(tài)及其狀態(tài)轉(zhuǎn)移分析，并設(shè)兩主機(jī)的故障率分別為0和，且0（輕載主機(jī)），則經(jīng)數(shù)學(xué)運(yùn)算得到暖備旁待系統(tǒng)的MTBF2為：兩種雙機(jī)冗余系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)總線的連接方式如圖8.16所示，其中主機(jī)和前置處理機(jī)的連接一般采用固定連接方式（如實(shí)線連接），若需要增加靈活性和可靠性，可增加虛線所示的切換電路，但硬件設(shè)備和軟件都相應(yīng)復(fù)雜化。圖8.16 雙機(jī)冗余監(jiān)控主機(jī)連接電路返回本節(jié)8.6 綜合系統(tǒng)軟件

20、設(shè)計(jì) 8.6.1 模擬量輸入信號(hào)掃描處理與算法8.6.2 開關(guān)量監(jiān)視（掃查）與處理判斷8.6.3 開關(guān)設(shè)備控制與監(jiān)視 8.6.4 應(yīng)用軟件系統(tǒng)組成及其基本設(shè)計(jì)方法概述 返回本章首頁(yè)8.6.1 模擬量輸入信號(hào)掃描處理與算法 1模擬量信號(hào)分類及其掃描、處理過程（1）高電平的電流、電壓信號(hào)，電平高達(dá)510V（穩(wěn)態(tài)），變化速度相對(duì)較快，掃描周期一般為幾分鐘以內(nèi)，它們用以監(jiān)視電氣參數(shù)和計(jì)算越限值。（2）非電量模擬信號(hào)，如熱電偶溫度信號(hào)、壓力信號(hào)等，為低電平（以毫伏計(jì)）信號(hào)，其變化較緩慢，相應(yīng)的掃描周期比第一類更長(zhǎng)（達(dá)幾十分鐘），它們用以監(jiān)視越限參數(shù)值。 圖8.17 輸入模擬量處理計(jì)算流程框圖2模擬量信號(hào)

21、發(fā)送和接收軟件舉例 圖8.18示出模擬量數(shù)據(jù)發(fā)送、接收（掃描）的主要程序框圖。其中圖（b）為監(jiān)控主機(jī)接收程序，它按模擬量信號(hào)的分組號(hào)、點(diǎn)號(hào)設(shè)定后，每次對(duì)每點(diǎn)模擬量發(fā)送地址碼，并待模擬量采集子系統(tǒng)應(yīng)答后，發(fā)送模擬量數(shù)據(jù)傳送（掃描）命令，得到對(duì)方應(yīng)答后，最后接收模擬量數(shù)據(jù)，依次循環(huán)至全部模擬量掃描一次完后結(jié)束。圖（a）為各個(gè)模擬量采集子系統(tǒng)處理機(jī)的發(fā)送程序，它由中斷服務(wù)程序接收監(jiān)控主機(jī)信息后發(fā)動(dòng)，并進(jìn)行各種判別。 圖8.18 數(shù)據(jù)發(fā)送與接收程序返回本節(jié)8.6.2 開關(guān)量監(jiān)視（掃查）與處理判斷 1開關(guān)量跳變與跳變方向的處理判斷 （1）開關(guān)量跳變邏輯判斷。 （2）開關(guān)量跳變方向的邏輯判斷。圖8.19

22、開關(guān)量跳變方向邏輯判斷2開關(guān)量處理判斷程序舉例圖8.20 開關(guān)量處理判斷程序返回本節(jié)8.6.3 開關(guān)設(shè)備控制與監(jiān)視 開關(guān)設(shè)備的控制可由監(jiān)控主機(jī)鍵盤集中控制，或由控制、保護(hù)模塊處理機(jī)按鈕控制完成跳、合閘。在監(jiān)控主機(jī)控制時(shí)，由鍵盤輸入操作命令，并生成相應(yīng)的操作信息。 開關(guān)合閘或分閘操作執(zhí)行完后，開關(guān)產(chǎn)生變位，反映開關(guān)狀態(tài)的開關(guān)量信號(hào)（變位后），通過開關(guān)量輸入通道輸入至處理機(jī)，經(jīng)監(jiān)控主機(jī)巡檢掃查和開關(guān)量處理判斷程序的處理，并啟動(dòng)打印機(jī)、CRT顯示器數(shù)出相應(yīng)的開關(guān)操作、變位信息，運(yùn)行人員根據(jù)此進(jìn)行開關(guān)操作過程合開關(guān)狀態(tài)的監(jiān)視。程序控制（一個(gè)命令控制一系列開關(guān)或變壓器組）則是在上述單控基礎(chǔ)上，由程序自動(dòng)

23、依次執(zhí)行完成的。返回本節(jié)8.6.4 應(yīng)用軟件系統(tǒng)組成及其基本設(shè)計(jì)方法概述 1監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件組成相對(duì)應(yīng)的應(yīng)用軟件組成主要包括：模擬量巡測(cè)與數(shù)據(jù)處理程序，上下限值檢查和越限報(bào)警程序，開關(guān)量巡檢與處理程序。開關(guān)設(shè)備控制監(jiān)視（含程序控制操作）程序，通信處理調(diào)度程序，CRT管理、畫面生成、數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序，制表打印程序，自檢程序，初始化程序以及任務(wù)調(diào)度管理程序等，如圖8.21所示，其中初始化軟件包括數(shù)據(jù)初始化、建立窗口等。圖8.21 監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件組成2對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件的基本要求 （1）實(shí)時(shí)性好。 （2）靈活性和適應(yīng)性強(qiáng)。 （3）可靠性高。 （4）檢測(cè)與控制精度高。 3應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)方法概述 （1）模

24、塊化設(shè)計(jì)方法。 （2）分層設(shè)計(jì)法。 （3）結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)法。 返回本節(jié)THANK YOU VERY MUCH ！本章到此結(jié)束，謝謝您的光臨！返回本章首頁(yè)結(jié)束放映第9章 微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的抗干擾措施 9.1 硬件抗干擾措施概述 9.2 軟件的抗干擾設(shè)計(jì) 9.3 故障自動(dòng)檢測(cè)程序 9.4 遠(yuǎn)動(dòng)裝置的故障檢測(cè)及診斷 9.5 數(shù)據(jù)濾波程序 9.6 變電站內(nèi)的電磁兼容 9.7 變電站抗電磁干擾的措施 本章學(xué)習(xí)目標(biāo)l遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)常采用的一些硬件抗干擾措施l遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)常采用的一些軟件抗干擾措施l程序判斷濾波、中值濾波、算術(shù)平均濾波、一階慣性濾波和復(fù)合數(shù)字濾波l故障自動(dòng)檢測(cè)程序設(shè)計(jì)方法l針對(duì)變電所的干擾分析方法及所采取

25、的一些措施返回本章首頁(yè)9.1 硬件抗干擾措施概述 1供電系統(tǒng)的抗干擾措施為了防止從電源系統(tǒng)竄入干擾，控制系統(tǒng)可采用如圖所示的供電配置。圖中交流穩(wěn)壓器用來(lái)保證供電的穩(wěn)定性，防止電源系統(tǒng)的過壓與欠壓；隔離變壓器可采用屏蔽層隔離以減小分布電容，提高抗共模干擾的能力；低通濾波器濾去高頻干擾，改善電源波形。圖9.1 抗干擾的供電配置返回本章首頁(yè)2過程通道干擾及抗干擾措施過程通道允許傳輸線的長(zhǎng)度與計(jì)算機(jī)的主振頻率有關(guān)，按照經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：1MHz的主振頻率，允許信號(hào)傳輸距離為0.5m；當(dāng)頻率升至4MHz時(shí)，允許距離為0.3m。超出這個(gè)范圍，即作長(zhǎng)線處理。因此在過程通道中長(zhǎng)線傳輸?shù)母蓴_是主要干擾。為了保證長(zhǎng)線

26、傳輸?shù)目煽啃?，主要措施有光電耦合、雙絞線傳輸和阻抗匹配等。3印刷電路板及電路的抗干擾設(shè)計(jì) （1）關(guān)于地線的處理：（2）電源線的處理： （3）去耦電容的配置： （4）其他： 圖9.2 采用RC電路減少干擾 返回本節(jié)9.2 軟件的抗干擾設(shè)計(jì) 1干擾對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的影響（1）干擾使數(shù)據(jù)采集的誤差加大。（2）干擾使輸出控制誤差加大。（3）數(shù)據(jù)受干擾發(fā)生變化。（4）干擾使程序運(yùn)行失常。2提高采樣信號(hào)信噪比的措施 3軟件冗余措施 4設(shè)置自診斷程序 返回本章首頁(yè)9.3 故障自動(dòng)檢測(cè)程序 常用的自檢程序如下： 1防止程序運(yùn)行失常的措施2RAM、ROM的自檢程序3A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的自檢程序4面板顯示裝置的檢查5

27、總線及插件自檢返回本章首頁(yè)1防止程序運(yùn)行失常的措施（1）監(jiān)視CPU工作的定時(shí)計(jì)數(shù)器： （2）設(shè)置軟件陷阱： 2RAM、ROM的自檢程序（1）ROM自檢。 （2）RAM自檢程序。檢查ROM最常用的方法是采用校驗(yàn)和法。即在將程序?qū)懭隦OM時(shí)，保留一個(gè)單元（一般是最后一個(gè)單元）不寫程序碼而寫入校驗(yàn)字，使ROM的每一列（即字節(jié)的各位）具有奇數(shù)（或偶數(shù)個(gè)）1，從而使ROM的校驗(yàn)和為全1（或全0），如表9.1所示是88ROM，前面7個(gè)單元寫入的是程序代碼，最后一字節(jié)寫入校驗(yàn)字11001010B，使最后的校驗(yàn)和為全1。校驗(yàn)程序則從ROM的第一個(gè)單元開始，按位相加，最后的校驗(yàn)和若與設(shè)置的全1（或全0）相等，則

28、說(shuō)明ROM內(nèi)容正確，否則指示ROM出錯(cuò)，如圖9.3所示。圖9.3 ROM自檢程序流程圖表9.1 ROM自檢原理表圖9.4 RAM自檢程序框圖3A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的自檢程序 A/D和D/A轉(zhuǎn)換器在微機(jī)控制系統(tǒng)中占有重要的地位，其轉(zhuǎn)換精度直接影響著系統(tǒng)的控制運(yùn)算精度。因此對(duì)它的檢查，常看作正常運(yùn)行操作的一部分，并周期性的進(jìn)行。 4面板顯示裝置的檢查面板顯示裝置的檢查一般有兩種形式。一種形式是讓面板上的各顯示器的所有字段都發(fā)光，然后再使所有字段都不發(fā)光，以檢查顯示器與其相應(yīng)接口及功放電路是否均處于正常工作狀態(tài)。當(dāng)表明工作正常之后，按下任何一個(gè)按鍵裝置均應(yīng)脫離初始自檢方式，給出某種正常工作的符號(hào)，進(jìn)

29、入其他工作狀態(tài)。另一種形式是顯示某些特征字符（一般是顯示系統(tǒng)的名稱或代號(hào)），幾秒鐘自動(dòng)消失，進(jìn)入其他初態(tài)或某種操作狀態(tài)。顯示自檢程序如圖9.5所示。圖9.5 顯示器自檢程序流程圖5總線及插件自檢總線自檢是檢查經(jīng)過緩沖器的總線（或稱外部總線）?？偩€檢查的目的是為了檢查信息傳遞是否正確。通常微處理器的總線是通過緩沖器與各插件及I/O接口器件相連接的。由于總線沒有記憶能力，檢測(cè)總線時(shí)總要外加相應(yīng)的鎖存器保存總線信息（地址信息和數(shù)據(jù)線上的信息），這樣只要對(duì)相應(yīng)的鎖存器執(zhí)行一條輸出指令，使地址線或數(shù)據(jù)線上的信息保存在鎖存器中，然后再對(duì)該鎖存器進(jìn)行讀入操作，即可將地址線或數(shù)據(jù)線的信息重新讀入CPU。把讀入

30、的信息與原來(lái)輸出的信息相比較，即可判斷外部總線是否出現(xiàn)故障。返回本節(jié)9.4 遠(yuǎn)動(dòng)裝置的故障檢測(cè)及診斷 1RAM的故障檢測(cè)RAM可能出現(xiàn)的故障有：電源或控制線故障，某些存儲(chǔ)單元固定為l或0，有的數(shù)據(jù)線固定為l或0；地址譯碼器故障，有的地址線固定為l或0等幾種。從功能考慮，對(duì)BAM的主要要求是：所選中的地址正確，能讀能寫，數(shù)據(jù)正確，各單元互不影響。遠(yuǎn)動(dòng)裝置在運(yùn)行中要檢查RAM時(shí)，為了保護(hù)RAM中原有的數(shù)據(jù)，應(yīng)先將它讀出保存，待檢查結(jié)束后再恢復(fù)。這種檢查可以查出上述RAM故障的前三項(xiàng)，但對(duì)于地址線或地址譯碼器的故障無(wú)能為力。 返回本章首頁(yè)2. ROM的故障檢測(cè)ROM可能出現(xiàn)的故障與RAM相仿（寫除外

31、）。由于ROM平時(shí)不能寫入，因而不能用檢查RAM的先寫后讀方法。對(duì)ROM的檢查通常采用奇偶校驗(yàn)法。在ROM測(cè)試區(qū)的末尾增加一個(gè)校驗(yàn)字，存放按列的奇校驗(yàn)值，在ROM固化時(shí)一起寫入。圖9.7是其簡(jiǎn)化示例。 圖9.6 檢查RAM的局部流程框圖 圖9.7 ROM檢查3CPU的故障檢測(cè)CPU是微機(jī)系統(tǒng)的核心部件，CPU如有故障就無(wú)法進(jìn)行工作。CPU的電路相當(dāng)復(fù)雜，以功能來(lái)檢查比從電路來(lái)檢查更為合宜。CPU的功能體現(xiàn)在執(zhí)行各條指令中。指令執(zhí)行是否正確可以用其他的指令完成同一功能來(lái)比較。例如一個(gè)數(shù)自身相加等于這個(gè)數(shù)左移一位，因此可以用加法指令來(lái)檢驗(yàn)左移指令。 對(duì)CPU的檢查，通常就是送入試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過一系列

32、基本運(yùn)算段落，對(duì)CPU的功能分別進(jìn)行檢查，只有功能正確方能繼續(xù)執(zhí)行下一段落，否則就指出故障所在區(qū)段。通過全部運(yùn)算段落后可認(rèn)為CPU工作正常。4模擬量采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換的故障檢測(cè)模擬量遙測(cè)輸入回路包括采樣多路開關(guān)及模數(shù)轉(zhuǎn)換兩部分。采樣多路開關(guān)的故障有：多路開關(guān)內(nèi)部譯碼器故障，多路開關(guān)始終導(dǎo)通、始終斷開以及元件特性的變壞引起的測(cè)量誤差等。模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的標(biāo)準(zhǔn)電源、控制邏輯、數(shù)模網(wǎng)絡(luò)、數(shù)碼寄存器等也可能發(fā)生故障，致使模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果不合標(biāo)準(zhǔn)。 返回本節(jié)9.5 數(shù)據(jù)濾波程序 9.5.1 數(shù)字濾波的優(yōu)點(diǎn) 9.5.2 數(shù)字濾波器 返回本章首頁(yè)9.5.1 數(shù)字濾波的優(yōu)點(diǎn) （1）因?yàn)橛贸绦驗(yàn)V波，無(wú)需增加硬設(shè)備，且可多

33、通道共享一個(gè)濾波器（多通道共同調(diào)用一個(gè)濾波子程序）。從而降低了成本。（2）由于不用硬件設(shè)備，各回路間不存在阻抗匹配等問題，故可靠性高，穩(wěn)定性好。（3）可以對(duì)頻率很低的信號(hào)（如0.01Hz）進(jìn)行濾波。這是模擬濾波器做不到的。（4）可根據(jù)需要選擇不同的濾波方法或改變?yōu)V波器的參數(shù)。使用方便、靈活。返回本節(jié)9.5.2 數(shù)字濾波器 1程序判斷濾波 2中值濾波 3算術(shù)平均值濾波 4一階慣性濾波程序 5復(fù)合數(shù)字濾波 1程序判斷濾波 （1）限幅濾波。限幅濾波的做法是把兩次相鄰的采樣值相減，求出其增量（以絕對(duì)值表示），然后把兩次采樣允許的最大差值（由被控對(duì)象的實(shí)際情況決定）Y進(jìn)行比較，如小于或等于Y，則取本次采

34、樣值；若大于Y，則仍取上次采樣值作為本次采樣值，即：|Y(k)Y(k1)|Y，則Y(k)=Y(k)，取本次采樣值，|Y(k)Y(k1)|Y，則Y(k)=Y(k1)，取上次采樣值。（2）限速濾波。限速濾波是用三次采樣值決定采樣結(jié)果，設(shè)采樣時(shí)刻t1，t2，t3，所采集的參數(shù)分別是Y(1)，Y(2)，Y(3)，則當(dāng)|Y(2)Y(1)|Y時(shí)，Y(2)輸入計(jì)算機(jī)當(dāng)|Y(2)Y(1)|Y時(shí)，Y(2)不采用，但仍保留，繼續(xù)采樣取得Y(3)。當(dāng)|Y(3)Y(2)|Y時(shí)，Y(3)輸入計(jì)算機(jī)。當(dāng)|Y(3)Y(2)|Y時(shí)，則取Y(2)+Y(3)/2輸入計(jì)算機(jī)。2中值濾波 中值濾波時(shí)對(duì)某一參數(shù)連續(xù)采樣n次（n取奇數(shù)）

35、，然后把n次的采樣值順序排列（正序或逆序），再取中間值作為本次采樣值。中值濾波對(duì)于去掉由于偶然因素引起的波動(dòng)或采樣器不穩(wěn)定所引起的脈動(dòng)干擾十分有效。對(duì)緩慢變化的過程變量采用此法有良好的效果，但不易用于塊所變化的過程參數(shù)（如流量）。進(jìn)行中值濾波程序設(shè)計(jì)時(shí)，首先把N各采樣值進(jìn)行排序。排序的方法可采用“冒泡程序”，然后取中間值。3算術(shù)平均值濾波 算術(shù)平均值濾波是要尋找一個(gè)Y(k)，使該值與采樣值間誤差的平方和最小，即：算術(shù)平均值濾波程序中將N次采樣值同等對(duì)待，這事實(shí)上削弱了當(dāng)前采樣值在程序中的比重，實(shí)時(shí)性較差。有時(shí)為了提高濾波效果，將各次采樣值取不同的比例稀疏，然后再相加，這種方法被稱為加權(quán)平均濾波

36、法。其運(yùn)算式為：4一階慣性濾波程序 圖9.8 一階慣性濾波程序流程圖 5復(fù)合數(shù)字濾波 為了進(jìn)一步提高濾波效果，有時(shí)可以把兩種或兩種以上不同濾波功能的數(shù)字濾波器組合起來(lái)，構(gòu)成復(fù)合數(shù)字濾波器，或稱為多級(jí)數(shù)字濾波器。例如，把算術(shù)平均濾波與中值濾波組合起來(lái)形成的多功能復(fù)合濾波器，可以防脈沖干擾，并對(duì)周期性的脈沖采樣值進(jìn)行平滑加工。返回本節(jié)9.6 變電站內(nèi)的電磁兼容 9.6.1 電磁兼容定義 9.6.2 變電站內(nèi)電磁干擾產(chǎn)生的原因及其特點(diǎn) 返回本章首頁(yè)9.6.1 電磁兼容定義 電磁兼容的意義是：電氣或電子設(shè)備或系統(tǒng)能夠在規(guī)定的電磁環(huán)境下不因電磁干擾而降低工作性能，他們本身所發(fā)射的電磁能量不影響其他設(shè)備或

37、系統(tǒng)的正常工作，從而達(dá)到互不干擾，在共同的電磁環(huán)境下一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)。電磁兼容的內(nèi)容包括抗干擾（設(shè)備和系統(tǒng)抵抗電磁干擾的能力）和電磁發(fā)射控制（設(shè)備和系統(tǒng)發(fā)射的電磁能量的控制）兩個(gè)方面。電磁干擾的三要素是：干擾源、傳播途徑和電磁敏感設(shè)備。 返回本節(jié)9.6.2 變電站內(nèi)電磁干擾產(chǎn)生的原因及其特點(diǎn) 1電磁干擾源分析目前與電力系統(tǒng)有關(guān)的電磁干擾源有外部干擾和內(nèi)部干擾兩方面。外部干擾源指的是與遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)，而是由使用條件和外部環(huán)境因素決定的干擾源。對(duì)變電站的RTU裝置來(lái)說(shuō)，外部干擾源主要有交、直流回路開關(guān)操作、擾動(dòng)性負(fù)荷（非線形負(fù)荷、波動(dòng)性負(fù)荷）短路故障、大氣過電壓（雷電）、靜電、無(wú)線電

38、干擾和核電磁脈沖等，概括表現(xiàn)為如下三類：變電站設(shè)備的交流電源及直流電源受低頻振動(dòng)擾動(dòng)；傳導(dǎo)瞬變和高頻干擾；場(chǎng)的干擾。2電磁干擾的耦合途徑電磁干擾耦合的途徑可歸納為如下幾種：（1）電容性耦合。 （2）電感性耦合。 （3）共阻抗耦合。 （4）輻射耦合。 3電磁干擾可能造成的后果（1）電源回路干擾的后果。 （2）模擬量輸入通道干擾的后果。 （3）開關(guān)量輸入、輸出通道干擾的后果。 （4）CPU和數(shù)字電路受干擾的后果。 返回本節(jié)9.7 變電站抗電磁干擾的措施 9.7.1 抑制干擾源的影響 9.7.2 接地和減少共阻抗耦合9.7.3 隔離措施9.7.4 濾波 9.7.5 計(jì)算機(jī)供電電源的抗干擾措施 返回本

39、章首頁(yè)9.7.1 抑制干擾源的影響 1屏蔽措施（1）一次設(shè)備與自動(dòng)化系統(tǒng)輸入、輸出的連接采用帶有金屬外皮（屏蔽層）的控制電纜，電纜的屏蔽層兩端接地，對(duì)電場(chǎng)耦合和磁耦合都有顯著的削弱作用。 （2）二次設(shè)備內(nèi)，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的測(cè)量和微機(jī)保護(hù)或自控裝置所采用的各類中間互感器的一、二次繞組之間加設(shè)屏蔽層，這樣可起電場(chǎng)屏蔽作用，防止高頻干擾信號(hào)通過分布電容進(jìn)入自動(dòng)化系統(tǒng)的相應(yīng)部件。（3）機(jī)箱或機(jī)柜的輸入端子上對(duì)地接一耐高壓的小電容，可抑制外部高頻干擾。 （4）執(zhí)行端RTU的機(jī)柜和機(jī)箱采用鐵質(zhì)材料，本身也是一種屏蔽。2減少?gòu)?qiáng)電回路的感應(yīng)耦合（1）控制電纜盡可能離開高壓母線和暫態(tài)電流的入地點(diǎn)，并盡可能減少