自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則【摘要】：綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是利用自動(dòng)化系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)和通信技術(shù)等高科技對(duì)的繼電保護(hù)、測(cè)量、控制、故障濾波、信號(hào)處理、運(yùn)動(dòng)裝置和自動(dòng)裝置等二次設(shè)備功能進(jìn)行優(yōu)化組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有設(shè)備運(yùn)行情況的測(cè)量和控制.本文主要研究了綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，并對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行解剖分析?！娟P(guān)鍵詞】：控制工程;安全生產(chǎn);安全管理；監(jiān)控系統(tǒng)；報(bào)警系統(tǒng);氧氣濃度1綜合自動(dòng)化系統(tǒng)簡(jiǎn)述電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱綜自系統(tǒng)）是指在各種硬件措施和自動(dòng)化裝置的基礎(chǔ)上，利用數(shù)據(jù)分析、通信技術(shù)、控制技術(shù)和處理技術(shù)對(duì)的各類功能進(jìn)行組合與優(yōu)化，取代了人工操作方式，在綜合管理方面實(shí)現(xiàn)了智能化管理,實(shí)現(xiàn)了低誤差率，提高了運(yùn)行的可靠度.由于我國(guó)用電需求的增大，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的要求也越來(lái)越高，這便要求調(diào)度中心能夠獲得準(zhǔn)確詳細(xì)的和電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行集中操作、集中控制和反事故措施等，通過(guò)無(wú)人值守的方式，不僅避免了人工操作的失誤，又能提高效率和電網(wǎng)運(yùn)行的安全性。隨著通訊技術(shù)和微機(jī)技術(shù)等科技的運(yùn)用，不僅改變以往的二次設(shè)備形式，也在縮減了的用地面積、減少電纜量、降低了成本、實(shí)現(xiàn)信息共享、簡(jiǎn)化系統(tǒng)等方面改變了以往的運(yùn)行風(fēng)格。由于上述的優(yōu)勢(shì)，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)已被行業(yè)完全接納，用于提高電網(wǎng)的管理水平。不少?gòu)S家也陸續(xù)推出各種綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，作為自身競(jìng)爭(zhēng)的籌碼，以滿足不同企業(yè)電網(wǎng)運(yùn)行需求。從上世紀(jì)九十年代開(kāi)始國(guó)外各大知名電氣公司，例如西門(mén)子公司、通用公司、ABB公司等都不斷推出各種成套的綜自系統(tǒng)，我國(guó)隨著數(shù)字化設(shè)備的不斷使用與發(fā)展，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)也被廣大的電網(wǎng)用戶所接受［3］.在電網(wǎng)中使用綜自系統(tǒng)有兩個(gè)主要優(yōu)勢(shì)：（1）可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，減少一定的人工成本。（2）在高中壓的中使用綜自系統(tǒng)可以綜合多種技術(shù)，采用更加可靠的控制系統(tǒng)，提高運(yùn)行的安全性。2綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)造隨著各種高科技技術(shù)的運(yùn)用，綜自系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系也隨之發(fā)生改變，其功能、性能與可靠性等都得到提升，的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要有集中式的結(jié)構(gòu)形式、集中式分布式的結(jié)構(gòu)形式、分層分布式的結(jié)構(gòu)形式［4］。2。1集中式的結(jié)構(gòu)形式集中式是指用功能比較強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)向外增加多個(gè)I/O接，對(duì)的開(kāi)關(guān)量和脈沖量等信息進(jìn)行集中采集和處理，依次完成微機(jī)的監(jiān)控、自動(dòng)控制及保護(hù)等功能.集中式系統(tǒng)并不是只有一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。大多數(shù)集中式系統(tǒng)是由不同的計(jì)算機(jī)完成微機(jī)的保護(hù)、監(jiān)控和調(diào)度等功能，只是不同的微型計(jì)算機(jī)承擔(dān)的任務(wù)有所不同。例如一臺(tái)微機(jī)保的計(jì)算機(jī)可能需要承擔(dān)多個(gè)回路的低壓線路微機(jī)保護(hù)計(jì)算；一臺(tái)監(jiān)控機(jī)需要負(fù)責(zé)人機(jī)聯(lián)系、數(shù)據(jù)的采集與處理等多個(gè)任務(wù)等，集中式結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：等多個(gè)任務(wù)等，集中式結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）可以對(duì)的數(shù)字量、開(kāi)關(guān)量、模擬量等信

息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，完成的實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、打印、制表等功能；（2）可以對(duì)的進(jìn)出線關(guān)信號(hào)輸入備進(jìn)行保護(hù)護(hù):直交流蹄小I、結(jié)構(gòu)I緊湊控制較共的減|少了用地面積：：（「成本低，對(duì)于小規(guī)模的較為實(shí)用?！埃郏捍惺浇Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：（1）功能較為集中在少數(shù)幾臺(tái)計(jì)算上，如果一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)出現(xiàn)差錯(cuò)或故障，對(duì)電網(wǎng)和的運(yùn)行影響較大.只有采取雙機(jī)并聯(lián)的運(yùn)行方式可以提高集中式系統(tǒng)的可靠性：（2）組態(tài)太呆板，對(duì)于不同規(guī)模的或者不同的主接線，集中式系統(tǒng)的硬軟件都需要重新設(shè)計(jì)，造就工作量過(guò)大；（3）軟件設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，修改和調(diào)試工作太繁瑣：（4）與常規(guī)的一對(duì)一保護(hù)方式相比，集中式系統(tǒng)不夠直觀，且與維護(hù)和運(yùn)行人員的習(xí)慣不同，這種系統(tǒng)較適用于邏輯較為簡(jiǎn)單的保護(hù)。集中式系統(tǒng)在許多方面的處理都不夠理想,在微機(jī)技術(shù)出現(xiàn)之后，綜自系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也得不斷的改進(jìn)。2。2分布式機(jī)構(gòu)形式分布式系統(tǒng)的特點(diǎn)是根據(jù)功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，分散綜自系統(tǒng)的各個(gè)功能到多臺(tái)微型計(jì)算機(jī).這種系統(tǒng)采取主從CPU,多個(gè)CPU并行處理多發(fā)事件的工作方式，更好的處理CPU瓶頸的運(yùn)算處理問(wèn)題。綜自系統(tǒng)的各個(gè)功能之間采取串行或網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的方式更好的完成了數(shù)據(jù)通信，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用優(yōu)先級(jí)的方式也處理了數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題。分布式系統(tǒng)如果局部發(fā)生故障不會(huì)對(duì)其他功能造成影響，且方便系統(tǒng)的維護(hù)與擴(kuò)張,這種模式在中低壓的中較常使用，其模式結(jié)構(gòu)可見(jiàn)如2-2所示.從邏輯方面來(lái)看，該系統(tǒng)可以將綜自系統(tǒng)劃分為站控臺(tái)和間隔層的兩層結(jié)構(gòu)，或者是站控臺(tái)、間隔層和通信層的三層結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是按照斷路器間隔和元件進(jìn)行設(shè)計(jì)的，由一個(gè)或多個(gè)智能控制單元負(fù)責(zé)單個(gè)斷路器間隔的數(shù)據(jù)采集、控制、保護(hù)等功能。測(cè)控單元相互之間是用特殊電纜或光纜連接，安裝在斷路器的器柜或間隔附近.這種系統(tǒng)能夠較大程度的減少電纜的連接量和電磁干擾，具有較強(qiáng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)了故障之間互不影響，且利于系統(tǒng)的擴(kuò)展與維護(hù)，是目前綜自系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì).該系統(tǒng)可見(jiàn)圖2—3所不。分層分布式系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）對(duì)的二次設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)化，減少了控制室的使用面積；（2）間隔控制單元實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化系統(tǒng)；（3）所有的間隔控制單元的功能都設(shè)置在間隔層中；（4）軟件控制所有的邏輯組態(tài)指示;（5）該系統(tǒng)的組態(tài)較為靈活,一方便檢修。GPS校運(yùn)行工作站打印機(jī)+通信控制器操作控制中心電網(wǎng)控制中心智能采集

設(shè)備GPS校運(yùn)行工作站打印機(jī)+通信控制器操作控制中心電網(wǎng)控制中心智能采集

設(shè)備智能采集

設(shè)備智能采集智能采集圖2-3分備分布結(jié)構(gòu)形式設(shè)備智能采集

設(shè)備3綜自系統(tǒng)的功能綜自系統(tǒng)主要有檢測(cè)、監(jiān)控、遠(yuǎn)傳和保護(hù)四個(gè)主要部分。3。1綜自系統(tǒng)監(jiān)測(cè)功能檢測(cè)功能是通過(guò)綜自系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、顯示、處理及打印等，使工作人員能夠全面準(zhǔn)確的了解電網(wǎng)運(yùn)行情況，能夠及時(shí)采取應(yīng)急措施，系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)可以分為開(kāi)關(guān)量信號(hào)、脈沖量信號(hào)、模擬量信號(hào)。3.2綜自系統(tǒng)監(jiān)控功能系統(tǒng)可以檢測(cè)統(tǒng)計(jì)手動(dòng)跳閘和事故跳閘的次數(shù)。當(dāng)電網(wǎng)單相接地出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)可以根據(jù)零序電流電壓增量、功率方法和相電壓降等方法來(lái)判斷接地相別和線路；同時(shí)可以通過(guò)電流電壓的計(jì)算來(lái)判斷投切電容器或者調(diào)節(jié)分接頭的位置。3.3綜自系統(tǒng)遠(yuǎn)傳功能遠(yuǎn)傳規(guī)約一般分為三種類型：PoIlink規(guī)約、CDT規(guī)約、和特殊規(guī)約。當(dāng)處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)或出現(xiàn)事故和報(bào)警事件時(shí)，遠(yuǎn)傳就會(huì)立即向上級(jí)傳送該信息，方便調(diào)度人員及時(shí)掌控該站的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。3。4綜自系統(tǒng)保護(hù)功能綜自系統(tǒng)的保護(hù)功能主要是利用微機(jī)保護(hù)裝置，不僅在使用方面較為方便，并且具備較強(qiáng)的靈敏性及可靠性.其主要具備以下特點(diǎn)：（1）具備實(shí)時(shí)自檢功能。它能針對(duì)保護(hù)柜，其中包括主機(jī)在內(nèi)的各個(gè)組件在線進(jìn)行檢查。（2）可通過(guò)使用顯示器和鍵盤(pán)顯示出電壓、電流和開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，以及整定值，并可對(duì)其進(jìn)行修改。（3）具備事故追憶功能。它能準(zhǔn)確的記錄事故發(fā)生前后的母線電壓及線路電流。保護(hù)可選擇使用以下幾種類型：（1）變壓器保護(hù)：包括本體保護(hù)（輕瓦斯、有載輕瓦斯、重瓦斯、有載重瓦斯等）、低壓側(cè)備電源自投、高壓側(cè)備用電源自投和、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、過(guò)流保護(hù)（包括復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)、低壓?jiǎn)?dòng)）、零序保護(hù)、帶二次諧波制動(dòng)的比例差動(dòng)保護(hù)、差電流速斷保護(hù)。（2）線路保護(hù)：包括零序電流、電壓和方向保護(hù)、定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)、反時(shí)限過(guò)流保護(hù)、電流速斷保護(hù)、距離保護(hù)、方向性電流保護(hù)、雙回線方向橫差保護(hù)、高頻保護(hù)和低周減載保護(hù)。（3）母線保護(hù)：包括電流比相式母線保護(hù)和完全電流差動(dòng)母線保護(hù)。(4)電容器保護(hù)：包括相間低電壓保護(hù)、相間過(guò)電壓保護(hù)、零序過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、電流速斷保護(hù)、反時(shí)限過(guò)流保護(hù)。4微機(jī)保護(hù)微機(jī)保護(hù)是以計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)，接上外圍線路以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控保護(hù)功能。為了實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)作用，微機(jī)保護(hù)裝置必須具備數(shù)據(jù)采集作用，可以把電壓互感器PT與電流互感器CT模擬信號(hào)準(zhǔn)確及時(shí)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信息。同時(shí)人機(jī)對(duì)話工作界面可以完成告警行為記錄、定制輸入、保護(hù)調(diào)試等一系列功能。在計(jì)算技術(shù)發(fā)展的帶動(dòng)下，微機(jī)保護(hù)裝置的硬件設(shè)備功能變得更加強(qiáng)大，尤其為芯片和微處理器的發(fā)展為微機(jī)保護(hù)功能提供了很好的技術(shù)支持。微機(jī)保護(hù)從CPU系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在的DSP技術(shù)，保護(hù)裝置更新很快，但是其硬件結(jié)構(gòu)基本相同，如圖2-4所示。信號(hào)輸入是將電壓互感器PT、電流互感器CT、變壓器采集油溫、瓦斯等信號(hào)通過(guò)保護(hù)裝置A/D轉(zhuǎn)換、低通濾波、電平轉(zhuǎn)換、隔離等處理，使保護(hù)裝置能夠獲得現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，方便微機(jī)分析計(jì)算.檢測(cè)部分是對(duì)信號(hào)輸入處理過(guò)的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算分析，通過(guò)與定值的比較，產(chǎn)生“是"或“非”的一組邏輯信號(hào)，以判斷是否啟動(dòng)保護(hù)命令。邏輯判斷部分是根據(jù)檢測(cè)部分輸出信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，判斷斷路器是否跳閘或者是否發(fā)出信號(hào)，同時(shí)將命令輸送給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。常用邏輯指令有“非”、“與”、“或”、“記憶”和“延時(shí)”等。輸出執(zhí)行部分根據(jù)邏輯判斷輸送的信號(hào)來(lái)完成信號(hào)告警或跳閘等一系列動(dòng)作，并且在執(zhí)行相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作時(shí)，還將進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和隔離及信息反饋等任務(wù).信號(hào)輸入監(jiān)測(cè)圖2-4邏輯判保護(hù)>基本結(jié)待出執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備4。1微機(jī)保護(hù)的硬件結(jié)構(gòu)微機(jī)保護(hù)裝置［5］通常是將功能不同的插件組合成完整的保護(hù)裝置，不同的插件為不同功能的模塊。如果按照功能進(jìn)行劃分插件可分為：保護(hù)CPU和監(jiān)控CPU插件、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出插件、人機(jī)對(duì)話插件、電源插件、交流輸入/輸出插件等。微機(jī)保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)原理如圖2-5所示。圖2-5微機(jī)保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)原理4。1.1數(shù)據(jù)采集器數(shù)據(jù)采集器一般采集來(lái)自電壓互感器PT和電流互感器的模擬信號(hào)，但是由于微機(jī)保護(hù)的計(jì)算機(jī)無(wú)法識(shí)別模擬信號(hào)，所以數(shù)據(jù)采集器可以進(jìn)行模擬濾波、電壓形成、模數(shù)轉(zhuǎn)換、多路轉(zhuǎn)換、采樣保持等處理，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。4。1。2微機(jī)系統(tǒng)微機(jī)系統(tǒng)（微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）是由顯示器、微型計(jì)算機(jī)、輸入/輸出設(shè)備、電源等組成.其主要完成數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)自檢、故障處理和微機(jī)保護(hù)的主程序。微機(jī)主系統(tǒng)包括存儲(chǔ)器、微機(jī)處理器、定時(shí)器等。早期微機(jī)主系統(tǒng)是單CPU系統(tǒng)，在微型計(jì)算機(jī)的容錯(cuò)技術(shù)和多重化技術(shù)的出現(xiàn)后，微機(jī)主系統(tǒng)開(kāi)始逐漸使用多CPU系統(tǒng)。通常微機(jī)保護(hù)在出現(xiàn)采樣脈沖信號(hào)使才會(huì)進(jìn)入中斷服務(wù)的程序，其他時(shí)候都是在自檢循環(huán)中。但是，微機(jī)保護(hù)的自檢功能僅僅可以檢測(cè)出軟硬件的故障，而元件出現(xiàn)問(wèn)題就會(huì)使被保護(hù)的對(duì)象失去保護(hù)。容錯(cuò)技術(shù)可以使軟硬件具有冗余度，當(dāng)部分軟硬件出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行工作，這種技術(shù)比較適合用于時(shí)刻需要調(diào)節(jié)命令和輸出控制的系統(tǒng)，多重化技術(shù)可以在一套硬件發(fā)生故障時(shí)，發(fā)出報(bào)警信后,由另一套硬件繼續(xù)完成工作，而不引起誤動(dòng)。圖2-6是一套CPU與DSP[6]組成的微機(jī)系統(tǒng)，其中DSP主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)采集器中數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,然后把數(shù)據(jù)結(jié)果通過(guò)RAM的雙端輸送到CPU，而CPU負(fù)責(zé)微機(jī)保護(hù)邏輯判斷、通信管理、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出計(jì)算等，這種系統(tǒng)利用了DSP（數(shù)字信號(hào)處理）運(yùn)算速度快的特點(diǎn)，由DSP完成所有繁重的數(shù)據(jù)計(jì)算，而CPU只需進(jìn)行保護(hù)邏輯判斷，避免單CPU多任務(wù)的沖突.圖2-6CPU+DSP組成的微機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4.1。3開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模塊微機(jī)保護(hù)不僅需要接受模擬信號(hào)，同時(shí)也需要接受發(fā)送開(kāi)關(guān)量信號(hào)。例如人機(jī)對(duì)話界面鍵盤(pán)輸入和遙控信號(hào)等.而這些信號(hào)只能由開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模塊來(lái)接受與發(fā)送.開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模塊是由微型計(jì)算機(jī)并串聯(lián)接、繼電器和光電耦合件構(gòu)成。微型計(jì)算機(jī)主系統(tǒng)與人機(jī)對(duì)話模塊都存在開(kāi)關(guān)量輸入/輸出插件，但是兩者插件的功能不同。開(kāi)關(guān)量輸入/輸出插件在微型機(jī)主系統(tǒng)中主要是完成保護(hù)出跳閘和遙信輸入，在人機(jī)對(duì)話模塊中主要是完成液晶顯示、按鍵輸入、保護(hù)通信和告警信號(hào)的發(fā)送等功能。開(kāi)關(guān)量輸入電路可以分為內(nèi)部和外部?jī)煞N類型的開(kāi)關(guān)量，其中內(nèi)部開(kāi)關(guān)量有軟壓板和鍵盤(pán)輸入等，主要安置在面板觸電上，外部開(kāi)關(guān)量有硬壓板、繼電器觸點(diǎn)等，主要反映外部裝置觸電狀況。內(nèi)部開(kāi)關(guān)量是直接接到微機(jī)并行接的芯片上，而外部開(kāi)關(guān)量通過(guò)光電耦合裝置將并行接和開(kāi)關(guān)量的回路隔離，如圖2-7所示，這種方式既可以傳遞K2外部觸點(diǎn)信息，又可以電氣隔離，確保微機(jī)保護(hù)的安全性.圖2-7開(kāi)關(guān)量輸入模塊原理圖開(kāi)關(guān)量輸出電路可以完成微機(jī)保護(hù)跳閘和合閘任務(wù)，這種電路可以將合、跳閘的出信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，驅(qū)動(dòng)斷路器執(zhí)行合、跳閘指令。如圖2—8所示。并聯(lián)接輸出控制了KM繼電器，同時(shí)也可以采用光電隔離的方法來(lái)提高整體抗干擾的能力。圖2-8開(kāi)關(guān)量輸入模塊原理圖在進(jìn)行打印機(jī)和通信接之類的信號(hào)輸出時(shí)，可用圖2-9的方法連接。由于數(shù)字信號(hào)不是控制合跳閘，所以對(duì)重要性和實(shí)時(shí)性要求不高，只需用一個(gè)并聯(lián)接的輸出方式就可以完成信號(hào)輸出，同時(shí)光電耦合器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電平轉(zhuǎn)換還能電氣隔離。圖2-9數(shù)字信號(hào)接人機(jī)對(duì)話模塊這種模塊是借助微處理器完成繼電保護(hù)調(diào)試、工作設(shè)定、定期檢查保護(hù)裝置、記錄各種保護(hù)動(dòng)作、系統(tǒng)通信等，其硬件結(jié)構(gòu)如圖2—10所示。圖2-10人機(jī)對(duì)話界面4.2微機(jī)保護(hù)的軟件設(shè)置軟件系統(tǒng)好壞不僅影響到保護(hù)裝置的穩(wěn)定性，還能提高保護(hù)性能的靈活性。隨著硬件結(jié)構(gòu)的提升，也會(huì)加強(qiáng)微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)功能，因此，在微機(jī)保護(hù)的軟件設(shè)計(jì)中需要注意系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性、繼承性、可讀性、易修改和維護(hù)等。在增強(qiáng)系統(tǒng)的繼承性和可讀性時(shí)，系統(tǒng)采用了高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行程序編制。但是涉及硬件電路控制時(shí)，系統(tǒng)同時(shí)采用匯編語(yǔ)言相結(jié)合的方式。根據(jù)結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)想法，進(jìn)行模塊化思路設(shè)計(jì)不同功能的模塊，每塊功能不同模塊間實(shí)現(xiàn)相互獨(dú)立，且模塊均使用單入/出的結(jié)構(gòu)，易于進(jìn)行程序的調(diào)試、維護(hù)和維護(hù)。目前絕大數(shù)的微機(jī)保護(hù)都是雙CPU的結(jié)構(gòu)，即由保護(hù)和監(jiān)控構(gòu)成的雙CPU系統(tǒng)。這兩類CPU系統(tǒng)都是由采樣中斷服務(wù)和主程序構(gòu)成,只是兩者在采樣中端服務(wù)系統(tǒng)中功能不同，下面以保護(hù)CUP系統(tǒng)為研究對(duì)象分析其程序。4。2。1保護(hù)CPU系統(tǒng)該部分系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)控和各項(xiàng)實(shí)時(shí)性標(biāo)準(zhǔn)低的輔助功能。從保護(hù)CPU系統(tǒng)顯示圖2—11所示，該系統(tǒng)主要包括上電復(fù)位和自檢循環(huán)兩個(gè)程序。在保護(hù)裝置硬件復(fù)位或上電以后，系統(tǒng)首先進(jìn)行初始化，其中包括讀取所有開(kāi)關(guān)量輸入的、狀態(tài)、定時(shí)器初始化、定義硬件電路開(kāi)關(guān)量輸入與輸出系統(tǒng)的并行接，寄存器、計(jì)數(shù)器、整定值的加載和換算以及各種標(biāo)志的設(shè)置，并進(jìn)行初始化自檢。自檢是通過(guò)軟件自動(dòng)對(duì)硬件系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及主要元器件進(jìn)行檢測(cè)，確保系統(tǒng)元器件以及工作完好.在自檢過(guò)程中可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)保護(hù)裝置中出現(xiàn)的問(wèn)題，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，及時(shí)閉鎖保護(hù)出，再由技術(shù)人員排除故障。因此，自檢功能是微機(jī)保護(hù)裝置中獨(dú)有的智能技術(shù)。自檢程序分為運(yùn)行自檢和初始化自檢，運(yùn)行自檢是在系統(tǒng)保護(hù)裝置運(yùn)行的時(shí)候，針對(duì)實(shí)時(shí)性要求高且后續(xù)出現(xiàn)運(yùn)算的部件進(jìn)行自檢，方便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，運(yùn)行自檢則在下面自檢循環(huán)中進(jìn)行著。初始化自檢是在系統(tǒng)保護(hù)裝置復(fù)位或上電時(shí)進(jìn)行全面性自檢，由于此時(shí)的時(shí)間較為充足，允許進(jìn)行全面的自檢，其中自檢的主要內(nèi)容包括:程序、定值、輸出通道、ROM、RAM\以及FLASH等，確保微機(jī)保護(hù)在投入使用時(shí)是完好的。在初始自檢順利通過(guò)后，就需立即執(zhí)行初始化數(shù)據(jù)采集以及定時(shí)采樣中斷的啟動(dòng)，到此為止上電復(fù)位流程全部走完，隨后將進(jìn)入自檢循環(huán)的流程。圖2-11保護(hù)CPU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)自檢循環(huán)程序［7］為實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的軟件和硬件的自檢，其采用了分時(shí)的辦法.另外，在自檢循環(huán)時(shí)還進(jìn)行工作方式的選擇、故障報(bào)告文件處理、人機(jī)對(duì)話處理、通信任務(wù)處理以及調(diào)試任務(wù)的處理。正常情況下，自檢循環(huán)系統(tǒng)是無(wú)限循環(huán).在自檢循環(huán)時(shí)，一旦中斷,CPU立即暫停自檢循環(huán)程序當(dāng)中運(yùn)行的任務(wù)，中斷響應(yīng)，并轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)的程序，立即執(zhí)行一次中斷服務(wù)的程序,當(dāng)中斷服務(wù)完成后,則又返回自檢循環(huán)。其關(guān)系如圖2—12所示：圖2—12程序流程時(shí)序關(guān)系其中3）為自檢程序；（b）自檢程序與采樣服務(wù)程序的時(shí)序關(guān)系式中TS代表一個(gè)完整的采樣周期.CYZD表示的是一個(gè)完整的采樣中斷服務(wù)程序的流程,MN表示自檢循環(huán)程序的整個(gè)流程。當(dāng)微機(jī)保護(hù)主程序中斷后，每隔一個(gè)系統(tǒng)采用周期,定時(shí)器就立即發(fā)出一個(gè)采用脈沖，假設(shè)定時(shí)器在A點(diǎn)發(fā)出采用脈沖且出現(xiàn)中斷，則微機(jī)系統(tǒng)將自動(dòng)將此處的工作進(jìn)行保護(hù)，隨后將實(shí)行一套完整的CYZD程序，當(dāng)中斷程序結(jié)束后，A處被暫停執(zhí)行的自檢循環(huán)程序?qū)⒒謴?fù)執(zhí)行，直到下一個(gè)中斷B點(diǎn)，AB段自檢循環(huán)程序使用的時(shí)間為t2,采樣周期Ts則為t1+t2。此后，如果系統(tǒng)保護(hù)裝置無(wú)復(fù)位且無(wú)故障操作，微機(jī)系統(tǒng)則將對(duì)以上的程序重復(fù)執(zhí)行.每逢單數(shù)時(shí)間段將執(zhí)行整套采樣中斷服務(wù)程序，在雙數(shù)時(shí)間段則執(zhí)行自檢循環(huán)程序。4。2.2采樣中斷服務(wù)程序的功能繼電保護(hù)系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求很高：第一，需實(shí)時(shí)了解運(yùn)行情況,也就是隨時(shí)采集開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)以及各種模擬量；另外，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，需立即判別短路的區(qū)域或位置，并切除該部分。為了滿足繼電保護(hù)的實(shí)時(shí)性以及快速性的要求，微機(jī)的中斷機(jī)可以有效的實(shí)現(xiàn)。從以下面2-13圖中可以看出，采樣中斷服務(wù)程序的主要功能除了對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行周期性采集以及處理外，還需對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行首發(fā)、自檢以及故障處理等任務(wù)，由于采樣定時(shí)器發(fā)起中斷，因此將其稱作采樣中斷服務(wù)程序［8］。圖2-13采樣服務(wù)程序示意圖采樣中斷服務(wù)程序［9］的數(shù)據(jù)采集以及處理主要是對(duì)模擬量的采集并進(jìn)行A/D變換，同時(shí)將采集的數(shù)據(jù)按照時(shí)間先后和通道存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并使地址指向最新的采樣數(shù)據(jù)。采集的信號(hào)除了模擬信號(hào)外，還需將脈沖信號(hào)、采集開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)以及頻率測(cè)量信號(hào)等。通信數(shù)據(jù)的收發(fā)完成在中斷服務(wù)時(shí)需快速執(zhí)行的通信任務(wù)。在中斷服務(wù)程序中還有少量的自檢任務(wù)，在中斷程序中執(zhí)行自檢任務(wù)的主要原因是最新的數(shù)據(jù)會(huì)立即對(duì)后續(xù)保護(hù)功能的正確性做出影響，并且這些自檢任務(wù)工作量相對(duì)較少，其安置在中斷服務(wù)程序中只占用了少量的中斷程序時(shí)間，一旦裝置出現(xiàn)故障，它能立即發(fā)出警告，同時(shí)閉鎖保護(hù).在微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中通過(guò)使用啟動(dòng)元件的方式對(duì)故障擾動(dòng)進(jìn)行靈敏且快速的監(jiān)視，等到故障擾動(dòng)啟動(dòng)元件的動(dòng)作后,程序才對(duì)其進(jìn)行故障處理，最后判斷故障是否在區(qū)內(nèi)。將故障處理程序和啟動(dòng)元件相結(jié)合的主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)①啟動(dòng)元件可將計(jì)算處理量較大的故障處理程序不投入運(yùn)行，從而提升了CPU的運(yùn)行效率。②可以通過(guò)了解啟動(dòng)云間的動(dòng)作時(shí)間來(lái)判斷故障發(fā)生的時(shí)間，方便故障處理程序成功獲取故障發(fā)生前后的數(shù)據(jù)，確保計(jì)算的準(zhǔn)確以及故障的判別。③微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的出繼電器的電源，只在啟動(dòng)元件啟動(dòng)后才投入，這樣可以提高了出回路的可靠性。一般情況下依據(jù)被保護(hù)設(shè)備的不同，故障處理程序也有不同的選擇。就拿線路保護(hù)來(lái)說(shuō)，故障處理程序包括：過(guò)流保護(hù)、零序保護(hù)以及縱聯(lián)保護(hù)等故障處理程序。5常用的微機(jī)保護(hù)算法與比較微機(jī)保護(hù)的算法中軟件是最為主要的問(wèn)題，其關(guān)鍵考慮的是計(jì)算的速度及精度，而其速度有包括兩個(gè)方面：一是算法的運(yùn)算工作量，而是算法時(shí)要求的采樣點(diǎn)數(shù)，與此同時(shí)還需將算法的數(shù)字濾波功能納入考慮范圍之內(nèi)。5。1正弦函數(shù)算法這類微機(jī)保護(hù)算法是利用正弦函數(shù)[12][13]的特性，假定電流電壓的基波是正弦函數(shù)，對(duì)正弦電流、電壓選取采樣值，計(jì)算出電流或電壓的測(cè)量阻抗、功率、相位、電流電壓的幅值等，再根據(jù)數(shù)據(jù)的比較和判斷，完成微機(jī)保護(hù)動(dòng)作。這種算法將非周期與諧波分量視為噪音和干擾信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，一般會(huì)在基波上疊加非周期和各種諧波分量.所以需要保護(hù)裝置預(yù)先對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行處理，在最大限度濾掉衰減非周期和各種諧波分量后，再使用這種算法，可以減少誤差的出現(xiàn)[14]。這種算法可以分為采樣值計(jì)算法、導(dǎo)數(shù)算法和半周積分算法這三種類型。5.1。1采樣值積算法采樣值積算法是連續(xù)采樣相同時(shí)間間隔的正弦電流電壓偷計(jì)算正弦電流電壓有效值。這種計(jì)算方法可以規(guī)避系統(tǒng)頻率對(duì)正弦電流電壓有效值計(jì)算的影響.以正弦電壓有效值計(jì)算為例，分別采樣兩個(gè)相同時(shí)間間隔(At的時(shí)刻電壓叫、u2ui=sin[^ju+w(th+At)]Um=Usin(3At+如(2—1)U]=sinRu+吐)Um=Usin@u(2—2)其中qu是電壓的初相角；^是角頻率；n是采集時(shí)刻相角；Um是電壓電幅;u是電壓的有效值；將(2。1)和(2.2)整合可得到:(2—3)同理可得到正弦電流的有效值如下所示:(2.4)在采樣值積算法［15］中時(shí)間間隔△可以是一個(gè)很短的采樣間隔，在理論上計(jì)算過(guò)程中所需要用到的時(shí)間窗很短，但是運(yùn)算中涉及到加減法、乘除法、開(kāi)方和平方的復(fù)雜運(yùn)算，這些都加長(zhǎng)了運(yùn)算時(shí)間，因此在實(shí)際運(yùn)用中這種算法并不常用。5。1。2導(dǎo)數(shù)算法導(dǎo)數(shù)算法是由澳大利亞著名科學(xué)家Morrison與Mann于1971年提出，這種算法基于正弦函數(shù)與余弦函數(shù)之間的關(guān)系，計(jì)算出電流電壓的測(cè)量阻抗等。以正弦電壓有效值計(jì)算為例：U=U(2—5)正弦電壓的導(dǎo)數(shù)為:U'=U(2-6)將(2-5)、(2-6)代入(2—3)式中可以得到：(2-7)這種算法只需要采樣一個(gè)時(shí)間間隔，因此在所需要的用到的數(shù)據(jù)窗比較短。但是這種算法容易產(chǎn)生誤差，這種誤差一種是來(lái)自差分求導(dǎo)近似產(chǎn)生的誤差，另一種是來(lái)自電流和電壓平均值替代產(chǎn)生的誤差。5.1。3半周積分算法［16］該算法是根據(jù)隨意半個(gè)周期中正弦量的絕對(duì)值積分是常冒，而且積分起點(diǎn)初相角與積分常量S無(wú)關(guān)。以正弦電壓有效值計(jì)算為例，半個(gè)周期積積分值S計(jì)算如下：(2-8)=(2-9)彩(2—10)這種算法的運(yùn)算量不大，采用簡(jiǎn)單硬件或者軟件程序就可以計(jì)算出，但是運(yùn)算結(jié)果的誤差比較大，比較適合用于要求較低的一些電流和電壓保護(hù)。在計(jì)算半周積分值時(shí)，部分正負(fù)的諧波半周將相互抵消，而未被抵消剩余部分占總體比例不高。因而，