微機保護硬件發(fā)展

微機保護裝置硬件發(fā)展

第二組主講人：王成進13031235網(wǎng)絡通信系統(tǒng)的發(fā)展微機保護裝置硬件發(fā)展保護CPU的發(fā)展過程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展保護CPU的發(fā)展過程單CPU微機保護

多CPU微機保護數(shù)字信號處理器（DSP）ARM+DSP系統(tǒng)結構保護CPU的發(fā)展過程

單CPU微機保護

自80年代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展以來,國內己研制出各種類型的微機保護裝置,但大部分保護裝置采用1片單片機完成數(shù)據(jù)采集和處理功能,功能簡單,智能化水平較低。保護CPU的發(fā)展過程多CPU微機保護

多CPU微機保護系統(tǒng)的硬件主要包括:數(shù)據(jù)采集單元、中央處理單元、人機接口(鍵盤與顯示)單元、開關量輸入輸出單元。其中采用1片8位單片機90C32組成數(shù)據(jù)采集單元，1片16位單片機80C196組成主控單元，1片人機接口單元。保護CPU的發(fā)展過程數(shù)字信號處理器（DSP）特點：哈佛結構，獲得高速運算能力；采樣流水線技術，保證取指令和執(zhí)行支路同時進行。DSP具有強大、快速的數(shù)據(jù)處理能力和定點、浮點運算功能，因此將DSP融合到微機保護中，將大大提高微機保護的計算性能和速度。

保護CPU的發(fā)展過程ARM+DSP系統(tǒng)結構采用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的通信(以太網(wǎng)接口),這符合正C61850體系關于變電站自動化系統(tǒng)的設計思想,嵌入式操作系所使用的網(wǎng)絡協(xié)議族是內嵌在高效多任務調度和中斷管理的操作系統(tǒng)之中的。DSP利用自身運算速度快搜長數(shù)字信號處理的優(yōu)點進行數(shù)據(jù)采集、計算、邏輯判斷。有效地保證了微機保護的選擇性、速動性、可靠性。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展逐次逼近式A/D轉換器構成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。電壓頻率轉換原理的計數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展逐次逼近式A/D轉換器構成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

早期的微機線路保護中,考慮到A/D轉換器價格昂貴,因此采用多個通道共用一個A/D轉換器的方案。模擬量多路轉換開關采用硬件電路控制記數(shù)自動進位切換通道號。

第一代微機線路保護裝置中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用的逐次逼近式A/D轉換器為AD574,字長12位,轉換速度20微秒。

DMA控制器為MC6844。這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用的芯片比較多,電路復雜,抗干擾性差。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展電壓頻率轉換原理的計數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

VFC轉換器是把電壓信號轉變?yōu)轭l率信號的器件，其輸出為一個等幅脈沖串，重復頻率隨時正比于輸入電壓瞬時值。由計數(shù)器進行計數(shù)，這樣在采樣間隔內的計數(shù)值就與采樣對象的積分值成比例，實現(xiàn)了模數(shù)轉換。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展電壓頻率轉換原理的計數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

第二代微機線路保護VFC(電壓頻率轉換)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖及轉換特性(該系統(tǒng)中電壓頻率轉換采用AD654,光電耦合器采用快速光耦6N137)。早期的并行電纜連接串行通信現(xiàn)場總線技術以太網(wǎng)技術網(wǎng)絡通信系統(tǒng)的發(fā)展早期的并行電纜連接網(wǎng)絡通信系統(tǒng)的發(fā)展20世紀80年代中期，變電站自動化的核心是遠動裝置RTU。該類系統(tǒng)實際上是在常規(guī)的繼電保護及二次接線的基礎上增設的裝置，功能主要是與遠方調度通信實現(xiàn)“二遙”或“四遙”。斷路器和隔離開關的狀態(tài)、保護信號通過硬接點接入。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是當時使用最多的通信協(xié)議。串行通信網(wǎng)絡通信系統(tǒng)的發(fā)展接口：針對設備而言，兩個不同系統(tǒng)(或設備，程序)交接并通過它彼此作用的部分。在計算機系統(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。串行通信網(wǎng)絡通信系統(tǒng)的發(fā)展按照串行數(shù)據(jù)的時鐘控制方式，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)是在兩個站之間進行傳送的，按照數(shù)據(jù)傳送方向，串行通信可分為單工（simplex）、半雙工（halfduplex）和全雙工（fullduplex）三種制式。串行通信的接口電路RS-232C是使用最早、應用最多的一種異步串行通信總線標準.RS-232、RS-422與RS-485標準只對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，在此基礎上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。網(wǎng)絡通信系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)場總線技術

現(xiàn)場總線是指從控制室連接到現(xiàn)場設備的雙向串行數(shù)字通信總線，也稱現(xiàn)場網(wǎng)絡?，F(xiàn)場總線發(fā)展的種類較多，約有40余種，如德國西門子公司Siemens的ProfiBus，法國的FIP，英國的ERA，挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，PhenixContact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，國際標準組織-基金會現(xiàn)場總線FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美國的DeviceNet與ControlNet等等。網(wǎng)絡通信系統(tǒng)的發(fā)展以太網(wǎng)技術

網(wǎng)絡的通信帶寬，以太網(wǎng)的帶寬達到10Mbps以上，一個沖突域中可支持1024個節(jié)點；網(wǎng)絡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，甚至能在一個網(wǎng)絡中混合使用，可根據(jù)需要靈活選用；網(wǎng)絡拓撲結構靈活方便。可為總線型或星型，或