RTU 远动终端PPT课件

1、第三章远程终端RTU、彭显刚2012年9月10日星期一、2、远程终端(远程终端)是网格调度自动化系统的基础设备，也是自动化系统整体的“耳目”和“手足”。引言RTU(RemoteTerminalUnit )、3、3、3,1.1RTU任务RTU一般设置在各电厂、变电站，具体任务包括：第1节RTU任务和结构、1 .数据采集、(1)模拟：电网的p、q、u、I等运行参数(2)开关量：断路器和隔离开关的开关、自动装置或继电保护装置的工作状态等称为遥控量。 (3)脉冲量：脉冲功率计的输出脉冲等称为远程脉冲量，有时也进行远程测量。4、4、4,1.1RTU的任务、第1节RTU的任务和结构、2 .数据通信按照预定的通信规则的规定，将收集到的本公司基站的数据自动地循环(或者对应的调度请求)发送给调度侧，接收来自调度侧的各种命令3 .执行命令，基于接收到的调度命令，完成对指定对象的远程操作和远程操作。 4 .其他辅助功能、交互、自检、报警、站内事件顺序记录功能。 5、1.RTU的典型结构，第一节RTU的任务和结构，1.RTU的硬件结构现代RTU都是以单片机/单片机为中心的微机系统，由以下图单CPU系统的结构框图，6，主要部分示出： rom :用于存储RTU的工作程序和一些固定参数，烧制不能更改，停电也不影响数据。 (2)RAM :用于各种数据的暂时存储的随机存储器。 (3)模塑成形：模拟输入通道和输出通道通过接口电路与总线连接。 (4)开关：开关量的输入输出通道。 (Modem :在RTU数据经通信协议编码后，经由Modem发射通信信道以与调度中心远程通信。 对于小工厂、站只要采用单CPU结构的RTU即可，对于大工厂站，可以采用如下图所示的多CPU结构。7，多CPU构成的RTU框图，8，主要的不同点是，除了主CPU模块，其他的主模块也搭载了独自的CPU。 (1)主CPU :集成全局，一般通过并行或串行总线接口与各模块的CPU进行数据通信，例如通过地址总线选择模块，读出数据，设定CPU的工作参数等。 (2)冲模、开放模块：如有必要，可采用常规芯片或单片机。 (3)公共总线： CPU间的通信接口由主CPU控制，通常包含地址总线、数据总线，利用地址总线确定通信对方，利用数据总线传输数据。 (4)通信方式：主、从CPU间的通信方式有定时扫描和中断触发两种。 优点：灵活、可扩展、速度快、收集量大。 缺点：昂贵而复杂。 9、9、9,2.RTU的软件构成，(1)软件构成数据收集软件：收集模拟量、开关量、数字量、脉冲量等数据。 数据处理软件：进行数字滤波器、限位判定、BCD代码转换等。 控制软件：执行收到的遥控器、遥控指令。 通信软件：根据约定的通信规约，与调度中心(可能有多个)相互通信。 交互式软件：处理键盘、屏幕显示、打印等操作。 其他功能软件：事件记录、事故追忆、自我诊断、调试等功能。 10、2.rtu的软件配置、初始化：通电，初始化各外围接口和通用RAM。 中断：对要求实时性的任务，例如发送、接收、开关动作等，利用中断方式最快地动作。 中断服务：如有中断请求，立即中断电子侦察任务，进入相应的中断服务程序处理。 例如，“接收完整”、“发送空”等中断消息。 注：中断本身具有优先级差异，高层任务可以中断低层任务。 巡逻任务：根据程序约定，通常是定时处理的一些不重要的任务，如显示、自检等。、11、第二模拟输入/输出信道、典型的配置块-模拟输入信道(DC采样)、12、1 .滤波器和信号处理、电力系统的操作参数u、I通过PT和CT输出，并通过振荡器将其转换为0-5V或4-20mA的DC模拟信号。 通过滤波访问下一链路：消除噪声，提高信噪比，有时在进行电平变换的同时，实现浪涌电压保护，防止浪涌电压侵入通道内部，破坏各种芯片部件。 方法：采用初级或次级硬件RC低通滤波器。 分类：单极：0-5V、0-10V、0-20V双极：-2.5V- 2.5V、-5V- 5V、13，2 .多路复用器(MUX )也称为采样开关，是由CPU控制的高速电子开关。 由于模拟/数字转换的速度快(一般为s级)，测量的模拟信号的变化慢(以电力系统v、I等参数为例，正常时监视系统可以按每3s给出采样值。 因此，一个A/D转换器可以处理许多模拟数据。 作用：通过共享一个A/D转换器，能够利用快速A/D转换器的性能来使振荡器传送的多个模拟信号更加灵活。 又，典型芯片： AD7506映像，14，模拟导入： S1，S2，S16，且如果选择其中一者，则可从OUT输出。 开关选择：由CPU通过EN、A3、A2、A1、A0进行控制，通过组合后的值(地址、开关编号)选择输入量： EN :芯片选择控制。=1时，选择本芯片=0时，封锁本芯片。 A3-A0 :开关代码编号。 0000选择0开关，1001选择9开关，1011选择11开关。 解码和驱动器：分析开关代码并打开相应的开关。 输出：将与选择的开关编号对应的模拟输入量发送至OUT。 电压跟随器：当AD7506导通时，内部电阻器不为零，并且负载阻抗必须大于这个值，否则，不能保证测量信号的精度。 因此，为了提高输入阻抗，通常在OUT上连接传输器。15、15、示例：多个AD7506应用电路、16、3 .采样保持(S/H )、操作：确保在A/D转换时段期间输入模拟信号没有变化。 基本原理：高速电子采样开关s和保持电容Cn(1)S闭合，Ain在A1放大，快速充电Cn(2)S断开，A2的输入阻抗大，Cn放电慢，Cn电压不变。 典型芯片： LS398、17、4 .数模转换器(D/A )，工作方式：将二进制数据转换为对应的模拟。 为模数转换提供测量位置电压的电压权重。 典型的结构图，核心构成部分：运算放大器，权阻网络，18，(1)运算放大器放大系数k大。 因为输入信号的电压值小(-，两端的电压小)，所以“-”端子的电位接近“”端子的电位，所以在一端接地的情况下，另一端可以接地，即近似为“伪地”。 此时：如果输入阻抗大，在运输中输入的电流大致可以看作0，因此图中的电流之间存在以下关系：19，(2)权阻网络的各权阻与对应的电子开关串联连接。 图中的权利要求电阻网络的总电流当Rf=R时，扩展到n位：具有D/A转换的精度，依赖于UE和电阻精度，20、(3)T型电阻解码网络的高电阻值的高精度电阻制造是困难的。 利用t型电阻对网络进行解码，只需r和2R即可。 特点： Di是双投开关。=1，UE；=0，接地。 在Rf=2R的情况下，虽然、(21 )、(4)D/A变换的实际的电路和芯片、数据缓冲器： D/A变换会花费时间，但是在变换期间内有可能将数据传送到数据总线，缓冲器的作用是在D/A变换期间内发送到缓冲器总线的变换对象的数据。 数据锁存：类似于样本保持器，确保数据在D/A转换期间不变化，转换完成后从缓冲区中检索新数据。 电流开关：一系列电子开关(解码器)将数据信号(高电平、低电平)转换为对应的开关的开启-关断状态以使电阻网络的总输出电流对应于锁存器中的二进制数字。 常见的D/A芯片： DAC1210、AD588、AD7520等。.22、5 .模数转换器(A/D )、基本原理：逐次近似法是在电压比较器中，将采样得到的模拟电压样本与最高压配比较，若不足则再次追加下一电压配比直至最低配比。 此时，追加的重物之和为未知的电压。重要逻辑模块：采样与采样的保持： Ux，电压比较(传输):Ux与Uc，逐次SAR、23、5 .模数变换(A/D )，基本原理：逐次近似过程说明、24、5 .模数变换(A/D )，量化误差： (1)A/D变换的精度到达变换的位数(2)如果在范围内、在近似的过程中使用最小的电压加权且还小于Ux，则仅给出近似的结果(测量值0.5Umin )，实际值和转换值之间的误差变为量化误差，该误差不超过最小加权的一半。 常见的A/D芯片： AD574A、AD1674等。 考虑问题： (1)对于0到10范围内的A/D转换器，10位A/D转换器的精度是多少？ 25、例如：实际的YC电容输入电路、26、3.1开关电容输入输出信道、第三节开关电容、数字电容输入输出信道、1 .开关电容结构、(1)断路器的接通或跳闸信号(2)重要的断路开关状态(3)保护和自动装置状态(保护动作、断路器、断路负载)、2 .特征的二进制符号表示：0/1、 3 .重要度、27 3.1开关量输入输出通道、4 .开关量输入通道、开关量输入通道、开关量输出通道(遥控信号输出)和模拟通道：无A/D、D/A转换环路。28、3.1开关量输入输出通道、5 .开关量的收集电路图、29、3.1开关量输入输出通道、6 .共用开关量输入电路、(1)信号从开关的常闭辅助接点取入。 (2)电路电压高(24，48v ) (3)辅助接点位于高压配电装置现场，连接线长，干扰强。 (4)电路有RC滤波，有光电隔离措施。 (1)V1是构成反极性保护二极管R1、R2保护作用的电阻V2为阈值开关二极管光耦合集成电路的除颤网络，具有30、3.1开关量输入输出通道、6 .公共开关量输入电路、(2)动作过程开关为S1断开、v1， V2未导通的光耦合元件的非导通集电极a点进行高电平反转，b电流以低电平通过除颤网络后，d点输出高电平开关带S1闭合，V1、V2导通的光耦合元件导通，集电极a点反转为低电平，b电流成为高电平，除颤网络d点输出低电平、31、3.1开关量输入输出通道、3 )除颤原理断路器off时，由于电弧效应，发生一定时间的电流抖动，辅助触点在0/1之间颤动。 如果电路过高，会频繁发出位移信号。 施密特触发器的动作特性：电位上升时，UUT、0-1； 电位下降时，U0； 在加入除颤环节后，波形如图所示，为6 .通用开关电容输入电路，32，3.1开关电容输入通道，7 .开关电容组输入输出接口电路和RTU收集方式，s1- s 4，4，4台断路器的辅助开关接点。 PB7-PB4、开关量输入接口。 PB0-PB3、开关量输出接口。 K1-K4、断路器控制开关。 8.RTU收集方式、定时扫描：一般5ms扫描所有开关。 收集的信号一次装入存储器的远程信令数据区域。 将此次扫描的信号判断为上次，发现交换机的状态发生变化后，进入中断服务程序进行报告。33、3.1开关电容输入输出通道、9 .例如：实际的开关电容(YX )输入电路、并行接口电路8255A多路选择开关遥控信息收集电路、34、3.2数字电容输入、以数字电容直接输出的数字仪表，例如数字电平计、数字频率计等3.3脉冲量输入，作用：用于电能计数据的输入。 方法：一般按脉冲数累计，累计值与电量值成正比。注意： (1)隔离和抗干扰。 (2)脉宽检查。 35、脉冲检测的原理如图所示。高电平次数大于2，脉宽正常，数据正常。 高电平的次数只有1次，脉冲宽度过窄，是噪声脉冲。 (3)同时性调度方为电网“关口”电量时，必须合计同时电量的值。 具体的方法采用两组脉冲计数仪。 如果未采样，则主、子同时计数，数值相同。 调度方发送广播信号：电量冻结。 子表停止更新，主表继续。 上传子仪表的读数。 取消冻结命令，同步子表和主表，然后重新计数。 36、4.1单极性数据和双极性数据处理、第4节数据处理、1 .概要、(1)单极性数据：始终为0、0、0,0-5/10V、电流、电压变送器。 (2)双极数据：-5- 5V，多功率变送器。 2.A/D转换的极性处理12位A/D转换：单极性： 12位均为测量值的双极性：一般第1位为符号位，0表示正值，1表示负值。 37、4.2数据合理性检查，第四节数据处理，目的： (1)排除明显不合理的数据。 (2)提高状态估计的精度。 4.3数字滤波器，目的：进一步提高抗干扰能力，减少误差。 形式：它本身是计算机程序，也称为数据平滑。 分类：非递归滤波器和递归滤波器。38、第四节点数据处理、4.3数字滤波器、(1)非递归数字滤波器在数字滤波器的输出结果仅与当前输入值和过去的输入值相关且与过去的输出值不相关的情况下被称为非递归数字滤波器。 此外，在此示例中，设置了模拟信号x(f)=u(t) z(t )的有用信号，其中，f1=2Hz干扰信号，f2=100Hz的采样频率： fs=500Hz，采样间隔TS=1/500=2ms，采样数目为x(0)、x(1)、x(2)、x(n-1 )、x(n )、以及滤波原理：噪声通常为高频周期信号，其在n个样本值的算术平均值处去除干扰信号。 一般而言，N*TS应该是干扰信号周期的倍数。40、图1 :未滤波的输出波形。 有用的信号波形。 (蓝)，图2:的有用信号波形。 (蓝色)滤波器输出波形。 (红色)、41、(2)递归数字滤波器数字滤波器的输出结果不仅与当前的输入值和过去的输入值关联，也与过去的输出值关联的结果称为递归数字滤波器。 一般的一次式：公式：42，图1 :未经滤波的输出波形。 有用的信号波形。 (蓝)，图2:的有用信号波形。 (蓝色)滤波器输出波形。 (红)、43、第4节数据处理、4.4尺度变换、“A/D输出的数字量”与“实际的物理量”的关系变换。 4.5BCD代码转换，BCD代码：以二进制表示的十进制代码，别名2-10进制代码。 方法：0-9，十进制的每个位是以四位二进制编码的，也称为8421码。 用途：主要用于数据处理，特别是显示数据，比普通的十六进制数据简单，处理速度快。 44、第四节数据处理、4.6越限判别和越限停滞区、1 .越限判别、遥测的越限警报是RTU极其重要的功能之一。 在调度自动化系统中，实时监视各种运行参数，如有限制，立即发出警告，催促调度人员进行处理。 (1)限