基于单片机的四遥设备监控系统设计

基于单片机的四遥设备监控系统设计

0“四遥”信息采集监控电路设计的必要性随着现代通信技术和嵌入式技术的发展，液压机的工作设备正在朝着自动化和智能的方向发展。在数据采集和监测管理制度中，四距离设备的性能得到了广泛应用，技术水平不断提高。由于大规模集成电路对使用环境要求很高，并且其功率较小等原因，如何使变电站的“四遥”设备能够准确的反应现场的信息量变得尤其重要。同时，受到现场各种干扰的影响，轻则造成数据传输错误，重则造成保护拒动或误动，危及了电力系统的安全可靠供电。因此一套可靠的“四遥”信息采集监控电路结合先进的微处理器实现变电站的保护、测量、监控和远动，实现变电站的智能化监控显得十分必要。本文针对微机测控保护装置中的“四遥”,对其一次设备的被控对象和二次设备的主控装置在概念和功能原理上作了详细的阐述。1a/d转换器件在电力系统自动化设备中，遥测主要用于实现变压器的有功和无功采集；线路的有功功率采集；母线电压(UA、UB、UC、UO)和线路电流(IA、IB、IC、IO)采集；温度、压力、周波频率采集和其它模拟信号采集。而由于受一次设备的准确性的限制，如变送器的精度及在隔离转换、整流的过程中存在一定的误差，同时采样电阻本身出问题的可能也很多见，因此，模拟转换器的准确度、分辨率、稳定性显得非常重要。基于对采样精度的高要求，可以选用较高精度和分辨率的转换器件。在电力系统数据采集模块中，先前采用较多的是Maxim公司的MAX125型14位A/D转换器，实现数据的采集、处理、传送，实现了系统的实时性和可靠性。在电力参数的测量中，主要分为直流测量和交流测量，直流测量主要采集电流信号(4～20mA)和电压信号(0～5V)。主要用来实现温度、压力等信号的采集，实现方式是通过变送器转换获得。交流测量主要采用CT/PT，一般采用电流型互感器，输出的电流经过电子电路的变送、滤波处理、信号调理后送至A/D转换器的前级。电路方框图如图1所示。1.1主控制电路设计采用MAX125模数转换器是8通道高速l4位模/数转换器，它内设采样/保持器(T/H)，单次转换时间为3μs，通过对MAX125写控制字可以使之工作于单通道转换也可以使之工作于多通道的连续转换，且其转换数据具有缓冲功能，采用DSP结合CPLD的控制，可以实时读取采集的周波模拟量。整个数据采集系统，采用图2的主控制电路设计。在本公司的某系列装置中，主要由DSP+CPLD结合，控制2片MAX125可以同时实现16路A/D转换，通过软件发启动脉冲依次实现MAX125的转换，大约经过9μS后，3个通道转换完毕，产生1个中断信号，中断信号传送到可编程逻辑控制器(CPLD)中。由CPLD通知DSP读取采样数据，同时CPLD给MAX125的RD引脚施加读脉冲，3个连续的读操作可以读取3个连续的数据，从而实现一次多通道数据的同时采集。而在电力设备的现场，电压等级大多分为220V和380V，及5A和1A，只要稍加变换便可以用此电路实现一次测量。同时为提高遥测精度，减小信号采样通道元器件和软件采样同步误差的影响，对输入信号采用不同的放大倍数调理电路进行分段处理和采样，而在软件上采用数字校准结合自动补偿技术，数字校准的方法采用外标准源输入信号，由软件完成校正系数的提取，同时保存在24C256中，改进了电力系统电压和电流的测量精度,通过装置的实际运行，满足了变电站综合自动化的测控技术指标。2光催化机电路设计在变电站综合系统中，将远方站内电气设备的状态以信号的两种状态即0、1（即断开、闭合）传送至主站端（调度端）。即称为遥信，其反映的内容主要有断路器和隔离开关的位置，继电保护的动作状态，报警信号，自动控制的投、切，发电厂、变电所的事故信号，以及远方站远动设备的状态、自诊断信号等。如何将设备的状态能够准确的传递给二次设备,供微机识别处理,同时为避免发生信号丢失,及现场不良信号的干扰,常采用光电耦合输入的方式。如图3所示。针对现场信号一般有DC220V,DC110，通常由直流屏提供，DC24V由装置电源提供，分别由用户根据现场设备要求选择使用，常采用的遥信电路如图4所示。通过分析以上两种电路的实现方案，可以看出分别采取了不同的的抗干扰措施，从而有效的避免了现场的不良信号造成设备的误遥信。在电路的设计中，根据光耦的基本参数结合现场开关量选取合适的电阻和稳压二极管，同时要考虑到光耦的传输比是否满足系统设计要求。结合软件可手动设置遥信去抖延时（一般设置20ms），提高了遥信的准确性。3功、反向无功主要用于采集正向有功、正向无功、反向有功、反向无功，亦采用光电耦合输入方式，电路实现方式与遥信电路原理相同，由微处理器对脉冲量进行计数,实现遥脉的功能。4控制器发送命令的情况遥控操作由监控人员按调度员的命令直接执行,被控对象为发电厂、变电所电气设备(断路器、隔离开关等)的合闸和跳闸、投入和切除。由于涉及到一次设备动作，要求遥控动作准确无误，一般采用微处理器完成对象继电器和控制继电器的动作而控制断路器实现一次遥控。即采用预制-返校-执行(撤销)过程，预制过程只给出口继电器发准备命令，当返校成功后，在执行命令发出后，出口继电器才能获得正电源，继电器闭合。而实现一次的分合闸。即：在调度员发送命令时，首先应该校核该被控制站和被控制的设备在正常运行，系统或变电所没有发生事故和警报，所发出的命令符合被控设备的状态。通常由主站端发送的命令信号经过差错控制的校核被送到远方站，远方站收到命令后，应先检查输出执行电路的状态；然后将正确接收的命令经反编码送到主站端；在主站端将接收到的返送校核码进行比较，在返送校核无误后，将结果显示给调度人员，并向远方站发送执行命令。只有这样严格的技术措施，才能保证遥控的正确无误。基本原理框图如图5所示。由于在变电站综合自动化系统中，遥控功能一直占据着比较重要的地位，在远方主站执行遥控的过程中，能否使开关(断路器)可靠的控制(防拒动、误动)，关键是处理好遥控出口与控制回路之间的衔接。而遥控单元的可靠性、准确性，反映着整个系统的安全可靠性，遥控成功与否的关键是通道质量和遥控出口的配合，基于遥控的基本操作原理，各个厂家装置采用的操作回路略有不同，采用如图6所示的电子电路的设备装置，结合在各大型变电站的实际运行，有效的避免了在操作中的拒动和误动，提高系统的可靠运行。5方式向整合型转化随着变电站综合自动化技术的提高，数字式微机测控保护装置逐渐取代了传统模式，同时由传统的保护、测控单一实现方式向整合型转化即在同一平台上实