輸電線路行波故障定位中高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
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2．4 總線控制
單片機(jī)系統(tǒng)總線上掛有若干RAM或I／O口，尋址和數(shù)據(jù)傳輸都是由CPU發(fā)出指令通過(guò)系統(tǒng)總線實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于高速數(shù)據(jù)采集，為了提高尋址和數(shù)據(jù)傳輸速度，避免總線沖突或“交通”堵塞，必須建立局部總線。系統(tǒng)總線與局部總線應(yīng)該既區(qū)別又統(tǒng)一，既隔離又結(jié)合，彼此通過(guò)合理的控制邏輯聯(lián)系起來(lái)?！ ≡趦?nèi)存映射的傳輸方式中，A／D不斷地將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)寫(xiě)入高速緩存RAM，CPU根據(jù)數(shù)據(jù)處理的需要從高速緩存RAM讀取數(shù)據(jù)至雙口RAM1，雙口RAM1還需要將所有單元刷新一遍。這三種操作都要占用卡上的數(shù)據(jù)、地址總線，但它們發(fā)生的時(shí)間是隨機(jī)的，因此對(duì)總線的占用必然會(huì)產(chǎn)生沖突，總線仲裁電路的功能就是對(duì)這三種操作進(jìn)行協(xié)調(diào)。這里，通過(guò)5片74LS241二選一開(kāi)關(guān)來(lái)協(xié)調(diào)地址計(jì)數(shù)器與CPU1對(duì)高速緩存RAM讀地址的沖突，2片74LS241來(lái)協(xié)調(diào)高速緩存RAM與AD9048和雙口RAM之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臎_突。
2．5 PC總線接口技術(shù)
PC系統(tǒng)總線對(duì)4kb的雙口RAM尋址是一個(gè)難點(diǎn)。本數(shù)據(jù)采集卡采用的是PC總線，又稱(chēng)8位ISA總線。它使用靈活，便于同8位單片機(jī)構(gòu)成接口電路。它有62條引線，分五類(lèi)：地址線、數(shù)據(jù)線、控制線、輔助與電源線。本數(shù)據(jù)采集卡只利用了其中一部分引線：8條數(shù)據(jù)線、10條地址線、IOR和IOW控制線、電源線。譯碼電路詳細(xì)框圖如圖2。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/188995.htm
本數(shù)據(jù)采集卡使用308H、309H、30AH三個(gè)口地址實(shí)現(xiàn)在板緩存4kb的尋址。這里的譯碼電路使用了GAL20V8和兩片74HC574。當(dāng)PC機(jī)要訪問(wèn)某一地址時(shí)，首先寫(xiě)入雙口RAM的低8位地址，此時(shí)GAL20V8的輸出信號(hào)選中74HC574（右），將PC－DB上的數(shù)據(jù)鎖存，形成雙口RAM的低8位地址Addrl，然后寫(xiě)入雙口RAM的高8位地址，GAL20V8的輸出信號(hào)選中74HC574（左），將PC－DB上的數(shù)據(jù)鎖存，形成雙口RAM的高8位地址Addrh。最后通過(guò)選中雙口RAM的片選端cs，完成一次數(shù)據(jù)的讀／寫(xiě)過(guò)程。
2．6 采樣頻率控制電路
采樣頻率控制電路是由晶振、可編程分頻器8254及一些控制電路組成，8254是可編程分頻器，工作頻率在8M～20MHz，通過(guò)不同的分頻數(shù)，可以輸出不同頻率，分頻數(shù)的值為2～65535。它的輸出是由觸發(fā)控制電路控制。其輸出時(shí)鐘分別送往地址計(jì)數(shù)器、高速緩存RAM的寫(xiě)信號(hào)控制電路及AD9048的轉(zhuǎn)換脈沖輸入端。
3 軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的軟件由三大部分組成：數(shù)據(jù)采集軟件、通訊軟件、故障定位計(jì)算軟件。
系統(tǒng)工作的大致程序如下：由GPS時(shí)鐘使安裝在輸電線路兩側(cè)的高速同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的時(shí)鐘同步，以確保兩側(cè)裝置在數(shù)據(jù)采集時(shí)的同步。當(dāng)輸電線路正常運(yùn)行時(shí)，兩側(cè)的高速同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都會(huì)采集各自的線路電流、電壓數(shù)據(jù)；一旦輸電線路故障時(shí)，兩側(cè)均啟動(dòng)記錄并保存故障前和故障后的電流、電壓數(shù)據(jù)。當(dāng)故障切除后，兩側(cè)裝置通過(guò)調(diào)制解調(diào)器（MODEM）借用電話線或網(wǎng)絡(luò)交換兩側(cè)的電流、電壓信號(hào)。定位計(jì)算軟件得到故障點(diǎn)的位置。圖3是本系統(tǒng)的軟件總體框圖。
圖3中的最上面是程序的入口。程序入口的第一個(gè)模塊是初始化。經(jīng)過(guò)初始化后，是整點(diǎn)對(duì)時(shí)模塊，在整點(diǎn)時(shí)PC機(jī)內(nèi)的時(shí)鐘將按GPS時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)。對(duì)時(shí)后，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將開(kāi)始工作。模數(shù)轉(zhuǎn)換器將各模擬量的采樣值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，進(jìn)行自檢。如果電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行，啟動(dòng)元件不啟動(dòng)，主程序?qū)⒁恢痹谏鲜龀绦蛑醒h(huán)。
如果電力系統(tǒng)中有故障，啟動(dòng)元件會(huì)啟動(dòng)。主程序?qū)⑻D(zhuǎn)到故障處理部分。在故障處理時(shí)，數(shù)據(jù)采集部分仍然會(huì)正常工作，但不再進(jìn)行對(duì)時(shí)和自檢。這個(gè)時(shí)候，裝置將不斷對(duì)斷路器輔助觸點(diǎn)和保護(hù)動(dòng)作信號(hào)等外部開(kāi)關(guān)量進(jìn)行監(jiān)視。如果外部開(kāi)關(guān)量顯示故障已切除，主程序?qū)⑻D(zhuǎn)到故障定位部分。首先，裝置將保存本側(cè)的電流、電壓值；然后，再通過(guò)MODEM經(jīng)由電話線與其他側(cè)交換數(shù)據(jù)；最后，進(jìn)行故障相判斷，再得到故障定位結(jié)果。
對(duì)裝置起動(dòng)元件的一個(gè)基本要求是靈敏度高，選擇性好。根據(jù)采樣的電氣量和工控機(jī)的特點(diǎn)，裝置采用相電流起動(dòng)、負(fù)序電流起動(dòng)、零序電流起動(dòng)按或門(mén)邏輯輸出起動(dòng)。
在系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集軟件的功能是：使兩側(cè)的時(shí)鐘同步，進(jìn)行高速模數(shù)（A／D）采集的初始化及運(yùn)行控制和保存雙端的電流、電壓信號(hào)。通訊軟件的功能是：實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和微型計(jì)算機(jī)之間的通訊，將采集的數(shù)據(jù)傳送給微型計(jì)算機(jī)；并且實(shí)現(xiàn)輸電線路兩端裝置的通訊，交換輸電線路兩側(cè)所采集的電流、電壓信號(hào)。故障定位計(jì)算軟件的功能是：利用小波算法對(duì)采集的故障電流和電壓進(jìn)行處理，消除各次諧波和其他干擾分量，尋找故障點(diǎn)。進(jìn)行故障相的判別，選出故障相別，將記錄數(shù)據(jù)以圖形的形式顯示出來(lái)。
4 結(jié)論
此高速同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有采樣速率高、運(yùn)行方式靈活、同步時(shí)鐘精度高和符合ISA總線標(biāo)準(zhǔn)等特點(diǎn)。以DS80C320單片機(jī)為核心，采用GPS同步時(shí)間，配合適當(dāng)?shù)耐鈬O(shè)備和合理的總線控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集。同時(shí)兼有數(shù)字存儲(chǔ)示波功能和數(shù)據(jù)分析能力，可以廣泛用于電力測(cè)量、電力系統(tǒng)故障定位和繼電保護(hù)領(lǐng)域。
評(píng)論