微機(jī)保護(hù)基本硬件構(gòu)成

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯微機(jī)保護(hù)基本硬件構(gòu)成 本文將要介紹微機(jī)愛護(hù)裝置硬件系統(tǒng)構(gòu)成以及微機(jī)愛護(hù)裝置的幾種典型結(jié)構(gòu)。 一、微機(jī)愛護(hù)裝置硬件系統(tǒng)構(gòu)成 以下主要介紹微機(jī)愛護(hù)裝置硬件系統(tǒng)構(gòu)成和微機(jī)繼電愛護(hù)裝置硬件系統(tǒng)功能。 1. 微機(jī)愛護(hù)裝置硬件系統(tǒng)構(gòu)成 （1）數(shù)據(jù)采集部分（包括電流、電壓等模擬量輸入變換、低通濾波回路、模數(shù)轉(zhuǎn)換等）。 （2）數(shù)據(jù)處理、規(guī)律推斷及愛護(hù)算法的數(shù)字核心部分（包括CPU、存儲器、實時時鐘、WATCHDOG等）。 （3）開關(guān)量輸入/輸出通道以及人機(jī)接口（鍵盤、液晶顯示器）。 2. 微機(jī)繼電愛護(hù)裝置硬件系統(tǒng)-功能上分6塊 （1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（模擬量輸入系統(tǒng)）： 主要功

2、能：采集由被愛護(hù)設(shè)備的電流電壓互感器輸入的模擬信號，并將此信號經(jīng)過適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，然后轉(zhuǎn)換為所需要的數(shù)字量。 模擬量輸入回路方式（據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換原理分）： 基于逐次靠近型A/D轉(zhuǎn)換的方式：包括電壓形成回路、模擬低通濾波器（ALF）、采樣保持回路（S/H）、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)（MPX）及模數(shù)轉(zhuǎn)換回路（A/D）等。 利用電壓/頻率變換（VFC）原理進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的方式：包括電壓形成、VFC回路、計數(shù)器等。 （2）數(shù)字處理系統(tǒng)（CPU主系統(tǒng)）： 數(shù)字處理系統(tǒng)（CPU主系統(tǒng)）： 微機(jī)愛護(hù)裝置是以CPU為核心，依據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的電力系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)，根據(jù)給定的算法來檢測電力系統(tǒng)是否發(fā)生故障以及故障性質(zhì)、范圍等，

3、并由此做出是否需要跳閘或報警等推斷的一種自動裝置。 微機(jī)愛護(hù)原理由計算機(jī)程序來實現(xiàn)，CPU是計算機(jī)系統(tǒng)自動工作的指揮中樞，計算機(jī)程序的運行依靠于CPU來實現(xiàn)。所以CPU的性能直接影響系統(tǒng)優(yōu)劣。 數(shù)字處理系統(tǒng)主要包括： 微機(jī)處理器CPU； 數(shù)據(jù)總線為8、16、32位等的單片機(jī)、工控機(jī)以及DSP系統(tǒng)； 存儲器； 電擦除可編程只讀存儲器EEPROM：存放定值； 紫外線擦除可編程只讀存儲EPROM和閃速存儲器FLASH：存放程序； 非易失性隨機(jī)存儲器NVRAM：存放故障報文、采樣數(shù)據(jù)； 靜態(tài)存儲器SRAM：存儲計算過程中的中間結(jié)果、各種報告。 （3）開關(guān)量輸入/輸出回路： 開關(guān)量輸入輸出回路一般采納固

4、態(tài)繼電器、光電隔離器、PHTOMOS繼電器等器件組成，以完成各種愛護(hù)的出口跳閘、信號報警及外部接點輸入等工作，實現(xiàn)與5V系統(tǒng)接口。 柜內(nèi)開關(guān)量一般使用24V電源，柜間開關(guān)量輸入信號采納220V或110V電源，計算機(jī)系統(tǒng)輸入回路經(jīng)光隔離器件轉(zhuǎn)換為24V/5V信號，驅(qū)動繼電器實現(xiàn)操作。 （4）人機(jī)接口： 主要包括：顯示器、鍵盤、各種面板開關(guān)、實時時鐘、打印電路等。 主要功能： 用于人機(jī)對話，如調(diào)試、定值調(diào)整及對機(jī)器工作狀態(tài)的干預(yù)。 常用液晶顯示器和6鍵操作鍵，人機(jī)交互面板包括：由用戶自定義畫面的大液晶屏人機(jī)界面；由用戶自定義的報警信號顯示燈LED；由用戶自定義用途的F功能鍵；光隔離的串行接口；就地

5、、遠(yuǎn)方選擇按鈕；就地操作鍵。 （5）通信接口：包括：維護(hù)口、監(jiān)控系統(tǒng)接口、錄波系統(tǒng)接口等。 一般采納：RS485總線、PROFIBUS網(wǎng)、CAN網(wǎng)、以太網(wǎng)及雙網(wǎng)光纖通信模式。 微機(jī)愛護(hù)對其要求：快速、支持點對點公平通信、突發(fā)方式的信息傳輸、物理結(jié)構(gòu)采納星形、環(huán)形、總線形、支持多主機(jī)等。 （6）電源回路： 采納開關(guān)穩(wěn)壓電源或DC/DC電源模塊，供應(yīng)數(shù)字系統(tǒng)5、24、±15V電源： +5V電源用于計算機(jī)系統(tǒng)主控電源。 ±15V電源用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)。 +24V電源用于開關(guān)量輸入、輸出、繼電器規(guī)律電源。 圖1 微機(jī)繼電愛護(hù)功能 二、微機(jī)愛護(hù)裝置的幾種典型結(jié)構(gòu) 以下將要簡要

6、介紹微機(jī)愛護(hù)裝置的幾種典型結(jié)構(gòu)： 1. 單CPU微機(jī)愛護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)： （1）定義：指整套微機(jī)愛護(hù)共用一個單片微機(jī)，無論是數(shù)據(jù)采集處理，還是開關(guān)量采集、出口信號及通信等均由同一個單片機(jī)掌握。 （2）協(xié)同工作關(guān)系：目前人機(jī)接口一般另外采納獨立的CPU，模擬量輸入回路、單片微機(jī)系統(tǒng)（CPU、EPROM、RAM、EEPROM等）、開關(guān)量輸入輸出各部分均通過總線（BUS）聯(lián)系在一起，由CPU通過BUS實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)傳輸和掌握。 （3）優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡潔。 （4）缺點：容錯力量不高，一旦CPU或其中某個插件工作不正常就能影響整套愛護(hù)裝置。因后備愛護(hù)與主愛護(hù)共用同一個CPU，主愛護(hù)不能正常工作時往往也影響后備愛護(hù)

7、。 2. 多CPU微機(jī)愛護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)： （1）定義：指在一套微機(jī)愛護(hù)裝置中，按功能配置多個CPU模塊，分別完成不同愛護(hù)原理的多重主愛護(hù)和后備愛護(hù)及人機(jī)接口等功能。 （2）優(yōu)點：模塊化設(shè)計，任何一個模塊損壞不影響其他模塊愛護(hù)的正常工作，有效提高了愛護(hù)裝置的容錯水平，防止了一般性硬件損壞而閉鎖整套愛護(hù)。 （3）多CPU的功能框圖： 圖2 多CPU的功能框圖 說明： 組成：由4個硬件完全相同的愛護(hù)CPU模塊構(gòu)成，分別完成高頻愛護(hù)、距離愛護(hù)、零序電流愛護(hù)以及綜合重合閘等，另配置了一塊帶CPU的接口模板（Monitor），完成對愛護(hù)（CPU）模塊的巡檢、人機(jī)對話和與監(jiān)控系統(tǒng)通信聯(lián)絡(luò)等功能。 模擬量輸入回

8、路有溝通輸入、模/數(shù)變換1、模/數(shù)變換2。 單片微機(jī)系統(tǒng)即愛護(hù)CPU模塊由高頻、距離、零序電流、綜合重合閘等愛護(hù)組成。 人機(jī)接口模塊由帶CPU的接口模板和打印機(jī)等構(gòu)成。 開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出通道包括規(guī)律、跳閘、信號、報警電路，另有逆變電源部分。 每個CPU插件都可以獨立工作，各愛護(hù)之間不存在依靠關(guān)系，故牢靠性強。 實際工作是主從分布式的微機(jī)工控系統(tǒng)，人機(jī)接口部分是主機(jī)，完成集中管理及人機(jī)對話的任務(wù)，而單片機(jī)愛護(hù)部分是4個從機(jī)，它們分別獨立完成各種愛護(hù)任務(wù)，4種愛護(hù)綜合完成一條高壓輸電線路的全部愛護(hù)，即輸電線路各類相間和接地故障的主愛護(hù)和后備愛護(hù)，并能完成綜合重合閘功能。 3. 采納DSP的C

9、PU微機(jī)愛護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)： （1）DSP定義： DSP（Digital Signal Processor數(shù)字信號處理器）是進(jìn)行數(shù)字信號處理的專用芯片，它是微電子學(xué)、數(shù)字信號處理技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)綜合的新器件。 （2）應(yīng)用：由于它可把數(shù)字信息處理中的一些理論和算法以實時實現(xiàn)，計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。 （3）結(jié)構(gòu)形式（哈佛結(jié)構(gòu)）： 大多用哈佛結(jié)構(gòu)，將存儲器空間劃分成兩個，分別存儲程序和數(shù)據(jù)。 有兩組總線連接處處理器核，允許同時對它們進(jìn)行訪問。此法將處理器和存儲器的帶寬加倍數(shù)，更重要的是同時為處理器核供應(yīng)數(shù)據(jù)與指令。 DSP速度最佳化是通過硬件功能予以實現(xiàn)的，每秒能執(zhí)行10M條以上指令。 采納循環(huán)尋址

10、方式，實現(xiàn)了零開銷的循環(huán)，大大增進(jìn)了如卷積、相關(guān)、矩陣運算、FIR等算法的實現(xiàn)速度。 （4）應(yīng)用到微機(jī)愛護(hù)中的理由： 由于DSP技術(shù)有著強大、快速的數(shù)據(jù)處理力量和定點、浮點的運算功能，因此將DSP技術(shù)融合到微機(jī)愛護(hù)的硬件設(shè)計中，將極大地提高微機(jī)愛護(hù)對原始采樣數(shù)據(jù)的預(yù)處理和計算力量，提高運算速度，更簡單做到實時測量和計算。如，在愛護(hù)中可以由DSP在每個采樣間隔內(nèi)完成全部的相間和接地阻抗計算，完成電壓、電流測量值的計算，并進(jìn)行相應(yīng)的濾波處理。 （5）硬件框圖： 圖3采納DSP的CPU微機(jī)愛護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)框圖 說明：采納單片機(jī)加DSP的結(jié)構(gòu)，將主、后備愛護(hù)集成在一塊CPU板上，DSP和單片機(jī)各自獨

11、立采樣，由DSP完成全部的數(shù)字濾波、愛護(hù)算法和出口規(guī)律，由CPU完成裝置的總啟動和人機(jī)界面、后臺通信及打印功能。整個裝置由多個插件模塊組成，包括直流插件DC、溝通插件AC、低通濾波插件LFP、CPU插件、通信插件COM、24V光耦插件OPT1、高壓光耦插件PT2、信號插件SIG、跳閘出口插件OUT1和OUT2和顯示面板LCD。 （6）其他：溝通變換插件AC用于三相電流（IA、IB、IC）、零序電流I0、三相電壓（UA、UB、UC）及線路抽取電壓Ux的輸入。通信插件完成與監(jiān)控計算機(jī)通信連接，有RS485、光纖和以太網(wǎng)接口。 4. 網(wǎng)絡(luò)型CPU微機(jī)愛護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)： （1）基本框圖： 圖4 網(wǎng)絡(luò)型C

12、PU微機(jī)愛護(hù)裝置結(jié)構(gòu)的基本框圖 說明： 與愛護(hù)功能和規(guī)律有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)模塊插件僅有三種：CPU插件、開入（DI）插件和開出（DO）插件。 CPU插件包含了微機(jī)主系統(tǒng)和大部分的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路。 開入（DI）、開出（DO）插件的設(shè)計，使CPU構(gòu)成了智能化I/O插件。 通信網(wǎng)絡(luò)采納CAN總線方式，利用CAN總線的牢靠性和非破壞性總線仲裁等，可保證硬件電路和跳閘命令、開入信號傳輸?shù)睦慰啃浴?zhǔn)時性。 網(wǎng)絡(luò)作為連接的紐帶，故每一個模塊僅相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點，可任意增加節(jié)點，節(jié)點功能分別升級。 要求：遵守相同的規(guī)約。 （2）優(yōu)點： 模塊之間的連接簡潔、便利； 牢靠性高、抗干擾力量強； 擴(kuò)展性好； 升級便利； 便于實現(xiàn)出口規(guī)律的敏捷配置； 降低對微型機(jī)或微掌握器并行口