自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

經(jīng)典word整理文檔，僅參考，雙擊此處可刪除頁眉頁腳。本資料屬于網(wǎng)絡(luò)整理，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除，謝謝！自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則【摘理技術(shù)和通信技術(shù)等高科技對的繼電保護(hù)、測量、控制、故障濾波、信號處理、運(yùn)動裝置和自動裝置等二次設(shè)備功能進(jìn)行優(yōu)化組合，實(shí)現(xiàn)對所有設(shè)備運(yùn)行情況的測量和控制。本文主要研究了綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，并對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行解剖分析。控制工程；安全生產(chǎn)；安全管理；監(jiān)控系統(tǒng)；報(bào)警系統(tǒng)；氧氣濃度1綜合自動化系統(tǒng)簡述電氣綜合自動化系統(tǒng)（簡稱綜自系統(tǒng)）是指在各種硬件措施和自動化裝置的基礎(chǔ)上，利用數(shù)據(jù)分析、通信技術(shù)、控制技術(shù)和處理技術(shù)對的各類功能進(jìn)行組合與優(yōu)化，取代了人工操作方式，在綜合管理方面實(shí)現(xiàn)了智能化管理，實(shí)現(xiàn)了低誤差率，提高了運(yùn)行的可靠度。由于我國用電需求的增大，對電網(wǎng)運(yùn)行的要求也越來越高，這便要求調(diào)度中心能夠獲得準(zhǔn)確詳細(xì)的和電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行集中操作、集中控制和反事故措施等，通過無人值守的方式，不僅避免了人工操作的失誤，又能提高效率和電網(wǎng)運(yùn)行的安全性。隨著通訊技術(shù)和微機(jī)技術(shù)等科技的運(yùn)用，不僅改變以往的二次設(shè)備形式，也在縮減了的用地面積、減少電纜量、降低了成本、實(shí)現(xiàn)信息共享、簡化系統(tǒng)等方面改變了以往的運(yùn)行風(fēng)格。由于上述的優(yōu)勢，綜合自動化系統(tǒng)已被行業(yè)完全接納，用于提高電網(wǎng)的管理水平。不少廠家也陸續(xù)推出各種綜合自動化系統(tǒng)，作為自身競爭的籌碼，以滿足不同企業(yè)電網(wǎng)運(yùn)行需求。從上世紀(jì)九十年代開始國外各大知名電氣公司，例如西門子公司、通用公司、ABB公司等都不斷推出各種成套的綜自系統(tǒng)，我國隨著數(shù)字化設(shè)備的不斷使用與發(fā)展，綜合自動化系統(tǒng)也被廣大的電網(wǎng)用戶所接受[3]。在電網(wǎng)中使用綜自系統(tǒng)有兩個主要優(yōu)勢：（1）可以實(shí)現(xiàn)無人值守，減少一定的人工成本。（2）在高中壓的中使用綜自系統(tǒng)可以綜合多種技術(shù)，采用更加可靠的控制系統(tǒng)，提高運(yùn)行的安全性。2綜合自動化系統(tǒng)的構(gòu)造隨著各種高科技技術(shù)的運(yùn)用，綜自系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系也隨之發(fā)生改變，其功能、性能與可靠性等都得到提升，的綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要有集中式的結(jié)構(gòu)形式、集中式分布式的結(jié)構(gòu)形式、分層分布式的結(jié)構(gòu)形式[4]。2.1集中式的結(jié)構(gòu)形式集中式是指用功能比較強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)向外增加多個I/O接口，對的開關(guān)量和脈沖量等信息進(jìn)行集中采集和處理，依次完成微機(jī)的監(jiān)控、自動控制及保護(hù)等功能。集中式系統(tǒng)并不是只有一臺微型計(jì)算機(jī)。大多數(shù)集中式系統(tǒng)是由不同的計(jì)算機(jī)完成微機(jī)的保護(hù)、監(jiān)控和調(diào)度等功能，只是不同的微型計(jì)算機(jī)承擔(dān)的任務(wù)有所不同。例如一臺微機(jī)保的計(jì)算機(jī)可能需要承擔(dān)多個回路的低壓線路微機(jī)保護(hù)計(jì)算；一臺監(jiān)控機(jī)需要負(fù)責(zé)人機(jī)聯(lián)系、數(shù)據(jù)的采集與處理等多個任務(wù)等，集中式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖集中式結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）可以對的數(shù)字量、開關(guān)量、模擬量等信息進(jìn)行實(shí)時采集，完成的實(shí)時監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、打印、制表等功能；（2）可以對的進(jìn)出線和主要設(shè)備進(jìn)行保護(hù)；（3）體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，較大的減少了4）成本低，對于小規(guī)模的較為實(shí)用。集中式結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：（1）功能較為集中在少數(shù)幾臺計(jì)算上，如果一臺微型計(jì)算機(jī)出現(xiàn)差錯或故障，對電網(wǎng)和的運(yùn)行影響較大。只有采取雙機(jī)并聯(lián)的運(yùn)行方式可以提高集中式系統(tǒng)的可靠性；（2）組態(tài)太呆板，對于不同規(guī)模的或者不同的主接線，集中式系統(tǒng)的硬軟件都需要重新設(shè)計(jì)，造就工作量過大；（3）軟件設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，修改和調(diào)試工作太繁瑣；（4）與常規(guī)的一對一保護(hù)方式相比，集中式系統(tǒng)不夠直觀，且與維護(hù)和運(yùn)行人員的習(xí)慣不同，這種系統(tǒng)較適用于邏輯較為簡單的保護(hù)。集中式系統(tǒng)在許多方面的處理都不夠理想，在微機(jī)技術(shù)出現(xiàn)之后，綜自系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也得不斷的改進(jìn)。2.2分布式機(jī)構(gòu)形式分布式系統(tǒng)的特點(diǎn)是根據(jù)功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，分散綜自系統(tǒng)的各個功能到多臺微型計(jì)算機(jī)。這種系統(tǒng)采取主從CPU,多個CPU并行處理多發(fā)事件的工作方式，更好的處理CPU瓶頸的運(yùn)算處理問題。綜自系統(tǒng)的各個功能之間采取串行或網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的方式更好的完成了數(shù)據(jù)通信，同時網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用優(yōu)先級的方式也處理了數(shù)據(jù)傳輸問題。分布式系統(tǒng)如果局部發(fā)生故障不會對其他功能造成影響，且方便系統(tǒng)的維護(hù)與擴(kuò)張，這種模式在中低壓的中較常使用，其模式結(jié)構(gòu)可見如2-2所示。圖2.3分層分布式結(jié)構(gòu)形式從邏輯方面來看，該系統(tǒng)可以將綜自系統(tǒng)劃分為站控臺和間隔層的兩層結(jié)構(gòu)，或者是站控臺、間隔層和通信層的三層結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是按照斷路器間隔和元件進(jìn)行設(shè)計(jì)的，由一個或多個智能控制單元負(fù)責(zé)單個斷路器間隔的數(shù)據(jù)采集、控制、保護(hù)等功能。測控單元相互之間是用特殊電纜或光纜連接，安裝在斷路器的器柜或間隔附近。這種系統(tǒng)能夠較大程度的減少電纜的連接量和電磁干擾，具有較強(qiáng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)了故障之間互不影響，且利于系統(tǒng)的擴(kuò)展與維護(hù)，是目前綜自系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。該系統(tǒng)可見圖2-3所示。分層分布式系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）對的二次設(shè)備進(jìn)行簡化，減少了控2）間隔控制單元實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、自動化系統(tǒng)；（3）所有的間隔控制單元的功能都設(shè)置在間隔層中；（4）軟件控制所有的邏輯組態(tài)指圖3綜自系統(tǒng)的功能綜自系統(tǒng)主要有檢測、監(jiān)控、遠(yuǎn)傳和保護(hù)四個主要部分。3.1綜自系統(tǒng)監(jiān)測功能檢測功能是通過綜自系統(tǒng)對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、顯示、處理及打印等，使工作人員能夠全面準(zhǔn)確的了解電網(wǎng)運(yùn)行情況，能夠及時采取應(yīng)急措施，系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)可以分為開關(guān)量信號、脈沖量信號、模擬量信號。3.2綜自系統(tǒng)監(jiān)控功能系統(tǒng)可以檢測統(tǒng)計(jì)手動跳閘和事故跳閘的次數(shù)。當(dāng)電網(wǎng)單相接地出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)可以根據(jù)零序電流電壓增量、功率方法和相電壓降等方法來判斷接地相別和線路；同時可以通過電流電壓的計(jì)算來判斷投切電容器或者調(diào)節(jié)分接頭的位置。3.3綜自系統(tǒng)遠(yuǎn)傳功能遠(yuǎn)傳規(guī)約一般分為三種類型：PoIlink規(guī)約、CDT規(guī)約、和特殊規(guī)約。當(dāng)處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)或出現(xiàn)事故和報(bào)警事件時，遠(yuǎn)傳就會立即向上級傳送該信息，方便調(diào)度人員及時掌控該站的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。3.4綜自系統(tǒng)保護(hù)功能綜自系統(tǒng)的保護(hù)功能主要是利用微機(jī)保護(hù)裝置，不僅在使用方面較為方便，并且具備較強(qiáng)的靈敏性及可靠性。其主要具備以下特點(diǎn)：（1）具備實(shí)時自檢功能。它能針對保護(hù)柜，其中包括主機(jī)在內(nèi)的各個組件在線進(jìn)行檢查。（2）可通過使用顯示器和鍵盤顯示出電壓、電流和開關(guān)的狀態(tài)，以及整定值，并可對其進(jìn)行修改。（3）具備事故追憶功能。它能準(zhǔn)確的記錄事故發(fā)生前后的母線電壓及線路電流。保護(hù)可選擇使用以下幾種類型:（1）變壓器保護(hù)：包括本體保護(hù)(輕瓦斯、有載輕瓦斯、重瓦斯、有載重瓦斯等)、低壓側(cè)備電源自投、高壓側(cè)備用電源自投和、過負(fù)荷保護(hù)、過流保護(hù)(包括復(fù)合電壓啟動、低壓啟動)、零序保護(hù)、帶二次諧波制動的比例差動保護(hù)、差電流速斷保護(hù)。（2）線路保護(hù)：包括零序電流、電壓和方向保護(hù)、定時限過電流保護(hù)、反時限過流保護(hù)、電流速斷保護(hù)、距離保護(hù)、方向性電流保護(hù)、雙回線方向橫差保護(hù)、高頻保護(hù)和低周減載保護(hù)。（3）母線保護(hù)：包括電流比相式母線保護(hù)和完全電流差動母線保護(hù)。（4）電容器保護(hù)：包括相間低電壓保護(hù)、相間過電壓保護(hù)、零序過電壓保護(hù)、過流保護(hù)、電流速斷保護(hù)、反時限過流保護(hù)。4微機(jī)保護(hù)PT與電流互感器CT模擬信號準(zhǔn)確及時轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以識別的數(shù)字信息。同CPU系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在的DSP技術(shù)，保護(hù)裝置更新很快，但是其硬件結(jié)構(gòu)基本相同，如圖2-4PTCT瓦斯等信號通過保護(hù)裝置A/D轉(zhuǎn)換、低通濾波、電平轉(zhuǎn)換、隔離等處理，使保號輸入處理過的信號進(jìn)行計(jì)算分析，通過與定值的比較，產(chǎn)生“是”或“非”的相應(yīng)的保護(hù)動作時，還將進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和隔離及信息反饋等任務(wù)。圖4.1微機(jī)保護(hù)的硬件結(jié)構(gòu)微機(jī)保護(hù)裝置[5]通常是將功能不同的插件組合成完整的保護(hù)裝置，不同的插件為不同功能的模塊。如果按照功能進(jìn)行劃分插件可分為：保護(hù)CPU和監(jiān)控CPU//輸出插件等。微機(jī)保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)原理如圖2-5所示。圖圖4.1.3開關(guān)量輸入/輸出模塊圖圖圖4.2微機(jī)保護(hù)的軟件設(shè)置計(jì)中需要注意系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性、繼承性、可讀性、易修改和維護(hù)等。獨(dú)立，且模塊均使用單入口/出口的結(jié)構(gòu)，易于進(jìn)行程序的調(diào)試、維護(hù)和維護(hù)。目前絕大數(shù)的微機(jī)保護(hù)都是雙CPU的結(jié)構(gòu)，即由保護(hù)和監(jiān)控構(gòu)成的雙CPU系統(tǒng)。這兩類CPU系統(tǒng)都是由采樣中斷服務(wù)和主程序構(gòu)成，只是兩者在采樣中端服務(wù)系統(tǒng)中功能不同，下面以保護(hù)CUP系統(tǒng)為研究對象分析其程序。4.2.1保護(hù)CPU系統(tǒng)護(hù)CPU系統(tǒng)顯示圖2-11所示，該系統(tǒng)主要包括上電復(fù)位和自檢循環(huán)兩個程序。行接口，寄存器、計(jì)數(shù)器、整定值的加載和換算以及各種標(biāo)志的設(shè)置，并進(jìn)行初始化自檢。系統(tǒng)元器件以及工作完好。在自檢過程中可以及時發(fā)現(xiàn)保護(hù)裝置中出現(xiàn)的問題，并發(fā)出報(bào)警信號，及時閉鎖保護(hù)出口，再由技術(shù)人員排除故障。因此，自檢功能是微機(jī)保護(hù)裝置中獨(dú)有的智能技術(shù)。主要內(nèi)容包括：程序、定值、輸出通道、ROM、以及FLASH等，確保微機(jī)保護(hù)在投入使用時是完好的。啟動，到此為止上電復(fù)位流程全部走完，隨后將進(jìn)入自檢循環(huán)的流程。圖自檢循環(huán)程序[7]為實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的軟件和硬件的自檢，其采用了分時的辦2s124.2.2采樣中斷服務(wù)程序的功能圖采樣中斷服務(wù)程序[9]的數(shù)據(jù)采集以及處理主要是對模擬量的采集，并進(jìn)行①啟動元件可將計(jì)算處理量較大的故障處理程序不投入運(yùn)行，從而提升了CPU故障處理程序成功獲取故障發(fā)生前后的數(shù)據(jù)，確保計(jì)算的準(zhǔn)確以及故障的判別。高了出口回路的可靠性。程序。5常用的微機(jī)保護(hù)算法與比較點(diǎn)數(shù)，與此同時還需將算法的數(shù)字濾波功能納入考慮范圍之內(nèi)。5.1正弦函數(shù)算法這類微機(jī)保護(hù)算法是利用正弦函數(shù)[12][13]的特性，假定電流電壓的基波是相位、電流電壓的幅值等，再根據(jù)數(shù)據(jù)的比較和判斷，完成微機(jī)保護(hù)動作。以減少誤差的出現(xiàn)[14]。這種算法可以分為采樣值計(jì)算法、導(dǎo)數(shù)算法和半周積分算法這三種類型。電壓有效值。這種計(jì)算方法可以規(guī)避系統(tǒng)頻率對正弦電流電壓有效值計(jì)算的影響。以正弦電壓有效值計(jì)算為例，分別采樣兩個相同時間間隔（t的時刻電壓u、u21θω2ωθu[t+ΔU+)））1n=1uθω2Uθu+tU=1unmuθ其中是電壓的初相角；ω是角頻率；t是采集時刻相角；U是電壓電幅；unmU是電壓的有效值；將（2.1）和（2.2）整合可得到：uus）212U=2212））sin（）2同理可得到正弦電流的有效值如下所示：iis）222I=21212sin）2在采樣值積算法[15]中時間間隔Δt導(dǎo)數(shù)算法是由澳大利亞著名科學(xué)家Morrison與Mann于1971年提出，這種算法基于正弦函數(shù)與余弦函數(shù)之間的關(guān)系，計(jì)算出電流電壓的測量阻抗等。以正弦電壓有效值計(jì)算為例：2sint）U=U）））正弦電壓的導(dǎo)數(shù)為：2cost）=U將（2-52-6）代入（2-3）式中可以得到：uU=（+u222這種算法只需要采樣一個時間間隔，因此在所需要的用到的數(shù)據(jù)窗比較短。一種是來自電流和電壓平均值替代產(chǎn)生的誤差。該算法是根據(jù)隨意半個周期中正弦量的絕對值積分是常量S初相角與積分常量S無關(guān)。以正弦電壓有效值計(jì)算為例，半個周期積積分值S計(jì)算如下：2S=Ut)dt））0TUsint=dt2011N/2-1|U|+|U|+|U|Ts≈）220kN/2K=1不高。因而，這種算法具有一定濾波的作用，但是并不能濾除所有的濾波分量，在使用的過程中仍需要搭配濾波器一同使用。5.2傅氏算法作為周期性函數(shù)或者近視周期函數(shù)的基礎(chǔ)，把輸入信號分解成一系列函數(shù)之和。傅氏算法[17]是微機(jī)保護(hù)最常用的一種運(yùn)算方法，它可以分解周期函數(shù)為正量。U（t=Usin（nt+）））mn1n0（asint+bcost）=n1n1n=02a=u(t)sinntdtT））nT102b=u(t)cosntdtTnT1012NS0usinusin.......usin(N1)uNsinN）1N2NN1NNN1sin=IK）NNkK1其中第n次相量實(shí)部：UUsinRnmnnn虛部：UUcosInmntg(U)相位角：1UnIn式中U為第n次的電壓分量幅值；為基波角頻率；為0時刻分量相mn1nab角；和是第n此諧波正弦和余弦分量幅值。nn常用的傅氏算法有以下幾種類型：（1）半波傅氏算法對基波分量第n個采集值的半波傅氏算法的公式如下所示：4NU(NKl)cos(l)NK/2URn））l14K/2UU(NKl)sin(l)NNInl1（2）全波傅氏算法對基波分量第n個采集值的全波傅氏算