自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則【摘要】：綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是運(yùn)用自動(dòng)化系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息解決技術(shù)和通信技術(shù)等高科技對(duì)的繼電保護(hù)、測(cè)量、控制、故障濾波、信號(hào)解決、運(yùn)動(dòng)裝置和自動(dòng)裝置等二次設(shè)備功效進(jìn)行優(yōu)化組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)全部設(shè)備運(yùn)行狀況的測(cè)量和控制。本文重要研究了綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，并對(duì)核心技術(shù)進(jìn)行解剖分析?！竞诵脑~】：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(dòng)化系統(tǒng)簡(jiǎn)述電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱綜自系統(tǒng)）是指在多個(gè)硬件方法和自動(dòng)化妝置的基礎(chǔ)上，運(yùn)用數(shù)據(jù)分析、通信技術(shù)、控制技術(shù)和解決技術(shù)對(duì)的各類功效進(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(guó)用電需求的增大，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的規(guī)定也越來(lái)越高，這便規(guī)定調(diào)度中心能夠獲得精確具體的和電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行集中操作、集中控制和反事故方法等，通過(guò)無(wú)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，不僅變化以往的二次設(shè)備形式，也在縮減了的用地面積、減少電纜量、減少了成本、實(shí)現(xiàn)信息共享、簡(jiǎn)化系統(tǒng)等方面變化了以往的運(yùn)行風(fēng)格。由于上述的優(yōu)勢(shì)，綜合自動(dòng)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?gòu)S家也陸續(xù)推出多個(gè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，作為本身競(jìng)爭(zhēng)的籌碼，以滿足不同公司電網(wǎng)運(yùn)行需求。從上世紀(jì)九十年代開(kāi)始國(guó)外各大出名電氣公司，例如西門子公司、通用公司、ABB公司等都不停推出多個(gè)成套的綜自系統(tǒng)，我國(guó)隨著數(shù)字化設(shè)備的不停使用與發(fā)展，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)也被廣大的電網(wǎng)顧客所接受[3]。在電網(wǎng)中使用綜自系統(tǒng)有兩個(gè)重要優(yōu)勢(shì)：（1）能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)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)能夠綜合多個(gè)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(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)造隨著多個(gè)高科技技術(shù)的運(yùn)用，綜自系統(tǒng)的構(gòu)造體系也隨之發(fā)生變化，其功效、性能與可靠性等都得到提高，的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)造重要有集中式的構(gòu)造形式、集中式分布式的構(gòu)造形式、分層分布式的構(gòu)造形式[4]。2.1集中式的構(gòu)造形式集中式是指用功效比較強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)向外增加多個(gè)I/O接口，對(duì)的開(kāi)關(guān)量和脈沖量等信息進(jìn)行集中采集和解決，依次完畢微機(jī)的監(jiān)控、自動(dòng)控制及保護(hù)等功效。集中式系統(tǒng)并不是只有一臺(tái)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)完畢微機(jī)的保護(hù)、監(jiān)控和調(diào)度等功效，只是不同的微型計(jì)算機(jī)承當(dāng)?shù)娜蝿?wù)有所不同。例如一臺(tái)微機(jī)保的計(jì)算機(jī)可能需要承當(dāng)多個(gè)回路的低壓線路微機(jī)保護(hù)計(jì)算；一臺(tái)監(jiān)控機(jī)需要負(fù)責(zé)人機(jī)聯(lián)系、數(shù)據(jù)的采集與解決等多個(gè)任務(wù)等，集中式系統(tǒng)的構(gòu)造如圖2-1所示。顯示屏顯示屏調(diào)度控制中心計(jì)算機(jī)調(diào)度控制中心計(jì)算機(jī)打印機(jī)開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入控制輸出直交流采樣打印機(jī)開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入控制輸出直交流采樣圖2-1集中式構(gòu)造形式集中式構(gòu)造含有下列優(yōu)點(diǎn)：（1）能夠?qū)Φ臄?shù)字量、開(kāi)關(guān)量、模擬量等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，完畢的實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、打印、制表等功效；（2）能夠?qū)Φ倪M(jìn)出線和重要設(shè)備進(jìn)行保護(hù)；（3）體積小、構(gòu)造緊湊，較大的減少了用地面積；（4）成本低，對(duì)于小規(guī)模的較為實(shí)用。集中式構(gòu)造的缺點(diǎn)：（1）功效較為集中在少數(shù)幾臺(tái)計(jì)算上，如果一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)出現(xiàn)差錯(cuò)或故障，對(duì)電網(wǎng)和的運(yùn)行影響較大。只有采用雙機(jī)并聯(lián)的運(yùn)行方式能夠提高集中式系統(tǒng)的可靠性；（2）組態(tài)太呆板，對(duì)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(guò)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(duì)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)較合用于邏輯較為簡(jiǎn)樸的保護(hù)。集中式系統(tǒng)在許多方面的解決都不夠抱負(fù)，在微機(jī)技術(shù)出現(xiàn)之后，綜自系統(tǒng)的構(gòu)造也得不停的改善。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)功效進(jìn)行設(shè)計(jì)，分散綜自系統(tǒng)的各個(gè)功效到多臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。這種系統(tǒng)采用主從CPU,多個(gè)CPU并行解決多發(fā)事件的工作方式，更加好的解決CPU瓶頸的運(yùn)算解決問(wèn)題。綜自系統(tǒng)的各個(gè)功效之間采用串行或網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的方式更加好的完畢了數(shù)據(jù)通信，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用優(yōu)先級(jí)的方式也解決了數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題。分布式系統(tǒng)如果局部發(fā)生故障不會(huì)對(duì)其它功效造成影響，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，其模式構(gòu)造可見(jiàn)如2-2所示。計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)打印機(jī)調(diào)度控制中心通信控制器打印機(jī)調(diào)度控制中心通信控制器操作控制解決器操作控制解決器操作控制解決器操作控制解決器操作控制解決器操作控制解決器操作控制解決器操作控制解決器保護(hù)單元保護(hù)單元控制輸出交流采樣交流采樣開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入保護(hù)單元保護(hù)單元控制輸出交流采樣交流采樣開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入控制輸出開(kāi)關(guān)控制TV控制TA變送器開(kāi)關(guān)位置設(shè)備狀態(tài)開(kāi)關(guān)控制TV控制TA變送器開(kāi)關(guān)位置設(shè)備狀態(tài)圖2-2分布式構(gòu)造形式2.3分層分布式構(gòu)造形式從邏輯方面來(lái)看，該系統(tǒng)能夠?qū)⒕C自系統(tǒng)劃分為站控臺(tái)和間隔層的兩層構(gòu)造，或者是站控臺(tái)、間隔層和通信層的三層構(gòu)造。這種構(gòu)造是按照斷路器間隔和元件進(jìn)行設(shè)計(jì)的，由一種或多個(gè)智能控制單元負(fù)責(zé)單個(gè)斷路器間隔的數(shù)據(jù)采集、控制、保護(hù)等功效。測(cè)控單元互相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，含有較強(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)，是現(xiàn)在綜自系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。該系統(tǒng)可見(jiàn)圖2-3所示。分層分布式系統(tǒng)含有下列優(yōu)點(diǎn)：（1）對(duì)的二次設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)化，減少了控制室的使用面積；（2）間隔控制單元實(shí)現(xiàn)了原則化、自動(dòng)化系統(tǒng)；（3）全部的間隔控制單元的功效都設(shè)立在間隔層中；（4）軟件控制全部的邏輯組態(tài)批示；（5）該系統(tǒng)的組態(tài)較為靈活，方便檢修。打印機(jī)運(yùn)行工作站打印機(jī)運(yùn)行工作站操作控制中心操作控制中心電網(wǎng)控制中心GPS校時(shí)通信控制器GPS校時(shí)通信控制器智能采集設(shè)備智能采集設(shè)備智能采集智能采集設(shè)備智能采集設(shè)備智能采集設(shè)備智能采集設(shè)備智能采集設(shè)備圖2-3分層分布構(gòu)造形式3綜自系統(tǒng)的功效綜自系統(tǒng)重要有檢測(cè)、監(jiān)控、遠(yuǎn)傳和保護(hù)四個(gè)重要部分。3.1綜自系統(tǒng)監(jiān)測(cè)功效檢測(cè)功效是通過(guò)綜自系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、顯示、解決及打印等，使工作人員能夠全方面精確的理解電網(wǎng)運(yùn)行狀況，能夠及時(shí)采用應(yīng)急方法，系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)能夠分為開(kāi)關(guān)量信號(hào)、脈沖量信號(hào)、模擬量信號(hào)。3.2綜自系統(tǒng)監(jiān)控功效系統(tǒng)能夠檢測(cè)統(tǒng)計(jì)手動(dòng)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(shí)，系統(tǒng)能夠根據(jù)零序電流電壓增量、功率辦法和相電壓降等辦法來(lái)判斷接地相別和線路；同時(shí)能夠通過(guò)電流電壓的計(jì)算來(lái)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)傳功效遠(yuǎn)傳規(guī)約普通分為三種類型：PoIlink規(guī)約、CDT規(guī)約、和特殊規(guī)約。當(dāng)處在正常運(yùn)轉(zhuǎn)或出現(xiàn)事故和報(bào)警事件時(shí)，遠(yuǎn)傳就會(huì)立刻向上級(jí)傳送該信息，方便調(diào)度人員及時(shí)掌控該站的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。3.4綜自系統(tǒng)保護(hù)功效綜自系統(tǒng)的保護(hù)功效重要是運(yùn)用微機(jī)保護(hù)裝置，不僅在使用方面較為方便，并且含有較強(qiáng)的敏捷性及可靠性。其重要含有下列特點(diǎn)：（1）含有實(shí)時(shí)自檢功效。它能針對(duì)保護(hù)柜，其中涉及主機(jī)在內(nèi)的各個(gè)組件在線進(jìn)行檢查。（2）可通過(guò)使用顯示屏和鍵盤顯示出電壓、電流和開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，以及整定值，并可對(duì)其進(jìn)行修改。（3）含有事故追憶功效。它能精確的統(tǒng)計(jì)事故發(fā)生前后的母線電壓及線路電流。保護(hù)可選擇使用下列幾個(gè)類型:（1）變壓器保護(hù)：涉及本體保護(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(guò)負(fù)荷保護(hù)、過(guò)流保護(hù)(涉及復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)、低壓?jiǎn)?dòng))、零序保護(hù)、帶二次諧波制動(dòng)的比例差動(dòng)保護(hù)、差電流速斷保護(hù)。（2）線路保護(hù)：涉及零序電流、電壓和方向保護(hù)、定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)、反時(shí)限過(guò)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)：涉及電流比相式母線保護(hù)和完全電流差動(dòng)母線保護(hù)。（4）電容器保護(hù)：涉及相間低電壓保護(hù)、相間過(guò)電壓保護(hù)、零序過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、電流速斷保護(hù)、反時(shí)限過(guò)流保護(hù)。4微機(jī)保護(hù)微機(jī)保護(hù)是以計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)，接上外圍線路以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控保護(hù)功效。為了實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)作用，微機(jī)保護(hù)裝置必須含有數(shù)據(jù)采集作用，能夠把電壓互感器PT與電流互感器CT模擬信號(hào)精確及時(shí)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字信息。同時(shí)人機(jī)對(duì)話工作界面能夠完畢告警行為統(tǒng)計(jì)、定制輸入、保護(hù)調(diào)試等一系列功效。在計(jì)算技術(shù)發(fā)展的帶動(dòng)下，微機(jī)保護(hù)裝置的硬件設(shè)備功效變得更加強(qiáng)大，特別為芯片和微解決器的發(fā)展為微機(jī)保護(hù)功效提供了較好的技術(shù)支持。微機(jī)保護(hù)從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，但是其硬件構(gòu)造基本相似，如圖2-4所示。信號(hào)輸入是將電壓互感器PT、電流互感器CT、變壓器采集油溫、瓦斯等信號(hào)通過(guò)保護(hù)裝置A/D轉(zhuǎn)換、低通濾波、電平轉(zhuǎn)換、隔離等解決，使保護(hù)裝置能夠獲得現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況的精確數(shù)據(jù)，方便微機(jī)分析計(jì)算。檢測(cè)部分是對(duì)信號(hào)輸入解決過(guò)的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算分析，通過(guò)與定值的比較，產(chǎn)生“是”或“非”的一組邏輯信號(hào)，以判斷與否啟動(dòng)保護(hù)命令。邏輯判斷部分是根據(jù)檢測(cè)部分輸出信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，判斷斷路器與否跳閘或者與否發(fā)出信號(hào)，同時(shí)將命令輸送給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。慣用邏輯指令有“非”、“與”、“或”、“記憶”和“延時(shí)”等。輸出執(zhí)行部分根據(jù)邏輯判斷輸送的信號(hào)來(lái)完畢信號(hào)告警或跳閘等一系列動(dòng)作，并且在執(zhí)行對(duì)應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作時(shí)，還將進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和隔離及信息反饋等任務(wù)?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備輸出執(zhí)行邏輯判斷監(jiān)測(cè)信號(hào)輸入現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備輸出執(zhí)行邏輯判斷監(jiān)測(cè)信號(hào)輸入圖2-4微機(jī)保護(hù)基本構(gòu)造4.1微機(jī)保護(hù)的硬件構(gòu)造微機(jī)保護(hù)裝置[5]普通是將功效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效的模塊。如果按照功效進(jìn)行劃分插件可分為：保護(hù)CPU和監(jiān)控CPU插件、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出插件、人機(jī)對(duì)話插件、電源插件、交流輸入/輸出插件等。微機(jī)保護(hù)裝置構(gòu)造原理如圖2-5所示。圖2-5微機(jī)保護(hù)裝置構(gòu)造原理4.1.1數(shù)據(jù)采集器數(shù)據(jù)采集器普通采集來(lái)自電壓互感器PT和電流互感器的模擬信號(hào)，但是由于微機(jī)保護(hù)的計(jì)算機(jī)無(wú)法識(shí)別模擬信號(hào)，因此數(shù)據(jù)采集器能夠進(jìn)行模擬濾波、電壓形成、模數(shù)轉(zhuǎn)換、多路轉(zhuǎn)換、采樣保持等解決，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。4.1.2微機(jī)系統(tǒng)微機(jī)系統(tǒng)（微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）是由顯示屏、微型計(jì)算機(jī)、輸入/輸出設(shè)備、電源等構(gòu)成。其重要完畢數(shù)據(jù)解決、數(shù)據(jù)自檢、故障解決和微機(jī)保護(hù)的主程序。微機(jī)主系統(tǒng)涉及存儲(chǔ)器、微機(jī)解決器、定時(shí)器等。早期微機(jī)主系統(tǒng)是單CPU系統(tǒng)，在微型計(jì)算機(jī)的容錯(cuò)技術(shù)和多重化技術(shù)的出現(xiàn)后，微機(jī)主系統(tǒng)開(kāi)始逐步使用多CPU系統(tǒng)。普通微機(jī)保護(hù)在出現(xiàn)采樣脈沖信號(hào)使才會(huì)進(jìn)入中斷服務(wù)的程序，其它時(shí)候都是在自檢循環(huán)中。但是，微機(jī)保護(hù)的自檢功效僅僅能夠檢測(cè)出軟硬件的故障，而元件出現(xiàn)問(wèn)題就會(huì)使被保護(hù)的對(duì)象失去保護(hù)。容錯(cuò)技術(shù)能夠使軟硬件含有冗余度，當(dāng)部分軟硬件出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行工作，這種技術(shù)比較合用于時(shí)刻需要調(diào)節(jié)命令和輸出控制的系統(tǒng)，多重化技術(shù)能夠在一套硬件發(fā)生故障時(shí)，發(fā)出報(bào)警信后，由另一套硬件繼續(xù)完畢工作，而不引發(fā)誤動(dòng)。圖2-6是一套CPU與DSP[6]構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng)，其中DSP重要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)采集器中數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，然后把數(shù)據(jù)成果通過(guò)RAM的雙端口輸送到CPU，而CPU負(fù)責(zé)微機(jī)保護(hù)邏輯判斷、通信管理、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出計(jì)算等，這種系統(tǒng)運(yùn)用了DSP（數(shù)字信號(hào)解決）運(yùn)算速度快的特點(diǎn)，由DSP完畢全部繁重的數(shù)據(jù)計(jì)算，而CPU只需進(jìn)行保護(hù)邏輯判斷，避免單CPU多任務(wù)的沖突。圖2-6CPU+DSP構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造圖4.1.3開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模塊微機(jī)保護(hù)不僅需要接受模擬信號(hào)，同時(shí)也需要接受發(fā)送開(kāi)關(guān)量信號(hào)。例如人機(jī)對(duì)話界面鍵盤輸入和遙控信號(hào)等。而這些信號(hào)只能由開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模塊來(lái)接受與發(fā)送。開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模塊是由微型計(jì)算機(jī)并串聯(lián)接口、繼電器和光電耦合件構(gòu)成。微型計(jì)算機(jī)主系統(tǒng)與人機(jī)對(duì)話模塊都存在開(kāi)關(guān)量輸入/輸出插件，但是兩者插件的功效不同。開(kāi)關(guān)量輸入/輸出插件在微型機(jī)主系統(tǒng)中重要是完畢保護(hù)出口跳閘和遙信輸入，在人機(jī)對(duì)話模塊中重要是完畢液晶顯示、按鍵輸入、保護(hù)通信和告警信號(hào)的發(fā)送等功效。開(kāi)關(guān)量輸入電路能夠分為內(nèi)部和外部?jī)煞N類型的開(kāi)關(guān)量，其中內(nèi)部開(kāi)關(guān)量有軟壓板和鍵盤輸入等，重要安置在面板觸電上，外部開(kāi)關(guān)量有硬壓板、繼電器觸點(diǎn)等，重要反映外部裝置觸電狀況。內(nèi)部開(kāi)關(guān)量是直接接到微機(jī)并行接口的芯片上，而外部開(kāi)關(guān)量通過(guò)光電耦合裝置將并行接口和開(kāi)關(guān)量的回路隔離，如圖2-7所示，這種方式既能夠傳遞K2外部觸點(diǎn)信息，又能夠電氣隔離，確保微機(jī)保護(hù)的安全性。圖2-7開(kāi)關(guān)量輸入模塊原理圖開(kāi)關(guān)量輸出電路能夠完畢微機(jī)保護(hù)跳閘和合閘任務(wù)，這種電路能夠?qū)⒑?、跳閘的出口信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，驅(qū)動(dòng)斷路器執(zhí)行合、跳閘指令。如圖2-8所示。并聯(lián)接口輸出控制了KM繼電器，同時(shí)也能夠采用光電隔離的辦法來(lái)提高整體抗干擾的能力。圖2-8開(kāi)關(guān)量輸入模塊原理圖在進(jìn)行打印機(jī)和通信接口之類的信號(hào)輸出時(shí)，可用圖2-9的辦法連接。由于數(shù)字信號(hào)不是控制合跳閘，因此對(duì)重要性和實(shí)時(shí)性規(guī)定不高，只需用一種并聯(lián)接口的輸出方式就能夠完畢信號(hào)輸出，同時(shí)光電耦合器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電平轉(zhuǎn)換還能電氣隔離。圖2-9數(shù)字信號(hào)接口4.1.4人機(jī)對(duì)話模塊這種模塊是借助微解決器完畢繼電保護(hù)調(diào)試、工作設(shè)定、定時(shí)檢查保護(hù)裝置、統(tǒng)計(jì)多個(gè)保護(hù)動(dòng)作、系統(tǒng)通信等，其硬件構(gòu)造如圖2-10所示。圖2-10人機(jī)對(duì)話界面4.2微機(jī)保護(hù)的軟件設(shè)立軟件系統(tǒng)好壞不僅影響到保護(hù)裝置的穩(wěn)定性，還能提高保護(hù)性能的靈活性。隨著硬件構(gòu)造的提高，也會(huì)加強(qiáng)微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)功效，因此，在微機(jī)保護(hù)的軟件設(shè)計(jì)中需要注意系統(tǒng)的精確性、可靠性、繼承性、可讀性、易修改和維護(hù)等。在增強(qiáng)系統(tǒng)的繼承性和可讀性時(shí)，系統(tǒng)采用了高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行程序編制。但是涉及硬件電路控制時(shí)，系統(tǒng)同時(shí)采用匯編語(yǔ)言相結(jié)合的方式。根據(jù)構(gòu)造化的程序設(shè)計(jì)想法，進(jìn)行模塊化思路設(shè)計(jì)不同功效的模塊，每塊功效不同模塊間實(shí)現(xiàn)互相獨(dú)立，且模塊均使用單入口/出口的構(gòu)造，易于進(jìn)行程序的調(diào)試、維護(hù)和維護(hù)?，F(xiàn)在絕大數(shù)的微機(jī)保護(hù)都是雙CPU的構(gòu)造，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)中功效不同，下面以保護(hù)CUP系統(tǒng)為研究對(duì)象分析其程序。4.2.1保護(hù)CPU系統(tǒng)該部分系統(tǒng)重要實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)控和各項(xiàng)實(shí)時(shí)性原則低的輔助功效。從保護(hù)CPU系統(tǒng)顯示圖2-11所示，該系統(tǒng)重要涉及上電復(fù)位和自檢循環(huán)兩個(gè)程序。在保護(hù)裝置硬件復(fù)位或上電后來(lái)，系統(tǒng)首先進(jìn)行初始化，其中涉及讀取全部開(kāi)關(guān)量輸入的、狀態(tài)、定時(shí)器初始化、定義硬件電路開(kāi)關(guān)量輸入與輸出系統(tǒng)的并行接口，寄存器、計(jì)數(shù)器、整定值的加載和換算以及多個(gè)標(biāo)志的設(shè)立，并進(jìn)行初始化自檢。自檢是通過(guò)軟件自動(dòng)對(duì)硬件系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及重要元器件進(jìn)行檢測(cè)，確保系統(tǒng)元器件以及工作完好。在自檢過(guò)程中能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)保護(hù)裝置中出現(xiàn)的問(wèn)題，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，及時(shí)閉鎖保護(hù)出口，再由技術(shù)人員排除故障。因此，自檢功效是微機(jī)保護(hù)裝置中獨(dú)有的智能技術(shù)。自檢程序分為運(yùn)行自檢和初始化自檢，運(yùn)行自檢是在系統(tǒng)保護(hù)裝置運(yùn)行的時(shí)候，針對(duì)實(shí)時(shí)性規(guī)定高且后續(xù)出現(xiàn)運(yùn)算的部件進(jìn)行自檢，方便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，運(yùn)行自檢則在下面自檢循環(huán)中進(jìn)行著。初始化自檢是在系統(tǒng)保護(hù)裝置復(fù)位或上電時(shí)進(jìn)行全方面性自檢，由于此時(shí)的時(shí)間較為充足，允許進(jìn)行全方面的自檢，其中自檢的重要內(nèi)容涉及：程序、定值、輸出通道、ROM、RAM\以及FLASH等，確保微機(jī)保護(hù)在投入使用時(shí)是完好的。在初始自檢順利通過(guò)后，就需立刻執(zhí)行初始化數(shù)據(jù)采集以及定時(shí)采樣中斷的啟動(dòng)，到此為止上電復(fù)位流程全部走完，隨即將進(jìn)入自檢循環(huán)的流程。圖2-11保護(hù)CPU系統(tǒng)構(gòu)造自檢循環(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(shí)的方法。另外，在自檢循環(huán)時(shí)還進(jìn)行工作方式的選擇、故障報(bào)告文獻(xiàn)解決、人機(jī)對(duì)話解決、通信任務(wù)解決以及調(diào)試任務(wù)的解決。正常狀況下，自檢循環(huán)系統(tǒng)是無(wú)限循環(huán)。在自檢循環(huán)時(shí)，一旦中斷，CPU立刻暫停自檢循環(huán)程序當(dāng)中運(yùn)行的任務(wù)，中斷響應(yīng)，并轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)的程序，立刻執(zhí)行一次中斷服務(wù)的程序，當(dāng)中斷服務(wù)完畢后，則又返回自檢循環(huán)。其關(guān)系如圖2-12所示：圖2-12程序流程時(shí)序關(guān)系其中（a）為自檢程序；（b）自檢程序與采樣服務(wù)程序的時(shí)序關(guān)系式中TS代表一種完整的采樣周期。CYZD表達(dá)的是一種完整的采樣中斷服務(wù)程序的流程，MN表達(dá)自檢循環(huán)程序的整個(gè)流程。當(dāng)微機(jī)保護(hù)主程序中斷后，每隔一種系統(tǒng)采用周期，定時(shí)器就立刻發(fā)出一種采用脈沖，假設(shè)定時(shí)器在A點(diǎn)發(fā)出采用脈沖且出現(xiàn)中斷，則微機(jī)系統(tǒng)將自動(dòng)將此處的工作進(jìn)行保護(hù)，隨即將實(shí)施一套完整的CYZD程序，當(dāng)中斷程序結(jié)束后，A處被暫停執(zhí)行的自檢循環(huán)程序?qū)⒒謴?fù)執(zhí)行，直到下一種中斷B點(diǎn)，AB段自檢循環(huán)程序使用的時(shí)間為t2，采樣周期Ts則為t1+t2。此后，如果系統(tǒng)保護(hù)裝置無(wú)復(fù)位且無(wú)端障操作，微機(jī)系統(tǒng)則將對(duì)以上的程序重復(fù)執(zhí)行。每逢單數(shù)時(shí)間段將執(zhí)行整套采樣中斷服務(wù)程序，在雙數(shù)時(shí)間段則執(zhí)行自檢循環(huán)程序。4.2.2采樣中斷服務(wù)程序的功效繼電保護(hù)系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性規(guī)定很高：第一，需實(shí)時(shí)理解運(yùn)行狀況，也就是隨時(shí)采集開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)以及多個(gè)模擬量；另外，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，需立刻鑒別短路的區(qū)域或位置，并切除該部分。為了滿足繼電保護(hù)的實(shí)時(shí)性以及快速性的規(guī)定，微機(jī)的中斷機(jī)能夠有效的實(shí)現(xiàn)。從下列面2-13圖中能夠看出，采樣中斷服務(wù)程序的重要功效除了對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行周期性采集以及解決外，還需對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行首發(fā)、自檢以及故障解決等任務(wù)，由于采樣定時(shí)器發(fā)起中斷，因此將其稱作采樣中斷服務(wù)程序[8]。圖2-13采樣服務(wù)程序示意圖采樣中斷服務(wù)程序[9]的數(shù)據(jù)采集以及解決重要是對(duì)模擬量的采集，并進(jìn)行A/D變換，同時(shí)將采集的數(shù)據(jù)按照時(shí)間先后和通道存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并使地址指向最新的采樣數(shù)據(jù)。采集的信號(hào)除了模擬信號(hào)外，還需將脈沖信號(hào)、采集開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)以及頻率測(cè)量信號(hào)等。通信數(shù)據(jù)的收發(fā)完畢在中斷服務(wù)時(shí)需快速執(zhí)行的通信任務(wù)。在中斷服務(wù)程序中尚有少量的自檢任務(wù)，在中斷程序中執(zhí)行自檢任務(wù)的重要因素是最新的數(shù)據(jù)會(huì)立刻對(duì)后續(xù)保護(hù)功效的對(duì)的性做出影響，并且這些自檢任務(wù)工作量相對(duì)較少，其安置在中斷服務(wù)程序中只占用了少量的中斷程序時(shí)間，一旦裝置出現(xiàn)故障，它能立刻發(fā)出警告，同時(shí)閉鎖保護(hù)。在微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中通過(guò)使用啟動(dòng)元件的方式對(duì)故障擾動(dòng)進(jìn)行敏捷且快速的監(jiān)視，等到故障擾動(dòng)啟動(dòng)元件的動(dòng)作后，程序才對(duì)其進(jìn)行故障解決，最后判斷故障與否在區(qū)內(nèi)。將故障解決程序和啟動(dòng)元件相結(jié)合的重要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在下列幾點(diǎn)：①啟動(dòng)元件可將計(jì)算解決量較大的故障解決程序不投入運(yùn)行，從而提高了CPU的運(yùn)行效率。②能夠通過(guò)理解啟動(dòng)云間的動(dòng)作時(shí)間來(lái)判斷故障發(fā)生的時(shí)間，方便故障解決程序成功獲取故障發(fā)生前后的數(shù)據(jù)，確保計(jì)算的精確以及故障的鑒別。③微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的出口繼電器的電源，只在啟動(dòng)元件啟動(dòng)后才投入，這樣能夠提高了出口回路的可靠性。普通狀況下根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的不同，故障解決程序也有不同的選擇。就拿線路保護(hù)來(lái)說(shuō)，故障解決程序涉及：過(guò)流保護(hù)、零序保護(hù)以及縱聯(lián)保護(hù)等故障解決程序。5慣用的微機(jī)保護(hù)算法與比較微機(jī)保護(hù)的算法中軟件是最為重要的問(wèn)題，其核心考慮的是計(jì)算的速度及精度，而其速度有涉及兩個(gè)方面：一是算法的運(yùn)算工作量，而是算法時(shí)規(guī)定的采樣點(diǎn)數(shù)，與此同時(shí)還需將算法的數(shù)字濾波功效納入考慮范疇之內(nèi)。5.1正弦函數(shù)算法這類微機(jī)保護(hù)算法是運(yùn)用正弦函數(shù)[12][13]的特性，假定電流電壓的基波是正弦函數(shù)，對(duì)正弦電流、電壓選用采樣值，計(jì)算出電流或電壓的測(cè)量阻抗、功率、相位、電流電壓的幅值等，再根據(jù)數(shù)據(jù)的比較和判斷，完畢微機(jī)保護(hù)動(dòng)作。這種算法將非周期與諧波分量視為噪音和干擾信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，普通會(huì)在基波上疊加非周期和多個(gè)諧波分量。因此需要保護(hù)裝置預(yù)先對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行解決，在最大程度濾掉衰減非周期和多個(gè)諧波分量后，再使用這種算法，能夠減少誤差的出現(xiàn)[14]。這種算法能夠分為采樣值計(jì)算法、導(dǎo)數(shù)算法和半周積分算法這三種類型。5.1.1采樣值積算法采樣值積算法是持續(xù)采樣相似時(shí)間間隔的正弦電流電壓值，并計(jì)算正弦電流電壓有效值。這種計(jì)算辦法能夠規(guī)避系統(tǒng)頻率對(duì)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(gè)相似時(shí)間間隔（Δt）的時(shí)刻電壓u1、u2u1=sin[θ0u+ω(tn+Δt)]Um=Usin(ωΔt+θ1u)（2-1）u1=sin(θ0u+ωtn)Um=Usinθ1u（2-2）其中θ0u是電壓的初相角；ω是角頻率；tn是采集時(shí)刻相角；Um是電壓電幅；U是電壓的有效值；將（2.1）和（2.2）整合可得到：（2-3）同理可得到正弦電流的有效值以下所示：（2.4）在采樣值積算法[15]中時(shí)間間隔Δt能夠是一種很短的采樣間隔，在理論上計(jì)算過(guò)程中所需要用到的時(shí)間窗很短，但是運(yùn)算中涉及到加減法、乘除法、開(kāi)方和平方的復(fù)雜運(yùn)算，這些都加長(zhǎng)了運(yùn)算時(shí)間，因此在實(shí)際運(yùn)用中這種算法并不慣用。5.1.2導(dǎo)數(shù)算法導(dǎo)數(shù)算法是由澳大利亞出名科學(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(cè)量阻抗等。以正弦電壓有效值計(jì)算為例：U=U（2-5）正弦電壓的導(dǎo)數(shù)為：U’=U（2-6）將（2-5）、（2-6）代入（2-3）式中能夠得到：（2-7）這種算法只需要采樣一種時(shí)間間隔，因此在所需要的用到的數(shù)據(jù)窗比較短。但是這種算法容易產(chǎn)生誤差，這種誤差一種是來(lái)自差分求導(dǎo)近似產(chǎn)生的誤差，另一種是來(lái)自電流和電壓平均值替代產(chǎn)生的誤差。5.1.3半周積分算法[16]該算法是根據(jù)隨意半個(gè)周期中正弦量的絕對(duì)值積分是常量S，并且積分起點(diǎn)初相角與積分常量S無(wú)關(guān)。以正弦電壓有效值計(jì)算為例，半個(gè)周期積積分值S計(jì)算以下：（2-8）=（2-9）≈（2-10）這種算法的運(yùn)算量不大，采用簡(jiǎn)樸硬件或者軟件程序就能夠計(jì)算出，但是運(yùn)算成果的誤差比較大，比較合用于規(guī)定較低的某些電流和電壓保護(hù)。在計(jì)算半周積分值時(shí)，部分正負(fù)的諧波半周將互相抵消，而未被抵消剩余部分占總體比例不高。因而，這種算法含有一定濾波的作用，但是并不能濾除全部的濾波分量，在使用的過(guò)程中仍需要搭配濾波器一同使用。5.2傅氏算法在出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)實(shí)際輸入量是基波、多個(gè)諧波和直流分量，不是簡(jiǎn)樸的純電流電壓的正弦函數(shù)。如果采用正弦函數(shù)的運(yùn)算辦法，必須預(yù)先進(jìn)行濾波解決，而運(yùn)算和濾波所用的總時(shí)間及運(yùn)算的容量將會(huì)非常大，傅氏算法是基于輸入信號(hào)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(hào)分解成一系列函數(shù)之和。傅氏算法[17]是微機(jī)保護(hù)最慣用的一種運(yùn)算辦法，它能夠分解周期函數(shù)為正弦分量與余弦分量，并且這種運(yùn)算辦法本身能夠分辨出基