1、第一章 自動裝置及其數(shù)據(jù)的采集處理,齊鄭 教5B區(qū)102 80798596,North China Electric Power University,page2,2020/7/31,內容,一、自動裝置的組成,二、采樣、量化與編碼技術,三、交流采樣的電量計算和前置算法,North China Electric Power University,page3,2020/7/31,自動裝置的組成,自動裝置,(1)、硬件,(2)、軟件,(1)、微型計算機系統(tǒng),(2)、工業(yè)控制計算機系統(tǒng),(3)、集散控制系統(tǒng) 現(xiàn)場總線系統(tǒng),(1)、系統(tǒng)軟件(嵌入式系統(tǒng)),(2)、應用軟件,(1)、信號采集,(2)、參數(shù)

2、設置,North China Electric Power University,page4,2020/7/31,微機型裝置的原理,根本原理,模擬信號,數(shù)字信號,微機型自動裝置CPU,North China Electric Power University,page5,2020/7/31,微機型裝置的原理,時間（ms）,電壓或電流波形（V）,North China Electric Power University,page6,2020/7/31,微機型裝置的原理,void ArrayMax(unsigned char vRow,float Farray ,unsigned char *Ma

3、xNo,float *MaxValue) int i; *MaxNo=0; *MaxValue=Farray0; for(i=1;i=vRow-1;i+) if(*MaxValueFarrayi) *MaxValue=Farrayi; *MaxNo=i; ,North China Electric Power University,page7,2020/7/31,硬件結構分類,1、微型計算機系統(tǒng),2、工業(yè)控制計算機系統(tǒng),3、集散控制系統(tǒng)(Distributed Control System-DCS) 現(xiàn)場總線系統(tǒng)(Fieldbus Control System-FCS),對于控制功能單一的自動

4、裝置,其輸入輸出的電氣量較少,適于采用微型計算機系統(tǒng),如同步發(fā)電機自動并列裝置.,對于控制功能要求較高,軟件開發(fā)任務繁重的系統(tǒng),適于采用工控機系統(tǒng),如發(fā)電機勵磁自動調節(jié)系統(tǒng).,對于分散的多對象的成套監(jiān)測控制裝置適于采用DCS或FCS,如發(fā)電廠、變電站遠動裝置和電廠機爐集控系統(tǒng)。,North China Electric Power University,page8,2020/7/31,微型計算機系統(tǒng),定義（本課程）：把較簡單的、借助于特定開發(fā)平臺才能編程的系統(tǒng)稱為微型計算機系統(tǒng)。,微型計算機系統(tǒng),1 傳感器,2 采樣保持器,3 模擬多路開關,4 A/D轉換器,5 存儲器,6 通信單元,7 中央

5、處理單元CPU,8 外部設備,North China Electric Power University,page9,2020/7/31,微型計算機系統(tǒng),裝置硬件結構,North China Electric Power University,page10,2020/7/31,微型計算機系統(tǒng),1、傳感器：將非電量（壓力、溫度、轉速）和電量（電壓、電流、功率）轉換為對應的計算機可以接受的弱電壓信號,2、模擬多路開關：在采樣速度要求不高的場合，一般采用公用A/D轉換器。在每一個時刻中只將一路模擬信號輸入到A/D.目的簡化電路，降低成本。,3、采樣/保持器：A/D轉換器完成信號轉換需要一段時間，在這

6、段時間內,輸入到A/D的模擬信號需保持不變，由S/H完成。,North China Electric Power University,page11,2020/7/31,微型計算機系統(tǒng),5、存儲器：用于計算機數(shù)據(jù)緩存，提供進一步的數(shù)據(jù)處理。,6、通信單元：包括通信控制器和通信收發(fā)器。 通信控制器用于控制通信過程，確定通信的數(shù)據(jù)、地址以及建立/拆除通信的數(shù)據(jù)鏈路。 通信收發(fā)器用于處理通信的物理層功能，包括物理引線的排列、機械特性和物理電平等。,7、CPU及外設：自動裝置的核心部件，對系統(tǒng)的工作進行控制和管理，對采集的數(shù)據(jù)作處理，根據(jù)要求做出判斷和發(fā)出指令等。,4、A/D轉換器：將模擬信號轉換為計

7、算機可以處理的數(shù)字信號，它是影響數(shù)據(jù)采集速率和精度的主要因素之一。,North China Electric Power University,page12,2020/7/31,微型計算機系統(tǒng),多通道共享AD轉換,模擬信號多路選通器,計 算 機,A / D轉換器,采樣/保持,輸入1,輸入2,輸入N, ,North China Electric Power University,page13,2020/7/31,微型計算機系統(tǒng),多通道獨立AD轉換,North China Electric Power University,page14,2020/7/31,微型計算機系統(tǒng),開關量輸入,North

8、China Electric Power University,page15,2020/7/31,硬件抗干擾措施,GB/T 14598.13 脈沖群干擾,GB/T 14598.14 靜電放電干擾,GB/T 14598.9 輻射電磁場干擾,電磁兼容相關的標準：,GB/T 14598.10 快速瞬變干擾,North China Electric Power University,page16,2020/7/31,硬件抗干擾措施,North China Electric Power University,page17,2020/7/31,硬件抗干擾措施,給處理器電源加濾波電路,數(shù)、模分區(qū)，強、弱分離

9、,加裝隔離元件,防止死機的處理措施：,金屬外殼，等電位處理,North China Electric Power University,page18,2020/7/31,工業(yè)控制計算機系統(tǒng),工業(yè)控制計算機由穩(wěn)壓電源、機箱和不同功能的總線模板，以及鍵盤（顯示器）等外設接口組成。,工業(yè)控制計算機系統(tǒng)中的內部總線種類繁多，比較常用的主要有：STD、PC104總線等。,STD總線共有56根總線，信號之間的隔離消除了大部分總線上的干擾，單元為小模板結構，每塊模板具有獨立性，實現(xiàn)了板級功能分散。,North China Electric Power University,page19,2020/7/31,

10、工業(yè)控制計算機系統(tǒng),STD總線的功能單元,1 CPU單元STD總線的主處理單元，處理數(shù)據(jù)、地址和控制功能。一般含有高速CPU和協(xié)處理器。,2 A/D單元提供模擬/數(shù)字轉換接口，模數(shù)轉換和數(shù)據(jù)讀取由CPU單元控制，也可以由外部觸發(fā)。,3存儲器單元作為通用存儲器的擴展卡，含有譯碼、存儲器、后備電池等，防止失電后數(shù)據(jù)丟失。,4存儲器單元作為通用存儲器的擴展卡，含有譯碼、存儲器、后備電池等，防止失電后數(shù)據(jù)丟失。,5系統(tǒng)支持單元包括設置開關、后備電池、實時時鐘、看門狗watchdog、上電復位、總線終端網(wǎng)絡等。,6外設單元包括定時器單元、I/O單元、鍵盤顯示板電源板等，用于與外部信號和設備接口和操作。,

11、North China Electric Power University,page20,2020/7/31,集散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線系統(tǒng),分布式系統(tǒng)結構,North China Electric Power University,page21,2020/7/31,軟件組成,應用軟件,信號采集與預處理程序,主算法程序,數(shù)字量輸出控制程序,通信程序,系統(tǒng)軟件,Linux,WinCE,North China Electric Power University,page22,2020/7/31,采樣、量化與編碼技術,1、采樣,2、量化,3、編碼,Shannon采樣定理：采樣頻率必須大于原模擬信號頻譜中

12、最高頻率的兩倍，則模擬信號可由采樣信號來唯一表示。,把采樣信號的幅值與某個最小數(shù)量單位的一系列整數(shù)倍比較，以最接近于采樣信號幅值的最小數(shù)量單位倍數(shù)來表示該幅值。,量化信號的數(shù)值用二進制代碼表示。,North China Electric Power University,page23,2020/7/31,交流采樣的電氣量計算和前置處理,1、電壓電流計算,一、電氣量計算,North China Electric Power University,page24,2020/7/31,交流采樣的電氣量計算和前置處理,North China Electric Power University,page25,2020/7/31,交流采樣的電量計算和前置處理,North China Electric Power University,page26,2020/7/31,交流采樣的電量計算和前置處理,2、有功功率、無功功率計算,North China Electric Power University,page27,2020/7/31,交流采樣的電量計算和前置處理,3、功角計算,方法1：間接計算,方法2：直接測量-GPS時鐘,North China Electric Power University,page28,2020/7/31,交流采樣的電氣量計算和前置處理,