1、1/682022/7/26Xian University of Science and Technology主要內(nèi)容2.1 微機(jī)保護(hù)裝置硬件概述2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2.3 基于DSP的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2.4 CPU主系統(tǒng)2.5 微機(jī)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)通信2.6 開關(guān)量的輸入及輸出回路2.7 微機(jī)保護(hù)硬件結(jié)構(gòu)舉例2/682022/7/26Xian University of Science and Technology 從功能上講，微機(jī)保護(hù)裝置包括四個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、CPU主系統(tǒng)、開關(guān)量輸入/輸出回路、電源回路等。2.1 微機(jī)保護(hù)裝置硬件概述Xian University of Science and T

2、echnology3/682022/7/26Xian University of Science and Technology2.2.1 基于A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 在微機(jī)繼電保護(hù)裝置中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能是將輸入模擬電量轉(zhuǎn)換為微機(jī)能夠識別的數(shù)字量。 基于A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以A/D轉(zhuǎn)換器為模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換單元，它包括電壓形成回路、模擬低通濾波器ALF、采樣保持電路S/H、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)MPX及A/D轉(zhuǎn)換電路等。Xian University of Science and Technology2.2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)4/682022/7/26Xi

3、an University of Science and Technology2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Xian University of Science and Technology1.同時(shí)采樣分時(shí)轉(zhuǎn)換方式 如圖2-2所示框圖，在每一個(gè)模擬通道中設(shè)有采樣保持器，CPU發(fā)出統(tǒng)一的采樣脈沖，使各通道在同一時(shí)刻采樣。 這種在每一個(gè)采樣周期對所有通道的量在同一時(shí)刻采樣叫同時(shí)采樣。圖2-2 同時(shí)采樣分時(shí)轉(zhuǎn)換方式2.2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)5/682022/7/262.分時(shí)采樣分時(shí)轉(zhuǎn)換的方式 如圖2-3所示。模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)置于采樣保持器前端，各通道公用一個(gè)采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器。在每一個(gè)采樣周期內(nèi)

4、，首先對第一模擬信號進(jìn)行采樣，然后在對其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，接下來在對下一通道進(jìn)行采樣和A/D轉(zhuǎn)換，直到所有通道模擬信號轉(zhuǎn)換完畢。Xian University of Science and Technology2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Xian University of Science and Technology圖2-3 分時(shí)采樣分時(shí)轉(zhuǎn)換的方式2.2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)6/682022/7/263.分組同時(shí)采樣分時(shí)轉(zhuǎn)換的方式 如圖2-4所示框圖表示。該方式將模擬信號分組，在一個(gè)采樣周期內(nèi)對一組的模擬信號同時(shí)采樣，分時(shí)轉(zhuǎn)換；各組之間則分時(shí)采樣。Xian University of Scien

5、ce and Technology2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Xian University of Science and Technology圖2-4 分組同時(shí)采樣分時(shí)轉(zhuǎn)換的方式2.2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)7/682022/7/262.2.2 電壓形成回路 電壓形成回路的主要作用是電量變換。 微機(jī)保護(hù)要從被保護(hù)的電力線路或設(shè)備的電流互感器、電壓互感器或其它變換器上取得信號，并把這些信號通過處理變成微機(jī)保護(hù)裝置中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入電壓范圍內(nèi)的電壓等形式，其實(shí)現(xiàn)方法如圖2-5。Xian University of Science and Technology2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Xian Univer

6、sity of Science and Technology2.2.2 電壓形成回路8/682022/7/26Xian University of Science and Technology2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Xian University of Science and Technology 在微機(jī)保護(hù)中，一般采用電流變換器將電流信號變換為電壓信號。采用電流變換器時(shí)，連接方式如圖2-6所示。由圖2-6可得其中：RLH為電流變換器的變比。在設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)參數(shù)應(yīng)滿足的條件是2.2.2 電壓形成回路9/682022/7/26Xian University of Science and Technol

7、ogy2.2.3 模擬低通濾波器 在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可在采樣之前先用一模擬低通濾波器將頻率高于采樣頻率一半的信號濾掉。 模擬低通濾波器一般為一階或二階的RC阻容濾波器。如圖2-7所示。2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Xian University of Science and Technology2.2.3 模擬低通濾波器10/682022/7/26Xian University of Science and Technology當(dāng)負(fù)載開路時(shí)，一階RC濾波器的截止頻率為:當(dāng)濾波器接有負(fù)載時(shí)，一階RC濾波器的截止頻率為：其中：二階低通濾波器的傳遞函數(shù)為:2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Xian University

8、 of Science and Technology2.2.3 模擬低通濾波器11/682022/7/26Xian University of Science and Technology2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2.2.4 采樣保持電路1.采樣保持電路的作用原理 采樣保持(sample/Hold)電路，其作用是在一個(gè)極短的時(shí)間內(nèi)測量模擬輸入量在采樣時(shí)刻的瞬時(shí)值，并在A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換的期間保持其輸出恒定，以便使A/D轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)便于接受的數(shù)字信號。 利用采樣保持電路后，可以方便的對多個(gè)模擬量實(shí)現(xiàn)同時(shí)采樣。Xian University of Science and Technology

9、2.2.4 采樣保持電路Xian University of Science and Technology12/682022/7/26采樣保持電路的工作原理可用圖2-8來說明。2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2.2.4 采樣保持電路Xian University of Science and Technology13/682022/7/262.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 在實(shí)際采樣保持器中，采樣狀態(tài)（S態(tài)）時(shí)，上的電壓不可能立即跟蹤輸入電壓，而有一個(gè)過渡過程實(shí)際的跟蹤采樣和保持過程如圖2-9。2.2.4 采樣保持電路Xian University of Science and Technology14/682022

10、/7/262.對采樣保持電路的要求2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 高質(zhì)量的采樣保持電路應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)：（1）截獲時(shí)間短。（2）保持時(shí)間要長。（3）模擬開關(guān)的動作延時(shí)、閉合電阻和開斷時(shí)的泄漏電流要小。2.2.4 采樣保持電路Xian University of Science and Technology15/682022/7/262.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 圖2-10是微機(jī)保護(hù)裝置中常采用的一種采樣保持電路芯片LF398的原理圖。2.2.4 采樣保持電路Xian University of Science and Technology16/682022/7/262.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2.2.5 模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)

11、 多路轉(zhuǎn)換器包括選擇接通路數(shù)的二進(jìn)制譯碼電路和各路電子開關(guān)，它們被集成在一個(gè)電路芯片中。以16路多路轉(zhuǎn)換開關(guān)芯片AD7506為例，內(nèi)部示于圖2-11。2.2.5 模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)Xian University of Science and Technology17/682022/7/262.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 2.2.6 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 模數(shù)轉(zhuǎn)換是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制的關(guān)鍵技術(shù)，是將模擬量轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠識別的數(shù)字量的橋梁。1.模數(shù)轉(zhuǎn)換的一般原理 模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC(analog-to-digital converter)是將輸入的模擬量與基準(zhǔn)電壓比較，編成二進(jìn)制代碼數(shù)字信號的電路，它可以被認(rèn)為是一個(gè)編碼電

12、路。 在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，必須把取樣電壓表示為這個(gè)最小單位的整數(shù)倍，這個(gè)用二進(jìn)制數(shù)表示模擬輸入量的轉(zhuǎn)化過程叫做量化。所取得最小單位叫做量化單位，用表示。 把量化的結(jié)果用代碼表示出來稱為編碼。既然模擬電壓是連續(xù)的，那么它就不一定能被整除，因而量化過程不可避免的會引入誤差，這種誤差稱為量化誤差。 量化的方法：1）無偏移的分層量化法 2）有偏移的分層量化 2.2.6 模數(shù)轉(zhuǎn)換器Xian University of Science and Technology18/682022/7/262.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 例：下面用3位二進(jìn)制數(shù)表示模擬信號來說明量化過程。如圖2-12所示。 2.2.6 模數(shù)轉(zhuǎn)換器X

13、ian University of Science and Technology19/682022/7/262.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 一個(gè)理想的A/D轉(zhuǎn)換器，其要轉(zhuǎn)化的輸入電壓 、輸出的數(shù)字量D、參考電壓 之間的關(guān)系為對于單極性的模擬量，D可表示為 均為二進(jìn)制碼，其值只能是“1”或“0”。因而 上式即為A/D轉(zhuǎn)換器中，將模擬信號進(jìn)行量化的表示式。量化誤差為 2.2.6 模數(shù)轉(zhuǎn)換器Xian University of Science and Technology20/682022/7/262.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2.數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的作用是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。圖2-13是一個(gè)4位數(shù)模轉(zhuǎn)換器

14、的原理圖。 2.2.6 模數(shù)轉(zhuǎn)換器Xian University of Science and Technology21/682022/7/262.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)這種電阻網(wǎng)絡(luò)有一個(gè)特點(diǎn)，即輸出電壓為當(dāng)取 時(shí)，由此可見，輸出的的模擬量電壓 正比于輸入的數(shù)字量，比例常數(shù)為 或 。 2.2.6 模數(shù)轉(zhuǎn)換器Xian University of Science and Technology22/682022/7/262.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3.逐次逼近型ADC的原理 逐次逼近型的D/A轉(zhuǎn)換器原理如圖2-14所示。 置數(shù)邏輯的作用是置數(shù)送出數(shù)字量D；暫存器暫存數(shù)字量D，以便數(shù)模轉(zhuǎn)換；數(shù)模轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)數(shù)字量到模

15、擬量的轉(zhuǎn)換，輸出 送給比較器的反相輸入端；比較器比較輸入電壓 和 ，輸出置數(shù)邏輯。 2.2.6 模數(shù)轉(zhuǎn)換器Xian University of Science and Technology23/682022/7/262.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4.A/D轉(zhuǎn)換的溢出與極性 對于沒有設(shè)置片內(nèi)偏置電路的A/D 轉(zhuǎn)換器，可以通過外接簡單偏置電路把單極性的A/D轉(zhuǎn)換器變成雙極性的偏置二進(jìn)制碼的A/D轉(zhuǎn)換器。其連接方法如圖2-15。 2.2.6 模數(shù)轉(zhuǎn)換器Xian University of Science and Technology24/682022/7/262.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)外加偏置電壓 和電阻 的大小可

16、按下式計(jì)算： 其中： 是A/D轉(zhuǎn)換器的滿量程輸入電壓， 包括信號源之內(nèi)阻。 對于這一類A/D轉(zhuǎn)換器，變成雙極性輸入后，一般均用偏移碼 表示雙極性輸入結(jié)果，假設(shè)A/D轉(zhuǎn)換器是8位的輸入電壓u+的要求范圍是0+5V,偏置電路中的偏置電壓 取+5V， 時(shí)，由圖2-15知即:則： 2.2.6 模數(shù)轉(zhuǎn)換器Xian University of Science and Technology25/682022/7/262.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5.ADC574芯片簡介 目前微機(jī)保護(hù)常用的A/D轉(zhuǎn)換器芯片AD574,其內(nèi)部包括快速12位D/A轉(zhuǎn)換器、高性能比較器、逐次比較邏輯寄存器、時(shí)鐘電路、邏輯控制電路及三態(tài)輸出數(shù)

17、據(jù)鎖存器等。一次轉(zhuǎn)換時(shí)間為25s，工作電源為15V和+5V。其外型管腳見圖2-16， 2.2.6 模數(shù)轉(zhuǎn)換器Xian University of Science and Technology26/682022/7/262.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)6 微機(jī)保護(hù)對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要要求 對微機(jī)保護(hù)而言，選擇A/D轉(zhuǎn)換芯片時(shí)，主要考慮轉(zhuǎn)換時(shí)間、量化誤差和分辨率。量化誤差和分辨率是由A/D轉(zhuǎn)換器輸出的位數(shù)決定。1）A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換需要的時(shí)間為A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間。各個(gè)模擬量通道公用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，所以至少要求采樣間隔時(shí)間 ，與模擬量路數(shù)n、A/D轉(zhuǎn)換一路的時(shí)間 、讀取一次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果 的時(shí)間的關(guān)系為其中

18、，為時(shí)間余量。2）A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，決定了量化誤差大小，反映轉(zhuǎn)換的精度和分辨率，這對微機(jī)保護(hù)十分重要。 2.2.6 模數(shù)轉(zhuǎn)換器Xian University of Science and Technology27/682022/7/262.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 例如，A/D轉(zhuǎn)換器AD574A的分辨率是12位的，即該轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)據(jù)可以用個(gè)二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行量化，其分辨率為1LSB。如果用百分?jǐn)?shù)來表示分辨率時(shí)，其分辨率為 量化誤差和分辨率是統(tǒng)一的，量化誤差是由于有限數(shù)字對模擬量進(jìn)行離散取值而引起的誤差。因此，量化誤差理論上為一個(gè)單位分辨率，即 。提高分辨率可減少量化誤差。 2.2.6 模數(shù)轉(zhuǎn)換器Xian

19、 University of Science and Technology28/682022/7/262.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)7 基于A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)舉例圖2-18是常見的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與CPU連接的接線方式之一。 2.2.6 模數(shù)轉(zhuǎn)換器Xian University of Science and Technology29/682022/7/262.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2.2.7 基于VFC轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1.基于VFC的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成 電壓頻率轉(zhuǎn)換器VFC（Voltage Frequency Converter）是一種實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的器件。按照圖2-19的連接方式，實(shí)現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信

20、號的轉(zhuǎn)換功能。 2.2.7 基于VFC轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Xian University of Science and Technology30/682022/7/262.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2.VFC轉(zhuǎn)換器的電壓和頻率的關(guān)系VFC器件在直流輸入的條件下，輸入電壓為 ，輸出方波脈沖信號的頻率為f，則式中： VFC的轉(zhuǎn)換系數(shù)，一般為為常數(shù)。如果在一個(gè)采樣間隔 內(nèi)對計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行讀數(shù)的話，那么，相當(dāng)于在這個(gè)間隔 內(nèi)對脈沖“個(gè)數(shù)”進(jìn)行求和計(jì)算。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值與輸入電壓信號的積分成正比即：在交流輸入的條件下，在交流輸入的條件下，VFC在任意t時(shí)刻的輸出頻率與該時(shí)刻模擬量輸入電壓的瞬時(shí)值成正比，即 2.

21、2.7 基于VFC轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Xian University of Science and Technology31/682022/7/262.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)交流輸入條件下，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值與輸入電壓信號的積分也成正比即：因此，可以得出關(guān)于VFC的重要結(jié)論：VFC型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸出值與輸入電壓 的積分成正比，且比例系數(shù)為常數(shù)。 2.2.7 基于VFC轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Xian University of Science and Technology32/682022/7/262.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3.V/F轉(zhuǎn)換的分辨率與采樣頻率的關(guān)系 分辨率一般用A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量位數(shù)來衡量。 V

22、FC等效的位數(shù)取決于：1）VFC的最高頻率；2）采樣間隔和積分間隔的大小。 VFC的最大輸出數(shù)字量 與VFC最大頻率 之間的關(guān)系如下： 積分間隔數(shù)與采樣間隔之間的關(guān)系，如圖2-20所示。 2.2.7 基于VFC轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Xian University of Science and Technology33/682022/7/262.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4.V/F轉(zhuǎn)換型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點(diǎn) VFC構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有以下特點(diǎn)：（1）低通濾波。（2）抗干擾能力強(qiáng)。（3）位數(shù)可調(diào)。（4）與微型機(jī)的接口簡單。（5）實(shí)現(xiàn)多微型機(jī)共享。（6）易于實(shí)現(xiàn)同時(shí)采樣。（7）不適用于高頻信號的采集。 2.2.

23、7 基于VFC轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Xian University of Science and Technology34/682022/7/26 將DSP應(yīng)用于微機(jī)繼電保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)： 1）DSP具有良好的并行特性，并有專門設(shè)計(jì)的適于數(shù)字信號處理的指令系統(tǒng)等，與單片機(jī)相比具有更適合數(shù)字信號處理的優(yōu)點(diǎn)。 2）將DSP應(yīng)用于微機(jī)繼電保護(hù)，不但可以完成數(shù)據(jù)采集、信號處理的功能，還可完成以往主要由CPU完成的運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的繼電保護(hù)功能。2.3 基于DSP的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Xian University of Science and Technology35/682022/7/262.3.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件結(jié)

24、構(gòu) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2-21所示。2.3 基于DSP的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2.3.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)Xian University of Science and Technology36/682022/7/26 交流采樣通道的原理如圖2-22所示。2.3 基于DSP的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 運(yùn)放是在5V供電條件下，輸出電壓為-4.1+4.1V，因此當(dāng)信號最大量程時(shí)，對應(yīng)的運(yùn)放輸出幅值應(yīng)小于4.1V，否則運(yùn)放將發(fā)生電壓飽和。 當(dāng)互感器輸出電流為I時(shí)，運(yùn)放輸出的電壓 忽略對幅值的影響），為防止運(yùn)放發(fā)生電壓飽和，必須選擇合適的 、 。2.3.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)Xian University

25、of Science and Technology37/682022/7/26 TMS320VC33與A/D部分的接口如圖2-23所示。2.3 基于DSP的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) DSP通過調(diào)用程序存儲器中的程序?qū)Σ蓸拥臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理與計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果與存放在電可擦除可編程只讀存儲器（EEPROM）中的整定值進(jìn)行比較，以判別裝置是否出口。2.3.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)Xian University of Science and Technology38/682022/7/262.3.2 軟件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程序流程如圖2-24所示。2.3 基于DSP的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的主要功能是完成數(shù)據(jù)采集

26、、把數(shù)據(jù)讀取到數(shù)據(jù)存儲器、數(shù)據(jù)分析與處理、數(shù)據(jù)輸出。2.3.2 軟件設(shè)計(jì)Xian University of Science and Technology39/682022/7/262.4.1 CPU主系統(tǒng)的概述1.CPU主系統(tǒng)組成 一個(gè)基本的CPU主系統(tǒng)包括中央微處理器CUP、存儲器、晶振電路、復(fù)位電路、定時(shí)器、I/O接口等。 如果構(gòu)成計(jì)算機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)的是單片機(jī)，則稱為單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)。圖2-25即是一個(gè)最小應(yīng)用系統(tǒng)。 圖2-26為TMS320LF2407構(gòu)成的DSP應(yīng)用系統(tǒng)。2.4 CPU主系統(tǒng)2.4.1 CPU主系統(tǒng)的概述Xian University of Science and

27、Technology40/682022/7/262.微處理器 微處理器的核心是算術(shù)邏輯單元（ALU），為反映ALU運(yùn)算得到的某些結(jié)果，作為計(jì)算機(jī)判斷的依據(jù)，內(nèi)部設(shè)置了標(biāo)志字，此外還有累加器和若干個(gè)通用寄存器，作為暫時(shí)存放操作對象和中間運(yùn)算結(jié)果的地方。 微處理器的字長是一個(gè)標(biāo)志微機(jī)檔次的重要參數(shù)，微處理器發(fā)展到今天，已經(jīng)有4位、8位、16位和32位的產(chǎn)品。 2.4 CPU主系統(tǒng)2.4.1 CPU主系統(tǒng)的概述Xian University of Science and Technology41/682022/7/263.存儲器 存儲器用來存放程序、數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。其包括隨機(jī)存儲器和只讀存儲器。隨機(jī)

28、存儲器包括動態(tài)RAM、集成RAM、靜態(tài)RAM、揮發(fā)RAM；只讀存儲器包括掩模ROM、可編成ROM、可改寫EPROM、電可擦除E2PROM。 在微機(jī)繼電保護(hù)程序中，程序和常數(shù)多采用存放在可改寫的EPOROM中。采樣數(shù)據(jù)、中間運(yùn)算結(jié)果和標(biāo)志則需存放在RAM中。微機(jī)繼電保護(hù)的定值放在E2PROM中。2.4 CPU主系統(tǒng)2.4.1 CPU主系統(tǒng)的概述Xian University of Science and Technology42/682022/7/264.I/O接口 作為微機(jī)保護(hù)的I/O設(shè)備，都可以經(jīng)過可編程的并行接口芯片和可編程的串行接口芯片實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的連接。 輸入與輸出有兩種基本方法，1）

29、并行輸入/輸出，2）串行輸入/輸出。并行方式用于本地?cái)?shù)字信號的輸入/輸出，串行方式用于遠(yuǎn)方數(shù)字信號的輸入/輸出。2.4 CPU主系統(tǒng)2.4.1 CPU主系統(tǒng)的概述Xian University of Science and Technology43/682022/7/262.4.2 微機(jī)保護(hù)中的常用芯片的應(yīng)用特點(diǎn)1.單片機(jī)單片機(jī)與通用的微機(jī)相比其主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)表現(xiàn)在：（1）單片機(jī)的存儲器ROM和RAM是嚴(yán)格區(qū)分的。（2）采用面向控制的指令系統(tǒng)。（3）單片機(jī)的I/O引腳通常是多功能的。（4）單片機(jī)的外部擴(kuò)展能力強(qiáng)。單片機(jī)還有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）體積小成本低，運(yùn)用靈活，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。（2）面向控制，能

30、針對性地解決從簡單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)。（3）抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)溫度范圍為寬。（4）可以方便的實(shí)現(xiàn)分布式控制，使整個(gè)控制系統(tǒng)效率和可靠性大為提高。2.4 CPU主系統(tǒng)2.4.2 微機(jī)保護(hù)中的常用芯片的應(yīng)用特點(diǎn)Xian University of Science and Technology44/682022/7/262 數(shù)字信號處理器DSP DSP芯片特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號處理運(yùn)算的微處理器. 數(shù)字信號處理器DSP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)表現(xiàn)如下：（1）采用改進(jìn)型的哈佛結(jié)構(gòu)。（2）流水線操作。（3）片內(nèi)含有專用的硬件乘法器和高性能的運(yùn)算器及累加器。（4）特殊的DSP指令。（5）豐富的片內(nèi)存儲器和靈活的尋址方

31、式為數(shù)據(jù)處理提供了良好的條件。（6）新型的DSP不但具有數(shù)據(jù)處理能力，還繼承了A/D、比較器、捕獲器、PWM、串行口及看門狗等部件，為DSP廣泛應(yīng)用提供了資源條件。2.4 CPU主系統(tǒng)2.4.2 微機(jī)保護(hù)中的常用芯片的應(yīng)用特點(diǎn)Xian University of Science and Technology45/682022/7/263 ARM微處理器 ARM（AdvancedRISCMachines）是一類微處理器的統(tǒng)稱。 采用RISC架構(gòu)的ARM微處理器一般具有如下特點(diǎn)：（1）體積小、低功耗、低成本、高性能;（2）支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集,能很好的兼容8位/16位

32、器件；（3）大量使用寄存器,指令執(zhí)行速度更快;（4）大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成;（5）尋址方式靈活簡單,執(zhí)行效率高;（6）指令長度固定. 2.4 CPU主系統(tǒng)2.4.2 微機(jī)保護(hù)中的常用芯片的應(yīng)用特點(diǎn)Xian University of Science and Technology46/682022/7/262.5.1 微機(jī)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)通信功能及形式 1.功能(1）保護(hù)監(jiān)控 （2）分散錄波數(shù)據(jù)傳送2.通信接口的方式 1）在還沒有制定傳輸規(guī)約和傳輸網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，不同的制造廠商選用不同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。其共同特點(diǎn)是，大多采用現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，并且盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)芯片來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制功能。 2）在變電站的通

33、信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用發(fā)展過程中中，國內(nèi)變電站綜合自動化系統(tǒng)中微機(jī)保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)通信大多選用了CAN網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，所有產(chǎn)品都支持RS-232/422/485串口通信標(biāo)準(zhǔn)。 3）新一代微機(jī)保護(hù)采用以太網(wǎng)通信接口，使得變電站綜合自動化系統(tǒng)可由以太網(wǎng)來構(gòu)架通信網(wǎng)絡(luò)。2.5 微機(jī)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)通信2.5.1 微機(jī)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)通信功能及形式Xian University of Science and Technology47/682022/7/262.5.2 智能變電站的繼電保護(hù)通信1.智能變電站特征 “智能變電站”的概念是指：以環(huán)保、節(jié)能、可靠、先進(jìn)、集成的智能設(shè)備組合而成，信息共享標(biāo)準(zhǔn)化，自動的完成信息的采集、測量、控制、計(jì)

34、量、保護(hù)等功能，并支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)智能調(diào)節(jié)、自動控制、在線分析決策、協(xié)同互動等高級應(yīng)用功能的變電站。 智能變電站的典型特征如下：（1）智能化一次設(shè)備。（2）高級應(yīng)用互動化。（3）全站信息數(shù)字化。（4）信息共享標(biāo)準(zhǔn)化。（5）堅(jiān)強(qiáng)可靠的變電站。（6）網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備。2.5 微機(jī)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)通信2.5.2 智能變電站的繼電保護(hù)通信Xian University of Science and Technology48/682022/7/262.智能變電站網(wǎng)絡(luò)通信 智能變電站大量采用以太網(wǎng)（Ethernet），以太網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在： （1）系統(tǒng)擴(kuò)展性好，升級、更新方便；（2）以太網(wǎng)結(jié)合GOOSE技術(shù)，具有實(shí)時(shí)性

35、強(qiáng)、分優(yōu)先級、通信效率高的特點(diǎn)，可滿足實(shí)時(shí)控制要求；（3）以太網(wǎng)是全開放網(wǎng)絡(luò)，按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，不同廠商的設(shè)備可以很容易的實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，設(shè)備組網(wǎng)方便；（4）以太網(wǎng)通信速率高；（5）二次設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源共享；（6）系統(tǒng)擴(kuò)展性好，升級、更新方便；（7）軟、硬件成本低廉；（8）以太網(wǎng)可以采用不同的傳輸介質(zhì)，因此變電站可以采用抗干擾能力強(qiáng)的光纖通信介質(zhì)；2.5 微機(jī)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)通信2.5.2 智能變電站的繼電保護(hù)通信Xian University of Science and Technology49/682022/7/263.智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)對繼電保護(hù)的影響 智能變電站能夠集成原先面向某個(gè)特定

36、應(yīng)用或功能而設(shè)置的專用信息系統(tǒng)，形成統(tǒng)一的資源傳輸支撐平臺,達(dá)成站內(nèi)多源信息的應(yīng)用共享機(jī)制。 借此特性，智能變電站中完全地消除了信息交互孤島，可促進(jìn)站內(nèi)各二次系統(tǒng)單元的充分聯(lián)系，使繼電保護(hù)裝置能夠獲取更多的信息，經(jīng)融合后用以執(zhí)行故障綜合判斷處理，為集中式后備保護(hù)保護(hù)提供了便利條件。 2.5 微機(jī)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)通信2.5.2 智能變電站的繼電保護(hù)通信Xian University of Science and Technology50/682022/7/262.5.3 繼電保護(hù)在智能變電站的網(wǎng)絡(luò)中的配置 典型的智能變電站的結(jié)構(gòu)是三層兩網(wǎng)式的結(jié)構(gòu)，三層包括間隔層、過程層、站控層，所謂的兩網(wǎng)是指過程層網(wǎng)絡(luò)

37、、站控層網(wǎng)絡(luò)。在智能變電站三層兩網(wǎng)式的結(jié)構(gòu)下，其繼電保護(hù)的配置有以下三種方案。（1）常規(guī)保護(hù)配置方案 如圖2-27所示。 這種配置方案與傳統(tǒng)變電站的保護(hù)配置方案基本一致，全部按被保護(hù)對象進(jìn)行配置，基本不改變原有的保護(hù)原理，因此傳統(tǒng)的保護(hù)得以保留。2.5 微機(jī)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)通信2.5.3 繼電保護(hù)的配置Xian University of Science and Technology51/682022/7/26 2.5 微機(jī)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)通信圖2-27 智能變電站常規(guī)保護(hù)配置方案2.5.3 繼電保護(hù)的配置Xian University of Science and Technology52/682022/7

38、/26（2）集中式保護(hù)配置方案 如圖2-28所示。集中式保護(hù)裝置能夠獲取全站信息，在全站信息共享的基礎(chǔ)上，不僅能夠完成站內(nèi)所有設(shè)備繼電保護(hù)功能的同時(shí)，還能夠完成測控的功能。 2.5 微機(jī)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)通信圖2-28 智能變電站集中式保護(hù)配置2.5.3 繼電保護(hù)的配置Xian University of Science and Technology53/682022/7/26（3）分層式保護(hù)配置方案 如圖2-29所示。在分層配置的繼電保護(hù)方案中，將線路保護(hù)、變壓器保護(hù)配置在過程層，就近取得保護(hù)所需要的信息，不依托過程層交換機(jī)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立跳閘。 2.5 微機(jī)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)通信圖2-29 智能變電站分層保護(hù)配置2.

39、5.3 繼電保護(hù)的配置Xian University of Science and Technology54/682022/7/262.6.1 開關(guān)量輸入回路 開關(guān)輸入DI（Digital Input）簡稱開入，主要用于識別運(yùn)行方式、運(yùn)行條件等，以便控制程序的流程。1.安裝在裝置面板上的觸點(diǎn) 安裝在裝置面板上的觸點(diǎn)主要是指用于人機(jī)對話的鍵盤、各種切換裝置工作方式用的轉(zhuǎn)換開關(guān)、復(fù)位按鈕、定值區(qū)選擇的開關(guān)及其它按鈕等。 2.6 開關(guān)量的輸入及輸出回路2.6.1 開關(guān)量輸入回路Xian University of Science and Technology55/682022/7/26圖2-31所示

40、為用撥碼開關(guān)組成的定值區(qū)選擇電路。2.6 開關(guān)量的輸入及輸出回路2.6.1 開關(guān)量輸入回路Xian University of Science and Technology56/682022/7/262.6 開關(guān)量的輸入及輸出回路 為了防止由于干擾造成定值改變而引起保護(hù)誤動作，在面板上設(shè)有EEPROM允許或禁止固化（寫入）開關(guān)，只有當(dāng)此開關(guān)置于“允許”位置時(shí)方能改寫。其電路如圖2-32。2.6.1 開關(guān)量輸入回路Xian University of Science and Technology57/682022/7/26 鍵盤電路作為人機(jī)接口的重要部件，主要用來進(jìn)行定值整定、裝置調(diào)試及運(yùn)行中人

41、對裝置狀態(tài)的干預(yù)等。鍵盤輸入電路有兩種，一種是獨(dú)立式鍵盤，另一種是矩陣式鍵盤。 目前大部分微機(jī)保護(hù)裝置都采用44或33矩陣式鍵盤電路，典型電路如圖2-33所示。 在只需少量鍵盤時(shí)，可采用最簡單的獨(dú)立式鍵盤（見圖2-34）。2.6 開關(guān)量的輸入及輸出回路2.6.1 開關(guān)量輸入回路Xian University of Science and Technology58/682022/7/262.經(jīng)過外部端子排引入裝置的觸點(diǎn)2.6 開關(guān)量的輸入及輸出回路 從裝置外部經(jīng)過端子排引入裝置的觸點(diǎn),需經(jīng)光耦器件進(jìn)行隔離，以防觸點(diǎn)輸入回路引入的干擾，其原理接線如圖2-35所示。2.6.1 開關(guān)量輸入回路Xian University of Science and Technology5