华电电力系统自动化第19讲-数据采集与处理.ppt

North China Electric Power University第十六讲 数据采集与处理l肖仕武，薛安成lOffice:J5B309lTel:80794899数据采集数据采集的的开关量输入电路开关量输入电路开关量输出电路开关量输出电路模拟量输入电路模拟量输入电路模拟量输出电路模拟量输出电路第二章 数据采集与处理 9/17/20242电力系统运行控制所需要的信息遥测量遥测量母线电压母线电压各线路的有功、无功功率或电流各线路的有功、无功功率或电流变压器有功、无功功率、分接头档位变压器有功、无功功率、分接头档位发电机发电机/电厂所发有功、无功出力电厂所发有功、无功出力电站电站/厂，线路有功电度厂，线路有功电度系统频率系统频率水库水位水库水位气象数据气象数据遥信量遥信量断路器的合、分状态断路器的合、分状态隔离刀闸的合、分状态隔离刀闸的合、分状态各个元件保护状态各个元件保护状态自动装置的动作状态自动装置的动作状态事故总信号事故总信号9/17/20243数据采集与控制的基本硬件结构 9/17/20244开关量输入基本硬件结构 9/17/20245隔离电路1 1、、继电器隔离器隔离2 2、、光光电隔离隔离 9/17/20246滤波去抖电路 9/17/20247三态门的工作原理 9/17/20248锁存器 (1) 为低电平、为低电平、G G为高电平时，输出端状态和输入端状为高电平时，输出端状态和输入端状态相同，即输出跟随输入态相同，即输出跟随输入(2)(2)当当 为低电平、为低电平、G G电平降为低电平时（下降沿），输电平降为低电平时（下降沿），输入端数据锁入内部寄存器中，内部寄存器的数据与输入端数据锁入内部寄存器中，内部寄存器的数据与输出端相同。

当出端相同当G G电位保持为低电平时，输入端数据变化电位保持为低电平时，输入端数据变化不会影响输出端状态不会影响输出端状态3)(3)当当 为高电平时锁存器缓冲三态门封闭，即输出端为高电平时锁存器缓冲三态门封闭，即输出端为高阻态为高阻态74LS373的输入端的输入端D0-D7与输出端与输出端Q0-Q7隔隔离离9/17/20249地址译码电路74HC13874HC138的真的真值表表9/17/202410输入/输出的控制方式 •查询方式方式 •中断方式中断方式 •直接存直接存储器存取方式器存取方式 同步传输方式同步传输方式9/17/202411开关量输出电路9/17/202412模拟量输入 基于逐次逼近型基于逐次逼近型A/DA/D转换的模拟量输入电路转换的模拟量输入电路9/17/202413模拟量输入传感器、变送器传感器、变送器传感器将非电量物理量转换为电量物理量传感器将非电量物理量转换为电量物理量变送器将电量物理量转换为计算机可以处理的变送器将电量物理量转换为计算机可以处理的电压电流范围电压电流范围一次一次PT将高压电转换为将高压电转换为0～～100v的次级电压的次级电压 一次一次CT将大电流转换为将大电流转换为0～～5A的二次电流的二次电流电压、电流变送器将这些范围的信号转换为电压、电流变送器将这些范围的信号转换为0～＋～＋5v的电压信号或的电压信号或4～～20mA的电流信号的电流信号功率变送器的输出为双极性－功率变送器的输出为双极性－5v~+5v的电压范围的电压范围9/17/202414电压形成回路将 以上的频率的谐波过滤掉9/17/202415采样保持 保保持持期期间间，，S S断断开开，，由由于于A2A2的的高高输输入入阻阻抗抗，，使使得得保保持持电电容容ChCh的的电电压输出保持充电时的最高值。

压输出保持充电时的最高值 采样期间，采样期间，S S闭合，闭合，A1A1通过通过S S向向ChCh充电，使输出随输入变化而变化充电，使输出随输入变化而变化此时电路处于自然采样状态此时电路处于自然采样状态9/17/202416多路转换器 各个模拟量在多路转换开关的控制下分时地逐一经各个模拟量在多路转换开关的控制下分时地逐一经A/DA/D转换器转换器转换，每次只选通一路对多路开关的要求是断开时开路阻抗无转换，每次只选通一路对多路开关的要求是断开时开路阻抗无穷大，导通时阻抗为穷大，导通时阻抗为0 0，切换速度快，工作可靠切换速度快，工作可靠常见的多路开关有常见的多路开关有CD4051B，，AD7506等等模拟量多路开关由三部分组成模拟量多路开关由三部分组成1 地址输入缓冲和电平转换使得输入端对地址输入缓冲和电平转换使得输入端对TTL，，CMOS逻辑电逻辑电平兼容平兼容2 译码和驱动把地址译为通道号代码译码和驱动把地址译为通道号代码3 模拟开关，对应通道的模拟开关导通，将该通道的输入模拟模拟开关，对应通道的模拟开关导通，将该通道的输入模拟电压引至输出端电压引至输出端9/17/202417多路转换器• 若输入模拟通道数目超过若输入模拟通道数目超过16，需多片，需多片AD7506，，这时这时需要增加译码器进行片选。

需要增加译码器进行片选• AD7506导通时导通电阻约导通时导通电阻约400Ω，，由于不接近由于不接近0，，所以负载电阻一定要比较大，一般在输出后增加一所以负载电阻一定要比较大，一般在输出后增加一级电压跟随器以提高输入阻抗级电压跟随器以提高输入阻抗9/17/202418模/数转换 逼近寄存器逼近寄存器SARSARD/AD/A转器转器比较器比较器时序和控制逻时序和控制逻辑电路辑电路9/17/202419电压电压————频率变换型频率变换型A/DA/D变换变换 l产生的脉冲频率正比于输入电压的大小产生的脉冲频率正比于输入电压的大小 l工作稳定，线性度高、电路简单工作稳定，线性度高、电路简单 l抗干扰能力强抗干扰能力强 l采样电路的速度是有一定限制采样电路的速度是有一定限制9/17/202420采样方式三种模拟量三种模拟量快速变化的交流量：如交流电压、电流、功率等快速变化的交流量：如交流电压、电流、功率等缓慢变化的直流量：如控制母线的直流电压、操缓慢变化的直流量：如控制母线的直流电压、操作母线的直流电压作母线的直流电压缓慢变化的非电量：如温度、压力、水位等缓慢变化的非电量：如温度、压力、水位等。

9/17/202421采样方式•只只针针对对交交流流信信号号的的采采集集直直接接将将交交流流信信号号变变送送为为0 0～～5V5V的的交交流流电电压压信信号号送送至至A/DA/D转转换换器器进进行行转转换换，，即即采采集集交交流流信信号号的的瞬瞬时时值值，，然然后后采采用用算算法法计计算算电电压压、、电电流流的的有效值及利用电压电流计算功率有效值及利用电压电流计算功率直流采样直流采样交流采样交流采样l直流电量：利用直流电量变送器将实际的电压电流直流电量：利用直流电量变送器将实际的电压电流值转换为值转换为0～～5V的直流电压的直流电压 l交流电量：采用交流电压、电流和功率变送器将相交流电量：采用交流电压、电流和功率变送器将相应原始信号转换为应原始信号转换为0～～5V或或0～～±5V的直流电压信号的直流电压信号l非电量：利用专用的温度变送器、压力变送器非电量：利用专用的温度变送器、压力变送器9/17/202422采样方式直流采样的特点直流采样的特点l对对A/D转换器转换速率要求不高，软件算法简单，程转换器转换速率要求不高，软件算法简单，程序可靠性高序可靠性高l经过整流和滤波环节，抗干扰能力较强。

经过整流和滤波环节，抗干扰能力较强l直流采样输入回路常采用直流采样输入回路常采用RC电路滤去整流后的纹波，电路滤去整流后的纹波，采样实时性差，无法反映被测量的波形，因此不适用采样实时性差，无法反映被测量的波形，因此不适用于微机保护和故障录波于微机保护和故障录波l需要变送器屏需要变送器屏9/17/202423采样方式交流采样的特点交流采样的特点l实时性好实时性好l能反映实际波形能反映实际波形l可以省略功率变送器，功率由算法计算得到可以省略功率变送器，功率由算法计算得到l对对A/D转换器和采样保持器要求较高，要求一转换器和采样保持器要求较高，要求一个周期内必须有足够的采样点数，要求个周期内必须有足够的采样点数，要求A/D转转换器转换速度高换器转换速度高l采样和计算的程序比较复杂采样和计算的程序比较复杂9/17/202424模拟量输出 9/17/202425D/A转换器基本原理 9/17/202426D/A转换器的结构 9/17/202427。