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)是利用自動(dòng)化系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)和通信技術(shù)等高科技對(duì)的繼電愛惜、測(cè)量、限制、故障濾波、信號(hào)處理、運(yùn)動(dòng)裝置和自動(dòng)裝置等二次設(shè)備功能進(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)量和限制。本文主要探討了綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，并對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行解剖分析。【關(guān)鍵詞】：限制工程；平安生產(chǎn)；平安管理；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)）是指在各種硬件措施和自動(dòng)扮裝置的基礎(chǔ)上，利用數(shù)據(jù)分析、通信技術(shù)、限制技術(shù)和處理技術(shù)對(duì)的各類功能進(jìn)行組合和優(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)行的牢靠度。由于我國(guó)用電需求的增大，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的要求也越來越高，這便要求調(diào)度中心能夠獲得精確詳細(xì)的和電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行集中操作、集中限制和反事故措施等，通過無人值守的方式，不僅避開了人工操作的失誤，又能提高效率和電網(wǎng)運(yùn)行的平安性。隨著通訊技術(shù)和微機(jī)技術(shù)等科技的運(yùn)用，不僅變更以往的二次設(shè)備形式，也在縮減了的用地面積、削減電纜量、降低了成本、實(shí)現(xiàn)信息共享、簡(jiǎn)化系統(tǒng)等方面變更了以往的運(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家也接連推出各種綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，作為自身競(jìng)爭(zhēng)的籌碼，以滿足不同企業(yè)電網(wǎng)運(yùn)行需求。從上世紀(jì)九十年頭起先國(guó)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(guó)隨著數(shù)字化設(shè)備的不斷運(yùn)用和發(fā)展，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)也被廣袤的電網(wǎng)用戶所接受[3]。在電網(wǎng)中運(yùn)用綜自系統(tǒng)有兩個(gè)主要優(yōu)勢(shì)：（1）可以實(shí)現(xiàn)無人值守，削減確定的人工成本。（2）在中學(xué)壓的中運(yùn)用綜自系統(tǒng)可以綜合多種技術(shù)，接受更加牢靠的限制系統(tǒng)，提高運(yùn)行的平安性。2綜合自動(dòng)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)生變更，其功能、性能和牢靠性等都得到提升，的綜合自動(dòng)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(gè)I/O接口，對(duì)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(dòng)限制及愛惜等功能。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)完成微機(jī)的愛惜、監(jiān)控和調(diào)度等功能，只是不同的微型計(jì)算機(jī)擔(dān)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)可能須要擔(dān)當(dāng)多個(gè)回路的低壓線路微機(jī)愛惜計(jì)算；一臺(tái)監(jiān)控機(jī)須要負(fù)責(zé)人機(jī)聯(lián)系、數(shù)據(jù)的采集和處理等多個(gè)任務(wù)等，集中式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。顯示器顯示器調(diào)度限制調(diào)度限制中心計(jì)算機(jī)打印機(jī)開關(guān)信號(hào)輸入限制輸出直溝通采樣打印機(jī)開關(guān)信號(hào)輸入限制輸出直溝通采樣圖2-1集中式結(jié)構(gòu)形式集中式結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）可以對(duì)的數(shù)字量、開關(guān)量、模擬量等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，完成的實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、打印、制表等功能；（2）可以對(duì)的進(jìn)出線和主要設(shè)備進(jìn)行愛惜；（3）體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，較大的削減了用地面積；（4）成本低，對(duì)于小規(guī)模的較為好用。集中式結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：（1）功能較為集中在少數(shù)幾臺(tái)計(jì)算上，假如一臺(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。只有實(shí)行雙機(jī)并聯(lián)的運(yùn)行方式可以提高集中式系統(tǒng)的牢靠性；（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)的硬軟件都須要重新設(shè)計(jì)，造就工作量過大；（3）軟件設(shè)計(jì)較為困難，修改和調(diào)試工作太繁瑣；（4）和常規(guī)的一對(duì)一愛惜方式相比，集中式系統(tǒng)不夠直觀，且和維護(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(jiǎn)潔的愛惜。集中式系統(tǒng)在許多方面的處理都不夠志向，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)是依據(jù)功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，分散綜自系統(tǒng)的各個(gè)功能到多臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。這種系統(tǒng)實(shí)行主從CPU,多個(gè)CPU并行處理多發(fā)事務(wù)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(gè)功能之間實(shí)行串行或網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的方式更好的完成了數(shù)據(jù)通信，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)接受優(yōu)先級(jí)的方式也處理了數(shù)據(jù)傳輸問題。分布式系統(tǒng)假如局部發(fā)生故障不會(huì)對(duì)其他功能造成影響，且便利系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)張，這種模式在中低壓的中較常運(yùn)用，其模式結(jié)構(gòu)可見如2-2所示。計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)打印機(jī)調(diào)度限制中心通信打印機(jī)調(diào)度限制中心通信限制器操作限制處理器操作操作限制處理器操作限制處理器操作限制處理器操作限制處理器愛惜單元愛惜單元限制輸出溝通采樣愛惜單元愛惜單元限制輸出溝通采樣溝通采樣開關(guān)信號(hào)輸入開關(guān)信號(hào)輸入限制輸出開關(guān)限制TV限制開關(guān)限制TV限制TA變送器開關(guān)位置設(shè)備狀態(tài)圖2-2分布式結(jié)構(gòu)形式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(tái)和間隔層的兩層結(jié)構(gòu)，或者是站控臺(tái)、間隔層和通信層的三層結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是依據(jù)斷路器間隔和元件進(jìn)行設(shè)計(jì)的，由一個(gè)或多個(gè)智能限制單元負(fù)責(zé)單個(gè)斷路器間隔的數(shù)據(jù)采集、限制、愛惜等功能。測(cè)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旁邊。這種系統(tǒng)能夠較大程度的削減電纜的連接量和電磁干擾，具有較強(qiáng)的牢靠性，實(shí)現(xiàn)了故障之間互不影響，且利于系統(tǒng)的擴(kuò)展和維護(hù)，是目前綜自系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。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(duì)的二次設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)化，削減了限制室的運(yùn)用面積；（2）間隔限制單元實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化系統(tǒng)；（3）全部的間隔限制單元的功能都設(shè)置在間隔層中；（4）軟件限制全部的邏輯組態(tài)指示；（5）該系統(tǒng)的組態(tài)較為靈敏，便利檢修。打印機(jī)運(yùn)行工作站打印機(jī)運(yùn)行工作站操作操作限制中心電網(wǎng)限制中心GPS校時(shí)通信限制器GPS校時(shí)通信限制器智能采集設(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分層分布結(jié)構(gòu)形式3綜自系統(tǒng)的功能綜自系統(tǒng)主要有檢測(cè)、監(jiān)控、遠(yuǎn)傳和愛惜四個(gè)主要部分。3.1綜自系統(tǒng)監(jiān)測(cè)功能檢測(cè)功能是通過綜自系統(tǒng)對(duì)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精確的了解電網(wǎng)運(yùn)行狀況，能夠剛好實(shí)行應(yīng)急措施，系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)可以分為開關(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)控功能系統(tǒng)可以檢測(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)可以依據(jù)零序電流電壓增量、功率方法和相電壓降等方法來推斷接地相別和線路；同時(shí)可以通過電流電壓的計(jì)算來推斷投切電容器或者調(diào)整分接頭的位置。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)警事務(wù)時(shí)，遠(yuǎn)傳就會(huì)立刻向上級(jí)傳送該信息，便利調(diào)度人員剛好掌控該站的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。3.4綜自系統(tǒng)愛惜功能綜自系統(tǒng)的愛惜功能主要是利用微機(jī)愛惜裝置，不僅在運(yùn)用方面較為便利，并且具備較強(qiáng)的靈敏性及牢靠性。其主要具備以下特點(diǎn)：（1）具備實(shí)時(shí)自檢功能。它能針對(duì)愛惜柜，其中包括主機(jī)在內(nèi)的各個(gè)組件在線進(jìn)行檢查。（2）可通過運(yùn)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(duì)其進(jìn)行修改。（3）具備事故追憶功能。它能精確的記錄事故發(fā)生前后的母線電壓及線路電流。愛惜可選擇運(yùn)用以下幾種類型:（1）變壓器愛惜：包括本體愛惜(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)荷愛惜、過流愛惜(包括復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)、低壓?jiǎn)?dòng))、零序愛惜、帶二次諧波制動(dòng)的比例差動(dòng)愛惜、差電流速斷愛惜。（2）線路愛惜：包括零序電流、電壓和方向愛惜、定時(shí)限過電流愛惜、反時(shí)限過流愛惜、電流速斷愛惜、距離愛惜、方向性電流愛惜、雙回線方向橫差愛惜、高頻愛惜和低周減載愛惜。（3）母線愛惜：包括電流比相式母線愛惜和完全電流差動(dòng)母線愛惜。（4）電容器愛惜：包括相間低電壓愛惜、相間過電壓愛惜、零序過電壓愛惜、過流愛惜、電流速斷愛惜、反時(shí)限過流愛惜。4微機(jī)愛惜微機(jī)愛惜是以計(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)控愛惜功能。為了實(shí)現(xiàn)微機(jī)愛惜作用，微機(jī)愛惜裝置必需具備數(shù)據(jù)采集作用，可以把電壓互感器PT和電流互感器CT模擬信號(hào)精確剛好轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信息。同時(shí)人機(jī)對(duì)話工作界面可以完成告警行為記錄、定制輸入、愛惜調(diào)試等一系列功能。在計(jì)算技術(shù)發(fā)展的帶動(dòng)下，微機(jī)愛惜裝置的硬件設(shè)備功能變得更加強(qiáng)大，尤其為芯片和微處理器的發(fā)展為微機(jī)愛惜功能供應(yīng)了很好的技術(shù)支持。微機(jī)愛惜從CPU系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在的DSP技術(shù)，愛惜裝置更新很快，但是其硬件結(jié)構(gòu)基本相同，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)通過愛惜裝置A/D轉(zhuǎn)換、低通濾波、電平轉(zhuǎn)換、隔離等處理，使愛惜裝置能夠獲得現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況的精確數(shù)據(jù)，便利微機(jī)分析計(jì)算。檢測(cè)部分是對(duì)信號(hào)輸入處理過的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算分析，通過和定值的比較，產(chǎn)生“是”或“非”的一組邏輯信號(hào)，以推斷是否啟動(dòng)愛惜叮囑。邏輯推斷部分是依據(jù)檢測(cè)部分輸出信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，推斷斷路器是否跳閘或者是否發(fā)出信號(hào)，同時(shí)將叮囑輸送給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。常用邏輯指令有“非”、“和”、“或”、“記憶”和“延時(shí)”等。輸出執(zhí)行部分依據(jù)邏輯推斷輸送的信號(hào)來完成信號(hào)告警或跳閘等一系列動(dòng)作，并且在執(zhí)行相應(yīng)的愛惜動(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)行邏輯推斷監(jiān)測(cè)信號(hào)輸入現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備輸出執(zhí)行邏輯推斷監(jiān)測(cè)信號(hào)輸入圖2-4微機(jī)愛惜基本結(jié)構(gòu)4.1微機(jī)愛惜的硬件結(jié)構(gòu)微機(jī)愛惜裝置[5]通常是將功能不同的插件組合成完整的愛惜裝置，不同的插件為不同功能的模塊。假如依據(jù)功能進(jìn)行劃分插件可分為：愛惜CPU和監(jiān)控CPU插件、開關(guān)量輸入/輸出插件、人機(jī)對(duì)話插件、電源插件、溝通輸入/輸出插件等。微機(jī)愛惜裝置結(jié)構(gòu)原理如圖2-5所示。圖2-5微機(jī)愛惜裝置結(jié)構(gòu)原理數(shù)據(jù)采集器數(shù)據(jù)采集器一般采集來自電壓互感器PT和電流互感器的模擬信號(hào)，但是由于微機(jī)愛惜的計(jì)算機(jī)無法識(shí)別模擬信號(hào)，所以數(shù)據(jù)采集器可以進(jìn)行模擬濾波、電壓形成、模數(shù)轉(zhuǎn)換、多路轉(zhuǎn)換、采樣保持等處理，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。微機(jī)系統(tǒng)微機(jī)系統(tǒng)（微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）是由顯示器、微型計(jì)算機(jī)、輸入/輸出設(shè)備、電源等組成。其主要完成數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)自檢、故障處理和微機(jī)愛惜的主程序。微機(jī)主系統(tǒng)包括存儲(chǔ)器、微機(jī)處理器、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)起先慢慢運(yùn)用多CPU系統(tǒng)。通常微機(jī)愛惜在出現(xiàn)采樣脈沖信號(hào)使才會(huì)進(jìn)入中斷服務(wù)的程序，其他時(shí)候都是在自檢循環(huán)中。但是，微機(jī)愛惜的自檢功能僅僅可以檢測(cè)出軟硬件的故障，而元件出現(xiàn)問題就會(huì)使被愛惜的對(duì)象失去愛惜。容錯(cuò)技術(shù)可以使軟硬件具有冗余度，當(dāng)部分軟硬件出現(xiàn)問題時(shí)，系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行工作，這種技術(shù)比較適合用于時(shí)刻須要調(diào)整叮囑和輸出限制的系統(tǒng)，多重化技術(shù)可以在一套硬件發(fā)生故障時(shí)，發(fā)出報(bào)警信后，由另一套硬件接著完成工作，而不引起誤動(dòng)。圖2-6是一套CPU和DSP[6]組成的微機(jī)系統(tǒng)，其中DSP主要負(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)結(jié)果通過RAM的雙端口輸送到CPU，而CPU負(fù)責(zé)微機(jī)愛惜邏輯推斷、通信管理、開關(guān)量輸入/輸出計(jì)算等，這種系統(tǒng)利用了DSP（數(shù)字信號(hào)處理）運(yùn)算速度快的特點(diǎn)，由DSP完成全部繁重的數(shù)據(jù)計(jì)算，而CPU只需進(jìn)行愛惜邏輯推斷，避開單CPU多任務(wù)的沖突。圖2-6CPU+DSP組成的微機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖開關(guān)量輸入/輸出模塊微機(jī)愛惜不僅須要接受模擬信號(hào)，同時(shí)也須要接受發(fā)送開關(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)只能由開關(guān)量輸入/輸出模塊來接受和發(fā)送。開關(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)和人機(jī)對(duì)話模塊都存在開關(guān)量輸入/輸出插件，但是兩者插件的功能不同。開關(guān)量輸入/輸出插件在微型機(jī)主系統(tǒng)中主要是完成愛惜出口跳閘和遙信輸入，在人機(jī)對(duì)話模塊中主要是完成液晶顯示、按鍵輸入、愛惜通信和告警信號(hào)的發(fā)送等功能。開關(guān)量輸入電路可以分為內(nèi)部和外部?jī)煞N類型的開關(guān)量，其中內(nèi)部開關(guān)量有軟壓板和鍵盤輸入等，主要安置在面板觸電上，外部開關(guān)量有硬壓板、繼電器觸點(diǎn)等，主要反映外部裝置觸電狀況。內(nèi)部開關(guān)量是干脆接到微機(jī)并行接口的芯片上，而外部開關(guān)量通過光電耦合裝置將并行接口和開關(guān)量的回路隔離，如圖2-7所示，這種方式既可以傳遞K2外部觸點(diǎn)信息，又可以電氣隔離，確保微機(jī)愛惜的平安性。圖2-7開關(guān)量輸入模塊原理圖開關(guān)量輸出電路可以完成微機(jī)愛惜跳閘和合閘任務(wù)，這種電路可以將合、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)接口輸出限制了KM繼電器，同時(shí)也可以接受光電隔離的方法來提高整體抗干擾的實(shí)力。圖2-8開關(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的方法連接。由于數(shù)字信號(hào)不是限制合跳閘，所以對(duì)重要性和實(shí)時(shí)性要求不高，只需用一個(gè)并聯(lián)接口的輸出方式就可以完成信號(hào)輸出，同時(shí)間電耦合器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電平轉(zhuǎn)換還能電氣隔離。圖2-9數(shù)字信號(hào)接口人機(jī)對(duì)話模塊這種模塊是借助微處理器完成繼電愛惜調(diào)試、工作設(shè)定、定期檢查愛惜裝置、記錄各種愛惜動(dòng)作、系統(tǒng)通信等，其硬件結(jié)構(gòu)如圖2-10所示。圖2-10人機(jī)對(duì)話界面4.2微機(jī)愛惜的軟件設(shè)置軟件系統(tǒng)好壞不僅影響到愛惜裝置的穩(wěn)定性，還能提高愛惜性能的靈敏性。隨著硬件結(jié)構(gòu)的提升，也會(huì)加強(qiáng)微機(jī)愛惜系統(tǒng)功能，因此，在微機(jī)愛惜的軟件設(shè)計(jì)中須要留意系統(tǒng)的精確性、牢靠性、繼承性、可讀性、易修改和維護(hù)等。在增加系統(tǒng)的繼承性和可讀性時(shí)，系統(tǒng)接受了高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行程序編制。但是涉及硬件電路限制時(shí)，系統(tǒng)同時(shí)接受匯編語(yǔ)言相結(jié)合的方式。依據(jù)結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)想法，進(jìn)行模塊化思路設(shè)計(jì)不同功能的模塊，每塊功能不同模塊間實(shí)現(xiàn)相互獨(dú)立，且模塊均運(yùn)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)愛惜都是雙CPU的結(jié)構(gòu)，即由愛惜和監(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，下面以愛惜CUP系統(tǒng)為探討對(duì)象分析其程序。愛惜CPU系統(tǒng)該部分系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)控和各項(xiàng)實(shí)時(shí)性標(biāo)準(zhǔn)低的幫助功能。從愛惜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(gè)程序。在愛惜裝置硬件復(fù)位或上電以后，系統(tǒng)首先進(jìn)行初始化，其中包括讀取全部開關(guān)量輸入的、狀態(tài)、定時(shí)器初始化、定義硬件電路開關(guān)量輸入和輸出系統(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各種標(biāo)記的設(shè)置，并進(jìn)行初始化自檢。自檢是通過軟件自動(dòng)對(duì)硬件系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及主要元器件進(jìn)行檢測(cè)，確保系統(tǒng)元器件以及工作完好。在自檢過程中可以剛好發(fā)覺愛惜裝置中出現(xiàn)的問題，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，剛好閉鎖愛惜出口，再由技術(shù)人員解除故障。因此，自檢功能是微機(jī)愛惜裝置中獨(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)愛惜裝置運(yùn)行的時(shí)候，針對(duì)實(shí)時(shí)性要求高且后續(xù)出現(xiàn)運(yùn)算的部件進(jìn)行自檢，便利剛好發(fā)覺問題，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)愛惜裝置復(fù)位或上電時(shí)進(jìn)行全面性自檢，由于此時(shí)的時(shí)間較為足夠，允許進(jìn)行全面的自檢，其中自檢的主要內(nèi)容包括：程序、定值、輸出通道、ROM、RAM\以及FLASH等，確保微機(jī)愛惜在投入運(yùn)用時(shí)是完好的。在初始自檢順當(dāng)通過后，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，隨后將進(jìn)入自檢循環(huán)的流程。圖2-11愛惜CPU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)自檢循環(huán)程序[7]為實(shí)現(xiàn)愛惜裝置的軟件和硬件的自檢，其接受了分時(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)告文件處理、人機(jī)對(duì)話處理、通信任務(wù)處理以及調(diào)試任務(wù)的處理。正常狀況下，自檢循環(huán)系統(tǒng)是無限循環(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)完成后，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）自檢程序和采樣服務(wù)程序的時(shí)序關(guān)系式中TS代表一個(gè)完整的采樣周期。CYZD表示的是一個(gè)完整的采樣中斷服務(wù)程序的流程，MN表示自檢循環(huán)程序的整個(gè)流程。當(dāng)微機(jī)愛惜主程序中斷后，每隔一個(gè)系統(tǒng)接受周期，定時(shí)器就立刻發(fā)出一個(gè)接受脈沖，假設(shè)定時(shí)器在A點(diǎn)發(fā)出接受脈沖且出現(xiàn)中斷，則微機(jī)系統(tǒng)將自動(dòng)將此處的工作進(jìn)行愛惜，隨后將實(shí)行一套完整的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)?fù)原執(zhí)行，直到下一個(gè)中斷B點(diǎn)，AB段自檢循環(huán)程序運(yùn)用的時(shí)間為t2，采樣周期Ts則為t1+t2。此后，假如系統(tǒng)愛惜裝置無復(fù)位且無故障操作，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。采樣中斷服務(wù)程序的功能繼電愛惜系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求很高：第一，需實(shí)時(shí)了解運(yùn)行狀況，也就是隨時(shí)采集開關(guān)量輸入信號(hào)以及各種模擬量；另外，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，需立刻判別短路的區(qū)域或位置，并切除該部分。為了滿足繼電愛惜的實(shí)時(shí)性以及快速性的要求，微機(jī)的中斷機(jī)可以有效的實(shí)現(xiàn)。從以下面2-13圖中可以看出，采樣中斷服務(wù)程序的主要功能除了對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行周期性采集以及處理外，還需對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行首發(fā)、自檢以及故障處理等任務(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)采集以及處理主要是對(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)依據(jù)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)完成在中斷服務(wù)時(shí)需快速執(zhí)行的通信任務(wù)。在中斷服務(wù)程序中還有少量的自檢任務(wù)，在中斷程序中執(zhí)行自檢任務(wù)的主要緣由是最新的數(shù)據(jù)會(huì)立刻對(duì)后續(xù)愛惜功能的正確性做出影響，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)閉鎖愛惜。在微機(jī)愛惜系統(tǒng)中通過運(yùn)用啟動(dòng)元件的方式對(duì)故障擾動(dòng)進(jìn)行靈敏且快速的監(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)行故障處理，最終推斷故障是否在區(qū)內(nèi)。將故障處理程序和啟動(dòng)元件相結(jié)合的主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①啟動(dòng)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的運(yùn)行效率。②可以通過了解啟動(dòng)云間的動(dòng)作時(shí)間來推斷故障發(fā)生的時(shí)間，便利故障處理程序成功獲得故障發(fā)生前后的數(shù)據(jù)，確保計(jì)算的精確以及故障的判別。③微機(jī)愛惜系統(tǒng)的出口繼電器的電源，只在啟動(dòng)元件啟動(dòng)后才投入，這樣可以提高了出口回路的牢靠性。一般狀況下依據(jù)被愛惜設(shè)備的不同，故障處理程序也有不同的選擇。就拿線路愛惜來說，故障處理程序包括：過流愛惜、零序愛惜以及縱聯(lián)愛惜等故障處理程序。5常用的微機(jī)愛惜算法和比較微機(jī)愛惜的算法中軟件是最為主要的問題，其關(guān)鍵考慮的是計(jì)算的速度及精度，而其速度有包括兩個(gè)方面：一是算法的運(yùn)算工作量，而是算法時(shí)要求的采樣點(diǎn)數(shù)，和此同時(shí)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)愛惜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正弦函數(shù)，對(duì)正弦電流、電壓選取采樣值，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，再依據(jù)數(shù)據(jù)的比較和推斷，完成微機(jī)愛惜動(dòng)作。這種算法將非周期和諧波重量視為噪音和干擾信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，一般會(huì)在基波上疊加非周期和各種諧波重量。所以須要愛惜裝置預(yù)先對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行處理，在最大限度濾掉衰減非周期和各種諧波重量后，再運(yùn)用這種算法，可以削減誤差的出現(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。采樣值積算法采樣值積算法是連續(xù)采樣相同時(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)算方法可以規(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)相同時(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如下所示：（2.4）在采樣值積算法[15]中時(shí)間間隔Δt可以是一個(gè)很短的采樣間隔，在理論上計(jì)算過程中所須要用到的時(shí)間窗很短，但是運(yùn)算中涉及到加減法、乘除法、開方和平方的困難運(yùn)算，這些都加長(zhǎng)了運(yùn)算時(shí)間，因此在實(shí)際運(yùn)用中這種算法并不常用。導(dǎo)數(shù)算法導(dǎo)數(shù)算法是由澳大利亞著名科學(xué)家Morrison和Mann于1971年提出，這種算法基于正弦函數(shù)和余弦函數(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）式中可以得到：（2-7）這種算法只須要采樣一個(gè)時(shí)間間隔，因此在所須要的用到的數(shù)據(jù)窗比較短。但是這種算法簡(jiǎn)潔產(chǎn)生誤差，這種誤差一種是來自差分求導(dǎo)近似產(chǎn)生的誤差，另一種是來自電流和電壓平均值替代產(chǎn)生的誤差。半周積分算法[16]該算法是依據(jù)隨意半個(gè)周期中正弦量的確定值積分是常量S，而且積分起點(diǎn)初相角和積分常量S無關(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)算如下：（2-8）=（2-9）≈（2-10）這種算法的運(yùn)算量不大，接受簡(jiǎn)潔硬件或者軟件程序就可以計(jì)算出，但是運(yùn)算結(jié)果的誤差比較大，比較適合用于要求較低的一些電流和電壓愛惜。在計(jì)算半周積分值時(shí)，部分正負(fù)的諧波半周將相互抵消，而未被抵消剩余部分占總體比例不高。因而，這種算法具有確定濾波的作用，但是并不能濾除全部的濾波重量，在運(yùn)用的過程中仍須要搭配濾波器一同運(yùn)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、各種諧波和直流重量，不是簡(jiǎn)潔的純電流電壓的正弦函數(shù)。假如接受正弦函數(shù)的運(yùn)算方法，必需預(yù)先進(jìn)行濾波處理，而運(yùn)算和濾波所用的總時(shí)間及運(yùn)算的容量將會(huì)特殊大，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)愛惜最常用的一種運(yùn)算方法，它可以分解周期函數(shù)為正弦重量和余弦重量，并且這種運(yùn)算方法本身可以區(qū)分出基波和諧波，具有很好濾波