第一章第一節(jié)自動(dòng)裝置及其數(shù)據(jù)的采集處理

第一節(jié)自動(dòng)裝置的組成第二節(jié)采樣、量化與編碼技術(shù)第三節(jié)交流采樣的電量計(jì)算和前置算法第一章自動(dòng)裝置及其數(shù)據(jù)的采集處理一、硬件組成方式

目前電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)形式主要有3種：（一）、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：對控制功能單一、簡單的自動(dòng)裝置所需采集的電氣量不是很多，采用此系統(tǒng)就可滿足運(yùn)行要求，例如同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)并列裝置（二）、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：對控制功能要求高、軟件任務(wù)重的系統(tǒng)，例如：發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，大多采用此系統(tǒng)。（三）、集散系統(tǒng)和現(xiàn)場總線系統(tǒng)：分散的多對象的成套監(jiān)控裝置則采用DCS或FCS，例如發(fā)電廠、變電所一些遠(yuǎn)動(dòng)裝置以及熱電廠機(jī)爐集控系統(tǒng)第一節(jié)

自動(dòng)裝置的組成定義：定義較為廣泛，這里把簡單的、借助于特定開發(fā)平臺才能編程的系統(tǒng)。(面向單片機(jī)，pc機(jī))組成；傳感器、采樣保持器、模擬多路開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)化器、存儲(chǔ)器、通信單元、中央處理單元及外設(shè)等部分組成（一）微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)電力系統(tǒng)用的較多的為模擬變送器。輸入信號為被測參數(shù)；直流接口：輸出量為與其輸入量成正比（可供微機(jī)采樣）的直流電壓或者電流信號。交流接口：輸出量為與輸入?yún)?shù)成比例的、幅值較小的交流電壓。數(shù)據(jù)采集裝置要對多路模擬量進(jìn)行采集。速度要求不高的場合，采用公共的A/D轉(zhuǎn)化器，分時(shí)對各路模擬量進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換。在一個(gè)特定時(shí)間內(nèi)，只允許一路模擬信號輸入到A/D轉(zhuǎn)換器。目的是簡化電路，降低成本。A/D轉(zhuǎn)換器完成一路轉(zhuǎn)化需要一定時(shí)間，希望其輸入端的模擬信號電壓保持不變。采用S/H

基本電路組成，由模擬開關(guān)、保持電容器和緩沖放大器組成。目前采樣/保持電路大多集成在單一芯片,芯片內(nèi)不含保持電容器，用戶根據(jù)需要選擇。功能：模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

A/D轉(zhuǎn)換器是影響數(shù)據(jù)采集速率和精度的主要因素之一。功能：存儲(chǔ)程序、參數(shù)和數(shù)據(jù)，是核心部件通信單元6.通信單元通信單元與上位機(jī)通信。通信單元包括通信控制器與通信收發(fā)器兩個(gè)部分。通信控制器用來控制通信過程，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)器用來處理通信的物理層功能。包括物理引線的排列、機(jī)械特性和物理電平

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成7.CPU及外部設(shè)備

自動(dòng)裝置的核心部件。對系統(tǒng)的工作進(jìn)行控制和管理。對采集到的數(shù)據(jù)作必要處理，然后根據(jù)要求作出判斷和指令。

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)簡單容易實(shí)現(xiàn)滿足中、小規(guī)模自動(dòng)裝置的要求環(huán)境適應(yīng)強(qiáng)價(jià)格低廉微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成：

穩(wěn)壓電源、機(jī)箱、不同功能的總線模板，鍵盤等外設(shè)2.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)內(nèi)部總線：

STD總線、PC104總線等早期多采用STD總線（工業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)總線）對56根線做了合理的安排，信號之間的隔離，消除了大部分總線的干擾。單元為小模板結(jié)構(gòu)，每塊模板功能具有相當(dāng)?shù)莫?dú)立性，實(shí)現(xiàn)了板級功能的分散。（二）、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)STD總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖CPU單元

STD總線的主處理單元。包含處理數(shù)據(jù)、地址和各種控制功能，并且控制其他單元的工作。負(fù)責(zé)整個(gè)工控系統(tǒng)的計(jì)算、數(shù)據(jù)處理和控制等工作

一般含有高速的CPU和協(xié)處理器，能夠與計(jì)算機(jī)PC/XT總線兼容。STD總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)組成2.A/D單元

數(shù)模轉(zhuǎn)換的接口。模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)讀取的時(shí)間可由CPU單元控制，也可由外部觸發(fā)來決定。STD總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)組成3.存儲(chǔ)器單元

作為通用存儲(chǔ)器的擴(kuò)展卡，含有STD接口、譯碼、存儲(chǔ)器、后備電池等，可防止失電后數(shù)據(jù)丟失。

4.系統(tǒng)支持單元

為STD－PC提供系統(tǒng)支持的單元。包含設(shè)置開關(guān)、后備電池、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、看門狗定時(shí)器、上電復(fù)位電路、交流掉電電路、總線終端網(wǎng)絡(luò)及通信口。

STD總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)組成5.定時(shí)器單元

STD總線的獨(dú)立外設(shè)，具有可編程邏輯電路、選通電路和輸出信號。完成定時(shí)、記數(shù)、實(shí)現(xiàn)“看門狗”功能

6.I/O單元

實(shí)現(xiàn)開關(guān)量輸入輸出的功能單元。電平輸出，功率輸出。各種信號均具有鎖存功能。

STD總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)組成7.鍵盤顯示板

鍵盤輸入、顯示輸出、打印機(jī)接口。

STD總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)組成8、電源對電源的技術(shù)要求：輸入電壓側(cè)帶交流濾波，輸出側(cè)具備過壓與過流保護(hù)較高的工作可靠性和抗干擾能力低功耗系統(tǒng)功能強(qiáng)大可靠性和實(shí)時(shí)性強(qiáng)實(shí)現(xiàn)板級的分散實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、過程中斷系統(tǒng)豐富的人－機(jī)界面眾多的軟件、硬件支持工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)（三）、集散系統(tǒng)和現(xiàn)場總線系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖數(shù)據(jù)采集測控站：組成：由單片機(jī)數(shù)據(jù)采集控制裝置組成，位于生產(chǎn)設(shè)備附近作用：獨(dú)立采集數(shù)據(jù)和預(yù)處理。傳輸信號至上位機(jī)，接收上位機(jī)控制信號進(jìn)行現(xiàn)場控制1、集散系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展的產(chǎn)物。其組成：集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上位機(jī)：采用工業(yè)控制機(jī)或工作站，配置打印機(jī)和其外設(shè)。采用雙機(jī)熱備用方式

作用：上傳數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)。系統(tǒng)協(xié)調(diào)集中顯示或打印各種報(bào)表根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，確定控制的參數(shù)和方法。將結(jié)果通過通信線路下達(dá)給相應(yīng)的測控站。（三）、集散系統(tǒng)和現(xiàn)場總線系統(tǒng)系統(tǒng)適應(yīng)性強(qiáng)，其規(guī)模可根據(jù)實(shí)際情況建設(shè)系統(tǒng)分散，單一站的故障不會(huì)影響到系統(tǒng)，可靠性提高各個(gè)站的并行結(jié)構(gòu)，可解決大型、高速、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的需要，實(shí)時(shí)性能好。數(shù)據(jù)要集中處理，對上位機(jī)具有一定的技術(shù)要求“準(zhǔn)分布式控制”集散系統(tǒng)特點(diǎn)（三）、集散系統(tǒng)和現(xiàn)場總線系統(tǒng)2、現(xiàn)場總線系統(tǒng)（三）、集散系統(tǒng)和現(xiàn)場總線系統(tǒng)現(xiàn)場總線是自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、通訊技術(shù)的交叉與集成結(jié)果。它將分散在現(xiàn)場的測量控制設(shè)備變成網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)，以現(xiàn)場總線為紐帶，連接成為可相互溝通信息、共同完成自控任務(wù)的的網(wǎng)絡(luò)型控制系統(tǒng)。組成：

現(xiàn)場總線主節(jié)點(diǎn)（主設(shè)備、主站）：

整個(gè)現(xiàn)場總線的協(xié)調(diào)者，在總線上完成信息發(fā)起的功能。提供人機(jī)接口

現(xiàn)場總線系統(tǒng)（三）、集散系統(tǒng)和現(xiàn)場總線系統(tǒng)現(xiàn)場總線從節(jié)點(diǎn)（從設(shè)備、從站）：現(xiàn)場總線系統(tǒng)終端設(shè)備運(yùn)行的執(zhí)行者不能在總線上主動(dòng)發(fā)起通信，可以完成接收、查詢功能。所有測控的工作都可以下放到從節(jié)點(diǎn)中。使現(xiàn)場總線成為完全的分布控制系統(tǒng)

路由是指路由器從一個(gè)接口上收到數(shù)據(jù)包，根據(jù)數(shù)據(jù)包的目的地址進(jìn)行定向并轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)接口的過程。中繼：是一交換機(jī)與其它交換機(jī)間連接的接口，完成局間的信令過程和話路接續(xù)路由器：

路由、中繼、數(shù)據(jù)交換作用全數(shù)字化開放系統(tǒng)，即同類總線具有相同的協(xié)議和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，良好的互操作性和互用性，也即可替代性現(xiàn)場設(shè)備具有高智能化和自治性“分布式控制”現(xiàn)場總線系統(tǒng)特點(diǎn)（三）、集散系統(tǒng)和現(xiàn)場總線系統(tǒng)信號采集與處理程序：

采集信息包括模擬信號和數(shù)字信號兩種。模擬信號進(jìn)行采集、標(biāo)度變換、濾波處理及二次數(shù)據(jù)計(jì)算，并將數(shù)據(jù)存入相應(yīng)地址的存儲(chǔ)單元2.運(yùn)行參數(shù)設(shè)置程序：對系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置。包括采樣通道號、采樣點(diǎn)數(shù)、采樣周期、信號量程范圍等。二、軟件3.系統(tǒng)管理（主控制）程序：

將各個(gè)功能模塊組織成一個(gè)程序系統(tǒng)，

管理和調(diào)用各個(gè)功能模塊程序。管理數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)和輸出。4.通信程序：