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1、第一章 自动装置及其数据的采集处理,齐郑 教5B区102 80798596,North China Electric Power University,page2,2019/7/15,内容,一、自动装置的组成,二、采样、量化与编码技术,三、交流采样的电量计算和前置算法,North China Electric Power University,page3,2019/7/15,自动装置的组成,自动装置,(1)、硬件,(2)、软件,(1)、微型计算机系统,(2)、工业控制计算机系统,(3)、集散控制系统 现场总线系统,(1)、系统软件(嵌入式系统),(2)、应用软件,(1)、信号采集,(2)、参数
2、设置,North China Electric Power University,page4,2019/7/15,微机型装置的原理,根本原理,模拟信号,数字信号,微机型自动装置CPU,North China Electric Power University,page5,2019/7/15,微机型装置的原理,时间（ms）,电压或电流波形（V）,North China Electric Power University,page6,2019/7/15,微机型装置的原理,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,page7,2019/7/15,硬件结构分类,1、微型计算机系统,2、工业控制计算机系统,3、集散控制系统(Distributed Control System-DCS) 现场总线系统(Fieldbus Control System-FCS),对于控制功能单一的自动
4、装置,其输入输出的电气量较少,适于采用微型计算机系统,如同步发电机自动并列装置.,对于控制功能要求较高,软件开发任务繁重的系统,适于采用工控机系统,如发电机励磁自动调节系统.,对于分散的多对象的成套监测控制装置适于采用DCS或FCS,如发电厂、变电站远动装置和电厂机炉集控系统。,North China Electric Power University,page8,2019/7/15,微型计算机系统,定义（本课程）：把较简单的、借助于特定开发平台才能编程的系统称为微型计算机系统。,微型计算机系统,1 传感器,2 采样保持器,3 模拟多路开关,4 A/D转换器,5 存储器,6 通信单元,7 中央
5、处理单元CPU,8 外部设备,North China Electric Power University,page9,2019/7/15,微型计算机系统,装置硬件结构,North China Electric Power University,page10,2019/7/15,微型计算机系统,1、传感器：将非电量（压力、温度、转速）和电量（电压、电流、功率）转换为对应的计算机可以接受的弱电压信号,2、模拟多路开关：在采样速度要求不高的场合，一般采用公用A/D转换器。在每一个时刻中只将一路模拟信号输入到A/D.目的简化电路，降低成本。,3、采样/保持器：A/D转换器完成信号转换需要一段时间，在这
6、段时间内,输入到A/D的模拟信号需保持不变，由S/H完成。,North China Electric Power University,page11,2019/7/15,微型计算机系统,5、存储器：用于计算机数据缓存，提供进一步的数据处理。,6、通信单元：包括通信控制器和通信收发器。 通信控制器用于控制通信过程，确定通信的数据、地址以及建立/拆除通信的数据链路。 通信收发器用于处理通信的物理层功能，包括物理引线的排列、机械特性和物理电平等。,7、CPU及外设：自动装置的核心部件，对系统的工作进行控制和管理，对采集的数据作处理，根据要求做出判断和发出指令等。,4、A/D转换器：将模拟信号转换为计
7、算机可以处理的数字信号，它是影响数据采集速率和精度的主要因素之一。,North China Electric Power University,page12,2019/7/15,微型计算机系统,多通道共享AD转换,模拟信号多路选通器,计 算 机,A / D转换器,采样/保持,输入1,输入2,输入N, ,North China Electric Power University,page13,2019/7/15,微型计算机系统,多通道独立AD转换,North China Electric Power University,page14,2019/7/15,微型计算机系统,开关量输入,North
8、China Electric Power University,page15,2019/7/15,硬件抗干扰措施,GB/T 14598.13 脉冲群干扰,GB/T 14598.14 静电放电干扰,GB/T 14598.9 辐射电磁场干扰,电磁兼容相关的标准：,GB/T 14598.10 快速瞬变干扰,North China Electric Power University,page16,2019/7/15,硬件抗干扰措施,North China Electric Power University,page17,2019/7/15,硬件抗干扰措施,给处理器电源加滤波电路,数、模分区，强、弱分离
9、,加装隔离元件,防止死机的处理措施：,金属外壳，等电位处理,North China Electric Power University,page18,2019/7/15,工业控制计算机系统,工业控制计算机由稳压电源、机箱和不同功能的总线模板，以及键盘（显示器）等外设接口组成。,工业控制计算机系统中的内部总线种类繁多，比较常用的主要有：STD、PC104总线等。,STD总线共有56根总线，信号之间的隔离消除了大部分总线上的干扰，单元为小模板结构，每块模板具有独立性，实现了板级功能分散。,North China Electric Power University,page19,2019/7/15,
10、工业控制计算机系统,STD总线的功能单元,1 CPU单元STD总线的主处理单元，处理数据、地址和控制功能。一般含有高速CPU和协处理器。,2 A/D单元提供模拟/数字转换接口，模数转换和数据读取由CPU单元控制，也可以由外部触发。,3存储器单元作为通用存储器的扩展卡，含有译码、存储器、后备电池等，防止失电后数据丢失。,4存储器单元作为通用存储器的扩展卡，含有译码、存储器、后备电池等，防止失电后数据丢失。,5系统支持单元包括设置开关、后备电池、实时时钟、看门狗watchdog、上电复位、总线终端网络等。,6外设单元包括定时器单元、I/O单元、键盘显示板电源板等，用于与外部信号和设备接口和操作。,
11、North China Electric Power University,page20,2019/7/15,集散控制系统、现场总线系统,分布式系统结构,North China Electric Power University,page21,2019/7/15,软件组成,应用软件,信号采集与预处理程序,主算法程序,数字量输出控制程序,通信程序,系统软件,Linux,WinCE,North China Electric Power University,page22,2019/7/15,采样、量化与编码技术,1、采样,2、量化,3、编码,Shannon采样定理：采样频率必须大于原模拟信号频谱中
12、最高频率的两倍，则模拟信号可由采样信号来唯一表示。,把采样信号的幅值与某个最小数量单位的一系列整数倍比较，以最接近于采样信号幅值的最小数量单位倍数来表示该幅值。,量化信号的数值用二进制代码表示。,North China Electric Power University,page23,2019/7/15,交流采样的电气量计算和前置处理,1、电压电流计算,一、电气量计算,North China Electric Power University,page24,2019/7/15,交流采样的电气量计算和前置处理,North China Electric Power University,page2
13、5,2019/7/15,交流采样的电量计算和前置处理,North China Electric Power University,page26,2019/7/15,交流采样的电量计算和前置处理,2、有功功率、无功功率计算,North China Electric Power University,page27,2019/7/15,交流采样的电量计算和前置处理,3、功角计算,方法1：间接计算,方法2：直接测量-GPS时钟,North China Electric Power University,page28,2019/7/15,交流采样的电气量计算和前置处理,二、前置处理,采入数据,标度变换,有效性检验,线性化处理,数字滤波,数据保存,North China Electric Power University,page29,2019/7/15,North China Electric Power University,page30,2019/7/15,North China Electric Power University,page31,2019/7/15,