第二章 硬件原理.ppt

第二章 硬件原理 本章知识点：重点掌握变电站综合自动化系统硬件结构、模拟量输入输出电路、开关量输入及输出通道、脉冲量输入电路、人机对话回路，掌握数字量的输入输出控制方式，了解硬件的数字核心部分。 2.1典型硬件结构 2.2硬件的数字核心部分 2.3变电站模拟量输入输出原理 2.4变电站开关量输入及输出通道 2.5数字量的输入输出控制方式 2.6脉冲量输入电路 2.7人机对话回路 2.1 典型硬件结构 变电站综合自动化系统基本上按模块化设计，不同的功能模块，其硬件结构基本上是大同小异，所不同的软件及硬件模块化的组合与数量不同。 不同的功能用不同的软件来实现，不同的使用场合按不同的模块化组合方式构成。 变电站综合自动化系统功能模块的典型硬件结构如下图所示。 2.1 典型硬件结构 2.1 典型硬件结构 1．微机系统 微机系统是变电站综合自动化系统硬件的数字核心部分组成，一般由CPU、存储器、定时器/计数器、Watchdog等组成。 2．模拟量输入/输出回路 模拟量输入回路是将来自变电站测控对象的电压、电流信号等模拟信号转换为相应的微机系统能接受的数字脉冲信号；模拟量输出回路是将微机系统输出的数字量转换为模拟量输出，去驱动模拟调节执行机构工作。 2.1 典型硬件结构 3．开关量输入/输出回路 开关量输入/输出回路主要用于人机接口、发跳闸信号等的告警以及闭锁信号等。 4．人机对话接口回路 人机对话接口回路主要包括打印、显示、键盘及信号灯、音响或语音告警等，主要用于人机对话，如调试、定值整定、工作方式设定、动作行为记录与系统通信等。 2.1 典型硬件结构 5．通信回路 通信回路的功能主要是完成各子系统（监控子系统、微机保护子系统、自动控制子系统）之间通信和子系统的信息远传。 6．电源 电源回路提供了整套变电站综合自动化系统中功能模块所需的直流稳压电源。 2.3 变电站模拟量输入输出原理 一、模拟量输入及输出电路简述 变电站综合自动化的微机系统所采集的变电站测控对象的电流、电压、有功和无功功率、温度等都属于模拟量。模拟量输入电路的主要作用是隔离、规范输入电压及完成模数变换，以便与CPU接口完成数据采集任务。 模拟量输入电路有两种方式： （1）逐次逼近型A/D转换方式——直接将模拟量转换为数字量的变换方式； （2）利用电压/频率变化（VFC）原理进行模数变换方式——将模拟量电压先转换为频率脉冲量，通过脉冲计数变换为数字量的一种变换方式。 2.3 变电站模拟量输入输出原理 二、逐次逼近型A/D变换的模拟量输入电路 2.3 变电站模拟量输入输出原理 （一）电压形成回路 来自TA、TV的电流或电压量不适应模数变换器的范围，故需要进行变换。 2.3 变电站模拟量输入输出原理 电压形成电路作用： ⑴起电量变换 ⑵将一次设备的TA、TV的二次回路与微机A/D转换系统完全隔离，提高抗干扰能力。 电路中的稳压管V1和V2的作用？ 稳压管V1和V2组成双向限幅，使后面环节的采样保持器、A/D转换芯片的输入电压限制在峰—峰值±10V（或±5V）以内。 2.3 变电站模拟量输入输出原理 （二）低通滤波器和采样定理 １、低通滤波　 电力系统在故障的暂态期间，电压和电流含有较高的频率，需在采用之前将最高频率分量限制在一定的频带内，以降低采样频率fs,这样一方面降低了对硬件的速度要求，另一方面对所需要的最高频率信号的采样不至于发生失真。 模拟低通滤波器可以做成有源或无源的，最常用的是RC低通滤波器，阶数根据具体的情况而定。 2.3 变电站模拟量输入输出原理 ２、采样和采样定理 模拟量的采样可分为直流采样和交流采样两种类型。 （1）直流采样 直流采样是指将现场不断连续变化的模拟量先转换 成直流电压信号，再送至A／D转换器进行转换；即 A／D转换器采样的模拟量为直流信号。 （２）交流采样 指对交流电流和交流电压采集时，输入至A／D转换 器的是与电力系统的一次电流和一次电压同频率， 大小成比例的交流电压信号。如下页图所示。 2.3 变电站模拟量输入输出原理 （三）采样保持器 连续时间信号的采样及其保持是指在采样时刻上，把输入模拟信号的瞬时值记录下来，并按所需的要求准确地保持一段时间，供模数转换器A/D使用。 在t0时，s开关闭合， 电容被迅速充电， ui=uo。t0-t1是采样阶段。 在t1时，s断开，uo为此刻 的输入值，t1-t2 是保持 阶段，供A/D使用。 2.3 变电站模拟量输入输出原理 （四）多路转换开关（ＭＰＸ） 以AD7506为例说明多路转换开关的工作原理。　 2.3 变电站模拟量输入输出原理 （五）模数(A/D)变换 A/D变换器