專利名稱：單片機(jī)智能模塊式變電站監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)的微機(jī)自動(dòng)監(jiān)測與控制技術(shù)領(lǐng)域，適用于各種等級的變電站，對其進(jìn)行安全監(jiān)測與控制。
變電站的安全監(jiān)測與控制，不僅可以提高配電系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，提高供電質(zhì)量，保證供電安全可靠，而且能夠節(jié)約能源，獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，因此研制性能完善而又實(shí)用的變電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，一直為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所關(guān)注。
眾所周知，微機(jī)對變電站的監(jiān)控主要是監(jiān)測變電站電網(wǎng)頻率，各線路的電壓、電流、有功、無功、相角、電度等電量及控制開關(guān)狀態(tài)的變化等。目前被廣泛采用的變電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是①一般是由1～2臺微機(jī)主機(jī)或1～2臺微機(jī)主機(jī)通過少量幾臺輸入、輸出控制器去分時(shí)控制十幾塊甚至幾十塊輸入、輸出通道板，對監(jiān)測對象進(jìn)行數(shù)據(jù)采集或輸出;②模擬量的輸入一般是通過電壓、電流、有功、無功模擬變送器;③輸入、輸出通道板是由電子元器件組成的非智能模板。例如國際系統(tǒng)控制公司(即美國ISC公司)最新推出的UCON-90系統(tǒng)就是其中比較先進(jìn)的一種。附圖1就是該系統(tǒng)500KV變電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，它包括兩臺微機(jī)主機(jī)(80386)1-1、兩臺彩色顯示器1-2、兩臺打字機(jī)1-3、切換器1-4、雙通道處理器(二個(gè)8位CPU)1-5、三個(gè)輸入、輸出控制器(6809CPU)1-6。由輸入、輸出控制器控制的數(shù)字量輸入板1-7、模擬量輸入板1-8、脈沖量輸入板1-9、數(shù)字量輸出板1-10、模擬變送器1-11。輸入、輸出控制器及其控制的輸入、輸出板統(tǒng)稱RTU，該系統(tǒng)共有三個(gè)RTU。兩臺微機(jī)主機(jī)各配一臺彩色顯示器和一臺打印機(jī)。切換器是在一臺監(jiān)控主機(jī)出故障時(shí)，將雙機(jī)功能由另一機(jī)代替。雙通道處理器完成通訊接口的數(shù)據(jù)處理。輸入、輸出控制器分別控制很多塊各種輸入、輸出通道板。1-7為數(shù)字量輸入板，每板可輸入24個(gè)數(shù)字量，輸入現(xiàn)場開關(guān)狀態(tài)A，該站有720個(gè)開關(guān)量，需30塊數(shù)字量輸入板;1-8為模擬量輸入板，每板可輸入12個(gè)模擬量(是通過各種變送器1-11輸入的)，該站有120個(gè)模擬量，需10塊模擬量輸入板;1-9為脈沖量輸入板，每板可輸入8個(gè)脈沖量，輸入現(xiàn)場脈沖量B，該站有40個(gè)脈沖量，需5塊板，用以計(jì)算所用電度表的脈沖數(shù);1-10為數(shù)字量輸出板，每板可輸出8個(gè)數(shù)字量，向現(xiàn)場輸出命令C，該站有24個(gè)數(shù)字輸出量，需3塊板。輸入、輸出控制器將采到的各個(gè)量經(jīng)雙通道處理器送入主監(jiān)控機(jī)，進(jìn)行處理、顯示、打印等。主機(jī)的命令是通過雙通道處理器、輸入、輸出控制器送至數(shù)字量輸出板發(fā)出的<國際系統(tǒng)控制公司(ISC公司)寫的500仟伏變電站系統(tǒng)配置說明P5，P22-P24.>。
該系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是能完成一般監(jiān)控功能，但尚有不足之處①由于只靠少量三臺輸入、輸出控制器去分時(shí)控制數(shù)量較多的非智能化的輸入輸出通道板，其采樣周期必然較長，因此該監(jiān)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度低，實(shí)時(shí)性差，尤其是難以捕捉住故障情況下的動(dòng)態(tài)電流變化;②由于輸入采用變送器，不僅使監(jiān)控系統(tǒng)造價(jià)高，而且占體積大;③由于只靠少數(shù)幾臺輸入、輸出控制器分時(shí)控制多種輸入輸出通道板進(jìn)行數(shù)據(jù)采集或輸出，一旦控制器出現(xiàn)故障，就會(huì)影響整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)不能正常工作;④由于輸入輸出通道板是非智能化的，一旦出現(xiàn)故障，查找故障板是十分困難的。
本發(fā)明的目的就是為克服現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)之不足，設(shè)計(jì)一種具有響應(yīng)速度快、易于擴(kuò)充與維修的變電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。
本發(fā)明由1至2臺微機(jī)主機(jī)2-1，1至2臺彩色顯示器2-2，1至2臺打字機(jī)2-3，切換器2-4，單片機(jī)線路故障診斷智能模塊插件2-5，其輸入是直接采集交流電流輸入量D，單片機(jī)模擬量量測智能模塊插件2-6，其輸入是直接采集交流電壓、交流電流輸入量E，單片機(jī)電度量量測智能模塊插件2-7，其輸入是直接采集現(xiàn)場脈沖量B，單片機(jī)頻率與相角量測智能模塊插件2-8，其輸入是直接采集交流電壓、交流電流輸入量F，單片機(jī)開關(guān)量輸入智能模塊插件2-9，其輸入是直接采集現(xiàn)場開關(guān)量A，單片機(jī)開關(guān)量輸出智能模塊插件2-10，向現(xiàn)場輸出命令C，組成，如附圖2所示。本發(fā)明的主要特點(diǎn)是①每一個(gè)模塊均由單片機(jī)與電子元器件構(gòu)成具有線路故障診斷、模擬量量測、電度量量測、頻率與相角量測、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出等功能的各種單片機(jī)智能模塊，每個(gè)單片機(jī)智能模塊就由其上的單片機(jī)控制，單片機(jī)只完成通過本模塊通道的電量的采集與處理;②單片機(jī)智能模塊與各自和微機(jī)主機(jī)的接口電路做在同一塊印刷電路板上，形成該功能的單片機(jī)智能模塊插件，各模塊插件是通過微機(jī)主機(jī)總線與主機(jī)連接的，各單片機(jī)相互獨(dú)立，同時(shí)并行工作;③模擬量的輸入去掉傳統(tǒng)的模擬變送器，由單片機(jī)通過小電壓互感器(小PT)，小電流互感器(小CT)直接采集交流輸入量;各單片機(jī)智能模塊將采集并經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)，通過各自與微機(jī)主機(jī)的接口電路傳給主機(jī)，由主機(jī)進(jìn)行綜合處理、管理、顯示、打印。還可根據(jù)監(jiān)控對象的大小、用戶的要求，選擇不同功能及不同數(shù)量的單片機(jī)智能模塊插件，組成積木式結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是①由于每個(gè)智能模塊均帶單片機(jī)，單片機(jī)只完成本模塊的任務(wù)，而且各單片機(jī)相互獨(dú)立，并行工作，所以使監(jiān)控系統(tǒng)響應(yīng)速度快，能夠快速診斷出線路故障，以及故障時(shí)能夠捕捉住動(dòng)態(tài)電流的瞬時(shí)變化;②由于模擬量的輸入直接采集交流輸入量，去掉模擬變送器，并可多塊模塊同時(shí)并行工作，這樣既降低了成本，縮小了占用的空間，又保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性;③由于每個(gè)智能模塊上的單片機(jī)很容易實(shí)現(xiàn)對本模塊上的電子元器件及自身進(jìn)行檢查，所以查找故障十分容易;④由于各單片機(jī)智能模塊相互獨(dú)立，當(dāng)一個(gè)單片機(jī)模塊出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行，而且還可用備份插件換下故障插件，不需現(xiàn)場維修;⑤由于各單片機(jī)智能模塊相互獨(dú)立，所以可以根據(jù)變電站的需要及用戶的要求確定單片機(jī)智能模塊插件的種類和數(shù)量，組成積木式結(jié)構(gòu)，同插在單片機(jī)智能模塊插件機(jī)箱，使用起來十分靈活，且容易擴(kuò)充。
實(shí)施例單片機(jī)故障診斷智能模塊要求能夠快速診斷出系統(tǒng)故障及捕捉住故障情況下動(dòng)態(tài)電流瞬時(shí)變化，因此響應(yīng)速度一定要快，據(jù)此應(yīng)減少模擬量的輸入路數(shù)。由于故障電流變化很大，因而精度相對要求稍低。附圖3是單片機(jī)線路故障診斷智能模塊插件的實(shí)施例(電路圖)，它由多路開關(guān)AD7506、電壓保持器AD583、模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574、單片機(jī)8751、單片機(jī)總線緩沖器74LS244、74LS245、74LS373，共享存貯器6116、主機(jī)總線緩沖器74LS244、74LS245、74LS373(每個(gè)總線緩沖器均包括數(shù)據(jù)總線緩沖器74LS245，地址總線緩沖器74LS373，控制總線緩沖器74LS244)組成。其輸入通道為16路，每個(gè)通道與要診斷的線路的交流電流輸入量相連，(即要診斷的線路的交流電流量經(jīng)電流變換器CT，再經(jīng)小電流變換器小CT進(jìn)入模塊的輸入通道)，先經(jīng)多路(16路)開關(guān)AD7506，電壓保持器AD583由8位A/D轉(zhuǎn)換器AD574(是將12位的AD574用在8位方式得到18μs轉(zhuǎn)換一次的快速速度)轉(zhuǎn)為相應(yīng)的數(shù)字量。由單片機(jī)8751直接對交流電流量一周波采樣12個(gè)點(diǎn)，并進(jìn)行計(jì)算，判斷線路是否為故障情況。單片機(jī)8751將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)總線緩沖器送至與主機(jī)共享存貯器6116。由于故障不經(jīng)常發(fā)生，因而單片機(jī)8751不斷進(jìn)行采樣和判斷，在系統(tǒng)無故障時(shí)不通知微機(jī)主機(jī)取數(shù)，當(dāng)診斷出故障后，通過8751的26管腳向微機(jī)主機(jī)申請中斷，微機(jī)主機(jī)停止其它工作，從主機(jī)總線緩沖器將共享存貯器中的數(shù)據(jù)取回微機(jī)主機(jī)。
附圖4是單片機(jī)模擬量量測智能模塊插件實(shí)施例(電路圖)，它由RC濾波電路、兩片16路多路開關(guān)AD7506、電壓保持器AD583、模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574、單片機(jī)8751、單片機(jī)總線緩沖器、共享存貯器6116、主機(jī)總線緩沖器組成，每個(gè)模塊可輸入32個(gè)模擬量，各輸入通道與被監(jiān)測線路的交流電流、交流電壓輸入量相連(交流電流輸入到模塊輸入端的過程與單片機(jī)故障診斷模塊相同而交流電壓則需經(jīng)變電站原有設(shè)備電壓變換器PT，再經(jīng)小電壓變換器小PT，進(jìn)入模塊的輸入端)，仍不用模擬變送器，單片機(jī)8751直接對交流電量一周波進(jìn)行20點(diǎn)采樣，將輸入的交流電壓、電流量通過濾波電路RC、多路開關(guān)AD7506、電壓保持器AD583、由模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574(此處用AD574的12位方式，即轉(zhuǎn)換一次的時(shí)間為25μs)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量，并由單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算得到電流、電壓、有功、無功等各電量的有效值，在單片機(jī)8751的控制下通過單片機(jī)總線緩沖器存入與微機(jī)主機(jī)共享存貯器6116中，由于這些量是屬于巡回檢測顯示的量，所以微機(jī)主機(jī)可以通過主機(jī)總線緩沖器從共享存貯器6116中巡回取出這些量并由顯示器顯示或經(jīng)打字機(jī)打印。
附圖5是單片機(jī)頻率及相角量測智能模塊插件實(shí)施例(電路圖)，它由多路開關(guān)一片CD4051(8路)、兩片CD4067(16路)、兩個(gè)過零比較器LM324、與門74LS08、單片機(jī)8751、兩個(gè)總線緩沖器、共享存貯器6116組成。每個(gè)模塊可檢測系統(tǒng)頻率及31個(gè)相角量。頻率的測量是交流電壓輸入量，經(jīng)過CD4051到過零比較器LM324變?yōu)榉讲?，送到單片機(jī)8751的13輸入端，由單片機(jī)直接檢測方波的寬度得到。相角的測量是各電壓輸入量經(jīng)過多路開關(guān)CD4051，再經(jīng)過零比較器LM324，變?yōu)殡妷悍讲?，電流各輸入量是分別經(jīng)過兩片多路開關(guān)CD4067(16路)再經(jīng)過過零比較器LM324得到電流方波，不同的電壓方波與相應(yīng)的電流方波同時(shí)通過與門74LS08，得到相應(yīng)的相角方波，送到單片機(jī)8751的12輸入端，由單片機(jī)8751直接檢測相角方波寬度得到。
附圖6是單片機(jī)電度量量測智能模塊插件實(shí)施例(電路圖)，它由光電隔離器4N25、并行接口兩片8255、單片機(jī)8751、單片機(jī)總線緩沖器、共享存貯器6116、主機(jī)總線緩沖器組成，每個(gè)單片機(jī)智能模塊可以測量24個(gè)脈沖輸入量，各脈沖量通過光電隔離器4N25送到并行接口8255的輸入端，由單片機(jī)8751多次檢測并行接口各輸入端的電平，可準(zhǔn)確地得到輸入脈沖個(gè)數(shù)，并將此數(shù)通過單片機(jī)總線緩沖器，送入共享存貯器6116，微機(jī)主機(jī)可通過主機(jī)總線緩沖器從共享存貯器中取出這些數(shù)值。
附圖7是單片機(jī)開關(guān)量輸入智能模塊插件實(shí)施例(電路圖)，它由光電隔離器4N25、并行接口8255、單片機(jī)8751、單片機(jī)總線緩沖器、共享存貯器6116、微機(jī)主機(jī)總線緩沖器組成，每個(gè)模塊可輸入24個(gè)開關(guān)量，現(xiàn)場觸點(diǎn)的開關(guān)狀態(tài)通過光電隔離器4N25輸送到并行接口8255輸入端，單片機(jī)不斷讀取并行口的輸入數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)通過總線緩沖器讀入共享存貯器6116，微機(jī)主機(jī)通過主機(jī)總線緩沖器從共享存貯器6116中取走此數(shù)據(jù)。
附圖8是開關(guān)量輸出智能模塊插件實(shí)施例(電路圖)，它由微機(jī)主機(jī)總線緩沖器、共享存貯器6116、單片機(jī)總線緩沖器、單片機(jī)8751、并行接口8255、光電隔離器4N25、驅(qū)動(dòng)三極管3DG6、繼電器J組成，每個(gè)模塊可以輸出24個(gè)開關(guān)量，微機(jī)主機(jī)需發(fā)出命令時(shí)，在共享存貯器的指定單元會(huì)發(fā)出一標(biāo)志，單片機(jī)8751檢測到發(fā)命令標(biāo)志后即通過單片機(jī)總線緩沖器從共享存貯器中取此命令并經(jīng)并行接口8255的輸出端送入光電隔離器4N25，經(jīng)驅(qū)動(dòng)三極管3DG6，使輸出繼電器J動(dòng)作，發(fā)出輸出命令。
附圖9是本發(fā)明的外型圖，它由微機(jī)、顯示器及打字機(jī)的放置臺9-1、單片機(jī)智能模塊插件箱9-2、微機(jī)主機(jī)9-3、彩色顯示器9-4、打字機(jī)組成9-5。


附圖1UCON-90500KV變電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
1-1微機(jī)主機(jī)1-2彩色顯示器1-3打字機(jī)1-4切換器1-5雙通道處理器1-6輸入、輸出控制器1-7數(shù)字量輸入板1-8模擬量輸入板1-9脈沖量輸入板1-10數(shù)字量輸出板1-11模擬變送器A現(xiàn)場開關(guān)量B現(xiàn)場脈沖量C輸出命令附圖2單片機(jī)智能模塊式變電站監(jiān)控系統(tǒng)框圖2-1微機(jī)主機(jī)2-2彩色顯示器2-3打字機(jī)2-4切換器2-5單片機(jī)線路故障診斷智能模塊插件2-6單片機(jī)模擬量量測智能模塊插件2-7單片機(jī)電度量量測智能模塊插件2-8單片機(jī)頻率與相角量測智能模塊插件
2-9單片機(jī)開關(guān)量輸入智能模塊插件2-10單片機(jī)開關(guān)量輸出智能模塊插件A現(xiàn)場開關(guān)量B現(xiàn)場脈沖量C輸出命令D交流電流輸入量E交流電壓、交流電流輸入量F交流電壓、交流電流輸入量附圖3單片機(jī)線路故障診斷智能模塊插件電路圖附圖4單片機(jī)模擬量量測智能模塊插件電路圖附圖5單片機(jī)頻率及相角量測智能模塊插件電路圖附圖6單片機(jī)電度量測智能模塊插件電路圖附圖7單片機(jī)開關(guān)量輸入智能模塊插件電路圖附圖8單片機(jī)開關(guān)量輸出智能模塊插件電路圖附圖9本發(fā)明的外型圖9-1微機(jī)主機(jī)、顯示器及打字機(jī)放置臺9-2單片機(jī)智能模塊插件箱9-3微機(jī)主機(jī)9-4彩色顯示器9-5打字機(jī)
權(quán)利要求
1.一種單片機(jī)智能模塊式變電站監(jiān)控系統(tǒng)，由微機(jī)主機(jī)、顯示器、打字機(jī)以及切換器組成，其特征在于每一個(gè)模塊均是由單片機(jī)與相應(yīng)的電子元器件構(gòu)成具有線路故障診斷、模擬量量測、電度量量測、頻率與相角量測、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出等功能的各種單片機(jī)智能模塊，每個(gè)單片機(jī)智能模塊由其單片機(jī)控制，單片機(jī)只完成本模塊的電量采集與處理；單片機(jī)智能模塊與各自和微機(jī)主機(jī)的接口電路同做在一塊印制電路板上，形成單片機(jī)智能模塊插件，各模塊插件是通過微機(jī)主機(jī)總線與主機(jī)相連的；各單片機(jī)相互獨(dú)立，同時(shí)并行工作，將采集并經(jīng)處理的數(shù)據(jù)，通過各自與微機(jī)主機(jī)的接口電路傳送給微機(jī)主機(jī)，由微機(jī)主機(jī)進(jìn)行綜合處理、管理、顯示、打印。
2.按照權(quán)利要求1所說的單片機(jī)智能模塊式變電站監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所說的單片機(jī)線路故障診斷智能模塊插件，由多路開關(guān)、電壓保持器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、單片機(jī)總線緩沖器、共享存貯器、微機(jī)主機(jī)總線緩沖器組成，單片機(jī)線路故障診斷智能模塊的輸入通道與要診斷線路交流電流輸入量相連，交流電流輸入量進(jìn)入多路開關(guān)，再經(jīng)電壓保持器由模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量，由單片機(jī)直接對交流電流量一周波采樣12個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行計(jì)算，判斷線路是否為故障情況，并將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)數(shù)據(jù)總線緩沖器送至共享存貯器，當(dāng)診斷出故障后，向微機(jī)主機(jī)請求中斷，微機(jī)主機(jī)停止其它工作，通過微機(jī)主機(jī)總線緩沖器從共享存貯器中取回?cái)?shù)據(jù)。
3.按照權(quán)利要求1和2所說的單片機(jī)智能模塊式變電站監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于可以根據(jù)變電站的需要及用戶要求確定單片機(jī)智能模塊的種類和數(shù)量。
4.按照權(quán)利要求1和2所說的單片機(jī)智能模塊式變電站監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于可組成積木式結(jié)構(gòu)，將單板機(jī)智能模塊插件同插在單片機(jī)智能模塊插件機(jī)箱。
全文摘要
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)的微機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，適用于各種等級的變電站，其主要特點(diǎn)是每個(gè)功能模塊均，帶單片機(jī)形成智能模塊，各模塊由其上的單片機(jī)控制，只完成本模塊電量采集與處理，各單片機(jī)相互獨(dú)立，并行工作，各自與主機(jī)的接口與模塊做在同一塊印刷電路板上，形成各種智能模塊插件，各模塊插件是通過微機(jī)主機(jī)總線與主機(jī)相連的，可組成積木結(jié)構(gòu)，本發(fā)明具有響應(yīng)快、易擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G06F15/16GK1046231SQ9010377
公開日1990年10月17日 申請日期1990年5月26日 優(yōu)先權(quán)日1990年5月26日
發(fā)明者黃慎儀 申請人:清華大學(xué)