專利名稱：微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)方監(jiān)控的電力系統(tǒng)自動(dòng)化裝置。
電力系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)是從有觸點(diǎn)的繼電器電路到無(wú)觸點(diǎn)的晶體管電路，發(fā)展到大規(guī)模集成電路組成的遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備。隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)和單片機(jī)的廣泛應(yīng)用使電力系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)向智能化、多功能、小型化方向又邁進(jìn)了一步。目前國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)控設(shè)備，對(duì)遙測(cè)、遙信、遙控和遙調(diào)等功能的實(shí)現(xiàn)，大都采用功能單一的設(shè)備和裝置。在電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)動(dòng)裝置中數(shù)據(jù)采集元件均需要在電流互感器、電壓互感器的測(cè)量回路中安置大量的變送器或繞組，加大負(fù)載，影響測(cè)量精度，由于受磁飽和問(wèn)題的影響，測(cè)量范圍受到一定的限制。因此，采用電流、電壓互感器設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)動(dòng)裝置能耗大、測(cè)量精度差、測(cè)量范圍小，所以，必須加以改進(jìn)和創(chuàng)新。
本實(shí)用新型的目的是提供一種遙測(cè)、遙信、遙控多種功能于一體的微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控裝置，以單片機(jī)8098為核心，用交流和直流兩種采樣方式，用霍爾元件組裝成傳感器取代電流、電壓互感器，使裝置具有耗能小、精度高、線性好、測(cè)量范圍大等特點(diǎn)。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控裝置由機(jī)柜、前后門(mén)、遙控繼電器、數(shù)碼顯示器、監(jiān)控主機(jī)、小鍵盤(pán)、端子排、接收信號(hào)指示燈、發(fā)送信號(hào)指示燈、裝置運(yùn)行指示燈、電源開(kāi)關(guān)等組成，其特點(diǎn)是在機(jī)柜中裝有霍爾傳感器、遙控繼電器，在監(jiān)控主機(jī)中裝有主機(jī)電路單元板、遙測(cè)采集電路單元板、遙信采集電路單元板、電度量采集電路單元板、遙控電路單元板和通訊電路單元板。
在主機(jī)電路單元板和遙測(cè)采集電路單元板上裝有8098單片機(jī)，在遙測(cè)采集電路單元板上，通過(guò)8098單片機(jī)高速輸出控制實(shí)現(xiàn)每一個(gè)工頻時(shí)間內(nèi)采集64點(diǎn)數(shù)據(jù)，還可實(shí)現(xiàn)故障錄波。
本裝置以單片機(jī)8098作為控制中樞。其中裝置的電源采用交流和直流兩種供電方式，不需要UPS電源。采樣部分具有交流和直流兩種方式。遙測(cè)、遙信、遙控全部執(zhí)行器件置于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)。遙控對(duì)象繼電器、性質(zhì)繼電器合為一個(gè)繼電器。電度量采集、故障錄波等功能由同一裝置實(shí)現(xiàn)。
按其功能可分為六個(gè)電路單元A.主機(jī)板電路單元主機(jī)板選用8098準(zhǔn)16位單片機(jī)作為控制中樞。主振12MHZ，主機(jī)板上包括16KEPROM和32KRAM，并帶有鍵盤(pán)／顯示控制電路和RS232接口，還有一個(gè)與微機(jī)完全一樣的帶電池保護(hù)的百年歷時(shí)鐘和掉電保護(hù)電路。主機(jī)板外設(shè)接口板地址為6000H～7FFFH，外設(shè)選址可由外設(shè)板上地址撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)定?？偩€采用標(biāo)準(zhǔn)的STD總線，各外設(shè)板可以插在任意總線接口槽中，便于系統(tǒng)擴(kuò)充。
B.遙測(cè)采集電路單元被采集的交流電壓、電流經(jīng)過(guò)霍爾傳感器變換成－5～＋5V的直流電壓后，直接接入遙測(cè)采集板。該板具有單獨(dú)一片8098單片機(jī)，并包括電壓形成、模擬濾波、采樣保持、選模電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換(A／D)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)(RAM)等部件。每一塊遙測(cè)采集板可以采集四路輸電線路的電壓、電流，并通過(guò)該板的單片機(jī)計(jì)算出各線路的有功功率、無(wú)功功率以及功率因數(shù)、相角和電網(wǎng)工頻等。該板具有較大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，通過(guò)8098單片機(jī)高速輸出口控制，可在每一個(gè)工頻周期時(shí)間內(nèi)采集64點(diǎn)數(shù)據(jù)，可記錄2秒內(nèi)兩條被測(cè)線路的全部數(shù)據(jù)，即可實(shí)現(xiàn)故障錄波功能。遙測(cè)模擬量采集采用AD574(12位A／D)芯片，精度可達(dá)1／2048，并用LF398對(duì)模擬量進(jìn)行采樣／保持，可保證單片機(jī)采集電壓、電流的同步性。LM311比較器比較電壓、電流過(guò)零，精度可達(dá)mv級(jí)，從而保證所采集的功率因數(shù)的精度。該板與系統(tǒng)主機(jī)板的通訊串口采用422口方式，抗干擾能力強(qiáng)，發(fā)送長(zhǎng)度可調(diào)，可避免數(shù)據(jù)重復(fù)。傳送數(shù)率為187.5kbavd，該板采集的全部數(shù)據(jù)可在2ms內(nèi)發(fā)送完畢。
C.遙信采集電路單元遙信量采集是對(duì)包括線路斷路器、繼電保護(hù)信號(hào)以及遙控返校信號(hào)等開(kāi)關(guān)量進(jìn)行采集。各開(kāi)關(guān)量的變位信號(hào)經(jīng)過(guò)去抖電路整形，通過(guò)光電隔離器后，可驅(qū)動(dòng)8279產(chǎn)生中斷。8279設(shè)置為傳感器矩陣方式，專門(mén)管理遙信輸入，監(jiān)視各開(kāi)關(guān)變位狀態(tài)。一旦有開(kāi)關(guān)變位，其傳感器RAM將立即記錄下變位情況，并在本次傳感器陣列掃描結(jié)束時(shí)，向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求。開(kāi)關(guān)量變位的分辨率小于5ms。由于該板采用去抖電路和光電隔離措施，可防止意外干擾對(duì)系統(tǒng)的影響，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。每塊遙信采集板所采集的遙信點(diǎn)數(shù)可通過(guò)該板上的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)任意設(shè)置。系統(tǒng)軟件通用，硬件配置靈活。
D.電度量采集電路單元電度量采集板用于記錄現(xiàn)場(chǎng)電度表的計(jì)數(shù)值，系統(tǒng)的主機(jī)板每5ms通過(guò)74LS245對(duì)電度計(jì)數(shù)脈沖的狀態(tài)查詢一次，當(dāng)查到來(lái)了一個(gè)脈沖后，電度計(jì)數(shù)加1。電度量采集板與遙信量采集板是通用的，只是電度量采集板不用8279掃描中斷電路部分。電度計(jì)數(shù)脈沖由電度光電脈沖傳感器產(chǎn)生，該器件體積小，可以在任意型號(hào)的電度表上安裝，而不需要更換計(jì)量表，節(jié)省了工程造價(jià)。累計(jì)的電度值與計(jì)量表值完全相同，并可通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)峰、谷電量的統(tǒng)計(jì)。為了克服通道誤碼或故障對(duì)累計(jì)電量的影響，采用電度量傳送值為計(jì)量表的窗口值。
E.遙控電路單元遙控板是主站向分站發(fā)送遙控命令的執(zhí)行部分，它的輸出控制繼電器的吸合。為了確保遙控的可靠性，在執(zhí)行一個(gè)遙控動(dòng)作應(yīng)按正確的步驟進(jìn)行，即a.選取遙控對(duì)象，指定遙控性質(zhì)；b.回送校核信息判斷；c.無(wú)誤最后執(zhí)行遙控操作。當(dāng)主站下發(fā)一條遙控命令，分站接收處理，通過(guò)解碼分析校驗(yàn)，確定相應(yīng)的遙控對(duì)象／性質(zhì)字，啟動(dòng)相應(yīng)的對(duì)象／性質(zhì)繼電器，并利用該繼電器的一個(gè)常開(kāi)結(jié)點(diǎn)，做為對(duì)象／性質(zhì)返校遙信返送給主站，主站判斷遙控命令正確后，再下發(fā)執(zhí)行命令，分站啟動(dòng)執(zhí)行繼電器，執(zhí)行該線路的某種操作。為了簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)，全部遙控執(zhí)行動(dòng)作共用一個(gè)執(zhí)行繼電器控制。每一條控制回路安裝一個(gè)合閘繼電器，一個(gè)跳閘繼電器，并利用跳閘繼電器的一個(gè)常閉結(jié)點(diǎn)做為重合閘放電閉鎖回路。每塊遙控板可控32個(gè)繼電器，結(jié)點(diǎn)閉合電流＞100mA，32個(gè)觸點(diǎn)前16點(diǎn)控制合閘，后16點(diǎn)控制分閘，為了提高抗干擾能力，遙控執(zhí)行回路加有延時(shí)加電功能，以防止誤動(dòng)作。
F.通訊電路單元通道板包括遠(yuǎn)程發(fā)送通訊和遠(yuǎn)程接收通訊。其地址譯碼可由撥動(dòng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行設(shè)置。發(fā)送／接收波特率也可通過(guò)插針靈活設(shè)置。波特率范圍300～1200BT。
系統(tǒng)軟件部分如下裝置采用巡檢與中斷相結(jié)合的處理方法，既保證數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性，又節(jié)約了CPU的開(kāi)銷，充分開(kāi)發(fā)系統(tǒng)資源。
系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，或有復(fù)位RESET中斷信號(hào)時(shí)，8098將一些寄存器初始化并清除PSW，加載芯片配置寄存器(CCB)，程序指針PC指針指向2080H單元，準(zhǔn)備從該單元開(kāi)始執(zhí)行指令。程序首先完成系統(tǒng)的初始化，然后循環(huán)執(zhí)行主程序，當(dāng)有中斷事件發(fā)生時(shí)，立即響應(yīng)，并執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理程序。
程序初始化，首先清除各個(gè)標(biāo)志單元，初始化各個(gè)緩沖器指針和用戶的堆棧指針，初始化主機(jī)板8098及鍵盤(pán)／顯示8279，內(nèi)存ROM自檢和片內(nèi)寄存器分配，以及計(jì)算出YC、YX、PO、YK等個(gè)數(shù)，清各緩沖器。讀時(shí)鐘，初始化通訊板8251等。然后置中斷向量，開(kāi)中斷，接著進(jìn)行主流程序，當(dāng)中斷事件發(fā)生，立即響應(yīng)中斷，執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理程序。
附圖附表說(shuō)明

圖1微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控裝置框圖，圖2－1、圖2－2微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控裝置主機(jī)電路單元，圖3－1、圖3－2微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)遙測(cè)采集電路單元，圖4微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)遙信(電度量)采集電路單元，圖5－1、圖5－2微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)遙控電路單元，圖6－1、圖6－2、圖6－3微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)通訊電路單元，圖7微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控裝置正面外形圖，圖8微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控裝置后面外形圖。圖7、圖8中1前門(mén)，2機(jī)柜，3遙控繼電器，4數(shù)碼顯示器，5監(jiān)控主機(jī)，6小鍵盤(pán)，7端子排，8接收信號(hào)指示燈，9發(fā)送信號(hào)指示燈，10裝置運(yùn)行指示燈，11電源開(kāi)關(guān)，12霍爾傳感器，13主機(jī)電路單元板，14遙測(cè)采集電路單元板，15遙信采集電路單元板，16電度量采集電路單元板，17遙控電路單元板，18通訊電路單元板，19機(jī)柜右后門(mén)，20機(jī)柜左后門(mén)。表1主機(jī)電路單元元器件明細(xì)表，表2遙測(cè)采集電路單元元器件明細(xì)表，表3遙信(電度量)采集電路單元元器件明細(xì)表，表4遙控電路單元元器件明細(xì)表，表5通訊電路單元元器件明細(xì)表。
結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步描述。
在機(jī)柜(2)上裝有前門(mén)(1)，機(jī)柜上部裝有遙控繼電器(3)共42個(gè)，監(jiān)控主機(jī)(5)裝在機(jī)柜(2)的中部，前后兩側(cè)裝有端子排(7)，在監(jiān)控主機(jī)(5)上裝有數(shù)碼顯示器(4)、小鍵盤(pán)(6)、接收信號(hào)指示燈(8)、裝置運(yùn)行指示燈(9)、電源開(kāi)關(guān)(10)；在監(jiān)控主機(jī)(5)內(nèi)部還裝有主機(jī)電路單元板(13)遙測(cè)采集電路單元板(14)、遙信采集電路單元板(15)、電度量采集電路單元板(16)、遙控電路單元板(17)、通訊電路單元板(18)；在機(jī)柜后面的上部裝有霍爾傳感器(12)共36個(gè)，機(jī)柜的后門(mén)為(19、20)；機(jī)柜(2)的底部裝有維修工具和備用件。
布局采用模塊式結(jié)構(gòu)，機(jī)架采用STD總線槽，組合調(diào)整靈活，擴(kuò)充容易。
操作功能鍵盤(pán)操作功能顯示遙測(cè)量；顯示遙信量；顯示電度量；顯示時(shí)、分、秒；顯示年、月、日；顯示RAM區(qū)數(shù)據(jù)；設(shè)置時(shí)、分、秒；設(shè)置年、月、日；設(shè)置操作密碼。
遙控操作過(guò)程合閘過(guò)程調(diào)度端控制系統(tǒng)下發(fā)某線路“合閘”遙控命令，啟動(dòng)該線路的合閘對(duì)象／性質(zhì)繼電器，該繼電器吸合，一對(duì)常開(kāi)結(jié)點(diǎn)作為“合閘對(duì)象”校核遙信返送回調(diào)度端控制系統(tǒng)，當(dāng)判斷無(wú)誤后，再下發(fā)“執(zhí)行”遙控命令，啟動(dòng)執(zhí)行繼電器，執(zhí)行該線路的合閘遙控。
跳閘過(guò)程調(diào)度端控制系統(tǒng)下發(fā)某線路“跳閘”遙控命令，啟動(dòng)該線路的跳閘對(duì)象／性質(zhì)繼電器，該繼電器吸合，繼電器的一對(duì)常開(kāi)結(jié)點(diǎn)作為“跳閘對(duì)象”校核遙信返送回調(diào)度端控制系統(tǒng)，當(dāng)判斷無(wú)誤后，再下發(fā)“執(zhí)行”遙控命令，啟動(dòng)執(zhí)行繼電器，執(zhí)行該線路的跳閘遙控。為在執(zhí)行跳閘遙控時(shí)，不啟動(dòng)重合閘繼電器，在啟動(dòng)該線路的跳閘對(duì)象／性質(zhì)繼電器的同時(shí)，通過(guò)該繼電器的一對(duì)常開(kāi)結(jié)點(diǎn)組合成自保持回路，以保證封鎖住重合閘。
本裝置的主要功能與指標(biāo)如下遙測(cè)采集功能基本容量32路，可擴(kuò)充到128路；精度A／D轉(zhuǎn)換為12位二進(jìn)制碼，相對(duì)精度為1LSB，輸出精度可到0.1％；輸入范圍0～120％Un，In，Un＝100V，In＝5A；線性范圍被測(cè)額定值0～120％內(nèi)滿足要求；輸入特性采用霍爾元件隔離方式，輸入相電壓，線電壓，相電流，線電流；溫度影響－10℃～55℃內(nèi)，誤差不超過(guò)±0.5％；
遙信采集功能基本容量32路，可擴(kuò)充到128路；事故順序記錄分辨率站內(nèi)分辨率為5ms；遙信采集方式采用中斷與巡檢相結(jié)合的方法，既保證了遙信采集的實(shí)時(shí)性，又節(jié)約了CPU的開(kāi)銷，還不失巡檢的可靠性；輸入電壓范圍直流12V～24V。
電度量采集功能電度量采集基本容量32路，可擴(kuò)充至64路。
遙控功能基本容量16路，可擴(kuò)充至32路。
故障錄波功能基本容量2路。每一個(gè)工頻時(shí)間內(nèi)可采集64點(diǎn)數(shù)據(jù)。有2個(gè)以上標(biāo)準(zhǔn)RS232串行口，可與主站通信，也可外接PC機(jī)實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)乇O(jiān)視功能。通信速率可設(shè)置300BT，600BT，1200BT，9600BT任意一種。通信格式符合部頒“微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)通信規(guī)約”，通信方式CDT。
鍵盤(pán)／顯示功能該裝置具有本機(jī)顯示面板，為用戶提供了一套方便的鍵盤(pán)操作功能。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是首次在電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)裝置上采用霍爾元件組裝成傳感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的變送器，克服了原傳統(tǒng)變送器增加CT、PT負(fù)載，影響測(cè)量精度的毛病。
安裝配線簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，更換測(cè)試元件不需要?jiǎng)佣位芈?，提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
霍爾元件組成的傳感器測(cè)量范圍大，線性好，為開(kāi)發(fā)故障錄波功能創(chuàng)造了必備條件。
采樣方式具有交流采樣和交流采樣／直流轉(zhuǎn)換兩種形式，可適用于各種微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的要求。
全部設(shè)備器件集為一體，即將以往遠(yuǎn)動(dòng)工程的變送器屏、裝置屏、遙信轉(zhuǎn)接屏、遙控執(zhí)行屏四面屏合為一面屏，簡(jiǎn)化了工程設(shè)計(jì)，節(jié)省了占地面積和投資，具有極高的性能價(jià)格比。
功能齊全，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。測(cè)量精度高，長(zhǎng)期穩(wěn)定不變。
采用STD總線，模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。功能板可以任意組合，遙測(cè)量、遙信量、遙控量等可通過(guò)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)隨意設(shè)置。擴(kuò)充容易，組裝靈活，可適應(yīng)不同系統(tǒng)的需要。
具有豐富的軟、硬件支持，為用戶提供一套完整的工作軟件，用戶使用它可以在PC機(jī)上很方便地修改程序參數(shù)并得到機(jī)器碼文件。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎，具有節(jié)省遙控繼電器、開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)和控制電纜材料等優(yōu)點(diǎn)。電度量采集，在現(xiàn)有的各種型號(hào)計(jì)量電度表上加裝脈沖傳感器，累計(jì)的電度值與計(jì)量表值完全相同，并可自動(dòng)統(tǒng)計(jì)峰、谷電量。
具有故障錄波功能，每一個(gè)工頻時(shí)間內(nèi)可采集64點(diǎn)數(shù)據(jù)，可保持故障發(fā)生瞬時(shí)2秒鐘內(nèi)的全部數(shù)據(jù)。
附表1
附表2
<p>附表4
<p>附表3
附表權(quán)利要求1.一個(gè)由機(jī)柜(2)、前門(mén)(1)、后門(mén)(19、20)、遙控繼電器(3)、數(shù)碼顯示器(4)、監(jiān)控主機(jī)(5)、小鍵盤(pán)(6)、端子排(7)、接收信號(hào)指示燈(8)、發(fā)送信號(hào)指示燈(9)、裝置運(yùn)行指示燈(10)、電源開(kāi)關(guān)(11)組成的微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控裝置，其特征在于在機(jī)柜(2)中裝有霍爾傳感器(12)、遙控繼電器(3)，在監(jiān)控主機(jī)(5)中裝有主機(jī)電路單元板(13)、遙測(cè)采集電路單元板(14)、遙信采集電路單元板(15)、電度量采集電路單元板(16)、遙控電路單元板(17)和通訊電路單元板(18)，在主機(jī)電路單元板(13)和遙測(cè)采集電路單元板(14)上裝有8098單片機(jī)。
專利摘要微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控裝置是一種對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)方監(jiān)控的電力系統(tǒng)自動(dòng)化裝置。目前國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)自動(dòng)化遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)采集元件均需要在電流互感器、電壓互感器的測(cè)量回路中安置大量的變送器或繞組，加大負(fù)載，測(cè)量精度差、測(cè)量范圍小。本實(shí)用新型的目的是提供一種遙測(cè)、遙信、電度、遙控多種功能于一體的微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控裝置，以單片機(jī)為核心，用霍爾元件組裝成傳感器取代電流、電壓互感器，使裝置具有耗能小、精度高、線性好、測(cè)量范圍大等特點(diǎn)，并具有故障錄波功能。
文檔編號(hào)G05B15/02GK2195117SQ9420568
公開(kāi)日1995年4月19日 申請(qǐng)日期1994年3月31日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月31日
發(fā)明者錢(qián)馳, 王世軍 申請(qǐng)人:吉林電業(yè)局