1、第十六讲 数据采集与处理,肖仕武，薛安成 Office:J5B309 Tel:80794899,North China Electric Power University,page2,2019/3/7,数据采集的开关量输入电路,开关量输出电路,模拟量输入电路,模拟量输出电路,第二章 数据采集与处理,North China Electric Power University,page3,2019/3/7,电力系统运行控制所需要的信息,遥测量,母线电压,各线路的有功、无功功率或电流,变压器有功、无功功率、分接头档位,发电机/电厂所发有功、无功出力,电站/厂，线路有功电度,系统频率,水库水位,气象数
2、据,遥信量,断路器的合、分状态,隔离刀闸的合、分状态,各个元件保护状态,自动装置的动作状态,事故总信号,North China Electric Power University,page4,2019/3/7,数据采集与控制的基本硬件结构,North China Electric Power University,page5,2019/3/7,开关量输入基本硬件结构,North China Electric Power University,page6,2019/3/7,隔离电路,1、继电器隔离,2、光电隔离,North China Electric Power University,page
3、7,2019/3/7,滤波去抖电路,North China Electric Power University,page8,2019/3/7,三态门的工作原理,North China Electric Power University,page9,2019/3/7,锁存器,(1) 为低电平、G为高电平时，输出端状态和输入端状态相同，即输出跟随输入,(2)当 为低电平、G电平降为低电平时（下降沿），输入端数据锁入内部寄存器中，内部寄存器的数据与输出端相同。当G电位保持为低电平时，输入端数据变化不会影响输出端状态。,(3)当 为高电平时锁存器缓冲三态门封闭，即输出端为高阻态。74LS373的输入端
4、D0-D7与输出端Q0-Q7隔离,North China Electric Power University,page10,2019/3/7,地址译码电路,74HC138的真值表,North China Electric Power University,page11,2019/3/7,输入/输出的控制方式,查询方式,中断方式,直接存储器存取方式,同步传输方式,North China Electric Power University,page12,2019/3/7,开关量输出电路,North China Electric Power University,page13,2019/3/7,模拟
5、量输入,基于逐次逼近型A/D转换的模拟量输入电路,North China Electric Power University,page14,2019/3/7,模拟量输入,传感器、变送器,传感器将非电量物理量转换为电量物理量,变送器将电量物理量转换为计算机可以处理的电压电流范围,一次PT将高压电转换为0100v的次级电压,一次CT将大电流转换为05A的二次电流,电压、电流变送器将这些范围的信号转换为05v的电压信号或420mA的电流信号,功率变送器的输出为双极性5v+5v的电压范围,North China Electric Power University,page15,2019/3/7,电压形
6、成回路,North China Electric Power University,page16,2019/3/7,采样保持,保持期间，S断开，由于A2的高输入阻抗，使得保持电容Ch的电压输出保持充电时的最高值。,采样期间，S闭合，A1通过S向Ch充电，使输出随输入变化而变化。此时电路处于自然采样状态。,North China Electric Power University,page17,2019/3/7,多路转换器,各个模拟量在多路转换开关的控制下分时地逐一经A/D转换器转换，每次只选通一路。对多路开关的要求是断开时开路阻抗无穷大，导通时阻抗为0，切换速度快，工作可靠。,常见的多路开关有
7、CD4051B，AD7506等,模拟量多路开关由三部分组成,1 地址输入缓冲和电平转换使得输入端对TTL，CMOS逻辑电平兼容,2 译码和驱动把地址译为通道号代码,3 模拟开关，对应通道的模拟开关导通，将该通道的输入模拟电压引至输出端,North China Electric Power University,page18,2019/3/7,多路转换器,若输入模拟通道数目超过16，需多片AD7506，这时需要增加译码器进行片选。,AD7506导通时导通电阻约400，由于不接近0，所以负载电阻一定要比较大，一般在输出后增加一级电压跟随器以提高输入阻抗。,North China Electric
8、Power University,page19,2019/3/7,模/数转换,逼近寄存器SAR,D/A转器,比较器,时序和控制逻辑电路,North China Electric Power University,page20,2019/3/7,电压频率变换型A/D变换,产生的脉冲频率正比于输入电压的大小 工作稳定，线性度高、电路简单 抗干扰能力强 采样电路的速度是有一定限制,North China Electric Power University,page21,2019/3/7,采样方式,三种模拟量,快速变化的交流量：如交流电压、电流、功率等,缓慢变化的直流量：如控制母线的直流电压、操作母线
9、的直流电压,缓慢变化的非电量：如温度、压力、水位等。,North China Electric Power University,page22,2019/3/7,采样方式,只针对交流信号的采集。直接将交流信号变送为05V的交流电压信号送至A/D转换器进行转换，即采集交流信号的瞬时值，然后采用算法计算电压、电流的有效值及利用电压电流计算功率。,直流采样,交流采样,直流电量：利用直流电量变送器将实际的电压电流值转换为05V的直流电压。 交流电量：采用交流电压、电流和功率变送器将相应原始信号转换为05V或05V的直流电压信号。 非电量：利用专用的温度变送器、压力变送器,North China Ele
10、ctric Power University,page23,2019/3/7,采样方式,直流采样的特点,对A/D转换器转换速率要求不高，软件算法简单，程序可靠性高 经过整流和滤波环节，抗干扰能力较强。 直流采样输入回路常采用RC电路滤去整流后的纹波，采样实时性差，无法反映被测量的波形，因此不适用于微机保护和故障录波。 需要变送器屏。,North China Electric Power University,page24,2019/3/7,采样方式,交流采样的特点,实时性好 能反映实际波形 可以省略功率变送器，功率由算法计算得到。 对A/D转换器和采样保持器要求较高，要求一个周期内必须有足够的采样点数，要求A/D转换器转换速度高。 采样和计算的程序比较复杂。,North China Electric Power University,page25,2019/3/7,模拟量输出,North China Electric Power University,page26,2019/3/7,D/A转换器基本原理,North China Electric Power University,page27,2019/3/7,D/A转换器的结构,
