輸電線(xiàn)路行波故障定位中高速數據采集系統的實(shí)現
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2．4 總線(xiàn)控制
單片機系統總線(xiàn)上掛有若干RAM或I／O口，尋址和數據傳輸都是由CPU發(fā)出指令通過(guò)系統總線(xiàn)實(shí)現的。對于高速數據采集，為了提高尋址和數據傳輸速度，避免總線(xiàn)沖突或“交通”堵塞，必須建立局部總線(xiàn)。系統總線(xiàn)與局部總線(xiàn)應該既區別又統一，既隔離又結合，彼此通過(guò)合理的控制邏輯聯(lián)系起來(lái)?！ ≡趦却嬗成涞膫鬏敺绞街?，A／D不斷地將轉換的數據寫(xiě)入高速緩存RAM，CPU根據數據處理的需要從高速緩存RAM讀取數據至雙口RAM1，雙口RAM1還需要將所有單元刷新一遍。這三種操作都要占用卡上的數據、地址總線(xiàn)，但它們發(fā)生的時(shí)間是隨機的，因此對總線(xiàn)的占用必然會(huì )產(chǎn)生沖突，總線(xiàn)仲裁電路的功能就是對這三種操作進(jìn)行協(xié)調。這里，通過(guò)5片74LS241二選一開(kāi)關(guān)來(lái)協(xié)調地址計數器與CPU1對高速緩存RAM讀地址的沖突，2片74LS241來(lái)協(xié)調高速緩存RAM與AD9048和雙口RAM之間的數據傳輸的沖突。
2．5 PC總線(xiàn)接口技術(shù)
PC系統總線(xiàn)對4kb的雙口RAM尋址是一個(gè)難點(diǎn)。本數據采集卡采用的是PC總線(xiàn)，又稱(chēng)8位ISA總線(xiàn)。它使用靈活，便于同8位單片機構成接口電路。它有62條引線(xiàn)，分五類(lèi)：地址線(xiàn)、數據線(xiàn)、控制線(xiàn)、輔助與電源線(xiàn)。本數據采集卡只利用了其中一部分引線(xiàn)：8條數據線(xiàn)、10條地址線(xiàn)、IOR和IOW控制線(xiàn)、電源線(xiàn)。譯碼電路詳細框圖如圖2。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/188995.htm
本數據采集卡使用308H、309H、30AH三個(gè)口地址實(shí)現在板緩存4kb的尋址。這里的譯碼電路使用了GAL20V8和兩片74HC574。當PC機要訪(fǎng)問(wèn)某一地址時(shí)，首先寫(xiě)入雙口RAM的低8位地址，此時(shí)GAL20V8的輸出信號選中74HC574（右），將PC－DB上的數據鎖存，形成雙口RAM的低8位地址Addrl，然后寫(xiě)入雙口RAM的高8位地址，GAL20V8的輸出信號選中74HC574（左），將PC－DB上的數據鎖存，形成雙口RAM的高8位地址Addrh。最后通過(guò)選中雙口RAM的片選端cs，完成一次數據的讀／寫(xiě)過(guò)程。
2．6 采樣頻率控制電路
采樣頻率控制電路是由晶振、可編程分頻器8254及一些控制電路組成，8254是可編程分頻器，工作頻率在8M～20MHz，通過(guò)不同的分頻數，可以輸出不同頻率，分頻數的值為2～65535。它的輸出是由觸發(fā)控制電路控制。其輸出時(shí)鐘分別送往地址計數器、高速緩存RAM的寫(xiě)信號控制電路及AD9048的轉換脈沖輸入端。
3 軟件設計
系統的軟件由三大部分組成：數據采集軟件、通訊軟件、故障定位計算軟件。
系統工作的大致程序如下：由GPS時(shí)鐘使安裝在輸電線(xiàn)路兩側的高速同步數據采集系統的時(shí)鐘同步，以確保兩側裝置在數據采集時(shí)的同步。當輸電線(xiàn)路正常運行時(shí)，兩側的高速同步數據采集系統都會(huì )采集各自的線(xiàn)路電流、電壓數據；一旦輸電線(xiàn)路故障時(shí)，兩側均啟動(dòng)記錄并保存故障前和故障后的電流、電壓數據。當故障切除后，兩側裝置通過(guò)調制解調器（MODEM）借用電話(huà)線(xiàn)或網(wǎng)絡(luò )交換兩側的電流、電壓信號。定位計算軟件得到故障點(diǎn)的位置。圖3是本系統的軟件總體框圖。
圖3中的最上面是程序的入口。程序入口的第一個(gè)模塊是初始化。經(jīng)過(guò)初始化后，是整點(diǎn)對時(shí)模塊，在整點(diǎn)時(shí)PC機內的時(shí)鐘將按GPS時(shí)鐘進(jìn)行校準。對時(shí)后，數據采集系統將開(kāi)始工作。模數轉換器將各模擬量的采樣值轉換成數字量后，進(jìn)行自檢。如果電力系統在正常運行，啟動(dòng)元件不啟動(dòng)，主程序將一直在上述程序中循環(huán)。
如果電力系統中有故障，啟動(dòng)元件會(huì )啟動(dòng)。主程序將跳轉到故障處理部分。在故障處理時(shí)，數據采集部分仍然會(huì )正常工作，但不再進(jìn)行對時(shí)和自檢。這個(gè)時(shí)候，裝置將不斷對斷路器輔助觸點(diǎn)和保護動(dòng)作信號等外部開(kāi)關(guān)量進(jìn)行監視。如果外部開(kāi)關(guān)量顯示故障已切除，主程序將跳轉到故障定位部分。首先，裝置將保存本側的電流、電壓值；然后，再通過(guò)MODEM經(jīng)由電話(huà)線(xiàn)與其他側交換數據；最后，進(jìn)行故障相判斷，再得到故障定位結果。
對裝置起動(dòng)元件的一個(gè)基本要求是靈敏度高，選擇性好。根據采樣的電氣量和工控機的特點(diǎn)，裝置采用相電流起動(dòng)、負序電流起動(dòng)、零序電流起動(dòng)按或門(mén)邏輯輸出起動(dòng)。
在系統中，數據采集軟件的功能是：使兩側的時(shí)鐘同步，進(jìn)行高速模數（A／D）采集的初始化及運行控制和保存雙端的電流、電壓信號。通訊軟件的功能是：實(shí)現單片機和微型計算機之間的通訊，將采集的數據傳送給微型計算機；并且實(shí)現輸電線(xiàn)路兩端裝置的通訊，交換輸電線(xiàn)路兩側所采集的電流、電壓信號。故障定位計算軟件的功能是：利用小波算法對采集的故障電流和電壓進(jìn)行處理，消除各次諧波和其他干擾分量，尋找故障點(diǎn)。進(jìn)行故障相的判別，選出故障相別，將記錄數據以圖形的形式顯示出來(lái)。
4 結論
此高速同步數據采集系統具有采樣速率高、運行方式靈活、同步時(shí)鐘精度高和符合ISA總線(xiàn)標準等特點(diǎn)。以DS80C320單片機為核心，采用GPS同步時(shí)間，配合適當的外圍設備和合理的總線(xiàn)控制技術(shù)實(shí)現高速數據采集。同時(shí)兼有數字存儲示波功能和數據分析能力，可以廣泛用于電力測量、電力系統故障定位和繼電保護領(lǐng)域。
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