微机保护的硬件原理ppt课件

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1、第一章第一章 微机维护的硬件原理微机维护的硬件原理第一节第一节 概述概述 1.1.微机维护的硬件系统包括以下三部分：微机维护的硬件系统包括以下三部分：数据采集系统或称模拟量输入系统：数据采集系统或称模拟量输入系统：包括电压构成、采样坚持、多路开关及包括电压构成、采样坚持、多路开关及数模转换。数模转换。微型机或微处置器主系统：包括微处微型机或微处置器主系统：包括微处置器、程序存储器置器、程序存储器ROMROM、数据存储、数据存储器器RAMRAM、定时器、并串接口等。、定时器、并串接口等。开关量输入输出系统：由微型机的并行接开关量输入输出系统：由微型机的并行接口、光电隔离器件及有触点的中间继电口、

2、光电隔离器件及有触点的中间继电器等组成。完成维护需求的外部触点接器等组成。完成维护需求的外部触点接入、出口跳闸、人机对话等功能。入、出口跳闸、人机对话等功能。图图1 11 1 示出了微机维护硬件构成框图示出了微机维护硬件构成框图第一节第一节 概述概述图11 微机维护硬件构成框图第一节第一节 概述概述2.微机维护用硬件特点微机维护用硬件特点集成微处置器集成微处置器MPU、只读存储器、只读存储器(ROM)、随即存取存储器随即存取存储器(RAM)、定时器、模数转、定时器、模数转换器换器(AD)、并行接口、并行接口(PIO)、闪存单元、闪存单元(FLASH)、数字信号处置器、数字信号处置器(DSP)、

3、通讯、通讯接口等多种功能集成在一个芯片内的单片接口等多种功能集成在一个芯片内的单片机系统。机系统。把一切总线连同单片机都集成在一个芯片内把一切总线连同单片机都集成在一个芯片内的总线不出片技术。的总线不出片技术。不区分微机、单片机、微处置器不区分微机、单片机、微处置器第二节第二节 数据采集系统数据采集系统为模数转换为模数转换ADAD做预备、转换模拟量做预备、转换模拟量为数字量为数字量顺应电力系统缺点信号特点顺应电力系统缺点信号特点频谱分布广大：从直流、衰减直流、工频谱分布广大：从直流、衰减直流、工频基波分量到各次谐波最高到数百频基波分量到各次谐波最高到数百千赫兹在内的暂态信号千赫兹在内的暂态信号

4、动态范围广大：从正常运转的几十安培动态范围广大：从正常运转的几十安培到短路形状下的几万安培甚至几十万到短路形状下的几万安培甚至几十万安培安培第一章第一章 微机维护的硬件原理微机维护的硬件原理n顺应继电维护特点要求顺应继电维护特点要求n模拟量设置应满足继电维护功能要求为准那么模拟量设置应满足继电维护功能要求为准那么n典型的高压线路维护需求：三相电流、零序电典型的高压线路维护需求：三相电流、零序电流；三相电压、线路侧线间电压；流；三相电压、线路侧线间电压；n典型的三绕组变压器差动维护需求：每一绕组典型的三绕组变压器差动维护需求：每一绕组侧的三相电流侧的三相电流n 因此，微机维护是一个多模拟量输入系

5、统因此，微机维护是一个多模拟量输入系统第一章第一章 微机维护的硬件原理微机维护的硬件原理2 21 1 电压构成回路电压构成回路要求要求继电维护所运用的电压、电流都是来自继电维护所运用的电压、电流都是来自于电压互感器于电压互感器100100伏、线间电压伏、线间电压和电流互感器额定电流和电流互感器额定电流5 5安或安或1 1安，安，短路电流短路电流100100安安把把100100伏左右的电压变换为适宜伏左右的电压变换为适宜ADAD转换转换需求的正负需求的正负2.52.5伏、正负伏、正负5 5伏、正负伏、正负1010伏的电压；伏的电压；把小于把小于1 1安安100100安的电流变换为适宜安的电流变换

6、为适宜ADAD转换需求的正负转换需求的正负2.52.5伏、正负伏、正负5 5伏、正伏、正负负1010伏的电压伏的电压第二节第二节 数据采集系统数据采集系统变换器变换器电压变换器电压变换器 用于将一次电压变换成微机维护模数转换用于将一次电压变换成微机维护模数转换ADAD用的电用的电压，普通变压器原理。压，普通变压器原理。电流变换器：用于电流电流电压电流变换器：用于电流电流电压 用于将一次电流变换成微机维护模数转换用于将一次电流变换成微机维护模数转换ADAD用的电用的电压。普通变压器原理，把电流变换成电流，压。普通变压器原理，把电流变换成电流，再把一个小电阻再把一个小电阻并联在该变压器的二次侧，构

7、成电压。并联在该变压器的二次侧，构成电压。要求该变压器的铁心不饱和。要求该变压器的铁心不饱和。第二节第二节 数据采集系统数据采集系统第二节第二节 数据采集系统数据采集系统n电抗变压器：用于直接获取电压电抗变压器：用于直接获取电压n 它的原理构造、原理图及等值电路如图它的原理构造、原理图及等值电路如图1 12 2所所示示n n 图图1 12 2 电抗变压器的原理构造与电抗变压器的原理构造与等值电路图等值电路图第二节第二节 数据采集系统数据采集系统 它的铁心带有气隙、具有三个绕组的变压器。由于它的铁心带有气隙、具有三个绕组的变压器。由于存在气隙，励磁电抗数值很小，相对而言很大的二次存在气隙，励磁电

8、抗数值很小，相对而言很大的二次负载阻抗可忽略不及，故一次电流全部作为励磁电负载阻抗可忽略不及，故一次电流全部作为励磁电流。此时有以下关系：流。此时有以下关系：总体效果相当于总体效果相当于.13()/()ocmUIRjXZR3()/()brmZRjXZR.1ocUI jX 因此电抗变可以将一次电流的基波分量成比例地转因此电抗变可以将一次电流的基波分量成比例地转换成二次侧电压。但放大了谐波分量，阻止了直流和换成二次侧电压。但放大了谐波分量，阻止了直流和低频分量。严厉讲是失真变换。低频分量。严厉讲是失真变换。电流变换器和电抗变压器的比较电流变换器和电抗变压器的比较电流变换器可以不失真地变换电流成为电

9、压，但是在电流变换器可以不失真地变换电流成为电压，但是在出现非周期分量、衰减直流分量时，容易饱和，出现非周期分量、衰减直流分量时，容易饱和，线性度差，动态范围小线性度差，动态范围小电抗变压器具有阻止直流、放大谐波的作用，因此当电抗变压器具有阻止直流、放大谐波的作用，因此当一次波形为非正弦时，二次将发生严重畸变。但一次波形为非正弦时，二次将发生严重畸变。但是它的动态范围广大、铁心不易饱和、具有移相是它的动态范围广大、铁心不易饱和、具有移相作用。在某些场所下还是有用的。作用。在某些场所下还是有用的。第二节第二节 数据采集系统数据采集系统2 22 2 采样坚持电路和模拟低通滤波采样坚持电路和模拟低通

10、滤波器器采样坚持电路的作用及原理采样坚持电路的作用及原理定义：采样坚持电路定义：采样坚持电路S/H,Sampling and HoldingS/H,Sampling and Holding是在极短时间内丈量模拟量在该是在极短时间内丈量模拟量在该时辰的瞬时值，并在模拟数字时辰的瞬时值，并在模拟数字转换器进展转换的期间坚持输出转换器进展转换的期间坚持输出不变的一个电路不变的一个电路第二节第二节 数据采集系统数据采集系统n组成：它由电子模拟开关组成：它由电子模拟开关ASAS、坚持电容器及两个、坚持电容器及两个阻抗变换器组成。阻抗变换器组成。ChCh的作用是记忆的作用是记忆ASAS闭合时辰的闭合时辰的

11、电压，并在电压，并在ASAS翻开后坚持该电压。阻抗变换器翻开后坚持该电压。阻抗变换器I I在在ChCh端提供低阻抗，使得端提供低阻抗，使得ChCh电压建立迅速，而在输电压建立迅速，而在输入端呈现高阻抗，以尽量减少对输入回路的影响；入端呈现高阻抗，以尽量减少对输入回路的影响；阻抗变换器阻抗变换器1111在在ChCh端提供高阻抗，使得端提供高阻抗，使得ChCh衰减缓衰减缓慢，而在后边呈现低阻抗以提高带负载的才干。慢，而在后边呈现低阻抗以提高带负载的才干。第二节第二节 数据采集系统数据采集系统第二节第二节 数据采集系统数据采集系统图13 采样坚持电路及任务过程第二节第二节 数据采集系统数据采集系统n

12、任务过程：微机采样定时器等间隔地产生采样脉冲任务过程：微机采样定时器等间隔地产生采样脉冲进展采样，得到采样信号，采样后信号在下次采样进展采样，得到采样信号，采样后信号在下次采样脉冲到来之前应坚持不变，构成稳定的阶梯状采样脉冲到来之前应坚持不变，构成稳定的阶梯状采样坚持信号，等待坚持信号，等待A/DA/D转换。转换。第二节第二节 数据采集系统数据采集系统对采样坚持电路的要求对采样坚持电路的要求ChCh上的电压按照一定的精度跟踪上的电压按照一定的精度跟踪UsrUsr，跟踪时，跟踪时间尽量短，以顺应最小采样宽度要求间尽量短，以顺应最小采样宽度要求TcTc坚持时间要长，通常用下降率来表示坚持才坚持时间

13、要长，通常用下降率来表示坚持才干干模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断时的模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断时的漏电流要小漏电流要小 前两个目的取决于阻抗变换器和坚持电容前两个目的取决于阻抗变换器和坚持电容的性能，的性能，就捕获而言，越小越好；就坚持而言越大越就捕获而言，越小越好；就坚持而言越大越好。好。普通来讲，要求快速捕获，采样周期短，普通来讲，要求快速捕获，采样周期短，电容要小电容要小一些；一些；慢速捕获，采样周期长，电容大一些，稳慢速捕获，采样周期长，电容大一些，稳定性好，定性好，抗杂散电容影响才干强。抗杂散电容影响才干强。uTsTc第二节第二节 数据采集系统数据采集系统图14采样坚持电

14、路的性能与电容Ch的关系曲线1坚持下降率2坚持跳变误差30.1误差的截获时间4充电速率5频带例子：假设取Ch为0.01uf，那么坚持下降率为2mV/S，微机维护采样速率高于2mS，没问题；而截获时间为20微妙，误差相当于工频0.36度，也没有问题。但是对于高频采集行波采集就不行了！需求提示的是：Ch经常需求外接第二节第二节 数据采集系统数据采集系统采样频率的选择和模拟低通滤波器的运用采样频率的选择和模拟低通滤波器的运用等步长采样和变步长采样等步长采样和变步长采样 对于电网频率动摇小，采样精度要求不是很对于电网频率动摇小，采样精度要求不是很高的场所，常采用等高的场所，常采用等步长采样步长采样 对

15、于电网频率动摇大，采样精度要求高的场对于电网频率动摇大，采样精度要求高的场所，需求变步长采所，需求变步长采样，变步长的采样间隔时间采样脉冲发出时样，变步长的采样间隔时间采样脉冲发出时间要随时调整间要随时调整采样定理采样定理 被采样信号的频率最高不超越被采样信号的频率最高不超越1/21/2采样频率，采样频率，否那么会呵斥频谱混否那么会呵斥频谱混叠。叠。适宜的维护采样频率选择适宜的维护采样频率选择 高采样频率要求高采样频率要求CPUCPU的处置和运算速度快；低的处置和运算速度快；低采样频率能够会造采样频率能够会造成频率混叠，由于电力系统缺点后的电压电流成频率混叠，由于电力系统缺点后的电压电流是一个

16、宽频谱信号。是一个宽频谱信号。第二节第二节 数据采集系统数据采集系统n适宜的维护采样频率选择适宜的维护采样频率选择n 假设思索目前的继电维护主要是基于工频缺点假设思索目前的继电维护主要是基于工频缺点信息构成的，那信息构成的，那n么，高频缺点信息应该么，高频缺点信息应该/可以滤除，这样将降低对可以滤除，这样将降低对CPUCPU和采样速率的和采样速率的n要求。目前微机维护普遍采用要求。目前微机维护普遍采用600Hz600Hz1.6671.667毫秒、毫秒、1kHz1kHz1 1毫毫n秒、秒、1.8kHz1.8kHz0.550.55毫秒的采样频率，它们都可毫秒的采样频率，它们都可以满足工频缺点以满足

17、工频缺点n信息和信息和3 3次、次、5 5次谐波的采样和分辨要求。但是高于次谐波的采样和分辨要求。但是高于300Hz300Hz、500Hz500Hz、n900Hz900Hz的缺点信号怎样办呢？的缺点信号怎样办呢？第二节第二节 数据采集系统数据采集系统n前置低通滤波器的设置前置低通滤波器的设置n 滤波器是一种能使有用频率信号经过，同时拟滤波器是一种能使有用频率信号经过，同时拟制无用频率信号制无用频率信号n的电路。低通滤波器是只让低于截至频率经过的滤的电路。低通滤波器是只让低于截至频率经过的滤波器。波器。n 前置低通滤波器又称为抗混叠滤波器，广泛运前置低通滤波器又称为抗混叠滤波器，广泛运用于各种消

18、费、用于各种消费、n控制电路中的采样电路前，滤除高于控制电路中的采样电路前，滤除高于2 2倍采样频率的倍采样频率的信号，因此截信号，因此截n至频率被设置为至频率被设置为1/2fs1/2fs。n 低通滤波器可以采用有源的、也可以采用无源低通滤波器可以采用有源的、也可以采用无源的。无源滤波器的。无源滤波器n构成简单，但电阻和电容回路对信号有衰减作用，构成简单，但电阻和电容回路对信号有衰减作用，并会带来时间延并会带来时间延n迟，仅适用于对速度和性能要求不高的微机维护迟，仅适用于对速度和性能要求不高的微机维护n 有源滤波器抗冲击干扰才干差，但滤波性能好。有源滤波器抗冲击干扰才干差，但滤波性能好。n 性

19、能越好的滤波器延时越长，呵斥信号不同步性能越好的滤波器延时越长，呵斥信号不同步的能够性越大。的能够性越大。n 继电维护经常采用普通的一阶最高二阶的有继电维护经常采用普通的一阶最高二阶的有源或无源滤波源或无源滤波n器来限制接近工频分量的谐波信息混进来！器来限制接近工频分量的谐波信息混进来！第二节第二节 数据采集系统数据采集系统图15 二阶无源低通滤波器第二节第二节 数据采集系统数据采集系统图16 二阶无源低通滤波器2 23 3 模拟量多路转换开关模拟量多路转换开关继电维护需求多的模拟量继电维护需求多的模拟量数模转换器是贵重的元器件数模转换器是贵重的元器件电路布板希望少的芯片电路布板希望少的芯片多

20、路转换器是一个理想的、经常采用的多路转换器是一个理想的、经常采用的芯片芯片定义：是一个开关电路；接入很多模拟定义：是一个开关电路；接入很多模拟量；仅仅把其中的一路送给数模转换量；仅仅把其中的一路送给数模转换器去转换。器去转换。不同的模拟量经过不同的模拟量经过“分时方式完分时方式完成模数转换过程。成模数转换过程。第二节第二节 数据采集系统数据采集系统第二节第二节 数据采集系统数据采集系统组成：包括选择接通路数的二进制译码电路和多路组成：包括选择接通路数的二进制译码电路和多路电子开关。电子开关。二进制译码电路决议哪个电子开关接通二进制译码电路决议哪个电子开关接通接入相接入相应的待转换模拟量应的待转

21、换模拟量多路电子开关起分断其它回路而仅仅接通待转换的多路电子开关起分断其它回路而仅仅接通待转换的哪一路模拟量作用哪一路模拟量作用1616路多路转换开关例路多路转换开关例A0A0A3A3是路数选择线是路数选择线接接CPUCPU，控制哪一路选通，控制哪一路选通A1A1A16A16是模拟量入是模拟量入AS1AS1AS16AS16是电子开关是电子开关EnEn是始能端是始能端图17 16路多路转换开关2 24 4 模数转换器模数转换器定义：是一个硬件电路，用于实现模拟定义：是一个硬件电路，用于实现模拟量到数字量的转换，也称为量到数字量的转换，也称为A/DA/D转换转换器。它是把模拟量变成能让计算机识器。

22、它是把模拟量变成能让计算机识别的数字量的桥梁。别的数字量的桥梁。运用范围及其广大：随时间延续变化的运用范围及其广大：随时间延续变化的模拟量、需求计算机来处置的都必需模拟量、需求计算机来处置的都必需经过这个环节。像电压、电流、温度、经过这个环节。像电压、电流、温度、压力速度等压力速度等分类：分类：直接型：直接把模拟量转换成数字代码直接型：直接把模拟量转换成数字代码间接型：首先把模拟量转换成某种变量间接型：首先把模拟量转换成某种变量比如频率，再转换成数字代码输比如频率，再转换成数字代码输出出第二节第二节 数据采集系统数据采集系统第二节第二节 数据采集系统数据采集系统模数转换器的普通原理模数转换器的

23、普通原理 将输入的模拟量将输入的模拟量UsrUsr相对于模拟参考量相对于模拟参考量URUR经编码电经编码电路转换成数字量路转换成数字量D D输出输出 D D可以表示为可以表示为 B1B1BnBn均为二进制码。均为二进制码。srRUDU123123222.2nnDBBBB123123(222.2)nsrRnUUBBBB第二节第二节 数据采集系统数据采集系统数模转换器，数模转换器，D/AD/A转换器转换器 数模转换器的作用是将数字量经解码电数模转换器的作用是将数字量经解码电路变成模拟路变成模拟电压或电流输出。每位数字量都有一定的权，电压或电流输出。每位数字量都有一定的权，不同的权不同的权就代表一个

24、详细的数值。就代表一个详细的数值。图图18 4位数模转换器阐明图位数模转换器阐明图第二节第二节 数据采集系统数据采集系统 电子开关电子开关K0K0K3K3分别受分别受4 4位输入数字量位输入数字量B1B1B4B4的控制。的控制。在某位为零时，开关合向左侧，即接地；为在某位为零时，开关合向左侧，即接地；为1 1时，合向右时，合向右侧，即接运放反相输入端。侧，即接运放反相输入端。流向运算放大器反相输入端的总电流反映了流向运算放大器反相输入端的总电流反映了4 4位输入位输入数字量的大小，经带有负反响电阻的放大器放大后变换数字量的大小，经带有负反响电阻的放大器放大后变换成电压输出。成电压输出。图中的特

25、殊网络构造和参数选择使得各个电子开关所图中的特殊网络构造和参数选择使得各个电子开关所接通的回路具有不同的接通的回路具有不同的“权值。权值。所以，运放输入电流为所以，运放输入电流为1213141/2;1/2;1/4;1/8RIUR II II II1 1223 344scFIB IB IB IB IuI R第二节第二节 数据采集系统数据采集系统逐次逼近式模数转换器原理逐次逼近式模数转换器原理 将一待转换的模拟输入信号将一待转换的模拟输入信号UinUin与一推测与一推测信号信号UiUi相比相比较，根据推测信号大于还是小于输入信号来较，根据推测信号大于还是小于输入信号来决议是增大还决议是增大还是减小

26、该推测信号，直至逼近输入信号为止。是减小该推测信号，直至逼近输入信号为止。推测信号由推测信号由D/AD/A转换器的输出获得。转换器的输出获得。图图19 模数转换器原理阐明图模数转换器原理阐明图第二节第二节 数据采集系统数据采集系统逐次逼近式模数转换器原理逐次逼近式模数转换器原理 将一待转换的模拟输入信号将一待转换的模拟输入信号UinUin与一推测与一推测信号信号UiUi相比相比较，根据推测信号大于还是小于输入信号来较，根据推测信号大于还是小于输入信号来决议是增大还决议是增大还是减小该推测信号，直至逼近输入信号为止。是减小该推测信号，直至逼近输入信号为止。推测信号由推测信号由D/AD/A转换器的

27、输出获得。转换器的输出获得。图图19 模数转换器原理阐明图阐明图模数转换器原理阐明图阐明图第二节第二节 数据采集系统数据采集系统二分法：测试最大能够值，为二分法：测试最大能够值，为1 1，DADA偏小，有偏小，有效；为效；为0 0，偏大，置，偏大，置0 0。继续。继续ADAD的双极性衔接抬起来，加偏置的双极性衔接抬起来，加偏置第一章第一章 微机维护硬件原理微机维护硬件原理小结小结简介了微机维护根本硬件组成简介了微机维护根本硬件组成引见了电压构成回路引见了电压构成回路引见了采样坚持电路引见了采样坚持电路引见了多路转换开关引见了多路转换开关引见了逐次逼近式模数转换器原理引见了逐次逼近式模数转换器原

28、理习题习题写出逐次逼近式模数转换器任务原理和过写出逐次逼近式模数转换器任务原理和过程程 第二节第二节 数据采集系统数据采集系统偏置结果变成单极性偏置结果变成单极性第二节第二节 数据采集系统数据采集系统波形溢出波形溢出第二节第二节 数据采集系统数据采集系统w微机维护对模数转换器的要求微机维护对模数转换器的要求w转换时间转换时间w精度要求精度要求w微机维护要接受微机维护要接受100A电流，还要正确电流，还要正确分辨分辨10额定电流精工电流额定电流精工电流0.5安培。安培。w12位位AD可以满足要求。如采用可以满足要求。如采用16位位更好更好()ADRYTsn ttt第二节第二节 数据采集系统数据采

29、集系统2 25 VFC5 VFC型数据采集系统型数据采集系统VFC-Voltage Frequency Converter,VFC-Voltage Frequency Converter,电压频电压频率转换器率转换器经电压构成回路后，经过经电压构成回路后，经过VFCVFC，将模拟电压变，将模拟电压变换为脉冲信号，由计数器进展计数。这样换为脉冲信号，由计数器进展计数。这样在采样间隔内的计数值就与采样对象的积在采样间隔内的计数值就与采样对象的积分值成比例。实现了模数转换。分值成比例。实现了模数转换。第二节第二节 数据采集系统数据采集系统nVFCVFC任务原理任务原理n它是一个电路，由一个运放、一个

30、零它是一个电路，由一个运放、一个零电压比较器、一个单稳触发器、一个电压比较器、一个单稳触发器、一个电子开关及电阻电容组成。电子开关及电阻电容组成。第二节第二节 数据采集系统数据采集系统前提前提maxmaxsrRsrRsrRRRREIIUERR直流输入信号任务原理直流输入信号任务原理输入为输入为0 0，电容器电压为，电容器电压为0 0，单稳为，单稳为0 0，电子开关接地电子开关接地耿直流信号时，耿直流信号时，IRIR0 0，IcIc-Isr-Isr，UcUc有变负的趋势，这个变化被检测，单稳有变负的趋势，这个变化被检测，单稳输出正跳变并坚持输出正跳变并坚持T0.T0.电子开关切换到电子开关切换到

31、-ERER在在T0T0期间，期间，RRRR上有电流，电容电流发生上有电流，电容电流发生了变化了变化 Ic Ic IR-Isr IR-Isr第二节第二节 数据采集系统数据采集系统第二节第二节 数据采集系统数据采集系统第二节第二节 数据采集系统数据采集系统在在ToTo消逝时辰消逝时辰 Uc Uc达最大值达最大值To To 消逝后，电子开关接回地。电容放电，放电电压为消逝后，电子开关接回地。电容放电，放电电压为到到0 0时，再次被零电压监测器发现，单稳形状翻转时，再次被零电压监测器发现，单稳形状翻转过零时对应的时辰是过零时对应的时辰是t2 t2 周而复始，周而复始，Uc Uc 呈周期性变化，周期呈周

32、期性变化，周期T T是是t2t2。0001()()()1()tcRsrcTRsru tIIdtU TCII tC第二节第二节 数据采集系统数据采集系统 因此，因此，电压和电压和频率成频率成正比，正比，对脉冲对脉冲个数计个数计数得到数得到电压求电压求和积和积分分第二节第二节 数据采集系统数据采集系统 第二节第二节 数据采集系统数据采集系统交流输入信号任务原理交流输入信号任务原理首先添加一个正偏置，把信号变为单极性。首先添加一个正偏置，把信号变为单极性。正偏置电流取为正偏置电流取为I I偏偏IR/2IR/2ER/2RR,ER/2RR,这时最大交流输入变为这时最大交流输入变为max2sRRRsruU

33、ER偏第二节第二节 数据采集系统数据采集系统综合输入信号为max()sin()srsutUUt偏1在0To期间是一上升的曲线第二节第二节 数据采集系统数据采集系统2当To消逝后，电子开关接回地第二节第二节 数据采集系统数据采集系统第二节第二节 数据采集系统数据采集系统第二节第二节 数据采集系统数据采集系统VFCVFC数据采集系统特点数据采集系统特点低通滤波低通滤波抗干扰才干强抗干扰才干强位数可调位数可调与微机接口简单与微机接口简单多微机共享多微机共享不适于高速采样不适于高速采样第二节第二节 数据采集系统数据采集系统第三节第三节 开关量输入及输出回路开关量输入及输出回路光电耦合器光电耦合器 把发

34、光器件发光二极管和光敏器件受把发光器件发光二极管和光敏器件受光导通组合，可以实现光媒介的电信号传变，这光导通组合，可以实现光媒介的电信号传变，这种器件被称为光电耦合器种器件被称为光电耦合器 光隔离器光隔离器 光传感器光传感器 光敏集成块光敏集成块 常见光隔离器，二极管型、三极管型、达林常见光隔离器，二极管型、三极管型、达林顿型晶闸管型，驱动功率大小区分顿型晶闸管型，驱动功率大小区分第三节第三节 开关量输入及输出回路开关量输入及输出回路开关量输入回路开关量输入回路装在面板上的接点装在面板上的接点5 5伏系统伏系统装在端子排上的接点装在端子排上的接点2424伏、伏、4848伏、伏、220220伏等

35、，需伏等，需求光电隔离求光电隔离第三节第三节 开关量输入及输出回路开关量输入及输出回路开关量输出回路开关量输出回路维护的跳闸出口、本地信号和中央信号维护的跳闸出口、本地信号和中央信号 普通由并行输出口、逻辑与非门、光电隔离器、有普通由并行输出口、逻辑与非门、光电隔离器、有接点的继电器组成接点的继电器组成典典型型微微机机保保护护出出口口控控制制回回路路第三节第三节 开关量输入及输出回路开关量输入及输出回路nK1K1为常闭接点线圈不带电情况下闭合，是一个为常闭接点线圈不带电情况下闭合，是一个闭锁告警信号闭锁告警信号nK2K2、K3K3、K4K4、KNKN为常开接点线圈不带电情况下翻为常开接点线圈不

36、带电情况下翻开开nK2K2是缺点启动信号是缺点启动信号nK3K3、K4K4是跳闸出口接点是跳闸出口接点nV1V1V5V5是光隔是光隔n出口接点出口条件出口接点出口条件n1 1无告警信号无告警信号n2 2启动继电器动作启动继电器动作n出口继电器所在光隔导通计算机输出跳闸信号出口继电器所在光隔导通计算机输出跳闸信号小结小结多路转换开关多路转换开关逐次逼近式模数转换逐次逼近式模数转换VFCVFC开关量输入输出开关量输入输出作业作业 1 1 图图1 13737中中K1K1的作用是什么？的作用是什么？2 VFC2 VFC电路中单稳态触发器的作用是什么？电路中单稳态触发器的作用是什么？第四节第四节 DSP

37、 DSP技术的运用技术的运用DSPDSP数字信号处置器数字信号处置器Digital signal processorDigital signal processor是公用数字信号处置器芯片。特别用于执行快速运是公用数字信号处置器芯片。特别用于执行快速运算算内部采用哈佛构造，存储空间分为两个：数据存储内部采用哈佛构造，存储空间分为两个：数据存储器和程序存储器。允许同时访问。器和程序存储器。允许同时访问。独立的硬件乘法器。独立的硬件乘法器。第五节第五节 网络化硬件电路网络化硬件电路5 51 1 问题的提出问题的提出主维护、后备维护、开出、主维护、后备维护、开出、开入、监控需求开入、监控需求CPUC

38、PU多多CPUCPU任务，经过网络联起任务，经过网络联起来来5 52 2 网络化硬件电路网络化硬件电路CPUCPU插件；开入插件；开出插件；开入插件；开出插件；插件；CANCAN总线总线第五节第五节 网络化硬件电路网络化硬件电路第五节第五节 网络化硬件电路网络化硬件电路5 53 CAN3 CAN总总线特点线特点采用短帧构采用短帧构造，传输造，传输时间短时间短差分信号传差分信号传送方式，送方式，抗干扰才抗干扰才干强干强第五节第五节 网络化硬件电路网络化硬件电路当传送当传送“0“0信号时，差分电压差大；信号时，差分电压差大；当传送当传送“1“1信号时，差分电压差低。信号时，差分电压差低。差分电压高

39、低取决于如下电路差分电压高低取决于如下电路第五节第五节 网络化硬件电路网络化硬件电路发送发送“0 0时，时，V1V1导通，总线导通，总线VhVh被钳位高电平；被钳位高电平；V2V2截至，总线截至，总线VlVl被置位低电平，压差大，总线呈现被置位低电平，压差大，总线呈现“0 0发送发送“1 1时，时，V1V1截至，总线截至，总线VhVh被钳位低电平；被钳位低电平；V2V2导通，总线导通，总线VlVl被置位高电平，压差小，总线呈现被置位高电平，压差小，总线呈现“1 1VHVL第五节第五节 网络化硬件电路网络化硬件电路n采用非破坏性总线仲裁技术采用非破坏性总线仲裁技术n当几个节点同时送当几个节点同时

40、送0000，0101，1010，1111时，首先时，首先0000，0101，0 0电平被接受；电平被接受；n然后再发送然后再发送0000，0101，第二位是，第二位是0 0的的 第一通路被选中第一通路被选中n不同的节点按照设定好的优先级任务不同的节点按照设定好的优先级任务n二进制表示时，数值越小，优先级越高二进制表示时，数值越小，优先级越高n5 54 4 网络化硬件构造的特点网络化硬件构造的特点n 实现多实现多CPUCPU、多义务协调任务，可靠性高、多义务协调任务，可靠性高n 扩展性好扩展性好n 晋级方便晋级方便第一章第一章 微机维护的硬件原理微机维护的硬件原理本章小结本章小结数据采集系统数据采集系统开关量输入输出系统开关量输入输出系统网络化硬件构造网络化硬件构造