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摘要：為了提高微機(jī)繼電保護(hù)的維護(hù)運(yùn)行水平，研制了一種基于DSP的新型多功能微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置以DSP2812為中心，具有各類輸入輸出 接口，采用了簡單靈活的JTAG口作為調(diào)試接口。該系統(tǒng)配有人機(jī)界面友好的組態(tài)實(shí)驗(yàn)軟件，并設(shè)有USB通信接口，能方便進(jìn)行各種基本的繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)，便于 全面學(xué)習(xí)微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)裝置及過程。
關(guān)鍵詞：微機(jī)保護(hù)；組態(tài)軟件；繼電保護(hù)
中圖分類號：TM774 獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1003-0867(2008)08-0031-02
微機(jī)保護(hù)具有優(yōu)異的計(jì)算、分析、邏輯判斷能力和存儲(chǔ)記憶功能，可實(shí)現(xiàn)以往機(jī)電式繼電保護(hù)無法完成的保護(hù)功能。近年來微機(jī)繼電保護(hù)設(shè)備以其維護(hù)調(diào)試方便、可 靠性高、具有遠(yuǎn)方監(jiān)控特性等獨(dú)有的優(yōu)勢，獲得了普及應(yīng)用。我國現(xiàn)在新投入使用的高中壓等級繼電保護(hù)設(shè)備幾乎均為微機(jī)保護(hù)產(chǎn)品。因此提供一套多功能微機(jī)保護(hù) 實(shí)驗(yàn)裝置對于提高微機(jī)繼電保護(hù)的維護(hù)運(yùn)行水平有十分重要的意義。
本文中實(shí)驗(yàn)裝置主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：硬件可構(gòu)成三種繼電保護(hù)方式，組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)的軟件配置，結(jié)構(gòu)優(yōu)化適應(yīng)實(shí)驗(yàn)要求。
1 系統(tǒng)總體方案
本裝置由PC機(jī)和微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀組成，兩者間由USB通信電纜相連。PC機(jī)完成保護(hù)類型參數(shù)的選擇配置，向微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀傳送該設(shè)置，并顯示實(shí)驗(yàn)的有關(guān)結(jié) 果。微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀接收PC機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，完成設(shè)定的實(shí)驗(yàn)，并顯示和上傳有關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀由中央處理器單元、數(shù)字外設(shè)單元和模擬外設(shè)單元構(gòu) 成。
2 硬件電路設(shè)計(jì)
微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀接收PC機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，完成設(shè)定實(shí)驗(yàn)，并顯示和上傳有關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。硬件電路分為模擬外設(shè)單元、數(shù)字外設(shè)單元和中央處理器單元三部分。模擬 外設(shè)單元為三種保護(hù)提供足夠的電壓電流輸入。數(shù)字外設(shè)單元包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、開關(guān)量輸入模塊、人機(jī)接口模塊（鍵盤與顯示）、時(shí)鐘模塊、通信模塊、開關(guān)量輸 出模塊，用來完成微機(jī)繼電保護(hù)的實(shí)驗(yàn)功能。中央處理單元包括CPU、外擴(kuò)存儲(chǔ)器、電平匹配模塊和仿真器接口。硬件電路設(shè)有多個(gè)測試點(diǎn)，可用萬用表和示波器 對實(shí)驗(yàn)過程中的各個(gè)量進(jìn)行測量。各部分連接框圖如圖1所示。
圖1 實(shí)驗(yàn)裝置組成框圖
本硬件實(shí)驗(yàn)所需要的故障電壓和電流信號來自短路電壓電流發(fā)生器或繼電保護(hù)測試儀，信號進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，由中央處理單元進(jìn)行處理。如果滿足動(dòng)作條件，中央 處理單元將發(fā)出跳閘信號，同時(shí)與微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)裝置操作平臺（即PC機(jī)）通訊，最后由PC機(jī)綜合所有信息，并對信號和動(dòng)作行為做進(jìn)一步處理。
2.1 中央處理器單元
本裝置的中央處理單元選用了高性能DSP芯片TMS320LF2812作為CPU。DSP是專門用于數(shù)字信號處理的芯片，它計(jì)算能力強(qiáng)、運(yùn)算速度快，完全能滿足保護(hù)對迅速性、可靠性的要求。
2.2 模擬外設(shè)單元
為滿足電流保護(hù)、距離保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)的實(shí)驗(yàn)要求，本裝置的模擬外設(shè)單元共有24路模擬量輸入，其中有8路直流模擬量輸入、12路交流電流輸入、4路交流電 壓輸入，可以提供足夠的電壓電流輸入。信號調(diào)理選用了精度為0.1級并帶有電磁隔離的互感器，以保證模擬量高壓側(cè)與低壓側(cè)彼此隔離，能保護(hù)系統(tǒng)元件不受高 壓的損害，對輸入信號進(jìn)行準(zhǔn)確、安全的測量。
各輸入端的二次側(cè)額定值（100V或5A）首先經(jīng)電壓互感器(TV)或電流互感器(TA)轉(zhuǎn)換到與A/D轉(zhuǎn)換電路匹配的模擬信號。該模擬信號通過運(yùn)算放大 器形成電壓信號，再將16路交流量送數(shù)字外設(shè)單元進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。8路直流信號可以配接各種類型的傳感器（如溫度、壓力等）信號。
2.3 數(shù)字外設(shè)單元
2.3.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊
交流模擬量轉(zhuǎn)換采用MAX197芯片，MAX197是一種多路輸入、單電源供電、分辨率為12位的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。MAX197將模擬外設(shè)單元傳送來的模擬 量轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字量，由CPU對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，另外8路直流模擬量輸入直接經(jīng)運(yùn)放送入DSP進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換處理。
2.3.2 開關(guān)量輸入模塊
本裝置共有16路開關(guān)量輸入，這16路開關(guān)量輸入用以完成保護(hù)需要的開關(guān)量。開關(guān)量輸入的接口方式采用光電隔離型。
2.3.3 人機(jī)接口（鍵盤與顯示）模塊
按鍵用來向裝置輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預(yù)裝置運(yùn)行的主要手段。顯示用來顯示保護(hù)類型、通過按鍵進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、顯示電壓和電流等。
本裝置中選用了8個(gè)按鍵，直接采用DSP的I/O口作為輸入。顯示采用的是液晶屏HY-19264C，主要由行驅(qū)動(dòng)、列驅(qū)動(dòng)器及192×64全點(diǎn)陣液晶顯 示器組成，可完成圖形顯示，也可以顯示12×4個(gè)（16×16點(diǎn)陣）漢字。它為按鍵選擇工作方式和各種選項(xiàng)提供了一個(gè)可視化的界面。
2.3.4 通信模塊
本裝置帶有USB2.0通信接口，USB2.0支持高達(dá)480Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸率，而且USB具有熱插拔、無需外接電源等的優(yōu)點(diǎn)，可直接與各類計(jì)算機(jī)通信。
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