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1 引言 在電力系統中，SoE(Sequence of Event)事件順序記錄系統是調度人員正確處理事故、分析和判斷復雜電網(wǎng)故障的重要工具。其主要功能是將現場(chǎng)關(guān)聯(lián)設備的狀態(tài)變化按照發(fā)生的先后順序及時(shí)捕捉并加上時(shí)間標簽后傳送到調度主站，作為辨別電網(wǎng)故障的主要依據。目前的SoE系統大都是毫秒級的分辨率，當某一事件發(fā)生后，可能在同一時(shí)間間隔內出現的信息較多，不能分出先后順序，且監測端子一般較少，只覆蓋機組運行中最重要的開(kāi)關(guān)量，隨著(zhù)電網(wǎng)結構的日益復雜，供電企業(yè)對電網(wǎng)監控水平、事故分析判斷水平要求越來(lái)越高，因此要求SoE系統具有更多的監測端子和更高的分辨事件能力。 2 SoE系統概述 為了能更精確地獲取事件信息，為事故分析提供有力的證據，同時(shí)參照供電企業(yè)實(shí)際要求，所設計的SoE系統需同時(shí)監測500路開(kāi)關(guān)量信號，并達到0.1 ms的分辨率。在設計中，多通道信號的同步采集和附加了時(shí)間標記的開(kāi)關(guān)量數據的排序問(wèn)題成為系統開(kāi)發(fā)的瓶頸。在傳統的SoE系統中，受所用硬件系統的限制，在采集通道數目較多時(shí)，往往采用多組模塊經(jīng)I／O擴展來(lái)達到通道數目的要求，而多組模塊之間采集信號時(shí)的同步要求會(huì )大幅增加軟硬件設計的難度，同時(shí)對巨型開(kāi)關(guān)量數據的排序會(huì )大量占用系統資源，降低系統的實(shí)時(shí)性。 綜合以上問(wèn)題，同時(shí)較大限度地降低系統的成本，擬采取如下設計方案：選擇單片機小系統作為下位機進(jìn)行數據采集；通過(guò)USB口或串口通訊將數據傳送到計算機；在LabVIEW平臺下，對數據進(jìn)行分析與處理，并對相關(guān)數據進(jìn)行存儲、顯示和打印，實(shí)現一種在LabVIEW環(huán)境下的單片機數據采集系統。 3 SoE系統的硬件構成 在信號輸入部分，輸入模塊接收來(lái)自外部設備的開(kāi)關(guān)信號，經(jīng)輸入模塊對輸入信號進(jìn)行整形處理，進(jìn)入光電隔離電路，形成CPU所能識別的脈沖信號。 服務(wù)節點(diǎn)主要負責開(kāi)關(guān)量信號的采集與傳送，其構成框圖如圖1所示。 3.1 信號采集部分 (1)CPU的選取與時(shí)鐘同步 在單片機構成的下位機系統中，考慮到開(kāi)關(guān)量信號地理位置分布比較集中，數據采集采用1塊時(shí)鐘頻率為100 MHz的混合信號ISP FLASH微控制器C8051F130通過(guò)I／O擴展實(shí)現500路信號的采集。由于在SoE系統中關(guān)注的是一系列記錄的先后動(dòng)作順序，所以各分散節點(diǎn)必須使用嚴格同步的時(shí)鐘，否則各通道數據采集之間的時(shí)間延遲可能造成系統的紊亂，造成錯誤的輸出報表。該系統中時(shí)間同步信息由時(shí)間信息和同步脈沖2部分組成。時(shí)間信息指時(shí)鐘芯片DS12CR887提供的年月日及時(shí)分秒的時(shí)間信號，同步脈沖指由CPU通過(guò)定時(shí)器產(chǎn)生的每隔0.1 ms產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖，通過(guò)對時(shí)鐘脈沖計數確定秒數量級以下的時(shí)間。在系統上電時(shí)，CPU初始化時(shí)鐘芯片、定時(shí)器及計數器，每0.1 ms產(chǎn)生的同步脈沖作為采集數據的觸發(fā)信號，達到數據采集的精確同步。 (2)I／O擴展 I／O擴展方面，采用多片擴展能力較強的芯片8255，實(shí)現對500路開(kāi)關(guān)量信號的采集，8255由芯片IDT74LVC4245A驅動(dòng)，同時(shí)該芯片可實(shí)現3.3 V與5 V信號之間的轉換，實(shí)現CPU與擴展芯片8255的連接，其選通由CPU通過(guò)譯碼器實(shí)現。 3.2 信號傳送部分 為了降低數據通訊對系統資源的占用，提高系統監測的實(shí)時(shí)性，采用另一CPU負責與上位機進(jìn)行數據通訊，通信CPU通過(guò)串口或USB口與上位機進(jìn)行連接。通訊過(guò)程如下：當系統監測到1次事件觸發(fā)后，通訊CPU從雙口RAM中讀出數據，將數據通過(guò)串口或USB口發(fā)給上位機。 4 SoE系統的軟件結構 根據SoE系統的硬件構成，其軟件結構也分為下位機部分與上位機部分。 4.1 下位機 下位機程序采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，其主要完成定時(shí)數據采集及數據發(fā)送工作。其中定時(shí)采樣的中斷頻率由定時(shí)器0的常數自動(dòng)裝載16位計數器方式產(chǎn)生；波特率由定時(shí)器1的方式1產(chǎn)生；自定義軟件握手，握手信號可以隨意選擇一常數，如果單片機接收到的數據等于此常數，則表示握手成功，否則重新接收握手數據。 在系統上電復位后，根據各開(kāi)關(guān)量的正常狀態(tài)將原始數據存入存儲器，同時(shí)在同步脈沖下將采集到的數據與初始狀態(tài)做比較，如果數據保持不變，說(shuō)明各開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)沒(méi)有改變，系統重新采集數據；當接收到一個(gè)事件觸發(fā)數據時(shí)，就會(huì )按照該觸發(fā)事件時(shí)間標記將采集到的數據傳送到緩存器中，同時(shí)開(kāi)始計時(shí)，如果在定義的時(shí)間內沒(méi)有其他事件到達，則完成1次SoE記錄，并將數據從緩存器中發(fā)送到雙口RAM中，再由通信CPU將數據從雙口RAM中調出，經(jīng)匯總整理后，經(jīng)網(wǎng)絡(luò )提交給上位機。其流程圖可簡(jiǎn)單描述如圖2所示： 4.2 上位機 上位機的程序主要負責工作狀態(tài)的設置及數據處理與輸出，利用LabVIEW進(jìn)行數據分析和人機交互界面的編制。采集數據經(jīng)通訊CPU發(fā)往上位機后，經(jīng)數據處理程序輸出結果，結果以事件發(fā)生的先后順序排序，報告相應開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)變化情況，同時(shí)將相關(guān)數據存入SQL數據庫，實(shí)現帶有時(shí)間標簽數據的永久保存，作為優(yōu)化設計和分析故障的重要依據。由于在機組的日常運行中一些運行設備的切換是很正常的，例如磨和風(fēng)機的切換，如果這些跳變也觸發(fā)產(chǎn)生SoE報表并打印，將造成系統資源的較大浪費。在實(shí)際應用中應以汽機跳閘等少數信號作為觸發(fā)信號產(chǎn)生SoE報表，并設置當這些量中的任何一個(gè)跳變后，向前追憶及向后追加記錄的個(gè)數，從而完整地反映出整個(gè)突發(fā)事故的全貌。 5 結 語(yǔ) 基于單片機和LabVIEW的SoE系統，實(shí)現了低成本的數據采集系統架構，在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，LabVIEW表現出很強的靈活性。LabVIEW環(huán)境下的單片機數據采集系統將單片機用于數據采集的靈活性與LabVIEW強大的數據分析處理能力相結合，可廣泛用于測控領(lǐng)域。 |
