单片机多功能控制电路

1、毕业设计（论文）作业本站名对应站09级矿机电学生侃国庆 1.设计（论文）题目： 单片机多功能控制电路内容摘要针对机电一体化技术的发展前景，提出了一种新型电动执行机构的设计方案，并介绍了执行机构各功能元件的选型设计、阀位调速控制原理以及各种关键问题的解决方案。问题有详细介绍。 .执行器集成了阀门、伺服电机和控制器。它采用8031单片机和变频技术实现阀门动作速度和位置控制，解决了阀门精确定位、阀门灵活开关、极限位置判断、电机保护和仿真等问题。信号隔离等技术问题。现场操作表明，电动执行器具有 HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20lunwentianxia%20%2

2、0%20%20/class_free/19_1.shtml 动作迅速、保护完善、与计算机通讯方便等优点，充分利用了机电一体化技术带来的便利和快捷。关键词：电机阀门继电保护机电一体化技术总结目录 TOC o 1-3 u 内容摘要 PAGEREF _Toc258958424 h 1插图索引 PAGEREF _Toc258958425 h 3简介 PAGEREF _Toc258958426 h 3第一章机电一体化技术发展历程与趋势 PAGEREF _Toc258958427 h 41 . 1机电一体化技术发展历程 PAGEREF _Toc258958428 h 51 . 2机电一体化发展趋势 PAG

3、EREF _Toc258958429 h 5第二章机电一体化电动执行器的硬件设计与工作 PAGEREF _Toc258958430 h 原理92.1 系统工作原理 PAGEREF _Toc258958431 h 10第3章机电一体化中阀门位置和速度控制的原理 PAGEREF _Toc258958432 h 14第4章关键技术问题的解决方案 PAGEREF _Toc258958433 h 16第五章继电保护在机电一体化中的现状与发展 PAGEREF _Toc258958434 h 185.1继电保护发展现状 PAGEREF _Toc258958435 h 185.2继电保护的未来发展 PAGER

4、EF _Toc258958436 h 205.2.1计算机化 PAGEREF _Toc258958437 h 205.2.2联网 PAGEREF _Toc258958438 h 225.2.3保护、控制、测量和数据通信一体化 PAGEREF _Toc258958439 h 245.2.4智能 PAGEREF _Toc258958440 h 25结论 PAGEREF _Toc258958441 h 25参考文献 PAGEREF _Toc258958442 h 26插图索引图 2-1 电动执行器控制系统框图11图 2-2 IPM 输出电流电压检测14图 2-3 程序异常自恢复电路 15图 3-2

5、阀位调速控制框图 15图 3-3 执行器典型运行速度图 16图 4-1 线性隔离放大器19介绍在现代生产过程控制中，执行器起着非常重要的作用，它是自动控制系统中不可缺少的组成部分。国内现有的大流量电动执行器存在控制方式落后、机械传动机构多、结构复杂、定位精度低、可靠性差等问题。而且，执行器的整体运行速度取决于其电机的输出轴转速及其部分减速器的减速比。一旦出厂，这个速度是固定的，无法调整，通用性较弱。整个组织缺乏完善的保护和故障诊断措施，缺乏 HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20lunwentianxia%20%20%20%20/class_free/147_

6、1.shtml HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20lunwentianxia%20%20%20%20/class_free/147_1.shtml 必要的通信手段，系统安全性差，不方便与计算机联网。鉴于以上原因，采用传统大流量电动执行机构的控制系统可靠性和稳定性较差。随着 HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20lunwentianxia%20%20%20%20/class_free/158_1.shtml 计算机网络、现场总线等技术在工业过程中的应用，这种执行器已经远远不能满足工业生产的要求。笔者设计的大流量电动执行器采用

7、机电一体化技术，集阀门、伺服电机和控制器于一体，采用异步电机直接驱动阀门的启闭。通过设置变频器，采用模糊神经网络，实现阀门的动作速度、精确定位、灵活切换和电机转矩控制。该电动执行器省去了用于控制电机正反转的接触器和晶闸管换向开关模块、机械传动装置和复杂昂贵的控制柜和配电柜，具有动作快速、保护完善的优点。 ，方便和电脑联网等优点。实际运行表明，执行器工作稳定，性能可靠。自电子技术出现以来，电子技术与机械技术的结合就开始了，只有半导体集成电路的出现，尤其是以微处理器为代表的大规模集成电路的出现，以及出现后的“机电一体化”技术。明显进展引起了广泛关注。第一章机电一体化技术发展历程与趋势机电一体化是机

8、械、微电子、控制、计算机和信息处理的跨学科集成。它的发展和进步有赖于相关技术的进步和发展。其主要发展方向包括数字化、智能化、模块化和网络化。 、人性化、小型化、一体化、带源化、绿色化。1.1 机电一体化技术发展历程1、数控机床的问世书写了“机电一体化”历史的第一页；2、微电子技术为“机电一体化”带来活力；3、可编程控制器、“电力电子”等的发展，为“机电一体化”提供了坚实编制依据；4、激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使“机电一体化”跃上新台阶。1.2 机电一体化发展趋势1 数字化微控制器及其发展为机电产品的数字化奠定了基础，例如不断发展的数控机床和机器人；计算机网络的迅速崛起为虚拟设计、计算

9、机集成制造等数字化设计制造铺平了道路。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力和友好的人机界面。数字化实施将有助于远程操作、诊断和维修。2 智能也就是说，要求机电产品具有一定的智能，使其具有类人的逻辑思维、判断推理和独立决策的能力。例如，在数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，将给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步和发展，为机电一体化技术的发展开辟了广阔的天地。3 模块化由于机电一体化产品和制造商种类繁多，研发具有标准机械接口、电源接口和环境接口的机电一体化产品单

10、元模块是一项复杂而有前途的工作。例如，开发集成减速和变频调速电机的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机集成控制单元。这样，在产品开发设计过程中，可以利用这些标准的模块化单元快速开发新产品。4 联网由于网络的普及，各种基于网络的远程控制和监控技术方兴未艾。遥控终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术使家用电器联网成为可能。利用家庭网络，将各种家用电器连接成一个以计算机为中心的计算机集成的家电系统，使人们能够在家中充分享受各种高科技带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应该向网络化方向发展。5 人性化机电一体化产品的最终用户是人，如何赋予机电一体化产品以人的智慧、情感

11、和人性变得越来越重要。使用这些产品对人们来说还是一种艺术享受，比如家用机器人的最高境界就是人机融合。6 小型化小型化是精细加工技术发展的必然和提高效率的需要。微机电系统（Micro Electronic Mechanical Systems，简称MEMS）是指可以批量生产，集成了微机械、微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、接口等的微器件或系统，通讯和电源。 .自1986年斯坦福大学研制出第一台医用微探针，1988年加州大学伯克利分校研制出第一台微电机以来，国外在MEMS技术、材料和微观机理的研究方面取得了长足的进步。开发了各种MEMS器件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微型加速度计、

12、微型触觉传感器）、各种微型元件（微型膜、微型梁、微型探针、微型连杆、微型齿轮、微型轴承、微型泵、微型弹簧和微型机器人等）。7 整合集成不仅包括各种技术的相互渗透和融合，各种产品不同结构的优化和复合，还包括生产过程中加工、装配、检测、管理等过程的同步处理。为实现多品种小批量生产的自动化和高效化，系统应具有更广泛的灵活性。首先，可以将系统分解为多个层次，使系统功能分散，各部分可以协调、安全地运行。8 绑扎指太阳能电池、燃料电池、大容量电池等具有自身能源的机电一体化产品。由于电能不能在很多场合使用，因此自备电源对于移动机电一体化产品具有独特的优势。带源是机电一体化产品的发展方向之一。9 绿化科技的发

13、展给人们的生活带来了巨大的变化，在物质丰富的同时，也带来了资源的减少和生态环境的恶化。因此，人们呼吁保护环境，回归自然，实现可持续发展，绿色产品的概念就在这一呼吁中应运而生。绿色产品是指低能耗、低物耗、低污染、舒适、协调、可回收的产品。其设计、制造、使用和销毁应符合环境保护和人体健康的要求。机电一体化产品的绿色化主要是指在使用时不污染生态环境。在产品寿命结束时，产品可以被分解和回收。10. 光机电一体化。一般机电一体化系统由传感系统、能量系统、信息处理系统、机械结构等部件组成。因此，引入光学技术来实现光学技术的先天优势在于，它可以有效地提高机电一体化系统的感知能力。系统、能源（动力）系统和信息

14、处理系统。光机电一体化是机电产品发展的重要趋势。11.自律分配的系统化灵活性。未来的机电一体化产品、控制和执行系统具有足够的“冗余性”和强大的“灵活性”，能够更好地应对突发事件，被设计成“自律的配电系统”。在自律分配系统中，各个子系统相互独立工作，子系统为整个系统服务，并有自己的“自律”，可以根据不同的环境条件做出不同的反应。它的特点是子系统可以生成自己的信息并附加给定的信息。一般的前提下，具体的“动作”是可以改变的。这样，系统的适应性（灵活性）明显增加，整个系统不受某个子系统故障的影响。12.全息系统化智能。未来，机电一体化产品的“全息”特征将越来越明显，智能化水平将越来越高。这主要是由于模

15、糊技术和信息技术（尤其是软件和芯片技术）的发展。此外，其系统的层次结构也从简单的“自上而下”的情况转变为复杂的双向连接，冗余度更高。13.“生物软件”仿生系统化。未来的机电一体化设备将严重依赖信息，在“静态”时往往结构不稳定，而在动态（工作）时则稳定。这有点像一个活生生的有机体总结：当控制系统（大脑）停止工作时，生物“死”，当控制系统（大脑）工作时，生物就活着。在仿生学研究领域已经发现了一些优秀的生物，为机电一体化产品提供新型生物，但如何让这些新型生物拥有活的“生命”，还有待进一步探索。这个研究领域被称为“生物-软件”或“生物系统”，生物体的特点是硬件（身体）-软件（大脑）一体化、不可分割。看

16、来，机电一体化产品虽然有向生物系统化发展的趋势，但还有很长的路要走。14. MEMS小型化。目前，亚微米级机械部件已在实验室中使用用于制造半导体器件的蚀刻技术制造。将该结果应用于实际产品时，无需区分机械部分和控制器。那时，机械和电子可以完全“融合”，车身、执行器、传感器、CPU等可以集成在一起，而且体积很小，它们形成了一个自主的部件。这种微机械是机电一体化的一个重要发展方向。第二章机电一体化电动执行器硬件设计及工作原理电动执行器控制系统原理框图如图2-1所示。智能执行器从结构上主要分为控制部分和执行驱动部分。控制部分主要由单片机、PWM波发生器、IPM逆变器、A/D、D/A转换模块、整流模块、

17、输入输出通道、故障检测和报警电路等组成。执行驱动部分主要包括三相伺服电机和位置传感器。2.1 系统工作原理霍尔电流、电压传感器和位置传感器检测到的逆变模块的三相输出电流、电压和阀位信号经过A/D转换后送到单片机。单片机通过8255控制PWM波发生器，产生的PWM波通过光电耦合作用于逆变模块IPM，实现电机变频调速，控制阀位。逆变模块所需的直流电压信号由整流电路对380V电源进行全桥整流得到。 2.2控制系统各功能元件的选择与设计1）单片机选用INTEL公司生产的8031单片机，主要负责通过并行8255口对控制系统进行信号处理：接收系统负责扭矩、开阀、关阀、开阀等信号的设定，并提供三相PWM波发

18、生器所需的控制信号；处理IPM发出的故障信号和报警信号；处理通过模拟输入端口接收到的电流、电压、位置等检测信号；工作状态信号；执行来自控制系统的控制信号，并将信号反馈给控制系统； 2）三相PWM波发生器 PWM波的产生通常有模拟和数字两种方式。模拟法电路复杂，有温漂，精度低，限制了系统的性能；数字法是利用计算机根据不同的数字模型计算出每个开关点，并存储在内存中，然后通过查表和必要的计算生成PWM波。 ，这种方法占用大量内存，无法保证系统的准确性。为满足智能电源模块所需的PWM波控制信号，保证微处理器有足够的时间来执行整个系统的检测、保护和控制等功能，选用MITEL公司生产的SA8282作为三相

19、PWM 发生器。 SA8282是具有独立标准微处理器接口的专用大规模集成电路。芯片部分包含波形、频率和幅度等控制信息。 3）智能逆变模块IPM 为满足执行器体积小、可靠性高的要求，电机电源采用智能功率模块IPM。该执行器主要适用于功率小于5.5kW的三相异步电动机，其额定电压为380V，功率因数为0.75。计算表明，日本生产的智能功率模块PM50RSA120能够满足系统要求。电源模块集成了电源开关、驱动电路和制动电路，具有过流、短路、欠压、过温保护和报警输出。它是一种高性能的电源开关器件。 4) 位置检测电路 位置检测电路是执行器的重要组成部分，其作用是提供准确的位置信号。关键问题是位置传感器

20、的选择。在传统的电动执行器中，多采用绕线电位器、差动变压器、导电塑料电位器等。消除了线绕电位器的短寿命。差动变压器受限于较短的线性区域和不令人满意的温度特性。导电塑料电位器目前比较流行，但是有触点，寿命不是很长，精度也不高。笔者使用的位置传感器为脉冲数字传感器，非接触式，具有精度高、无线区域无限制、稳定性高、温度无限制等特点。 5) 电压、电流及检测 电压、电流的检测主要是计算电机与逆变器输出电路短路的转矩、断相保护和逆变器模块的故障诊断。由于逆变器输出的电流电压的频率范围为050Hz，使用常规的电流电压互感器无法满足要求。为了快速反映电流的大小，采用霍尔式电流互感器检测IPM输出的三相电流，

21、并采用分压电路检测IPM的输出电压。如图 2-2 所示。6) 通讯接口 为实现计算机联网和远程控制，本系统的串行通讯接口选用MAX232。 MAX232部分有两个相同的电平转换电路，可以将8031串口输出的TTL电平转换为RS-232标准电平，将其他微机发送的RS-232标准电平转换为TTL电平到8031，实现单片机与其他微机之间的通信。 7) 时钟电路 时钟电路主要用于提供采样和控制周期、速度计算所需的时间和日历。文中选用时钟电路DS12887。 DS12887 具有 114 字节的用户非易失性 RAM，可用于存储长期数据。 8）液晶显示单元为实现人机对话功能，选用MGLS12832液晶显示

22、模块构成显示电路。使用配置显示模式。通过菜单选择，可以分别设置或调试阀门、扭矩、限位、电机、通讯、参数等信号。并采用文字和图形的结合，显示直观清晰。 9) 程序失序自恢复电路 为保证系统在强干扰下程序失序时能自动恢复正常，选用MAX705组成失序自恢复电路-program program 监控程序的运行情况。如图2-3所示，电路由MAX705、与非门和差分电路组成。工作原理是：一旦程序出现故障，WDO由高变低。由于差分电路的作用，“与非”门的输入管脚2变为高电平，而管脚2的这种电平变化使“与非”门输出正脉冲使单片机复位一次。复位后，程序通过P1.0端口向MAX705的WDI引脚发送一个正脉冲，

23、使WDO引脚恢复为高电平，程序退出自恢复电路继续执行。监控程序运行。第三章 机电一体化阀门位置和速度控制原理阀位速度控制原理框图如图3-1所示。采用双环控制方案，其中环为速度环，外环为位置环。速度环主要将当前速度与速度给定发生器发送的设定速度进行比较，通过调速器改变PWM波发生器的载波频率，实现电机的速度调节。调速器采用模糊神经网络控制算法（详见另一篇文章）。外环主要根据当前位置和速度的设置，通过速度给定发生器向环提供速度的设定值。因为大流量阀门执行机构在运行过程中有加速、匀速、减速等阶段。每个阶段的持续时间、加速度的大小、从哪里开始恒速或减速都与给定位置、当前位置和运行速度有关。速度给定发生

24、器的工作原理是：通过比较实际阀位和给定阀位，当两者不相等时，以恒定加速度加速，减速点以当前速度、阀位值、和阀位给定值。计算出来的。各阶段执行机构运行速度的计算原理图 3-2 是执行器的典型运行速度图，由几条变化率不同的虚线组成。曲线上速度开始变化的点称为起始分段点，对应的时间称为分段起始时间，如图中的t(i)(i=0,1,2,.) 3-2 ，对应的速度称为分段起始速度，如图 3-2 vi) (i=0, 1, 2, .)。设第 i 段的速度变化率为 ki，则有：式中：v为两点间的速度变化值，v=vi+1-vi； t是两段之间的时间，t=ti+1-ti。显然，当ki=0时为恒速段，当ki0时为加速

25、段，当ki0时为减速段。任意时刻的速度给定值为：Ts 是采样周期。变化率 ki 的值由给定位置、当前位置和运行速度决定。第四章 关键技术问题的解决方案电动执行器采用最新变频调速技术，电机驱动功率小于5.5kW。用户可根据需要设定转矩特性，根据被控阀门设定速度。控制系统是由阀位给定和阀位反馈信号组成的闭环系统。控制特性取决于运行方式和速度，具有自动过流保护、过载保护、过压、欠压、过热、缺相、堵转等功能。和其他保护功能。执行器解决的关键技术问题有： 1）阀门柔性开关 柔性开关主要是保证阀门在关闭或全开时不被卡住和损坏。执行器部分的微处理器根据测得的逆变器输出电压和电流，精确计算得出输出扭矩。一旦输

26、出扭矩达到或超过设定扭矩，将自动降低转速，避免阀门部分受到过大冲击，从而达到最佳关闭，实现过扭矩保护。 2）阀位极限位置的判断 阀位极限位置是指全开位置和全闭位置。在传统的执行器中，这个位置的检测是通过机械限位开关获得的。机械限位开关精度低，运行时容易松动，可靠性差。本文通过检测位置信号的增量来获得电动执行器的极限位置。其原理是单片机将本次检测到的位置信号与上次检测到的信号进行比较。如果没有变化或变化很小，则认为已到达极限位置，立即切断异步电动机的电源，以确保阀门的安全关闭。或完全打开。取消了机械限位开关，并且在调试期间不需要对其进行复杂的调整。 3）电机保护的实现为防止电机过热烧毁，单片机通

27、过温度传感器连续检测电机的实际运行温度。如果温度传感器检测到电机温度过高，会自动切断电源。温度传感器放置在电机部分。 4）定位准确传统的电动执行器在异步电动机通电后会很快达到其额定动作速度。当接近停止位置时，电机断电后，阀门由于机械惯性不能立即停止，会出现不同程度的超程，通常通过控制电机的反转来校正。机电一体化大流量电动执行器根据当前位置与给定位置的差值，提前运行速度确定减速点位置和减速段变化率，使阀门实现精确以较低的速度进行微调。和定位以最大限度地减少超程。 5) 模拟信号的隔离。逆变器直流电压和输出三相电压地址不一致，共模电压偏高。为了保证系统的安全，它们必须相互隔离。隔离线性放大电路由L

28、M358和4N25组成。如图4-1所示，采用15V和12V两个独立的正负电源。如果运放A的反相端的电位由于扰动而正向偏离虚拟地，则运放A的输出端的电位会降低，因此光耦的发光强度会增加，所以集电极-发射极电压会下降，最后运放A的反相端电位下降，回到正常状态。如果A的反相端的电位向负方向偏离虚拟地，也可以恢复正常状态。从而增强系统的抗干扰能力。第五章继电保护在机电一体化中的现状与发展5.1 继电保护发展现状电力系统的快速发展不断对继电保护提出新的要求。电子技术、计算机技术和通信技术的飞速发展，为继电保护技术的发展注入了新的活力。因此，继电保护技术得天独厚。 40多年来，它完成了4个历史发展阶段。新

29、中国成立后，我国继电保护学科、继电保护设计、继电制造行业和继电保护技术队伍从无到有。 1950年代，我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和操作技术1，建成了具有深厚继电保护理论造诣和丰富操作经验的继电保护技术。该团队对国家继电保护技术团队的建立和壮大起到了指导作用。继电器厂引进消化了当时国外先进的继电器制造技术，建立了我国自己的继电器制造产业。因此，在1960年代中期，我国建立了一套完整的继电保护研究、设计、制造、运行和教学体系。这是机电继电保护的繁荣时代，为我国继电保护技术的发展奠定了坚实编制依据。自 1950 年代后期以来，晶体管继电保护一直在研究。从 19

30、60 年代中期到 1980 年代中期，晶体管继电保护蓬勃发展并被广泛采用。其中，学校与电力自动化设备厂研制的500kV晶体管方向高频保护和电力自动化研究所研制的晶体管高频阻断距离保护在舟坝500kV线路上运行2 。国外进口时代。在此期间，从 1970 年代中期开始，研究了基于集成运算放大器的 IC 保护。到1980年代末，集成电路保护已形成完整系列，逐渐取代晶体管保护。到1990年代初，集成电路保护的开发、生产和应用仍处于主导地位，是集成电路保护的时代。对此，电力自动化研究所研制的集成电路工频变化方向高频保护发挥了重要作用3。在 220kV 和 500kV 线路上运行。我国从1970年代后期就

31、开始了计算机继电保护的研究4，大专院校和科研院所起到了带头作用。华中科技大学、东南大学、华北电力学院、交通大学、大学、交通大学、电力自动化研究所先后研制出不同原理、不同类型的微机保护装置。 1984年，原华北电力研究所研制的输电线路微机保护装置首次通过鉴定并在系统中应用5，在我国继电保护发展史上翻开了新的一页，开辟了一种促进微机保护的途径。在主要设备保护方面，东南大学和华中科技大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发变组保护也分别于1989年和1994年通过鉴定并投入运行。电力自动化研究所研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定。学校与电力自动化设备厂联合研制的微机相电压补偿定向高频保护、

32、正序故障元件交大和继电厂联合研制的定向高频保护器也在1993年和1996年通过了鉴定。迄今为止，不同原理、不同型号的微机电路和主要设备保护各有特点，提供了新一代继电保护为电力系统提供性能优良、功能齐全、运行可靠的设备。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件和算法方面取得了许多理论成果。可以说，1990年代以来，我国继电保护技术进入了微机保护时代。5.2 继电保护的未来发展继电保护技术的未来趋势是向计算机化、网络化、智能化、保护、控制、测量和数据通信一体化方向发展。5.2.1电脑化随着计算机硬件的飞速发展，微机保护硬件也在不断发展。原华北电力研究所研制的微机线路保护硬件，在不到5年的时间里，经历

33、了三个发展阶段：从8位单CPU结构的微机保护问世，到多CPU结构，然后到没有模块的总线。大模块结构，大大提高了性能，得到了广泛的应用。华中科技大学研制的微机保护，也是基于工控机核心部分从8位CPU发展到32位微机保护。电力自动化研究所从一开始就开发了基于CPU的16位微机线路保护，并得到广泛推广，目前正在研究32位保护硬件系统。东南大学研制的微机主设备的保护硬件也进行了多次改进和改进。从一开始，该大学就开发了基于16位多CPU的微机线路保护。 1988年开始研究基于32位数字信号处理器（DSP）的保护、控制、测量一体化微机装置。目前已与金典合作。自动化设备公司合作开发了全功能的32位大模块，一

34、个模块就是一台小电脑。使用32位微机芯片不仅仅注重精度，因为精度受限于A/D转换器的分辨率，超过16位时，在转换速度和成本方面都无法接受；更重要的是，32位微机芯片具有非常高的集成度、高工作频率和计算速度、大寻址空间、丰富的命令系统和更多的输入输出端口。 CPU的寄存器、数据总线、地址总线都是32位的，具有内存管理功能、内存保护功能、任务切换功能，并在CPU中集成了缓存和浮点组件。电力系统除了基本的保护功能外，还应具备大容量故障信息和数据的长期存储空间、快速的数据处理功能和强大的通信能力。网络共享系统范围内的数据、信息和网络资源、高级语言编程等能力。这就要求微机保护装置具有相当于PC机的功能。

35、在计算机保护发展的早期，人们设想将一台小型计算机用作继电保护装置。由于当时小型机体积大、成本高、可靠性差，这种想法是不现实的。现在，与微机保护装置大小相近的工控机的功能、速度和存储容量都大大超过了当年的小型机。因此，采用成套工控机做继电保护的时机已经成熟，这将是微机保护的发展方向之一。一。该校研制了一种继电保护装置，由工控机改造而成，结构与微机保护装置相同。该装置的优点是： (1)具有486PC的所有功能，能满足当前和未来微机保护的各种功能要求。 (2) 尺寸和结构与目前的微机保护装置相近，工艺精良，抗振动、抗过热和抗电磁干扰能力强，可以在非常恶劣的工作环境下工作，成本可以接受。 (3)采用S

36、TD总线或PC总线，硬件模块化，可任意选择不同的模块进行不同的保护，配置灵活，易于扩展。继电保护装置的微机化、计算机化是不可逆转的发展趋势。但如何更好地满足电力系统要求，如何进一步提高继电保护的可靠性，如何取得更大的经济效益和社会效益，还需要进行具体而深入的研究。 5.2.2网络计算机网络作为一种信息和数据通信工具，已成为信息时代的技术支柱，从根本上改变了人类生产和社会生活的面貌。它对各个工业领域产生了深远的影响，也为各个工业领域提供了强大的交流手段。迄今为止，除差动保护和先导保护外，所有继电保护装置只能反映保护装置处的电量。继电保护的作用也仅限于排除故障元件和减少事故的影响。这主要是由于缺乏

37、强大的数据通信手段。系统保护的概念在国外早已提出，主要是指当时的安全自动装置。继电保护的作用不仅限于排除故障元件和限制事故的影响（这是首要任务），还要保证整个系统的安全稳定运行。这就要求各保护单元能够共享整个系统的运行数据和故障信息，各保护单元与重合闸装置在对信息和数据进行分析编制依据上协调动作，保证系统安全稳定运行。 .显然，实现这种系统保护的基本条件是将整个系统的主要设备的保护装置与计算机网络相连接，即实现微机保护装置的网络化。这在目前的技术条件下是完全可能的。对于一般的非系统保护，实现保护装置的计算机联网也大有裨益。继电保护装置能够获取的系统故障信息越多，对故障性质、故障位置和故障距离检

38、测的判断就越准确。自适应保护原理的研究已经进行了很长时间，并取得了一些成果，但要真正实现保护对系统运行方式和故障状态的自适应，更多的系统运行和必须获取故障信息。受保护的计算机网络可以做到这一点。对于一些保护装置，计算机联网还可以提高保护的可靠性。 1993年，学校提出了未来三峡水电站500kV特高压多回母线的分布式母线保护原理6，并初步研制成功。其原理是将传统的集中式母线保护分散成若干个（与被保护母线的回路数相同）母线保护单元，分布在每个回路保护屏上，每个保护单元之间通过计算机网络相连。保护单元只输入当前电路的电流，将其转换成数字值，通过计算机网络传输给其他所有电路的保护单元。如果计算结果证明

39、母排有故障，则只有该电路的断路器跳闸，以隔离故障母排。当母线区域外发生故障时，各保护单元计算为外部故障，不动作。这种通过计算机网络实现的分布式母线保护原理比传统的集中母线保护原理具有更高的可靠性。因为如果一个保护单元受到干扰或误算，它只能误跳闸，不会造成整个母线被切断的恶性事故。由上可见，联网微机保护装置可以大大提高保护性能和可靠性，是微机保护发展的必然趋势。5.2.3保护、控制、测量和数据通信一体化在实现继电保护计算机化、网络化的条件下，保护装置实际上是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的智能终端。它可以从互联网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可以将其获取的被

40、保护部件的任何信息和数据传输到网络控制中心或任何终端。因此，每台微机保护装置不仅可以完成继电保护功能，而且在正常运行无故障的情况下，还可以完成测量、控制和数据通讯等功能，即实现保护、控制、测量和数据通讯一体化。目前，由于测量、保护和控制的需要，室外变电站的所有设备，如变压器、线路等二次电压和电流，都必须通过控制电缆引至主控室。铺设大量控制电缆，不仅投资大，而且二次回路非常复杂。但是，如果上述集保护、控制、测量和数据通信为一体的计算机装置安装在室外变电站中被保护设备旁边，则被保护设备的电压和电流在该装置中被转换为数字量，然后通过计算机网络传送到主控室，可以省去大量的控制电缆。如果使用光纤作为网络的传输介质，还可以避免电磁干扰。现在光电流互感器（OTA）和光电压互感器（OTV）已经处于研究和测试阶段，未来一定会在电力系统中得到应用。在OTA和OTV的情况下，保护设备应该放置在离OTA和OTV最近的地方，也就是靠近被保护设备的地方。 OTA和OTV的光信号输入到这个集成器件中并转换成电信号后，一方面用于保护的计算和判断；另一方面作为测量量通过网络发送到主控室。从主控室，可以通过网络将对被保护设备的操作控制命令发送给集成设备，使集成设备执行断路器的操作。 1992年，学校提出保护、控制、测量和通信一体化，研制了基于TMS320C25数字信号处理器（D