微机保护硬件发展

微机保护装置硬件发展

第二组主讲人：王成进13031235网络通信系统的发展微机保护装置硬件发展保护CPU的发展过程数据采集系统的发展保护CPU的发展过程单CPU微机保护

多CPU微机保护数字信号处理器（DSP）ARM+DSP系统结构保护CPU的发展过程

单CPU微机保护

自80年代数据采集系统的发展以来,国内己研制出各种类型的微机保护装置,但大部分保护装置采用1片单片机完成数据采集和处理功能,功能简单,智能化水平较低。保护CPU的发展过程多CPU微机保护

多CPU微机保护系统的硬件主要包括:数据采集单元、中央处理单元、人机接口(键盘与显示)单元、开关量输入输出单元。其中采用1片8位单片机90C32组成数据采集单元，1片16位单片机80C196组成主控单元，1片人机接口单元。保护CPU的发展过程数字信号处理器（DSP）特点：哈佛结构，获得高速运算能力；采样流水线技术，保证取指令和执行支路同时进行。DSP具有强大、快速的数据处理能力和定点、浮点运算功能，因此将DSP融合到微机保护中，将大大提高微机保护的计算性能和速度。

保护CPU的发展过程ARM+DSP系统结构采用ARM+DSP的双CPU系统中,ARM处理器作为主CPU主要用于与变电站级的通信(以太网接口),这符合正C61850体系关于变电站自动化系统的设计思想,嵌入式操作系所使用的网络协议族是内嵌在高效多任务调度和中断管理的操作系统之中的。DSP利用自身运算速度快搜长数字信号处理的优点进行数据采集、计算、逻辑判断。有效地保证了微机保护的选择性、速动性、可靠性。数据采集系统的发展逐次逼近式A/D转换器构成的数据采集系统。电压频率转换原理的计数式数据采集系统数据采集系统的发展逐次逼近式A/D转换器构成的数据采集系统。

早期的微机线路保护中,考虑到A/D转换器价格昂贵,因此采用多个通道共用一个A/D转换器的方案。模拟量多路转换开关采用硬件电路控制记数自动进位切换通道号。

第一代微机线路保护装置中数据采集系统采用的逐次逼近式A/D转换器为AD574,字长12位,转换速度20微秒。

DMA控制器为MC6844。这种数据采集系统使用的芯片比较多,电路复杂,抗干扰性差。数据采集系统的发展电压频率转换原理的计数式数据采集系统

VFC转换器是把电压信号转变为频率信号的器件，其输出为一个等幅脉冲串，重复频率随时正比于输入电压瞬时值。由计数器进行计数，这样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。数据采集系统的发展电压频率转换原理的计数式数据采集系统

第二代微机线路保护VFC(电压频率转换)数据采集系统框图及转换特性(该系统中电压频率转换采用AD654,光电耦合器采用快速光耦6N137)。早期的并行电缆连接串行通信现场总线技术以太网技术网络通信系统的发展早期的并行电缆连接网络通信系统的发展20世纪80年代中期，变电站自动化的核心是远动装置RTU。该类系统实际上是在常规的继电保护及二次接线的基础上增设的装置，功能主要是与远方调度通信实现“二遥”或“四遥”。断路器和隔离开关的状态、保护信号通过硬接点接入。与控制中心的通信采用专用电力载波的串行连接，早期限于技术和资金，一般只有上行通道，通道速率基本在300bit/s，同步式CDT是当时使用最多的通信协议。串行通信网络通信系统的发展接口：针对设备而言，两个不同系统(或设备，程序)交接并通过它彼此作用的部分。在计算机系统中，CPU和外部通信有两种通信方式：并行通信和串行通信。并行通信，即数据的各位同时传送；串行通信，即数据一位一位顺序传送。下图为这两种通信方式的示意图。串行通信网络通信系统的发展按照串行数据的时钟控制方式，串行通信可分为同步通信和异步通信两类。在串行通信中数据是在两个站之间进行传送的，按照数据传送方向，串行通信可分为单工（simplex）、半双工（halfduplex）和全双工（fullduplex）三种制式。串行通信的接口电路RS-232C是使用最早、应用最多的一种异步串行通信总线标准.RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。网络通信系统的发展现场总线技术

现场总线是指从控制室连接到现场设备的双向串行数字通信总线，也称现场网络。现场总线发展的种类较多，约有40余种，如德国西门子公司Siemens的ProfiBus，法国的FIP，英国的ERA，挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，PhenixContact公司的InterBus，RoberBosch公司的CAN，Rosemounr公司的HART，CarloGarazzi公司的Dupline，丹麦ProcessData公司的P-net，PeterHans公司的F-Mux，以及ASI（ActraturSensorInterface），MODBus，SDS，Arcnet，国际标准组织-基金会现场总线FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美国的DeviceNet与ControlNet等等。网络通信系统的发展以太网技术

网络的通信带宽，以太网的带宽达到10Mbps以上，一个冲突域中可支持1024个节点；网络的通信媒介灵活多样。以太网可使用同轴电缆、双绞线、光纤等通信介质，甚至能在一个网络中混合使用，可根据需要灵活选用；网络拓扑结构灵活方便。可为总线型或星型，或