3.3 遥测信息采集电路

第三节遥测信息采集

（一）模拟量遥测信息及其来源1模拟量、数字量、脉冲量（对应的实际物理量）2采集系统一般电路具体实现电路二交流采样过程

模拟量信息采集与遥测二交流采样过程

在一个交流信号周期T内，对输入信号采样N次，两次采样之间的时间间隔Ts=T/N。采样定理：完整表达输入信号的充要条件：

在一个交流信号周期T内，对每一路输入信号都要采样N次，两次采样之间的时间间隔Ts=T/N。实际电网频率的波动，按T=0.02s计算的Ts采样，将导致采样间隔过大或过小，从而造成附加误差。测量当时的交流信号周期T，使Ts将随T而变化，称为工频跟踪。

三工频跟踪和采样脉冲的产生

将交流信号变换为方波信号，再经分频后控制8253计数器计数。只要获得一个工频周期内计数器的计数值，即可测得T，及计算出Ts=T/N。

周期T=三工频跟踪和采样脉冲的产生

S/H采样保持器由于交流信号随时变化，而A/D转换需要时间，由此得到的uk和ik会产生较大的误差。因此微机变送器中必须使用采样保持器，使A/D转换器转换时间内输入信号保持不变。

As电子开关Ch充电电容阻抗变换器I阻抗变换器II

四采样保持器的作用和原理

S/H采样保持要求：充电时间应尽量短，A/D变换期间电容电压不变。电容只有一个，不可能同时满足要求。电容充放电时间决定于回路时间常数T=RC充电回路时间常数等于输入侧电源内阻和电容乘积；放电回路时间常数等于电容和负载电阻乘积。解决方法：在输入、输出侧分别串接阻抗变换器。四采样保持器的作用和原理

阻抗变换器作用：阻抗变换器可以用射极跟随器表达，其输入阻抗ri→∞，输出阻抗ro→0放大倍数≈1充电过程保持过程四采样保持器的作用和原理

标准电压：R-2R网络的一个特点是：如果Sl～S11全部接地，从任意一个节点Pi（i=1，2，…，11）向右看（不包括节点下面的电阻2R），右边电路的等效电阻总是等于2R。五A/D转换器

A/D变换---标准电压：令z1=“1”，zi＝“0”（i=2，3，…,11），则S1接+UR,Si（i=2，…,11）接地，可计算出此时的输出电压为：五A/D转换器

A/D变换---标准电压：令z1=“1”，zi＝“0”（i=2，3，…,11），则S1接+UR,Si（i=2，…,11）接地，可计算出此时的输出电压为：五A/D转换器

标准电压：容易证明，当任意一个寄存器zj=“1”，zi＝“0”（i=1，2，…，11,i≠j），网络输出电压为

U0j=k×2-j

采用叠加原理U0=k（a1×2-1+a2×2-2+…+an×2-n）ai为寄存器中各位Zi对应数值，可取值“0”或“1”五A/D转换器

逐位比较A/D转换的原理

逐位比较式A/D转换采用二分搜索法，使D/A网络输出电压逼近待转换电压。进制位数越多，逐位比较式A/D转换引起的误差也将越小。五A/D转换器

逐位比较A/D转换的原理例如模/数转换器为10位A/D。设待变换的电压信号UA=5.0V，转换开始，Z1=“1”，R-2R电阻网络输出Uo电压为5120mV，因Uo>UA，即控制电路重新置Z1=“0”，再置Z2=“1”，Uo电压为2560mV，因Uo<UA，故控制电路保留Z2=“1”，再置Z3=“1”，以此逐位10次比较，最后得到结果0111110000B。

五A/D转换器

采样过程中各量的关系

采样时间为Ts（Ts=T/N），在Ts时间内，采样保持器将对每路输入信号顺序采样一次。采样脉冲间隔，用TSS表示。在保持时间内，A/D转换器必须完成A/D转换，应满足（l十m）Tss≦Ts

式中l十m：交流信号周期内所采样的路数。六与相位差相关的修正

允许输入电压为0～+UF之间输出二进制码范围为全“0”～全“1”正负变化的交流量单极性到双极性的转换七极性转换

单极性输入电压的模/数转换芯片运用叠加偏移电流的方法实现双极性的转换。

使用该芯片作为双极性输入运用时，接入一个参考电压UREF和电阻RREF，形成一个偏移电流IREF。七极性转换

即当输入电压从-UF/2变到+UF/2时，模/数转换的输出从零变到满量程值。

单极性转换双极性转换七极性转换

八模拟量越阈传送1）要解决的问题：减少数据传送量，提高装置效率和信道利用率2）“变化值”，“阈值”“相对区间”概念。八模拟量越阈传送

阈值是在遥测数据传送后产生的，在数值的上下均划出一个小区域“阈值”，即越阈的概念是向上穿过或向下穿过区域时，均会产生一个遥测量传送。在本次遥测量传送后，当前值就成为中间值，而在其上下各再划出一个新小区域“阈值”。九电能量信息的采集（1）脉冲累计计数器实现（2）读取计数值读取中需要注意的问题：计数器读取中存在变化的问题解决方案：双计数器：主计数器副计数器

主计数器负责对输入的电能进行累计计数；副计数器平时随着主计数器更新，两者数据保持一致。

在电网自动化系统中，电能量信息主要来自三个方面：脉冲电能表电能变送器交流采样计算积分得到。（一）电能量信号的来源

脉冲电能表（一）电能量信号的来源（一）电能量信号的来源

电能变送器交流采样计算积分得到

（一）电能量信号的来源

电能变送器交流采样计算积分得到

（二）功率与电能的关系

三相电路的瞬时功率为P（t），则该电路的有功电能W就是P（t）的时间积分，即设在时间t0～t1内的平均功率为Pav则在时间t0～t1之间的电能量等于该时间内平均功率与时间的乘积。三相有功功率变送器输出电压U0与有功功率P成正比，U0=K1P（三）计数脉冲与电能的关系若将U0进行电压／频率（U/f）变换，使之成为与U0成正比，频率为f的脉冲信号，即

f=K2U0在时间t0～t1内，计得以f为频率的脉冲数为N，则N/（t1-t0）代表在时间t0～t1内频率f平均值fav。因此可求得相应时间内U0的平均值U0av，即（四）电能采集电路

检测脉冲跳变的脉冲输入电路

采用定时扫描脉冲电平方式采集电能量。为了区别偶然干扰电平输入，采用连续2次及以上均为高电平，才确认为有电能脉冲输入，并进行计数。否则，偶然一次采集的高电平被认作干扰而不计数。

（四）电能采集电路

扫描电能脉冲电平采集电能量（四）电能采集电路

调度系统读取电度的方法（1）向全系统发出统一“电度冻结”命令。（2）RTU的反应副计数器停止工作

主计数器继续计时（3）调度端依次读取各RTU电度（4）调度端向全系统发出“电度解冻”命令（5）RTU副计数器使用主计数器的电能数据进行更新，保持与主计数器同步。十数字量输入 为什么会出现数字量？ 需要解决的关键问题 信号隔离

信号电平匹配 衍生出辅助控制十数字量输入十一事故追忆为了分析事故，要求在一