輸電線路行波故障定位中高速數據采集系統的實現
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2．4 總線控制
單片機系統總線上掛有若干RAM或I／O口，尋址和數據傳輸都是由CPU發出指令通過系統總線實現的。對于高速數據采集，為了提高尋址和數據傳輸速度，避免總線沖突或“交通”堵塞，必須建立局部總線。系統總線與局部總線應該既區別又統一，既隔離又結合，彼此通過合理的控制邏輯聯系起來。 在內存映射的傳輸方式中，A／D不斷地將轉換的數據寫入高速緩存RAM，CPU根據數據處理的需要從高速緩存RAM讀取數據至雙口RAM1，雙口RAM1還需要將所有單元刷新一遍。這三種操作都要占用卡上的數據、地址總線，但它們發生的時間是隨機的，因此對總線的占用必然會產生沖突，總線仲裁電路的功能就是對這三種操作進行協調。這里，通過5片74LS241二選一開關來協調地址計數器與CPU1對高速緩存RAM讀地址的沖突，2片74LS241來協調高速緩存RAM與AD9048和雙口RAM之間的數據傳輸的沖突。
2．5 PC總線接口技術
PC系統總線對4kb的雙口RAM尋址是一個難點。本數據采集卡采用的是PC總線，又稱8位ISA總線。它使用靈活，便于同8位單片機構成接口電路。它有62條引線，分五類：地址線、數據線、控制線、輔助與電源線。本數據采集卡只利用了其中一部分引線：8條數據線、10條地址線、IOR和IOW控制線、電源線。譯碼電路詳細框圖如圖2。本文引用地址：http://www.104case.com/article/188995.htm
本數據采集卡使用308H、309H、30AH三個口地址實現在板緩存4kb的尋址。這里的譯碼電路使用了GAL20V8和兩片74HC574。當PC機要訪問某一地址時，首先寫入雙口RAM的低8位地址，此時GAL20V8的輸出信號選中74HC574（右），將PC－DB上的數據鎖存，形成雙口RAM的低8位地址Addrl，然后寫入雙口RAM的高8位地址，GAL20V8的輸出信號選中74HC574（左），將PC－DB上的數據鎖存，形成雙口RAM的高8位地址Addrh。最后通過選中雙口RAM的片選端cs，完成一次數據的讀／寫過程。
2．6 采樣頻率控制電路
采樣頻率控制電路是由晶振、可編程分頻器8254及一些控制電路組成，8254是可編程分頻器，工作頻率在8M～20MHz，通過不同的分頻數，可以輸出不同頻率，分頻數的值為2～65535。它的輸出是由觸發控制電路控制。其輸出時鐘分別送往地址計數器、高速緩存RAM的寫信號控制電路及AD9048的轉換脈沖輸入端。
3 軟件設計
系統的軟件由三大部分組成：數據采集軟件、通訊軟件、故障定位計算軟件。
系統工作的大致程序如下：由GPS時鐘使安裝在輸電線路兩側的高速同步數據采集系統的時鐘同步，以確保兩側裝置在數據采集時的同步。當輸電線路正常運行時，兩側的高速同步數據采集系統都會采集各自的線路電流、電壓數據；一旦輸電線路故障時，兩側均啟動記錄并保存故障前和故障后的電流、電壓數據。當故障切除后，兩側裝置通過調制解調器（MODEM）借用電話線或網絡交換兩側的電流、電壓信號。定位計算軟件得到故障點的位置。圖3是本系統的軟件總體框圖。
圖3中的最上面是程序的入口。程序入口的第一個模塊是初始化。經過初始化后，是整點對時模塊，在整點時PC機內的時鐘將按GPS時鐘進行校準。對時后，數據采集系統將開始工作。模數轉換器將各模擬量的采樣值轉換成數字量后，進行自檢。如果電力系統在正常運行，啟動元件不啟動，主程序將一直在上述程序中循環。
如果電力系統中有故障，啟動元件會啟動。主程序將跳轉到故障處理部分。在故障處理時，數據采集部分仍然會正常工作，但不再進行對時和自檢。這個時候，裝置將不斷對斷路器輔助觸點和保護動作信號等外部開關量進行監視。如果外部開關量顯示故障已切除，主程序將跳轉到故障定位部分。首先，裝置將保存本側的電流、電壓值；然后，再通過MODEM經由電話線與其他側交換數據；最后，進行故障相判斷，再得到故障定位結果。
對裝置起動元件的一個基本要求是靈敏度高，選擇性好。根據采樣的電氣量和工控機的特點，裝置采用相電流起動、負序電流起動、零序電流起動按或門邏輯輸出起動。
在系統中，數據采集軟件的功能是：使兩側的時鐘同步，進行高速模數（A／D）采集的初始化及運行控制和保存雙端的電流、電壓信號。通訊軟件的功能是：實現單片機和微型計算機之間的通訊，將采集的數據傳送給微型計算機；并且實現輸電線路兩端裝置的通訊，交換輸電線路兩側所采集的電流、電壓信號。故障定位計算軟件的功能是：利用小波算法對采集的故障電流和電壓進行處理，消除各次諧波和其他干擾分量，尋找故障點。進行故障相的判別，選出故障相別，將記錄數據以圖形的形式顯示出來。
4 結論
此高速同步數據采集系統具有采樣速率高、運行方式靈活、同步時鐘精度高和符合ISA總線標準等特點。以DS80C320單片機為核心，采用GPS同步時間，配合適當的外圍設備和合理的總線控制技術實現高速數據采集。同時兼有數字存儲示波功能和數據分析能力，可以廣泛用于電力測量、電力系統故障定位和繼電保護領域。
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