一種高壓開關合分閘時間在線監測儀的製作方法
2023-06-06 06:49:16 2
專利名稱：一種高壓開關合分閘時間在線監測儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高壓開關合分閘時間在線監測儀，它是一種基於電磁互感技術的高壓開關合分閘時間在線監測裝置。該裝置能夠實時監測高壓開關各相的合閘時間與分閘時間參數，並對時間參數進行判斷，從而實現對高壓開關實時的監測與預警。其中包括電磁互感原理、數據採集、數據處理和基於RS-485串行總線的遠程通訊技術。該裝置屬於參數測量與監測類裝置技術領域。
背景技術：
高壓開關作為絕緣和滅弧的裝置，是保證電力系統可靠運行的至關重要的設備。其作為發電和用電之間的聯繫環節，在電力系統中肩負著控制和保護雙重任務，開關狀態的好壞直接影響著電力系統的安全運行。近十年的統計數字表明，我國每次開關事故平均損失的電量達數百萬千瓦時，它所導致的損失為設備本身價格的數千倍甚至數萬倍。因此，為了提高開關運行的可靠性，需要在開關發生故障以前，對開關進行必要的檢查和維修，避免故障的發生。機械故障作為引發高壓開關故障的主要原因，檢測和提取機械狀態信息對於高壓開關的故障診斷和工作狀態評判具有重要的意義。機械狀態主要是通過採集開關在合分閘過程中的數據經過處理 之後得到的。分閘速度的降低將使電弧的燃燒時間增加，從而加速開關觸頭的電磨損，降低開關的使用壽命；分閘速度過高，又會使運動機構承受過大的機械應力和衝擊，從而造成個別部件的損壞或者縮短使用壽命；開關分合閘的嚴重不同期將造成線路和變壓器的非全相運行，從而可能出現導致絕緣損壞的操作過電壓、繼電保護誤動作等不利現象。因此對於開關合分閘時間的測試十分必要，是高壓開關狀態測試的一項重要內容。目前，對於開關合分閘時間的檢測方式主要是將檢測電路連接到開關合閘線圈與分閘線圈迴路中，通過自發觸發信號，檢測合分閘線圈迴路以及一次迴路內部電流情況得出最終的合分閘時間，因此只能進行斷電後離線檢測，缺少靈活、高效的在線實時監測裝置。針對以上問題，在常規檢測方法的基礎上，提出一種基於電磁互感技術的高壓開關合分閘時間在線監測裝置。該裝置利用高靈敏度的閉環電流傳感器，採取引線穿心而非破壞性串入的方式，分別檢測合分閘線圈迴路與一次迴路的電流信息，得出開關每次合分閘的時間參數，並能夠及時地提供有效預警。這種方案避免了將檢測電路串入開關迴路，做到了無需斷電的在線實時檢測。在保證了檢測精度的同時，提高了檢測效率。
發明內容
1、目的:本發明的目的是提供一種高壓開關合分閘時間在線監測儀。該裝置採用AVR單片機平臺，將數據採集、數據處理和遠距離串行功能集成於一體，實現對高壓開關合分閘時間參數在線監測以及通過RS485串行總線將監測結果發送到監控中心。
2、技術方案:本發明一種高壓開關合分閘時間在線監測儀，它由硬體結構和軟體結構兩大部分構成:二者之間協同工作以實現總體功能，二者缺一不可。硬體結構如圖1所示。該硬體結構分為下位機和上位機兩部分，上位機和下位機通過RS485串行總線收發單元實現無線通訊。其中，下位機硬體部分包括基於AVR單片機平臺的控制及處理單元、傳感器單元、數模轉換單元、數據存儲單元、RS485串行總線收發單元及電源模塊；上位機硬體部分由監控中心工控機單元和RS485串行總線收發單元組成。上位機和下位機通過RS485串行總線收發單元實現無線通訊。相應的，軟體也分為下位機和上位機兩部分。下位機軟體負責數據的採集、算法分析、數據存儲,並通過RS485串行總線方式將監測結果發送到上位機；下位機軟體負責驅動下位機的硬體完成各部分傳感器輸出數據採集，並根據採集到的數據計算合閘時間與分閘時間。最後下位機軟體將三相高壓開關合分閘時間匯總，並驅動RS485串行總線收發單元將每相的監測結果一起發送到上位機。上位機軟體負責完成與下位機的RS485串行總線的收發並存儲下位機發送的監測信息；上位機軟體負責驅動上位機硬體完成RS485串行總線的收發，並實現人機互動界面和監測信息的管理。(I)硬體結構:本發明的硬體結構分為下位機和上位機兩大部分。上位機和下位機通過RS485串行總線收發單元實現無線通訊。其中，下位機由基於AVR單片機平臺的控制及處理單元、傳感器單元、模數轉換單元、數據存儲單元、RS485串行總線收發單元及電源模塊組成。其之間關係是:基於AVR單片機平臺的控制及處理單元是下位機硬體的核心，它控制模數轉換單元完成對每相開關合閘線圈、分閘線圈、一次迴路傳感器輸出電流信號的採集，並將數據存入數據存儲單元。然後，基於AVR單片機平臺的控制及處理單元調用數據存儲單元中的數據完成對每相合閘時間、分閘時間的計算。最後，所有監測結果通RS485串行總線收發單元向上位機發送。電源模塊將輸入的220V交流電壓 轉換為±12V、5V、3.3V的直流電壓，分別為傳感器單元、基於AVR單片機平臺的控制及處理單元、數據存儲單元提供電源。
所述基於AVR單片機平臺的控制及處理單元由AVR公司的ATmegal28單片機晶片構成。該晶片是一款的高性能、低功耗的8位單片機，內部集成了 128K的FLASH存儲，兩路8位定時器、計數器以及兩路16位定時器。工作主頻可達16MHz，處理能力可達16MIPS，它是下位機部分的核心，負責控制整個監測流程並處理採集到的數據，計算出合分閘時間參數。所述傳感器單元，包括合閘線圈傳感器、分閘線圈傳感器和一次迴路處傳感器，是由北京森杜電子有限公司研發的宇波模塊CHB-10A構成。該模塊是利用閉環霍爾磁補償原理設計的高精度電流傳感器，用電氣隔離的方式測量直流、交流、脈衝電流，原邊被測電流與副邊輸出電流按照1000:1的比例輸出。測量電流範圍從OA到10A，輸出範圍從OmA到IOmA,測量精度高達0.2%，響應時間小於lus，其結構如圖2所示。所述模數轉換單元由AD公司生產的AD7491晶片、控制接口及信號調理電路組成，負責採集模擬量輸出的傳感器信號，其結構如圖3所示。信號調理電路將傳感器單元輸出的電流信號轉變為電壓信號，並進行調理和濾波。基於AVR單片機平臺的控制及處理單元通過控制接口完成對AD7491晶片的配置工作。AD7491晶片為逐次逼近型8通道12位高精度、低功耗的模數轉換晶片，支持並行和串行接口，轉換時間為1.6US，提供片上的參考電壓實現對交流電壓的採集。所述數據存儲單元由FLASH (快閃記憶體)存儲器構成。FLASH存儲器採用ATMEL公司的AT45DB642晶片，存儲容量達到8兆位，用來緩存由ADC採集到的傳感器輸出信號。數據存儲單元結構如圖4所示。AT45DB642FLASH晶片通過地址總線和數據總線與外部存儲器接口連接。基於AVR單片機的控制及處理單元通過外部存儲器接口實現數據的讀寫。所述RS485串行總線收發單元是MAX485晶片，它負責和上位機實現遠距離通訊；所述電源模塊由兩個開關電源模塊組成。兩個開關電源模塊將輸入的220V交流電壓轉換為±12V、5V、3.3V的直流電壓，分別為傳感器單元、控制及處理單元、數據存儲單元提供電源。其中，上位機由監控中心工控機單元和RS485串行總線收發單元組成。它們之間採用串口連接。該上位機的RS485串行總線收發單元由MAX485晶片搭建，它用於和下位機的RS485串行總線收發單元進行通訊。該監控中心工控機單元用來接收、存儲、顯示並管理監測到的信息。RS485總線串行收發單元採用星型連接組網，即三個下位機位於不同地點分別對三相高壓開關進行監測，各個下位機分別向監控中心工控機單元的RS485串行總線收發單元發送監測數據。監控中心工控機單元可實現對多個下位機的遠程配置和數據接收。整個裝置的工作過程是:當登陸上位機的軟體系統後，上位機首先根據默認配置或工作人員的設定向指定編號的下位機發送工作起始信號，完成對下位機的遠程配置。然後，下位機中的基於AVR單片機平臺的控制及處理單元控制模數轉換單元分別採集合閘線圈傳感器、分閘線圈傳感器、一次迴路傳感器的輸出電流信息，並將數據存儲在數據存儲單元中。當開關合分閘完成之後，基於AVR單片機平臺的控制及處理單元調用數據存儲單元中的數據進行數據處理和相關參數的計算。最後將處理結果通過RS485串行總線收發單元發送至監控中心工控機單元。(2)軟體結構:本發明的軟體結構分為下位機軟體和上位機軟體兩個部分。下位機軟體是AVR單片機晶片的控制及處理程序，負責控制下位機的硬體實現數據採集、數據處理以及RS485串行總線收發單元遠程通訊。下位機軟體在AVR Studio4編譯環境下編寫，整個程序架構主要由以下模塊組成:時鐘管理模塊、變量管理模塊、延時模塊、RS485串行總線收發單元、ADC驅動模塊、定時器管理模塊、定時中斷模塊、FLASH存儲模塊、數據緩存模塊、開、合閘時間算法模塊以及主程序模塊。各模塊間的關係如下:RS485串行總線收發單元接收上位機的控制參數以及起始信號，啟動ADC驅動模塊以及定時器管理模塊、定時中斷模塊，開始對傳感器單元的電流進行實時採集，並通過數據緩存模塊和FLASH存儲模塊將採集的數據存入FLASH存儲模塊中。當開關完成一次開閘或者合閘過程後，主程序模塊中的閾值單元被觸發，並將FLASH存儲模塊中的數據調入開、合閘時間算法模塊進行處理，處理完成後將數據按照規定的幀格式打包，並通過RS485總線串行收發單元將其發送到監控中心工控機單元。各模塊之間的結構關係如圖5所示。所述時鐘管理模塊負責完成程序時鐘的分頻、倍頻工作。為整個晶片提供基準時鐘。
所述RS485串行總線收發單元完成對MAX485晶片的配置，使之完成TTL電平與RS485電平的轉換。同時通過串行方式接收上位機發出的開啟信號，並將最終的開、合閘時間參數發送至上位機。所述ADC驅動模塊完成對AD7491晶片的配置，控制其轉換速率，轉換精度，數據傳輸方式等。並通過數據總線讀取晶片輸出數據，送入數據緩存模塊中。所述FLASH存儲驅動模塊完成對AT4OTB642晶片的配置，確定數據寫入和讀出的方式。並將數據從數據緩存模塊中讀出，送入指定的FLASH頁面地址中。當主程序閾值被觸發後，按順序讀出存入的數據，並送入開、合閘時間算法模塊進行時間參數的計算。所述定時器管理模塊、定時中斷模塊完成對Atmegal28單片機片內定時器的初始化，配置定時長度，執行中斷程序。所述開、合閘時間算法模塊是裝置的軟體核心。當主程序中合分閘閾值被觸發後，該模塊首先開啟對一次迴路傳感器的數據，再從FLASH中讀出採集的數據。裝置採集的數據等效於合閘線圈、分閘線圈的電流波形，考慮到運算量的限制，該算法先將數據送入低階的FIR低通濾波器，濾掉信號的高頻分量。在通過逐點逼近算法檢測合分閘過程的起始點，計算出時間tl。當主程序中一次迴路閾值被觸發後，該模塊從FLASH中讀出一次迴路採集的數據，用相似的算法得到一次迴路通斷電起始點，計算出時間t2。而最終的合分閘時間t=t2-tl，並將得到的時間參數打包送至RS485串行總線收發單元。開、合閘時間算法軟體流程如圖6所不。上位機軟體採用LABVIEW編寫完成，上位機軟體要完成的功能有，能夠輸入密碼進行登錄，具有功能選擇窗口，具有查看歷史數據功能，具有查看當前分合閘時間的功能，具有修改密碼的功能，具有退出軟體界面的功能，具有返回上級菜單的功能，具有存儲歷史數據的功能。具有實時監測下位機觸發信號的功能，上位機軟體結構如圖7所示。3、優點及功效:
本發明一種高壓開關合分閘時間在線監測儀，其優點和有益效果如下:1.裝置採用電磁互感技術，利用開關迴路從傳感器穿心過而非破壞式串入的方法，實現了在不用斷電的情況下對高壓開關合分閘時間在線實時的監測，方法簡單可靠；2.裝置採用RS485串行通信網絡星型連接組網，可以實現多對一的通訊。多臺下位機可以分布於不同地理位置，能夠同時完成對多個開關合分閘時間參數的監測；3.裝置自動化程度高，實現了對高壓開關合分閘時間參數24小時在線監測；
圖1本發明硬體結構方框示意2高精度電流傳感器結構3數據採集單元結構4數據存儲單元結構5下位機軟體結構示意6合分閘時間算法 軟體流程示意7上位機軟體結構示意圖
具體實施方式
本發明一種高壓開關合分閘時間在線監測儀，它由硬體結構和軟體結構兩大部分構成:二者之間協同工作以實現總體功能，二者缺一不可。硬體結構如圖1所示。該硬體結構分為下位機和上位機兩部分。其中，下位機硬體部分包括基於AVR單片機平臺的控制及處理單元、傳感器單元、模數轉換單元、數據存儲單元、RS485串行總線收發單元及電源模塊；上位機硬體部分由監控中心工控機單元和RS485串行總線收發單元組成。上位機和下位機通過RS485串行總線收發單元實現無線通訊。相應的，軟體也分為下位機和上位機兩部分。下位機軟體負責數據的採集、算法分析、數據存儲,並通過RS485串行總線方式將監測結果發送到上位機；下位機軟體負責驅動下位機的硬體完成各部分傳感器輸出數據採集，並根據採集到的數據計算合閘時間與分閘時間。最後下位機軟體將三相高壓開關合分閘時間匯總，並驅動RS485串行總線收發單元將每相的監測結果一起發送到上位機。上位機軟體負責完成與下位機的RS485串行總線收發並存儲下位機發送的監測信息；上位機軟體負責驅動上位機硬體完成RS485串行總線收發,並實現人機互動界面和監測信息的管理。(I)硬體結構:本發明的硬體結構分為下位機和上位機兩大部分。其中，下位機由基於AVR單片機平臺的控制及處理單元、傳感器單元、數模轉換單元、數據存儲單元、RS485串行總線收發單元及電源模塊組成。其之間關係是:基於AVR單片機平臺的控制及處理單元是下位機硬體的核心，它控制模數轉換單元完成對每相開關合閘線圈、分閘線圈、一次迴路傳感器輸出電流信號的採集，並將數據存入數據存儲單元。然後，基於AVR單片機平臺的控制及處理單元調用數據存儲單元中的數據完成對每相合閘時間、分閘時間的計算。 最後，所有監測結果通RS485串行總線收發單元向上位機發送。電源模塊將輸入的220V交流電壓轉換為±12V、5V、3.3V的直流電壓，分別為傳感器單元、基於AVR單片機平臺的控制及處理單元、數據存儲單元提供電源。所述基於AVR單片機平臺的控制及處理單元由AVR公司的ATmegal28單片機晶片構成。該晶片是一款的高性能、低功耗的8位單片機，內部集成了 128K的FLASH存儲，兩路8位定時器、計數器以及兩路16位定時器。工作主頻可達16MHz，處理能力可達16MIPS，它是下位機部分的核心，負責控制整個監測流程並處理採集到的數據，計算出合分閘時間參數。所述傳感器單元，包括合閘線圈傳感器、分閘線圈傳感器和一次迴路處傳感器，是由北京森杜電子有限公司研發的宇波模塊CHB-10A構成。該模塊是利用閉環霍爾磁補償原理設計的高精度電流傳感器，用電氣隔離的方式測量直流、交流、脈衝電流，原邊被測電流與副邊輸出電流按照1000:1的比例輸出。測量電流範圍從OA到10A，輸出範圍從OmA到IOmA,測量精度高達0.2%，響應時間小於lus，其結構如圖2所示。所述模數轉換單元由AD公司生產的AD7491晶片、控制接口及信號調理電路組成，負責採集模擬量輸出的傳感器信號，其結構如圖3所示。信號調理電路將傳感器單元輸出的電流信號轉變為電壓信號，並進行調理和濾波。基於AVR單片機平臺的控制及處理單元通過控制接口完成對AD7491晶片的配置工作。AD7491晶片為逐次逼近型8通道12位高精度、低功耗的模數轉換晶片，支持並行和串行接口，轉換時間為1.6us，提供片上的參考電壓實現對交流電壓的採集。
所述數據存儲單元由FLASH (快閃記憶體)存儲器構成。FLASH採用ATMEL公司的AT45DB642晶片，存儲容量達到8兆位，用來緩存由ADC採集到的傳感器輸出信號。數據存儲單元結構如圖4所示。AT45DB642FLASH晶片通過地址總線和數據總線與外部存儲器接口連接。基於AVR單片機的控制及處理單元通過外部存儲器接口實現數據的讀寫。所述RS485串行總線收發單元是MAX485晶片，它負責和上位機實現遠距離通訊；所述電源模塊由兩個開關電源模塊組成。兩個開關電源模塊將輸入的220V交流電壓轉換為±12V、5V、3.3V的直流電壓，分別為傳感器單元、控制及處理單元、數據存儲單元提供電源。其中，上位機由監控中心工控機單元和RS485串行總線收發單元組成。它們之間採用串口連接。該上位機的RS485串行總線收發單元由MAX485晶片搭建，它用於和下位機的RS485串行總線收發單元進行通訊。該監控中心工控機單元用來接收、存儲、顯示並管理監測到的信息。RS485串行總線收發單元採用星型連接組網，即三個下位機位於不同地點分別對三相高壓開關進行監測，各個下位機分別向監控中心的RS485串行總線收發單元發送監測數據。監控中心可實現對多個下位機的遠程配置和數據接收。整個裝置的工作過程是:當登陸上位機的軟體系統後，上位機首先根據默認配置或工作人員的設定向指定編號的下位機發送工作起始信號，完成對下位機的遠程配置。然後，下位機中的基於AVR單片機平臺的控制及處理單元控制模數轉換單元分別採集傳感器單元輸出電流信息，並將數據存儲在數據存儲單元中。當開關合分閘完成之後，基於AVR單片機平臺的控制及處理單元調用數據存儲單元中的數據進行數據處理和相關參數的計算。最後將處理結果通過RS485串行總線收發單元發送至監控中心工控機單元。(2)軟體結構:本發明的軟體結構分為下位機軟體和上位機軟體兩個部分。下位機軟體是AVR單片機晶片的控制及處理程序，負責控制下位機的硬體實現數據採集、數據處理以及RS485串行總線收發單元遠程通訊。下位機軟體在AVR Studio4編譯環境下編寫，整個程序架構主要由以下模塊組成:時鐘管理模塊、變量管理模塊、延時模塊、RS485串行總線收發單元、ADC驅動模塊、定時器管理模塊、定時中斷模塊、FLASH存儲模塊、數據緩存模塊、開、合閘時間算法模塊以及主程序模塊。各模塊間的關係如下:RS485串行總線收發單元接收上位機的控制參數以及起始信號，啟動ADC驅動模塊以及定時器管理模塊、定時中斷模塊，開始對傳感器單元的電流進行實時採集，並通過數據緩存模塊和FLASH存儲模塊將採集的數據存入FLASH存儲模塊中。當開關完成一次開閘或者合閘過程後，主程序模塊中的閾值單元被觸發，並將FLASH存儲模塊中的數據調入開、合閘時間算法模塊進行處理，處理完成後將數據按照規定的幀格式打包，並通過RS485串行總線收發單元將其發送到監控中心工控機單元。各模塊之間的結構關係如圖5所示。所述時鐘管理模塊負責完成程序時鐘的分頻、倍頻工作。為整個晶片提供基準時鐘。所述RS485串行總線收發單元完成對MAX485晶片的配置，使之完成TTL電平與RS485電平的轉換。同時通過串行方式接收上位機發出的開啟信號，並將最終的開、合閘時間參數發送至上位機。所述ADC驅動 模塊完成對AD7491晶片的配置，控制其轉換速率，轉換精度，數據傳輸方式等。並通過數據總線讀取晶片輸出數據，送入數據緩存模塊中。所述FLASH存儲模塊完成對AT45DB642晶片的配置，確定數據寫入和讀出的方式。並將數據從數據緩存模塊中讀出，送入指定的FLASH頁面地址中。當主程序閾值被觸發後，按順序讀出存入的數據，並送入開、合閘時間算法模塊進行時間參數的計算。所述定時器管理模塊、定時中斷模塊完成對Atmegal28單片機片內定時器的初始化，配置定時長度，執行中斷程序。所述開、合閘時間算法模塊是裝置的軟體核心。當主程序中合分閘閾值被觸發後，該模塊首先開啟傳感器單元的數據，再從FLASH中讀出採集的數據。裝置採集的數據等效於合閘線圈、分閘線圈的電流波形，考慮到運算量的限制，該算法先將數據送入低階的FIR低通濾波器，濾掉信號的高頻分量。在通過逐點逼近算法檢測合分閘過程的起始點，計算出時間tl。當主程序中一次迴路閾值被觸發後，該模塊從FLASH中讀出一次迴路採集的數據，用相似的算法得到一次迴路通斷電起始點，計算出時間t2。而最終的合分閘時間t=t2-tl，並將得到的時間參數打包送至RS485串行收發單元。開、合閘時間算法軟體流程如圖6所上位機軟體釆用LABVIEW編寫完成，上位機軟體要完成的功能有，能夠輸入密碼進行登錄，具有功能選擇窗口，具有查看歷史數據功能，具有查看當前分合閘時間的功能，具有修改密碼的功能，具有退出軟體界面的功能，具有返回上級菜單的功能，具有存儲歷史數據的功能。具有實時監測下位機觸發信號的功能，上位機軟體結構如圖7所示。本發明進行了多次實驗，實驗內容為測試真實高壓開關的合分閘時間。實驗數據中包括了高壓開關A，B，C三相的合閘時間與分閘時間。部分實驗數據如表I所示。
權利要求
1.一種高壓開關合分閘時間在線監測儀，其特徵在於:它由硬體結構和軟體結構兩大部分構成:二者之間協同工作以實現總體功能； 所述硬體結構，分為下位機和上位機兩部分，上位機和下位機通過RS485串行總線收發單元實現無線通訊； 其中，該下位機由基於AVR單片機平臺的控制及處理單元、傳感器單元、模數轉換單元、數據存儲單元、RS485串行總線收發單元及電源模塊組成；基於AVR單片機平臺的控制及處理單元是下位機硬體的核心，它控制模數轉換單元完成對每相開關合閘線圈、分閘線圈、一次迴路傳感器輸出電流信號的採集，並將數據存入數據存儲單元；然後，基於AVR單片機平臺的控制及處理單元調用數據存儲單元中的數據完成對每相合閘時間、分閘時間的計算，最後，所有監測結果通過RS485串行總線收發單元向上位機發送；電源模塊將輸入的220V交流電壓轉換為±12V、5V、3.3V的直流電壓，分別為傳感器單元、基於AVR單片機平臺的控制及處理單元和數據存儲單元提供電源；該基於AVR單片機平臺的控制及處理單元是ATmegal28單片機晶片；該晶片負責控制整個監測流程並處理採集到的數據，計算出合分閘時間參數；該傳感器單元，包括合閘線圈傳感器、分閘線圈傳感器和一次迴路處傳感器，其型號是CHB-1OA ;該模數轉換單元由AD7491晶片、控制接口及信號調理電路組成，負責採集模擬量輸出的傳感器信號，信號調理電路將傳感器單元輸出的電流信號轉變為電壓信號，並進行調理和濾波；基於AVR單片機平臺的控制及處理單元通過控制接口完成對AD7491晶片的配置工作；該數據存儲單元由FLASH存儲器構成，採用AT4OTB642晶片，用來緩存由ADC採集到的傳感器輸出信號，AT4OTB642H晶片通過地址總線和數據總線與外部存儲器接口連接，基於AVR單片機的控制及處理單元通過外部存儲器接口實現數據的讀寫；該RS485串行總線收發單元是MAX485晶片，它負責和上位機實現遠距離通訊；該電源模塊由兩個開關電源模塊組成，兩個開關電源模塊將輸入的220V交流電壓轉換為±12V、5V、`3.3V的直流電壓，分別為傳感器單元、控制及處理單元、數據存儲單元提供電源； 其中，該上位機由監控中心工控機單元和RS485串行總線收發單元組成，它們之間採用串口連接；該上位機的RS485串行總線收發單元由MAX485晶片搭建，它用於和下位機的RS485串行總線收發單元進行通訊``；該監控中心工控機單元用來接收、存儲、顯示並管理監測到的信息；RS485總線串行收發單元採用星型連接組網，即三個下位機位於不同地點分別對三相高壓開關進行監測，各個下位機分別向監控中心工控機單元的RS485串行總線收發單元發送監測數據，監控中心工控機單元實現對多個下位機的遠程配置和數據接收；所述軟體結構，分為下位機軟體和上位機軟體兩部分；下位機軟體是AVR單片機晶片的控制及處理程序，負責控制下位機的硬體實現數據採集、數據處理以及RS485串行總線收發單元遠程通訊；下位機軟體在AVR Studio4編譯環境下編寫，整個程序架構由以下模塊組成:時鐘管理模塊、變量管理模塊、延時模塊、RS485串行總線收發單元、ADC驅動模塊、定時器管理模塊、定時中斷模塊、FLASH存儲模塊、數據緩存模塊、開、合閘時間算法模塊以及主程序模塊；各模塊間的關係如下:RS485串行總線收發單元接收上位機的控制參數以及起始信號，啟動ADC驅動模塊以及定時器管理模塊、定時中斷模塊，開始對傳感器單元的電流進行實時採集，並通過數據緩存模塊和FLASH存儲模塊將採集的數據存入FLASH存儲模塊中；當開關完成一次開閘及合閘過程後，主程序模塊中的閾值單元被觸發，並將FLASH存儲模塊中的數據調入開、合閘時間算法模塊進行處理，處理完成後將數據按照規定的幀格式打包，並通過RS485總線串行收發單元將其發送到監控中心工控機單元；該時鐘管理模塊負責完成程序時鐘的分頻、倍頻工作，為整個晶片提供基準時鐘；該1 485串行總線收發單元完成對MAX485晶片的配置，使之完成TTL電平與RS485電平的轉換，同時通過串行方式接收上位機發出的開啟信號，並將最終的開、合閘時間參數發送至上位機；該ADC驅動模塊完成對AD7491晶片的配置，控制其轉換速率、轉換精度和數據傳輸方式，並通過數據總線讀取晶片輸出數據，送入數據緩存模塊中d_FLASH存儲模塊完成對AT45DB642晶片的配置，確定數據寫入和讀出的方式，並將數據從數據緩存模塊中讀出，送入指定的FLASH頁面地址中；當主程序閾值被觸發後,按順序讀出存入的數據，並送入開、合閘時間算法模塊進行時間參數的計算；該定時器管理模塊、定時中斷模塊完成對Atmegal28單片機片內定時器的初始化，配置定時長度，執行中斷程序；該開、合閘時間算法模塊是裝置的軟體核心，當主程序中合分閘閾值被觸發後，該模塊首先開啟對一次迴路傳感器的數據，再從FLASH存儲模塊中讀出採集的數據，採集的數據等效於合閘線圈、分閘線圈的電流波形，考慮到運算量的限制，該算法模塊先將數據送入低階的FIR低通濾波器，濾掉信號的高頻分量，再通過逐點逼近算法檢測合分閘過程的起始點，計算出時間tl ;當主程序中一次迴路閾值被觸發後，該算法模塊從FLASH存儲模 塊中讀出一次迴路採集的數據，用相似的算法得到一次迴路通斷電起始點，計算出時間t2 ;而最終的合分閘時間t=t2-tl，並將得到的時間參數打包送至RS485串行總線收發單元；上位機軟體採用LABVIEW編寫完成，上位機軟體負責完成與下位機的RS485串行總線的收發並存儲下位機發送的監測信息；上位機軟體負責驅動上位機硬體完成RS485串行總線的收發，並實現人機互動界面和監測信息的管理；上位機軟體要完成的功能有，能夠輸入密碼進行登錄，具有功能選擇窗口，具有查看歷史數功能，具有查看當前分合閘時間的功能，具有修改密碼的功能，具有退出軟體界面的功能，具有返回上級菜單的功能，具有存儲歷史數據的功能和具有實時監測下位機觸發信號的功能。
全文摘要
本發明一種高壓開關合分閘時間在線監測儀，由硬體和軟體兩部分構成該硬體分為下位機和上位機；下位機硬體包括基於AVR單片機平臺的控制及處理單元、傳感器單元、數模轉換單元、數據存儲單元、RS485串行總線收發單元及電源模塊；上位機硬體由監控中心工控機單元和RS485串行總線收發單元組成，上位機和下位機通過RS485串行通信網絡實現遠距離通訊。該軟體也分為下位機和上位機，下位機軟體負責AVR單片機晶片的控制及處理程序，負責控制下位機的硬體實現數據採集、數據處理以及RS485遠程通訊；上位機軟體負責驅動上位機硬體完成RS485遠程通訊，並實現人機互動界面和監測信息管理。它實現了對高壓開關合分閘時間參數的實時在線監測。
文檔編號H04W84/18GK103245910SQ201310160689
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月3日 優先權日2013年5月3日
發明者胡曉光, 廖驥, 胡國清, 王飛, 範乃心 申請人:北京航空航天大學, 國家電網公司, 遼寧省電力有限公司檢修分公司