輸電線路行波故障定位中高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實現(xiàn)
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2．4 總線控制
單片機系統(tǒng)總線上掛有若干RAM或I／O口，尋址和數(shù)據(jù)傳輸都是由CPU發(fā)出指令通過系統(tǒng)總線實現(xiàn)的。對于高速數(shù)據(jù)采集，為了提高尋址和數(shù)據(jù)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(tǒng)總線與局部總線應該既區(qū)別又統(tǒng)一，既隔離又結(jié)合，彼此通過合理的控制邏輯聯(lián)系起來?！ ≡趦?nèi)存映射的傳輸方式中，A／D不斷地將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)寫入高速緩存RAM，CPU根據(jù)數(shù)據(jù)處理的需要從高速緩存RAM讀取數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)、地址總線，但它們發(fā)生的時間是隨機的，因此對總線的占用必然會產(chǎn)生沖突，總線仲裁電路的功能就是對這三種操作進行協(xié)調(diào)。這里，通過5片74LS241二選一開關(guān)來協(xié)調(diào)地址計數(shù)器與CPU1對高速緩存RAM讀地址的沖突，2片74LS241來協(xié)調(diào)高速緩存RAM與AD9048和雙口RAM之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臎_突。
2．5 PC總線接口技術(shù)
PC系統(tǒng)總線對4kb的雙口RAM尋址是一個難點。本數(shù)據(jù)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(gòu)成接口電路。它有62條引線，分五類：地址線、數(shù)據(jù)線、控制線、輔助與電源線。本數(shù)據(jù)采集卡只利用了其中一部分引線：8條數(shù)據(jù)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.butianyuan.cn/article/188995.htm
本數(shù)據(jù)采集卡使用308H、309H、30AH三個口地址實現(xiàn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)，可以輸出不同頻率，分頻數(shù)的值為2～65535。它的輸出是由觸發(fā)控制電路控制。其輸出時鐘分別送往地址計數(shù)器、高速緩存RAM的寫信號控制電路及AD9048的轉(zhuǎn)換脈沖輸入端。
3 軟件設(shè)計
系統(tǒng)的軟件由三大部分組成：數(shù)據(jù)采集軟件、通訊軟件、故障定位計算軟件。
系統(tǒng)工作的大致程序如下：由GPS時鐘使安裝在輸電線路兩側(cè)的高速同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的時鐘同步，以確保兩側(cè)裝置在數(shù)據(jù)采集時的同步。當輸電線路正常運行時，兩側(cè)的高速同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都會采集各自的線路電流、電壓數(shù)據(jù)；一旦輸電線路故障時，兩側(cè)均啟動記錄并保存故障前和故障后的電流、電壓數(shù)據(jù)。當故障切除后，兩側(cè)裝置通過調(diào)制解調(diào)器（MODEM）借用電話線或網(wǎng)絡交換兩側(cè)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(tǒng)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(jīng)過初始化后，是整點對時模塊，在整點時PC機內(nèi)的時鐘將按GPS時鐘進行校準。對時后，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將開始工作。模數(shù)轉(zhuǎn)換器將各模擬量的采樣值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，進行自檢。如果電力系統(tǒng)在正常運行，啟動元件不啟動，主程序?qū)⒁恢痹谏鲜龀绦蛑醒h(huán)。
如果電力系統(tǒng)中有故障，啟動元件會啟動。主程序?qū)⑻D(zhuǎn)到故障處理部分。在故障處理時，數(shù)據(jù)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(guān)量進行監(jiān)視。如果外部開關(guān)量顯示故障已切除，主程序?qū)⑻D(zhuǎn)到故障定位部分。首先，裝置將保存本側(cè)的電流、電壓值；然后，再通過MODEM經(jīng)由電話線與其他側(cè)交換數(shù)據(jù)；最后，進行故障相判斷，再得到故障定位結(jié)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(jù)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(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集軟件的功能是：使兩側(cè)的時鐘同步，進行高速模數(shù)（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(xiàn)單片機和微型計算機之間的通訊，將采集的數(shù)據(jù)傳送給微型計算機；并且實現(xiàn)輸電線路兩端裝置的通訊，交換輸電線路兩側(cè)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(shù)據(jù)以圖形的形式顯示出來。
4 結(jié)論
此高速同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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?shù)耐鈬O(shè)備和合理的總線控制技術(shù)實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集。同時兼有數(shù)字存儲示波功能和數(shù)據(jù)分析能力，可以廣泛用于電力測量、電力系統(tǒng)故障定位和繼電保護領(lǐng)域。
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