福清供电局ES分布式局光电在线监测(张延武)由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“福清市安监局处理通知”。
ES-2009分布式局部光电在线监测系统在智能电网中的应用
ES-2010 Distributed PD online monitor system
福清供电局
林学贵
一、摘 要：为实现智能电网数字化电站状况实施有效监控，本文提出了一种基于PCI总线、以美国德州仪器（Texas Instruments）TMS320LF2407数字信号处理器为核心的分布式光电在线监测故障诊断系统。从应用角度，运用检测与控制技术、网络技术、现场总线技术、组态软件技术的分布式监控系统代替原有单一的分散控制模式。该系统具有网络化、智能化、集成化特点，实现了智能电网运行状态参数检测、故障诊断、故障处理的控制与管理一体化。
关键词：PCI总线;TMS320LF2407数字信号处理器;在线监测;故障诊断 设计方案的提出
从应用角度，基于智能仪表技术、现场总线技术的集网络化、智能化、集成化控制的监控系统代替单一的分散控制已成必然。为此，针对某电厂的技术改造，本文提出一种基于PCI总线、以美国德州仪器（Texas Instruments）TMS320LF2407数字信号处理器为核心的分布式光电在线监测故障诊断系统，实现了该企业的众多智能电网及其拖动系统的安全运行、设备保护、监控、管理一体化。系统构成2.1分布式系统组成本文涉及的大中型光电在线监测和故障诊断系统拟采用的诊断技术采用的是技术成熟、能全面反映智能电网运行状态的定子电流频谱法。定子电流频谱法实质上是将智能电网的定子绕组作为监测设备的一个探测线圈参与对智能电网的故障检测。
系统结构图如图1所示。本系统硬件主要包括工业控制计算机、现场PCI总线接口模块、数字信号处理器、信号采集模块组成。系统概述
图1 基于PCI总线和DSP的分布式光电在线监测与故障诊断系统结构图
2.1.1上位机
上位机采用研华工控机，操作系统为Windows NT 4.0。软件采用KingView 6.5组态软件编写。上位机具有监视、实时控制、数据记录、报表打印于数据库处理。KingView是基于Windows 98/2000/NT中文平台上的通用工业自动化监控组态软件，是真正32位集成软件系统。具有全中文浏览器界面，使用方便、灵活;实时多任务，多线程，采样速度快，可靠性高;广泛支持国内外PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等数据采集设备，同时支持OPC、ActiveX、ODBC、TCP/IP、DDE、现场总线、Modem、伺服驱动等;数据和系统功能全面开放，嵌有许多功能强大的控件，同时内置许多控制算法（如PID）。还具有优秀软件的延续性和扩充性、封装性、通用性等基本特点。
2.1.2PCI总线监控系统
PCI总线控制系统采用三层体系结构，工控机及其应用软件构成监控与调度层、总线为中间层，数据采集单元为低层。上位机由工控机和网卡组成，网卡用于实现工控机与PCI总线的连接，即用于进行RS-232与PCI总线之间的协议转换。系统结构图如图2所示。
图2 PCI总线通信系统结构图
监控调度的工业控制机通过网卡作为数据缓冲与PCI总线连接，SJA1000和PCA82C250组成标准PCI总线，实现与数字信号处理器的数据交换。PCI总线的信号传输采用差动电平方式，可有效抑制共模干扰。通信控制器采用PHILIPS公司的SJA1000，总线收发器使用 PCA82C250，提供对总线的差动发送和接收。数据采用每帧有效字位数为8位的短帧结构，传输时间短，受干扰的概率低。PCI总线的传输速率为 1Mb/s～5Mb/s，传输距离为40m～10Km，满足该企业现场的通信要求。
2.1.3 DSP系统硬件电路
为了使设计出的系统不仅满足用户提出的性能优良，维护简便，价格合理的要求，还要具有可靠性高的优势以适应现场复杂恶劣的生产环境。DSP对光电进行在线信号采集、测控与故障处理;DSP判断智能电网故銜后，由LCD显示出故障部位并发出声光报警信号;传感元件用于检测智能电网的电流信号和电压信号。DSP系统的硬件电路如图3所示。
图3 DSP系统的硬件电路
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DSP的外围接口电路中，电源芯片采用TI公司TPS73HD318，其输出的直流1.6V和3.3V，分别供给DSP内核和片内外设。复位及电压监控芯片选用MAXIM 公司的集成微处理器监控复位电路MAX706。由电流互感器和电压互感器等传感元件提取的光电定子电流信号和电压信号，经过抗混叠滤波和采样保持送入DSP中的模数转换器A/D。把4 路模拟输入设置为4个单输入通道或2个差分输入通道。并实现4个模拟通道的无相差采样。为满足系统需要，可程控设置采样点。本系统中，电流和电压每周波采样30点，采样频率为l500Hz。
2.2系统工作原理
经信号采集模块采集被监测光电的定子电流、电压信号，经过一系列的信号预处理和变换，变换为DSP可以接受的数字信号并送入DSP。DSP对信号采集模块送来的数字信号进行快速傅立叶变换把时域信号从变换为频域信号，根据此频域中是否含有智能电网各种故障的特征频率来判断智能电网是否发生故障以及故障程度的大小。故障处理模块则根据DSP诊断模块的输出，及时发出声光报警以通知工作人员做出相应的处理。必要时，现场还可以通过其通用串行接口USB连接便携式电脑。由其对智能电网故障部位和故障程度在现场做进一步分析和判断。3 软件设计
本系统软件采用TI公司的集成开发环境CCS2.0进行开发，其中，主程序用C 语言编程，其它如信号处理模块和故障特征频率比较和判断模块等功能模块采用汇编语言编程。系统程序还通过TI公司的BOOTLOADER 技术，在硬件复位后，主程序从片外FLASH ROM下载到片内快速RAM中全速运行，实现系统的自举功能。
整个程序采用模块化结构，主要分为系统初始化、信号采集、信号处理、故障频率比较和判断以及故障处理5个模块。程序运行分为4个阶段。系统程序框图如图4所示。系统初始化后，首先由信号处理采集模块每1024个采样值就给主程序发出中断，然后由信号处理模块对采样数据进行1024采样值的按时间抽取的快速傅立叶变换（FFT），获得采样数据的频域信息，第三阶段是故障频率比较和识别模块根据将此频域信息与内部储存的故障特征频率表进行比较和判断，最后是判断智能电网是否发生故障，如果发生故障就调用故障处理模块进行处理。否则，系统开始下一周期的程序执行。结束语
本文介绍的基于PCI总线和DSP的分布式光电在线监测和故障诊断系统，克服了现有同类故障诊断系统实时性差、诊断性能差等缺陷，达到了一定的实用效果，具有推广价值。
该系统将微机监控系统、检测与控制技术、现场总线技术、组态软件技术结合起来，实现了智能电网运行状态参数检测、故障诊断与处理的控制与管理一体化，为生产过程的在线监测与控制提供了正确依据，为迅速实现故障诊断与处理提供了可靠的保证。
本文作者创新点：设计了一种基于PCI总线和DSP的分布式光电在线监测和故障诊断系统，在软硬件设计中采用了模块化的结构，具有实时性强、诊断性能好、准确性高等特点。
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