专利名称：微机远动监控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种对工业现场实施数据采集和远方监控的电力系统自动化装置。
电力系统自动化监控技术是从有触点的继电器电路到无触点的晶体管电路，发展到大规模集成电路组成的远动设备。随着电子计算机技术的发展，微机和单片机的广泛应用使电力系统自动化监控技术向智能化、多功能、小型化方向又迈进了一步。目前国内外电力系统自动化监控设备，对遥测、遥信、遥控和遥调等功能的实现，大都采用功能单一的设备和装置。在电力系统的远动装置中数据采集元件均需要在电流互感器、电压互感器的测量回路中安置大量的变送器或绕组，加大负载，影响测量精度，由于受磁饱和问题的影响，测量范围受到一定的限制。因此，采用电流、电压互感器设计的远动装置能耗大、测量精度差、测量范围小，所以，必须加以改进和创新。
本实用新型的目的是提供一种遥测、遥信、遥控多种功能于一体的微机远动监控装置，以单片机8098为核心，用交流和直流两种采样方式，用霍尔元件组装成传感器取代电流、电压互感器，使装置具有耗能小、精度高、线性好、测量范围大等特点。
本实用新型的技术方案是微机远动监控装置由机柜、前后门、遥控继电器、数码显示器、监控主机、小键盘、端子排、接收信号指示灯、发送信号指示灯、装置运行指示灯、电源开关等组成，其特点是在机柜中装有霍尔传感器、遥控继电器，在监控主机中装有主机电路单元板、遥测采集电路单元板、遥信采集电路单元板、电度量采集电路单元板、遥控电路单元板和通讯电路单元板。
在主机电路单元板和遥测采集电路单元板上装有8098单片机，在遥测采集电路单元板上，通过8098单片机高速输出控制实现每一个工频时间内采集64点数据，还可实现故障录波。
本装置以单片机8098作为控制中枢。其中装置的电源采用交流和直流两种供电方式，不需要UPS电源。采样部分具有交流和直流两种方式。遥测、遥信、遥控全部执行器件置于一个标准机柜内。遥控对象继电器、性质继电器合为一个继电器。电度量采集、故障录波等功能由同一装置实现。
按其功能可分为六个电路单元A.主机板电路单元主机板选用8098准16位单片机作为控制中枢。主振12MHZ，主机板上包括16KEPROM和32KRAM，并带有键盘／显示控制电路和RS232接口，还有一个与微机完全一样的带电池保护的百年历时钟和掉电保护电路。主机板外设接口板地址为6000H～7FFFH，外设选址可由外设板上地址拨码开关设定。总线采用标准的STD总线，各外设板可以插在任意总线接口槽中，便于系统扩充。
B.遥测采集电路单元被采集的交流电压、电流经过霍尔传感器变换成－5～＋5V的直流电压后，直接接入遥测采集板。该板具有单独一片8098单片机，并包括电压形成、模拟滤波、采样保持、选模电路和模数转换(A／D)及数据存储区(RAM)等部件。每一块遥测采集板可以采集四路输电线路的电压、电流，并通过该板的单片机计算出各线路的有功功率、无功功率以及功率因数、相角和电网工频等。该板具有较大容量的数据存储单元，通过8098单片机高速输出口控制，可在每一个工频周期时间内采集64点数据，可记录2秒内两条被测线路的全部数据，即可实现故障录波功能。遥测模拟量采集采用AD574(12位A／D)芯片，精度可达1／2048，并用LF398对模拟量进行采样／保持，可保证单片机采集电压、电流的同步性。LM311比较器比较电压、电流过零，精度可达mv级，从而保证所采集的功率因数的精度。该板与系统主机板的通讯串口采用422口方式，抗干扰能力强，发送长度可调，可避免数据重复。传送数率为187.5kbavd，该板采集的全部数据可在2ms内发送完毕。
C.遥信采集电路单元遥信量采集是对包括线路断路器、继电保护信号以及遥控返校信号等开关量进行采集。各开关量的变位信号经过去抖电路整形，通过光电隔离器后，可驱动8279产生中断。8279设置为传感器矩阵方式，专门管理遥信输入，监视各开关变位状态。一旦有开关变位，其传感器RAM将立即记录下变位情况，并在本次传感器阵列扫描结束时，向单片机发出中断请求。开关量变位的分辨率小于5ms。由于该板采用去抖电路和光电隔离措施，可防止意外干扰对系统的影响，提高了系统运行的可靠性。每块遥信采集板所采集的遥信点数可通过该板上的拨动开关任意设置。系统软件通用，硬件配置灵活。
D.电度量采集电路单元电度量采集板用于记录现场电度表的计数值，系统的主机板每5ms通过74LS245对电度计数脉冲的状态查询一次，当查到来了一个脉冲后，电度计数加1。电度量采集板与遥信量采集板是通用的，只是电度量采集板不用8279扫描中断电路部分。电度计数脉冲由电度光电脉冲传感器产生，该器件体积小，可以在任意型号的电度表上安装，而不需要更换计量表，节省了工程造价。累计的电度值与计量表值完全相同，并可通过软件实现峰、谷电量的统计。为了克服通道误码或故障对累计电量的影响，采用电度量传送值为计量表的窗口值。
E.遥控电路单元遥控板是主站向分站发送遥控命令的执行部分，它的输出控制继电器的吸合。为了确保遥控的可靠性，在执行一个遥控动作应按正确的步骤进行，即a.选取遥控对象，指定遥控性质；b.回送校核信息判断；c.无误最后执行遥控操作。当主站下发一条遥控命令，分站接收处理，通过解码分析校验，确定相应的遥控对象／性质字，启动相应的对象／性质继电器，并利用该继电器的一个常开结点，做为对象／性质返校遥信返送给主站，主站判断遥控命令正确后，再下发执行命令，分站启动执行继电器，执行该线路的某种操作。为了简化硬件结构，全部遥控执行动作共用一个执行继电器控制。每一条控制回路安装一个合闸继电器，一个跳闸继电器，并利用跳闸继电器的一个常闭结点做为重合闸放电闭锁回路。每块遥控板可控32个继电器，结点闭合电流＞100mA，32个触点前16点控制合闸，后16点控制分闸，为了提高抗干扰能力，遥控执行回路加有延时加电功能，以防止误动作。
F.通讯电路单元通道板包括远程发送通讯和远程接收通讯。其地址译码可由拨动开关进行设置。发送／接收波特率也可通过插针灵活设置。波特率范围300～1200BT。
系统软件部分如下装置采用巡检与中断相结合的处理方法，既保证数据采集的实时性，又节约了CPU的开销，充分开发系统资源。
系统启动时，或有复位RESET中断信号时，8098将一些寄存器初始化并清除PSW，加载芯片配置寄存器(CCB)，程序指针PC指针指向2080H单元，准备从该单元开始执行指令。程序首先完成系统的初始化，然后循环执行主程序，当有中断事件发生时，立即响应，并执行相应的中断处理程序。
程序初始化，首先清除各个标志单元，初始化各个缓冲器指针和用户的堆栈指针，初始化主机板8098及键盘／显示8279，内存ROM自检和片内寄存器分配，以及计算出YC、YX、PO、YK等个数，清各缓冲器。读时钟，初始化通讯板8251等。然后置中断向量，开中断，接着进行主流程序，当中断事件发生，立即响应中断，执行相应的中断处理程序。
附图附表说明
图1微机远动监控装置框图，图2－1、图2－2微机远动监控装置主机电路单元，图3－1、图3－2微机远动遥测采集电路单元，图4微机远动遥信(电度量)采集电路单元，图5－1、图5－2微机远动遥控电路单元，图6－1、图6－2、图6－3微机远动通讯电路单元，图7微机远动监控装置正面外形图，图8微机远动监控装置后面外形图。图7、图8中1前门，2机柜，3遥控继电器，4数码显示器，5监控主机，6小键盘，7端子排，8接收信号指示灯，9发送信号指示灯，10装置运行指示灯，11电源开关，12霍尔传感器，13主机电路单元板，14遥测采集电路单元板，15遥信采集电路单元板，16电度量采集电路单元板，17遥控电路单元板，18通讯电路单元板，19机柜右后门，20机柜左后门。表1主机电路单元元器件明细表，表2遥测采集电路单元元器件明细表，表3遥信(电度量)采集电路单元元器件明细表，表4遥控电路单元元器件明细表，表5通讯电路单元元器件明细表。
结合附图对本实用新型的一个实施例作进一步描述。
在机柜(2)上装有前门(1)，机柜上部装有遥控继电器(3)共42个，监控主机(5)装在机柜(2)的中部，前后两侧装有端子排(7)，在监控主机(5)上装有数码显示器(4)、小键盘(6)、接收信号指示灯(8)、装置运行指示灯(9)、电源开关(10)；在监控主机(5)内部还装有主机电路单元板(13)遥测采集电路单元板(14)、遥信采集电路单元板(15)、电度量采集电路单元板(16)、遥控电路单元板(17)、通讯电路单元板(18)；在机柜后面的上部装有霍尔传感器(12)共36个，机柜的后门为(19、20)；机柜(2)的底部装有维修工具和备用件。
布局采用模块式结构，机架采用STD总线槽，组合调整灵活，扩充容易。
操作功能键盘操作功能显示遥测量；显示遥信量；显示电度量；显示时、分、秒；显示年、月、日；显示RAM区数据；设置时、分、秒；设置年、月、日；设置操作密码。
遥控操作过程合闸过程调度端控制系统下发某线路“合闸”遥控命令，启动该线路的合闸对象／性质继电器，该继电器吸合，一对常开结点作为“合闸对象”校核遥信返送回调度端控制系统，当判断无误后，再下发“执行”遥控命令，启动执行继电器，执行该线路的合闸遥控。
跳闸过程调度端控制系统下发某线路“跳闸”遥控命令，启动该线路的跳闸对象／性质继电器，该继电器吸合，继电器的一对常开结点作为“跳闸对象”校核遥信返送回调度端控制系统，当判断无误后，再下发“执行”遥控命令，启动执行继电器，执行该线路的跳闸遥控。为在执行跳闸遥控时，不启动重合闸继电器，在启动该线路的跳闸对象／性质继电器的同时，通过该继电器的一对常开结点组合成自保持回路，以保证封锁住重合闸。
本装置的主要功能与指标如下遥测采集功能基本容量32路，可扩充到128路；精度A／D转换为12位二进制码，相对精度为1LSB，输出精度可到0.1％；输入范围0～120％Un，In，Un＝100V，In＝5A；线性范围被测额定值0～120％内满足要求；输入特性采用霍尔元件隔离方式，输入相电压，线电压，相电流，线电流；温度影响－10℃～55℃内，误差不超过±0.5％；
遥信采集功能基本容量32路，可扩充到128路；事故顺序记录分辨率站内分辨率为5ms；遥信采集方式采用中断与巡检相结合的方法，既保证了遥信采集的实时性，又节约了CPU的开销，还不失巡检的可靠性；输入电压范围直流12V～24V。
电度量采集功能电度量采集基本容量32路，可扩充至64路。
遥控功能基本容量16路，可扩充至32路。
故障录波功能基本容量2路。每一个工频时间内可采集64点数据。有2个以上标准RS232串行口，可与主站通信，也可外接PC机实现当地监视功能。通信速率可设置300BT，600BT，1200BT，9600BT任意一种。通信格式符合部颁“微机远动通信规约”，通信方式CDT。
键盘／显示功能该装置具有本机显示面板，为用户提供了一套方便的键盘操作功能。
本实用新型的优点和积极效果是首次在电力系统远动装置上采用霍尔元件组装成传感器代替传统的变送器，克服了原传统变送器增加CT、PT负载，影响测量精度的毛病。
安装配线简单，维护方便，更换测试元件不需要动二次回路，提高了电力系统运行的可靠性。
霍尔元件组成的传感器测量范围大，线性好，为开发故障录波功能创造了必备条件。
采样方式具有交流采样和交流采样／直流转换两种形式，可适用于各种微机远动系统的要求。
全部设备器件集为一体，即将以往远动工程的变送器屏、装置屏、遥信转接屏、遥控执行屏四面屏合为一面屏，简化了工程设计，节省了占地面积和投资，具有极高的性能价格比。
功能齐全，运行稳定可靠。测量精度高，长期稳定不变。
采用STD总线，模块化结构设计。功能板可以任意组合，遥测量、遥信量、遥控量等可通过拨动开关随意设置。扩充容易，组装灵活，可适应不同系统的需要。
具有丰富的软、硬件支持，为用户提供一套完整的工作软件，用户使用它可以在PC机上很方便地修改程序参数并得到机器码文件。
结构设计新颖，具有节省遥控继电器、开关辅助接点和控制电缆材料等优点。电度量采集，在现有的各种型号计量电度表上加装脉冲传感器，累计的电度值与计量表值完全相同，并可自动统计峰、谷电量。
具有故障录波功能，每一个工频时间内可采集64点数据，可保持故障发生瞬时2秒钟内的全部数据。
附表1
附表2
<p>附表4
<p>附表3
附表
权利要求1.一个由机柜(2)、前门(1)、后门(19、20)、遥控继电器(3)、数码显示器(4)、监控主机(5)、小键盘(6)、端子排(7)、接收信号指示灯(8)、发送信号指示灯(9)、装置运行指示灯(10)、电源开关(11)组成的微机远动监控装置，其特征在于在机柜(2)中装有霍尔传感器(12)、遥控继电器(3)，在监控主机(5)中装有主机电路单元板(13)、遥测采集电路单元板(14)、遥信采集电路单元板(15)、电度量采集电路单元板(16)、遥控电路单元板(17)和通讯电路单元板(18)，在主机电路单元板(13)和遥测采集电路单元板(14)上装有8098单片机。
专利摘要微机远动监控装置是一种对工业现场实施数据采集和远方监控的电力系统自动化装置。目前国内外电力系统自动化远动监控设备的数据采集元件均需要在电流互感器、电压互感器的测量回路中安置大量的变送器或绕组，加大负载，测量精度差、测量范围小。本实用新型的目的是提供一种遥测、遥信、电度、遥控多种功能于一体的微机远动监控装置，以单片机为核心，用霍尔元件组装成传感器取代电流、电压互感器，使装置具有耗能小、精度高、线性好、测量范围大等特点，并具有故障录波功能。
文档编号G05B15/02GK2195117SQ9420568
公开日1995年4月19日 申请日期1994年3月31日 优先权日1994年3月31日
发明者钱驰, 王世军 申请人:吉林电业局