專利名稱：高壓/超高壓輸電系統(tǒng)平臺用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高壓/超高壓輸電系統(tǒng)平臺用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
在高壓/超高壓輸電系統(tǒng)平臺上提供數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作的能源的方式和實現(xiàn)方法，不同于地面系統(tǒng)，這使在高壓/超高壓輸電系統(tǒng)平臺上所能提供的能源受限，所以要求設計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有極低功耗；另一方面高壓/超高壓輸電系統(tǒng)平臺上的大電流、高場強會對模數(shù)轉換過程和數(shù)據(jù)通訊造成極大的干擾，這要求設計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有極強的抗干擾能力；同時輸電系統(tǒng)在輕負荷和故障狀態(tài)下，被測量幅值有很大的變化范圍，這要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)滿足測量精度和測量范圍兩個技術指標；在高壓/超高壓輸電系統(tǒng)平臺上往往有多個模擬量需要進行測量，并且根據(jù)控制策略的不同要求對全部或部分模擬量進行同步采樣；還有為了降低系統(tǒng)成本，在保證可靠通訊和控制的基礎上，要盡量減少光纖的數(shù)量。這些都使高壓/超高壓輸電系統(tǒng)平臺上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計具有一定的特殊性和技術難度。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下設計方案一種高壓/超高壓輸電系統(tǒng)平臺用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括高壓/超高壓輸電系統(tǒng)平臺下的光信號數(shù)據(jù)接收單元和同步采樣脈沖光信號發(fā)送單元；在高壓輸電系統(tǒng)平臺上設有模數(shù)轉換單元、采集數(shù)據(jù)傳輸單元以及同步采樣脈沖信號傳輸單元；所述模數(shù)轉換單元各路由同步采樣脈沖信號傳輸單元發(fā)出的同步采樣脈沖信號同步啟動模數(shù)轉換過程，模數(shù)轉換單元的中央控制部監(jiān)視模數(shù)轉換部各路的模數(shù)轉換進程，轉換完成后將12路數(shù)據(jù)結果同時串行讀入中央控制部，中央控制部再將數(shù)據(jù)按照特定的通訊協(xié)議打包后，通過同步串口將數(shù)據(jù)傳至采集數(shù)據(jù)傳輸單元。
所述模數(shù)轉換單元具有1-12個模數(shù)轉換部和中央控制部。
所述的采集數(shù)據(jù)傳輸單元包括同步串口時鐘發(fā)送部、同步串口數(shù)據(jù)發(fā)送部、同步串口時鐘物理通道部、同步串口數(shù)據(jù)物理通道、同步串口時鐘接收部、同步串口數(shù)據(jù)接收部；所述同步串口時鐘發(fā)送部和同步串口數(shù)據(jù)發(fā)送部將來自模數(shù)轉換部分的同步串行數(shù)據(jù)轉換為光信號；所述同步串口時鐘物理通道部和同步串口數(shù)據(jù)物理通道完成從超高壓輸電系統(tǒng)平臺上到超高壓輸電系統(tǒng)平臺下的光信號傳輸；所述同步串口時鐘接收部和同步串口數(shù)據(jù)接收部將光信號的同步串行數(shù)據(jù)恢復為TTL信號。
所述的同步采樣脈沖信號傳輸單元包括同步采樣脈沖信號接收部、同步采樣脈沖信號物理通道、同步采樣脈沖信號發(fā)送部；所述同步采樣脈沖信號發(fā)送部將超高壓輸電系統(tǒng)平臺下的同步采樣脈沖信號轉換為光信號；所述同步采樣脈沖信號物理通道完成從超高壓輸電系統(tǒng)平臺下到超高壓輸電系統(tǒng)平臺上的光信號傳輸；所述同步采樣脈沖信號接收部將光信號的同步采樣脈沖恢復為TTL信號，并送至模數(shù)轉換部分。
所述的中央控制部的采樣數(shù)據(jù)結果發(fā)送采用同步串口。
所述的同步串口時鐘物理通道部、同步串口數(shù)據(jù)物理通道、同步采樣脈沖信號物理通道為光纖。
本實用新型的優(yōu)點是1.可以有效的降低平臺上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功耗；2.易于實現(xiàn)多路被測模擬量的同步采樣；3.多路采樣數(shù)據(jù)通過同步串口發(fā)送，減少了通訊光纖的數(shù)量；4.測量精度高，范圍寬；5.電路實現(xiàn)簡單，抑制干擾的能力強；6.成本低、器件易于選取。
圖2為本實用新型模數(shù)轉換部的電路圖圖3為本實用新型光電轉換的電路圖圖4為本實用新型電光轉換的電路圖如

圖1所示，本實施例包括模數(shù)轉換單元(a)、采集數(shù)據(jù)傳輸單元(b)以及同步采樣脈沖信號傳輸單元(c)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要完成的功能是在同步采樣脈沖信號的同步下，對超高壓輸電系統(tǒng)平臺上的多路模擬量進行模數(shù)轉換，并將數(shù)字化的測量結果通過兩根光纖使用同步串口協(xié)議發(fā)送到平臺下的地面控制中心。
圖1(a)為模數(shù)轉換單元部分的構成圖，它由12個模數(shù)轉換部和中央控制部13組成，模數(shù)轉換部的電路圖見圖2。被測交流模擬量輸入端經過放大器U1、U2緩沖和阻容濾波后進入模數(shù)轉換器U4的輸入端。模數(shù)轉換器U4可以將模擬量轉化為數(shù)字量，模數(shù)轉換單元在同步采樣脈沖信號的控制下，周期性的啟動采樣和模數(shù)轉換過程；中央控制部13不斷的監(jiān)視模數(shù)轉換過程是否結束，當它確定模數(shù)轉換過程已經完成后，采用串行的方式將12路模數(shù)轉換結果通過數(shù)據(jù)總線端口同時讀入內部緩存。中央控制部13再將讀入內部緩存的數(shù)據(jù)按照指定的通訊協(xié)議打包后，通過自帶的同步串行口將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，然后中央控制部13進入休眠狀態(tài)，等待下一次模數(shù)轉換過程的結束。
中央控制部單元電路采用數(shù)字微處理器，可以是滿足速度要求的任何型號的處理芯片，它的電路設計和工作原理均為常規(guī)技術。模數(shù)轉換器U4為具有低功耗、高精度、良好抗干擾能力的任意一款模數(shù)轉換器均可。
圖1(b)是采集數(shù)據(jù)傳輸部分的構成圖，它由同步串口時鐘發(fā)送部14、同步串口數(shù)據(jù)發(fā)送部15、同步串口時鐘物理通道部17、同步串口數(shù)據(jù)物理通道18、同步串口時鐘接收部20、同步串口數(shù)據(jù)接收部21組成。其中同步串口時鐘發(fā)送部14、同步串口數(shù)據(jù)發(fā)送部15是電光轉換電路，其電路圖如圖4所示；同步串口時鐘物理通道部17、同步串口數(shù)據(jù)物理通道18是由具有良好電絕緣性能的光纖構成；同步串口時鐘接收部20、同步串口數(shù)據(jù)接收部21是光電轉換電路，其電路圖如圖3所示。采集數(shù)據(jù)傳輸部分完成從高壓/超高壓輸電系統(tǒng)平臺上到高壓/超高壓輸電系統(tǒng)平臺下的采集數(shù)據(jù)信息的傳輸，它先將超高壓平臺上的中央控制單元同步串口的數(shù)據(jù)端和時鐘端TTL電平信號經過電光轉換電路變?yōu)楣庑盘?，再通過光纖將光信號傳送到平臺下地面接收裝置，最后將光信號經過光電轉換電路還原為同步串口的數(shù)據(jù)和時鐘提供給地面控制系統(tǒng)。
平臺上中央控制部的采樣數(shù)據(jù)結果發(fā)送采用同步串口，同步串口每隔一個采樣周期發(fā)送14個16位的數(shù)據(jù)到地面控制中心。
同步串口通訊采用了特定的通訊協(xié)議。
圖3所示的是光電轉換電路。光接收管將光信號強弱的變化轉變?yōu)殡娖叫盘柕牟▌樱涍^后級比較器的差動放大，輸出TTL電平信號。
圖4所示的是電光轉換電路。它將電流信號的強弱轉變?yōu)楣庑盘柕膹娙?，TTL高電平使光發(fā)射管導通發(fā)光，TTL低電平使光發(fā)射管截止不再發(fā)光，這樣就使TTL電平輸入轉變?yōu)楣庑盘柕妮敵觥?br> 光電轉換電路和電光轉換電路均是已知技術，這里不再詳述其電路原理。
圖1(c)是同步采樣脈沖信號傳輸部分的構成圖，它由同步采樣脈沖信號接收部16、同步采樣脈沖信號物理通道19、同步采樣脈沖信號發(fā)送部22組成。其中同步采樣脈沖信號接收部16是光電轉換電路，其電路圖如圖3所示；同步采樣脈沖信號物理通道19是由具有良好電絕緣性能的光纖構成；同步采樣脈沖信號發(fā)送部22是電光轉換電路，其電路圖如圖4所示。同步采樣脈沖信號傳輸部分完成從高壓/超高壓輸電系統(tǒng)平臺下到高壓/超高壓輸電系統(tǒng)平臺上的同步采樣脈沖信號的傳輸。它先將來自地面控制中心的同步脈沖信號為TTL電平，它們經過電光轉換電路變成光信號，再通過光纖將光信號傳送到高壓/超高壓輸電系統(tǒng)平臺上，最后將光信號還原為同步采樣脈沖信號提供給模數(shù)轉換部分。
本例的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以適用于絕大部分高壓/超高壓輸電系統(tǒng)平臺上的模擬量測量系統(tǒng)?？梢酝瑫r對多路模擬量進行測量，消除了被測量采樣不同步的問題，滿足系統(tǒng)的高壓/超高壓絕緣要求。
權利要求1.一種高壓/超高壓輸電系統(tǒng)平臺用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括高壓/超高壓輸電系統(tǒng)平臺下的光信號數(shù)據(jù)接收單元和同步采樣脈沖光信號發(fā)送單元；其特征在于在高壓輸電系統(tǒng)平臺上設有模數(shù)轉換單元、采集數(shù)據(jù)傳輸單元以及同步采樣脈沖信號傳輸單元；所述模數(shù)轉換單元各路由同步采樣脈沖信號傳輸單元發(fā)出的同步采樣脈沖信號同步啟動模數(shù)轉換過程，模數(shù)轉換單元的中央控制部監(jiān)視模數(shù)轉換部各路的模數(shù)轉換進程，轉換完成后將12路數(shù)據(jù)結果同時串行讀入中央控制部，中央控制部再將數(shù)據(jù)按照特定的通訊協(xié)議打包后，通過同步串口將數(shù)據(jù)傳至采集數(shù)據(jù)傳輸單元。
2.根據(jù)權利要求1所述的高壓/超高壓輸電系統(tǒng)平臺用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述的采集數(shù)據(jù)傳輸單元包括同步串口時鐘發(fā)送部、同步串口數(shù)據(jù)發(fā)送部、同步串口時鐘物理通道部、同步串口數(shù)據(jù)物理通道、同步串口時鐘接收部、同步串口數(shù)據(jù)接收部；所述同步串口時鐘發(fā)送部和同步串口數(shù)據(jù)發(fā)送部將來自模數(shù)轉換部分的同步串行數(shù)據(jù)轉換為光信號；所述同步串口時鐘物理通道部和同步串口數(shù)據(jù)物理通道完成從超高壓輸電系統(tǒng)平臺上到超高壓輸電系統(tǒng)平臺下的光信號傳輸；所述同步串口時鐘接收部和同步串口數(shù)據(jù)接收部將光信號的同步串行數(shù)據(jù)恢復為TTL信號。
3.根據(jù)權利要求1所述的高壓/超高壓輸電系統(tǒng)平臺用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述的同步采樣脈沖信號傳輸單元包括同步采樣脈沖信號接收部、同步采樣脈沖信號物理通道、同步采樣脈沖信號發(fā)送部；所述同步采樣脈沖信號發(fā)送部將超高壓輸電系統(tǒng)平臺下的同步采樣脈沖信號轉換為光信號；所述同步采樣脈沖信號物理通道完成從超高壓輸電系統(tǒng)平臺下到超高壓輸電系統(tǒng)平臺上的光信號傳輸；所述同步采樣脈沖信號接收部將光信號的同步采樣脈沖恢復為TTL信號，并送至模數(shù)轉換部分。
4.根據(jù)權利要求1所述的高壓/超高壓輸電系統(tǒng)平臺用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述的中央控制部的采樣數(shù)據(jù)結果發(fā)送采用同步串口。
5.根據(jù)權利要求1所述的高壓/超高壓輸電系統(tǒng)平臺用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述的同步串口時鐘物理通道部、同步串口數(shù)據(jù)物理通道、同步采樣脈沖信號物理通道為光纖。
專利摘要一種高壓/超高壓輸電系統(tǒng)平臺用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括高壓/超高壓輸電系統(tǒng)平臺下的光信號數(shù)據(jù)接收單元和同步采樣脈沖光信號發(fā)送單元；在高壓輸電系統(tǒng)平臺上設有模數(shù)轉換單元、采集數(shù)據(jù)傳輸單元以及同步采樣脈沖信號傳輸單元；所述模數(shù)轉換單元各路由同步采樣脈沖信號傳輸單元發(fā)出的同步采樣脈沖信號同步啟動模數(shù)轉換過程，模數(shù)轉換單元的中央控制部監(jiān)視模數(shù)轉換部各路的模數(shù)轉換進程，轉換完成后將12路數(shù)據(jù)結果同時串行讀入中央控制部，中央控制部再將數(shù)據(jù)按照特定通訊協(xié)議打包后，通過同步串口將數(shù)據(jù)傳至采集數(shù)據(jù)傳輸單元。其精度高、抗干擾能力強、降低了測量裝置占地和成本；該系統(tǒng)可實現(xiàn)對高壓/超高壓輸電系統(tǒng)平臺上多路模擬量的同步測量。
文檔編號H02J13/00GK2603567SQ0323627
公開日2004年2月11日 申請日期2003年1月22日 優(yōu)先權日2003年1月22日
發(fā)明者武守遠, 王宇紅, 荊平 申請人:中國電力科學研究院