【正文】 號(hào)和其他 線路都相反的線路為故障線路，其余為非故障線路。 在實(shí)際運(yùn)用比幅比相綜合選線判據(jù)時(shí)，可首先選出峰值最大的幾條線路，再對(duì)這幾條線路進(jìn)行相位分析，有利于提高選線的準(zhǔn)確度。 本章小結(jié) 本章 首先 確定了煤礦 6kV 電網(wǎng)接地選線裝置的選線理論（即 利用 線路階躍響應(yīng) 選線 方法 ）。 然后 ， 具體 闡述 了 線路階躍響應(yīng) 選線理論 ， 介紹 了 線路階躍響應(yīng)頻譜規(guī)律：所有線路幅頻特性將在 max? 處達(dá)到最大，且故障線路 max()A? 是所有非故障線路 max()A? 之和；所有線路相頻特性將在 inv? 處反相，在 ? =0 inv? 范圍內(nèi)，故障線路相位和非故障線路相位保持嚴(yán)格的反相關(guān)系。 最后 ， 利用結(jié)論確定 了選線判據(jù) 。 第 25 頁(yè) 3 硬 件設(shè)計(jì)部分 裝置整體方案 硬件的設(shè)計(jì)應(yīng)能滿足系統(tǒng)功能需要，實(shí)現(xiàn)起來(lái)方便、可靠，具備一定的抗干擾措施，在現(xiàn)場(chǎng)也能正常運(yùn)行。硬件方案應(yīng)做整體規(guī)劃 ，做到功能全面、模塊層次清晰，并要考慮可能的升級(jí)接口，方便維護(hù)工作。 硬件裝置功能需求分析 裝置要實(shí)現(xiàn)故障選線功能，需要具備如下功能： （ 1）數(shù)據(jù)采集功能：負(fù)責(zé)母線零序電壓和各線路零序電流的采集，包括 采樣通道 的選擇；采樣的啟動(dòng)、轉(zhuǎn)換、停止以及轉(zhuǎn)換結(jié)果的存儲(chǔ)。 （ 2）頻率測(cè)量功能：為了實(shí)現(xiàn)跟蹤采樣，裝置必須監(jiān)視系統(tǒng)的頻率變化，頻率測(cè) 量模塊應(yīng)能實(shí)時(shí)地反應(yīng)系統(tǒng)頻率的波動(dòng)。 （ 3） 顯示功能：裝置的運(yùn)行狀況以及所監(jiān)視的系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)都應(yīng)能直觀地 顯示 。 （ 4） 通信功能：裝置應(yīng)能具備與上位機(jī)（通常為 PC 機(jī) ）通信的功能，借助 上位 機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)協(xié)作處理，并完成上傳系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，接受上位機(jī)的指令等 功能。 （ 5）報(bào)警功能：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，裝置能開(kāi)出故障信號(hào)，用于故障報(bào) 警或跳閘。 （ 6）輸入功能：裝置應(yīng)提供人機(jī)接口，方便參數(shù)設(shè)置與改變運(yùn)行狀態(tài)等。 硬件裝置 各 功能 模塊的設(shè)計(jì) （ 1） 基于線路階躍響應(yīng)選線方法設(shè)計(jì)出的一套完整的 煤礦 6kV 電網(wǎng)接地選線裝置的原理框圖 如 圖 所示 ： （ 2） 數(shù)據(jù)采集，鍵盤輸入，頻率測(cè)量等都 可以 通過(guò)數(shù)據(jù)地址總線與 處理器傳遞信息的。因此，可以設(shè)計(jì)獨(dú)立的模塊實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，而通過(guò) 總線實(shí)現(xiàn)各模塊與 處理器（ CPU） 的連接關(guān) 系。本 設(shè)計(jì) 可分為 四塊板卡，即： 處理器（ CPU）板，控制板，濾波板以及電源板。 CPU 板具有 單片機(jī) 最小系統(tǒng)及一些外圍設(shè)備的簡(jiǎn)單擴(kuò)展，如 RAM、電源監(jiān)視、看門狗電路等。 控制板負(fù)責(zé)采樣控制，鍵盤輸入，頻率測(cè)量等功能。由于輸入信號(hào)回路較多，單獨(dú)設(shè)計(jì)濾波板，負(fù)責(zé)通道信號(hào)的濾波，同時(shí)減弱輸入模擬信號(hào)與其他板卡間的相互干擾。電源板給各板卡供電。其相互關(guān)系如圖 。 各功能板卡相互獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)了硬件設(shè)計(jì)模塊化。模塊化硬件設(shè)計(jì)可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，便于系統(tǒng)升級(jí)，方便設(shè)計(jì)、調(diào)試與維護(hù)。 第 26 頁(yè) 幅 頻 信 號(hào) 采 集 相 位 信 號(hào) 采 集低 通 有 源濾 波 電 路A / D 轉(zhuǎn) 換 模 塊C P U 處 理 器 模 塊 鍵 盤 按 鈕R S 4 8 5 通 信 接 口液 晶 顯 示 模 塊 故 障 報(bào) 警 圖 原理框圖 C P U 板控 制 板電 源 板外 圍 設(shè) 備濾 波 板信 號(hào) 輸 入 圖 系統(tǒng)模塊關(guān)系圖 處理器選擇 處理器應(yīng)能滿足功能需求，可以實(shí)現(xiàn)小范圍的功能升級(jí)，但不宜選擇功能過(guò)于強(qiáng)大的處理器，以免給設(shè)計(jì)帶來(lái)不便甚至浪費(fèi)資源；還應(yīng)該選擇價(jià)格合適，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定的處理器。 DSP 處理速度快，存儲(chǔ)容量大，較單片機(jī)在數(shù)據(jù)處理上有著較大的優(yōu)勢(shì)，且開(kāi)發(fā)難度較低。為使裝置能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確選線，本 設(shè)計(jì)所使用 CPU 要進(jìn)行大量高速度、高精度的運(yùn)算， 因此，本 設(shè)計(jì)的 處理器選擇浮點(diǎn) DSP。鑒于此，本 設(shè)計(jì)選擇 TI 公司的 TMS320VC33120 型 DSP 處理器。 TMS320VC33 采用 144 腳 LQFP 四邊形封裝。 該產(chǎn)品以高速、低功耗、低成本、易于開(kāi)發(fā)為顯著特點(diǎn)。 TMS320VC33 是 TI 公司在 TMS320C31 基礎(chǔ)上新近推出的 TMS320C3X 系 第 27 頁(yè) 列新一代浮點(diǎn) DSP 芯片，是目前性價(jià)比 非常 高的浮點(diǎn)運(yùn)算 DSP 芯片之一，具有如下特點(diǎn)： （ 1）具有高速的浮點(diǎn)運(yùn)算能力，其中 TMS320VC33120 型浮點(diǎn) DSP 的執(zhí)行速度為 120MFLOPS 和 60MIPS，單指令周 期為 17ns，很好地滿足了信號(hào)處理速度的要求，保證了信號(hào)處理的實(shí)時(shí)性。 （ 2）可進(jìn)行 16/32 位整數(shù)和 32/40 位的浮點(diǎn)操作；可對(duì)所記錄的各項(xiàng)電網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行精確的計(jì)算與分析，提高了計(jì)算與分析結(jié)果的可靠性。強(qiáng)大的浮點(diǎn)運(yùn)算能力，使得 VC33 在做浮點(diǎn) FFT 運(yùn)算時(shí)相當(dāng)簡(jiǎn)單 ，精度極高，這為準(zhǔn)確選線提供了有力保證。 （ 3）具有 24 位地址線，可尋址空間高達(dá) 16M，提供了充足的地址空間供外擴(kuò)數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器使用。合理安排數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間與程序存儲(chǔ)空間所占的份額，可以提供充足的地址空間。尤其在配電線路較多，要求高速率采樣的情況下， VC33 的存儲(chǔ)空間更顯優(yōu)勢(shì)。 （ 4）具有程序引導(dǎo)裝載功能，可以方便地將外部的慢速 EPROM 或其它標(biāo)準(zhǔn)器件中的程序裝載到快速的片內(nèi) RAM 或片外 SRAM 中運(yùn)行，這樣數(shù)據(jù)的讀寫指令周期將明顯縮短，運(yùn)算效率高。這樣便省去了昂貴的快速 EPROM，同時(shí)也簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)、降低了成本。 （ 5）改進(jìn)了指令集，可支持兩個(gè)或三個(gè)操作數(shù)指令，增加了條件調(diào)用和條件返回指令，并能實(shí)現(xiàn)零開(kāi)銷循環(huán)和單周期分支。這在簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì)的同時(shí)縮短了程序的長(zhǎng)度，提高了運(yùn)行的效率，符合對(duì)信號(hào)處理速度的要求。 LCD 液晶顯示器 選擇 液晶顯示器 是一種功耗低的被動(dòng)式顯示器件，廣泛使用在便攜式儀表或低功耗顯示設(shè)備中，因?yàn)?LCD 有明顯的有點(diǎn) ： 工作電流比 LED 小幾個(gè)數(shù)量級(jí)，所以其功耗很低 ； 尺寸小，厚度約為 LED 的 1/3； 字跡美觀，清晰 ； 壽命長(zhǎng)，可達(dá) 50000 小時(shí)，使用方便。本 設(shè)計(jì) 選用長(zhǎng)沙太陽(yáng)人電子有限公司生產(chǎn)的SMG240128A 型 LCD。 表 31 SMG240128A 的主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量 : 240X128 點(diǎn)陣（ STN 型） 背光源工作電流： 260mA 工作電壓 : ～ 背光源顏色： 黃綠色 工作電流 : 18mA() 工 作溫度 : 20～ 60℃ 模塊最佳工作電壓 : 存儲(chǔ)溫度 : 30～ 70℃ 點(diǎn)尺寸 : (WXH)mm 對(duì)該 LCD 工作過(guò)程描述如下 ： (1)基本操作時(shí)序： (a)讀狀態(tài) ： 輸入 ： C/D=H， CE=L， RD=L， WR=H； 第 28 頁(yè) 輸出 ： D0D7=狀態(tài)字 ； (b)寫指令 ： 輸入 ： C/D=H， CE=L， RD=H， WR=L， D0D7=指令碼 ； 輸出 ： 無(wú) ； (c)讀數(shù)據(jù) ： 輸入 ： C/D=L， CE=L， RD=L， WR=H； 輸出 ： D0D7=數(shù)據(jù) ； (d)寫數(shù)據(jù) ： 輸入 ： C/D=L， CE=L， RD=H， WR=L， D0D7=數(shù)據(jù) ； 輸出 ： 無(wú) ； (2)狀態(tài)字說(shuō)明 ： 表 32 狀態(tài)字功能解釋 STA7 STA6 STA5 STA4 STA3 STA2 STA1 STA0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 STA0 指令讀寫使能 1：允許 0：禁止 STA1 數(shù)據(jù)讀寫使能 1：允許 0：禁止 STA2 數(shù)據(jù)連續(xù)讀使能 1：允許 0：禁止 STA3 數(shù)據(jù)連續(xù)寫使能 1：允許 0：禁止 STA4 未用 STA5 未用 STA6 未用 STA7 液晶屏當(dāng)前顯示狀態(tài) 1：顯示 0：關(guān)閉 LCD 與 系統(tǒng)連接圖 如圖 所示。 控制器可處于二種工作狀態(tài) ： 指令數(shù)據(jù)讀寫狀態(tài)和連續(xù)數(shù)據(jù)讀寫狀態(tài) ； (a)指令數(shù)據(jù)讀寫狀態(tài) :在此狀態(tài)下，對(duì)控制器每次進(jìn)行操作之前，都必須進(jìn)行讀寫檢測(cè)，確保 STA0 和 STA1 都為 1。 (b)連續(xù)數(shù)據(jù)讀寫狀態(tài) :在此狀態(tài)下，對(duì)控制器每次進(jìn)行操作之前，都必須進(jìn)行連續(xù)讀寫檢測(cè)，確保 STA2 和 STA3 都為 1。 (3)指令寫入方式 指令寫入方式可分三種 ： 無(wú)參數(shù)指令、單參數(shù)指令、雙參數(shù)指令 (a)無(wú)參數(shù)指令 ： 開(kāi)始 → 讀寫檢測(cè) → 寫指令 → 結(jié)束。 (b)單參數(shù)指令 ： 開(kāi)始 → 讀寫檢測(cè) → 寫數(shù)據(jù) → 讀寫檢測(cè) → 寫指令 → 結(jié)束。 (c)雙參數(shù)指令 ： 開(kāi)始 → 讀寫檢測(cè) → 寫數(shù)據(jù) (參數(shù)一 ) → 讀寫檢測(cè) → 寫數(shù)據(jù)(參數(shù)二 ) → 讀寫檢測(cè) → 寫指令 → 結(jié)束。 第 29 頁(yè) DATA/ADDRESS BUS… …5 V0 V0 V + 5 VR = 1 0 KR p = 1 0 K0 VR = 3 . 9 Ω ， 1 / 2 WS M G 2 4 0 1 2 8 A/ R S TD B 0D B 7/ R D/ W R/ C EC / DF SF GV 0V o u tB L KB L A… … 圖 LCD 與 系統(tǒng) 接口圖 (4) RAM 地址映射圖控制器內(nèi)部帶有 32K 字節(jié)的 RAM 緩沖區(qū)，其中顯示緩沖區(qū)首地址寄存器對(duì)應(yīng)的后續(xù) 30 128 字節(jié)的內(nèi)容映射到 LCD 顯示屏上，如圖 所示 ： 通過(guò)改變顯示緩沖區(qū)首地址可實(shí)現(xiàn)屏幕滾動(dòng)、屏幕換頁(yè)等功能 。 2 4 0 1 2 8 點(diǎn)( 3 0 1 2 8 字 節(jié) )L C DD 0? ?D 7顯 示 緩 沖 區(qū)首 地 址32K字 節(jié) 內(nèi) 部RAM 圖 RAM 地址映射圖 (5)指令說(shuō)明： (a)初始化設(shè)置 第 30 頁(yè) 表 33 初始化參數(shù)設(shè)置表 Ⅰ 顯示模式設(shè)置 參數(shù) 1 參數(shù) 1 指令碼 功能 無(wú) 無(wú) 80H 設(shè)置顯示模式為 OR 模式 Ⅱ 顯示開(kāi) /關(guān)設(shè)置 參數(shù) 1 參數(shù) 1 指令碼 功能 無(wú) 無(wú) 90H 關(guān)顯示 無(wú) 無(wú) 98H 開(kāi)顯示 Ⅲ 設(shè)置顯示緩沖區(qū)首地址 參數(shù) 1 參數(shù) 1 指令碼 功能 地址低字節(jié) 地址高字節(jié) 42H 設(shè)置顯示緩沖區(qū)首地址 1EH 無(wú) 43H 設(shè)置 顯示 每行字節(jié)數(shù) (b)數(shù)據(jù)控制 控制器內(nèi)部設(shè)有一個(gè)數(shù)據(jù)地 址指針，用戶可通過(guò)它來(lái)訪問(wèn)內(nèi)部的全部32KRAM。 表 34 數(shù)據(jù)控制 指令 表 ： Ⅰ 數(shù)據(jù)指針設(shè)置 ： 參數(shù) 1 參數(shù) 1 指令碼 功能 地址低字節(jié) 地址高字節(jié) 24H 設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針 Ⅱ 數(shù)據(jù)讀寫 參數(shù) 1 參數(shù) 1 指令碼 功能 數(shù)據(jù)字節(jié) 無(wú) C0H 寫數(shù)據(jù)且數(shù)據(jù)地址指針加一 無(wú) 無(wú) C1H 讀數(shù)據(jù)且數(shù)據(jù)地址指針加一 數(shù)據(jù)字節(jié) 無(wú) C2H 寫數(shù)據(jù)且數(shù)據(jù)地址指針減一 無(wú) 無(wú) C3H 讀數(shù)據(jù)且數(shù)據(jù)地址指針減一 數(shù)據(jù)字節(jié) 無(wú) C4H 寫數(shù)據(jù)且數(shù)據(jù)地址指針不變 無(wú) 無(wú) C5H 讀數(shù)據(jù)且數(shù)據(jù)地址指針不變 Ⅲ 數(shù)據(jù)連續(xù)讀寫 在連續(xù)指令開(kāi)始后，控制器進(jìn)入連續(xù)數(shù)據(jù)讀寫狀態(tài)，以后每讀寫一次數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)地址指針自動(dòng)加一，直到向控制器發(fā)出連續(xù)讀寫結(jié)束指令后，才能退出此狀態(tài)。 表 35 數(shù)據(jù)連續(xù)讀寫指令設(shè)置表 ： 參數(shù) 1 參數(shù) 1 指令碼 功能 無(wú) 無(wú) B0H 連續(xù)寫開(kāi)始 無(wú) 無(wú) B1H 連續(xù)讀開(kāi)始 無(wú) 無(wú) B2H 連續(xù)讀寫結(jié)束 第 31 頁(yè) (6)初始化過(guò)程 (復(fù)位過(guò)程 )： (a)寫指令 80H： 設(shè)置顯示模式為 OR 模式 ； (b)寫指令 98H： 開(kāi)顯示 ； (c)寫指令 43H： 設(shè)置 顯 示每行字節(jié)數(shù) ； (d)寫指令 42H： 設(shè)置顯示顯示緩沖區(qū)首地 址。 采樣電路設(shè)計(jì) 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 5 J u n 2 0 0 8 S h e e t o f F i l e : E : \收藏集 \電子書(shū) \ M y D e s i g n .d d b D r a w n B y :T R A N S ?高壓側(cè)R2R1R3T?321411U 1 AL M 2 2 4 321411U 1 AL M 2 2 4R5R4R6R8R9R7R 1 1R 1 0