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電力系統(tǒng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

電力系統(tǒng)中的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，本文介紹一種基于USB數(shù)據(jù)采集卡和CAN總線技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由USB-CAN節(jié)點(diǎn)和多個數(shù)據(jù)采集結(jié)點(diǎn)構(gòu)成，采用CAN總線構(gòu)成通信網(wǎng)，數(shù)據(jù)采集結(jié)點(diǎn)完成電力設(shè)備參數(shù)采集，可以通過計算機(jī)監(jiān)控多個電力設(shè)備狀態(tài)參數(shù)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電力監(jiān)控系統(tǒng)中的電力參數(shù)檢測和總線通信，具有實(shí)時性強(qiáng)、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、容易擴(kuò)展新節(jié)點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

計算機(jī)的出現(xiàn)，使監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與使用發(fā)生了巨大的變化。在引入以計算機(jī)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)前，監(jiān)控系統(tǒng)的功能局限于遠(yuǎn)程控制和簡單的狀態(tài)信號顯示。當(dāng)以計算機(jī)為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)后，大容量的數(shù)據(jù)采集和處理才有可能被廣泛地運(yùn)用，并成為計算機(jī)系統(tǒng)的基本功能之一。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的可靠性和電能質(zhì)量越來越多的受到人們的關(guān)注，對電力監(jiān)控也提出了更高的要求。

電力系統(tǒng)運(yùn)行中的監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)常用于監(jiān)視從變電站傳送來的信息，如母線電壓，線路電壓、電流、有功、無功，變壓器的分接頭位置，線路上的斷路器、隔離開關(guān)及其它設(shè)備狀態(tài)，報警，總有功功率，事件順序等。 以上大部分為模擬量輸入，它們均來自強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換的二次儀表變送器。常用簡單的二進(jìn)制“0”，“1”兩種狀態(tài)來表示變壓器分接頭位置和斷路器、隔離開關(guān)的狀態(tài)。 因?yàn)?span lang="EN-US">RTU運(yùn)行在高壓環(huán)境中，必須在設(shè)計中采取相應(yīng)措施，以防止干擾、損壞、數(shù)據(jù)出錯和誤操作。

在監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，監(jiān)控是調(diào)度運(yùn)行人中全面調(diào)度的有效手段，由運(yùn)行人員選擇被控RTU及對操作順序即設(shè)備—確認(rèn)—選擇—操作的運(yùn)行。正確選擇和操作是避免人身傷亡和供電安全的保證。 控制輸出是RTU接收到主站發(fā)來操作命令后發(fā)出的一高電平信號，該信號是由繼電器瞬間閉合而產(chǎn)生的，與此同時提供起動電源，使斷路器“跳閘”或“合閘”。

現(xiàn)代監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，最有吸引力和挑戰(zhàn)優(yōu)勢的是提供一個有效的并對用戶“友好”的人—機(jī)接口。這種人—機(jī)接口不僅由硬件設(shè)備（如CRT、控制臺、模擬屏、打印機(jī)及聲音報警）組成，而且還需有支持實(shí)現(xiàn)這些工作的程序。所謂“友好”的人—機(jī)接口，焦點(diǎn)是提供快捷清晰的畫面，操作簡便能使運(yùn)行人員迅速掌握運(yùn)行概況。 模擬盤（模擬屏）的使用及與CRT顯示器之間的關(guān)系，歷來存在著爭論，主要原因是模擬盤一次性投資費(fèi)用及經(jīng)常修改所需的費(fèi)用和精力花費(fèi)較大。但是，模擬盤可提供一個電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的總的概貌，這些信息在單個CRT顯示器上是難以實(shí)現(xiàn)的。所以，模擬盤與CRT之間有互補(bǔ)性。

采用USB和CAN總線的電力監(jiān)控數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 在電力監(jiān)控系統(tǒng)中電力參數(shù)的檢測和總線通信是兩個基本而且重要的組成部分。目前電力監(jiān)控裝置中常見的通信方式是RS232和RS485接口。RS232接口是不能直接構(gòu)成實(shí)際意義上的通信網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樗荒苁且粚σ煌ㄐ牛彝ㄐ啪嚯x最長只有15m。RS485接口是一種使用較多的通信方式，具有結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多、成本低等優(yōu)點(diǎn)。但是RS485接口是單主結(jié)構(gòu)，同一時刻，總線上只能有一個節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)（或命令），所以總線只能用巡回檢測的方式，實(shí)時性差。此外，RS485接口的系統(tǒng)故障限制能力差，中繼結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 控制器局域網(wǎng)（CAN）總線是一種“多主競爭”的總線形式。它廢除傳統(tǒng)的站地主編碼方式，代之以對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行編碼，協(xié)議采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用總線結(jié)構(gòu)電纜長度短、布線容易、可靠性高、易于擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn)；且通信速率高，在距離不超過40cm的條件下通信速率最大可達(dá)1Mb/s；利用短幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，占用總線時間很短；提供錯誤處理能力，保證數(shù)據(jù)通訊可靠。 通用串行總線（USB）是一種快速的、雙向的、同步傳輸?shù)摹⒘畠r的并可以進(jìn)行熱拔插的串行接口。速度快是USB技術(shù)的突出特點(diǎn)之一。。全速USB接口的最高傳輸率可達(dá)12Mb/s，比串口快了整整100倍，而執(zhí)行USB2.0標(biāo)準(zhǔn)的高速USB接口速率更是達(dá)到了480Mb/s。對于廣大的工程設(shè)計人員來說，USB是設(shè)計外設(shè)接口時理想總線。 本文以CAN總線構(gòu)成骨干通信網(wǎng)絡(luò)，以USB總線接口實(shí)現(xiàn)主節(jié)點(diǎn)與計算機(jī)的通信。

電力監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不僅適用于電力系統(tǒng)，同樣也適用于供水、煤氣、工礦企業(yè)的能源管理、污水計量等分散目標(biāo)的集中管理及控制。基于USB和CAN總線技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠滿足電力監(jiān)控的需要，對提高電力系統(tǒng)的自動化水平、提高供電的安全性和可靠性具有重要意義。隨著電子技術(shù)的發(fā)展和計算機(jī)速度及存貯容量的不斷提高，將會出現(xiàn)功能更加齊全的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。