單相水電表數據採集裝置怎麼用

1. 數據採集系統

我國目前中小容量機組(200 MW及以下)在火電廠中占相當大的比例，這些機組的監控模式為模擬控制系統加以常規儀表為主的數據採集系統。這種監控模式存在著檢修維護工作量大、沒有可靠的歷史記錄等缺點。而且常規模擬儀表也進入老化淘汰期，設備可靠性明顯降低，某些儀表的備品備件也得不到保障，因此中小型機組監控系統的技術改造工作已勢在必行。結合我國國情，借鑒國內類似系統的研製經驗，開發出一套經濟實用的FDC-Ⅱ型分布式發電廠運行實時數據監測系統，既可用於中小機組技術改造，又可應用於變電站、供電局等電力生產、管理部門。該系統目前已在山東省某150 MW火力發電廠投入實際運行。

1 系統功能與特點

1.1 功能簡介
目前我國國產機組熱控裝置的質量和主輔機的可控性不盡人意，設計、安裝、調試、運行水平等都存在一些問題，針對這一現狀設計了FDC-Ⅱ型分布式發電廠運行實時數據監測系統。它是只有監視功能而沒有控制功能的計算機監視系統，即數據採集系統——DAS〔1〕。
該系統可以採集的發電廠運行數據包括電氣參數和非電氣參數兩類。其中電氣參數主要有電流、電壓、功率、頻率等模擬量，斷路器狀態、隔離開關位置、繼電保護動作信號等開關量以及表示電度的脈沖量等。而非電氣參數種類較多，既可以是採集火力發電廠運行中的各種溫度、壓力、流量等熱工信號，也可有水電廠中的水位、流速、流量等水工信號，還可以採集諸如絕緣介質狀態、氣象環境等其它信號。
該系統還包括用Visual C+ +開發的後台處理軟體，主要有數據處理、資料庫管理、實時監視、異常處理、統計計算及報表、性能分析及運行指導等功能。
1.2 主要特點
該系統具有如下特點：
a. 數據採集通用性較強。不僅可採集電氣量，亦可採集非電氣量。電氣參數採集用交流離散采樣，非電氣參數採集採用繼電器巡測，信號處理由高精度隔離運算放大器AD202JY調理，線性度好，精度高。
b. 整個系統採用分布式結構， 軟、硬體均採用了模塊化設計。數據採集部分採用自行開發的帶光隔離的RS-485網， 通信效率高， 安全性好， 結構簡單。後台系統可根據實際被監控系統規模大小及要求， 構成485網、Novell網及Windows NT網等分布式網路。由於軟、硬體均為分布式、模塊化結構，因而便於系統升級、維護， 且根據需要組成不同的系統。
c. 數據處理在Windows NT平台上採用Visual C+ +語言編程，處理能力強、速度快、界面友好，可實現網路數據共享。
d. 整個系統自行開發，符合我國國情。對發電廠原有系統的改動很小，系統造價較低，比較適合中小型發電廠技術改造需要。

2 系統結構概述

系統採用全分布式結構，模塊化的軟、硬體設計，RS-485光隔離通信網路。系統的結構如圖1所示。採集模塊完成熱工量、開關量、脈沖量及電流、電壓和有功、無功功率的採集處理。主通信控制器負責管理網上數據通信，通信轉換器則完成RS-485與RS-232的電平轉換，將採集的實時數據送到微機室、主控室、廠長室等各處的PC機中，以豐富友好的人機界面顯示全面的運行信息。

圖1 系統結構簡圖

2.1 硬體設計
硬體電路是數據採集和處理的基礎。首先為該系統設計開發了一套實用的電路板。它們以Intel 80C196和Intel 80C198 CPU為基礎，配合數據採集、通信控制、人機聯系等電路，形成了一套比較完整實用的硬體電路系統。各電路板的尺寸與目前國內流行的STD匯流排板完全一致，採用我們自己定義的背部56匯流排連接板將若干塊電路板連接在一起，構成數據採集工作站，完成數據的採集和通信工作。該系統的電路板主要有以下幾種類型。
2.1.1 80C196主CPU板
a. Intel 80C196 16位微控制器及相連的程序存儲器27256、數據存儲器62256；
b. 1塊512位元組電可改寫的串列E2PROM 93C66，用於存儲系統定值、運行參數以及諸如電度量等累計量；
c. 2個並行口及其輔助邏輯電路，用於與外部其它電路板相連接；
d. 1個光電隔離的RS-485或RS-232介面，用於構成分布式通信網路或串列通信。
2.1.2 80C198交流采樣數據採集板
a. Intel 80C198准16位微控制器及相連的程序存儲器27256、數據存儲器62256。
b. 512位元組的串列E2PROM 93C66。
c. 交流采樣電路，由3塊多路切換開關13508和1塊模數轉換器AD574組成。通過交流采樣的方式，採集16路電氣參數，省卻了電量變送器等輔助設備。由於採用了12位A/D轉換器AD574，系統的數據採集精度得到了較大程度的提高。
d. 測頻電路，用於測量工頻周期。
其功能主要是與主CPU板相配合，完成交流離散采樣電氣參數的數據採集。該板上有自己的CPU(Intel 80C198)，進行交流離散采樣採集數據時將大大減輕主CPU的工作負擔，並能夠完成一些較為復雜的數據處理工作。
2.1.3 遙信、脈沖量採集板
可採集16路遙信信號或16路脈沖信號，各路信號均採用光電隔離技術，以保證系統的安全和可靠性。每一塊CPU板可以支持4塊遙信量、脈沖量採集板，這樣一個採集結點，最多可以採集64路遙信量或者脈沖量。該電路板主要用於對開關位置狀態信號、繼電保護動作信號的遙信量和各種脈沖量的數據採集。
對遙信量的採集可用兩種方式實現。查詢方式可以簡化採集軟體的設計；中斷方式則能夠保證遙信變位時的快速響應，以提高對緊急事件的處理能力和事件順序記錄的解析度。
2.1.4 熱工量信號採集板
通過繼電器巡測的方法，採集16路熱工信號，可用於熱電偶輸出的毫伏級信號、毫安級的小電流信號和熱電阻輸出的電阻信號的數據採集。
使用繼電器巡測的目的是隔離，在繼電器沒有閉合時，整個採集系統與熱工測量元件之間是隔離的，即使是在繼電器閉合期間，各路採集信號之間也是相互隔離的。這既保證了系統的安全可靠，又不至由於採集系統的投入而影響原有的測量儀表的測量精度。考慮到熱工信號共同的特點是變化相對較慢，所以採用繼電器巡測。經過反復實驗證明，每一路信號的採集時間最小控制在10 ms，就能保證信號採集正確，完全能夠滿足熱工量採集的時間要求。
在該電路板上，設有一塊高精度線性隔離運算放大器AD202，用於信號調理放大。這種運算放大器最大非線性度僅為±0.025%，這就為高精度數據採集測量提供了可能；具有較高的共模抑制比，在放大倍數為100時，其共模抑制比可達130 dB，抗共模干擾能力較強；具有隔離作用，其內部有專門的振盪電路(振盪波頻率為25 kHz)，將輸入端測量信號用振幅調制的方法，經變壓器隔離耦合到輸出端，從而實現隔離放大的目的，其輸入和輸出之間的隔離電壓可以達到峰—峰值±2 000 V，完全可以滿足一般電力系統數據採集隔離放大的需要。對於熱工信號的數據採集和處理，它是較為理想的隔離運算放大器。
2.2 軟體設計
若數據採集的工作對硬體設計有較高的要求，則數據處理主要依賴於軟體。我們為電力系統數據採集與處理系統開發的系統軟體分為兩大部分：實時監控軟體和後台數據處理軟體。這里主要介紹實時監控軟體的設計。
軟體採用Intel 80C196的匯編語言編寫。由於系統需要採集的電氣量和熱工量的數目很多，如何保證系統的實時性則顯得至關重要。對電氣參數的採集採用了交流離散采樣技術，該技術現在已經發展得比較成熟，實時性比較容易保證；而對熱工量採集，由於採用了繼電器作為隔離和多路選擇器件，其動作速度相對於電子電路來說則比較慢，因此更需要重視數據測量的實時性。為此設計了實時多任務操作系統，同時在通信方面作了精心設計，有效地提高了系統的實時性。
對於CPU所要完成的各種不同任務，根據其重要性和執行特點，賦予了不同的優先順序，原則上是優先順序越高的任務被執行的頻率越高。例如，對遙信量掃查採集任務每隔10 ms執行一次，而對LED顯示刷新任務則每隔500 ms執行一次。這樣既可以保證緊急任務的隨時執行，又不至於使CPU過多地忙於處理一些非緊急任務而影響系統的實時性。具體的做法是通過設置一個任務標志字，規定其16位分別對應著16個用戶任務，如果需要執行某個任務，則置對應的任務標志位為1，反之則清0。通過80C196的軟體定時中斷程序，定時地為各種任務設置執行標志，操作系統就可以確定在任意時刻需要執行的任務。然後，設計一個任務掃查程序，它循環地檢查任務標志字中的每一位，以確定是否需要執行對應的任務，從而保證對於各個任務的及時處理.

2. 數據採集系統的簡介

我國國復產機組熱控裝置制的質量和主輔機的可控性不盡人意，設計、安裝、調試、運行水平等都存在一些問題，針對這一現狀設計了FDC-Ⅱ型分布式發電廠運行實時數據監測系統。它是只有監視功能而沒有控制功能的計算機監視系統，即數據採集系統——DAS。
該系統可以採集的發電廠運行數據包括電氣參數和非電氣參數兩類。其中電氣參數主要有電流、電壓、功率、頻率等模擬量，斷路器狀態、隔離開關位置、繼電保護動作信號等開關量以及表示電度的脈沖量等。而非電氣參數種類較多，既可以是採集火力發電廠運行中的各種溫度、壓力、流量等熱工信號，也可有水電廠中的水位、流速、流量等水工信號，還可以採集諸如絕緣介質狀態、氣象環境等其它信號。
該系統還包括用VisualC++開發的後台處理軟體，主要有數據處理、資料庫管理、實時監視、異常處理、統計計算及報表、性能分析及運行指導等功能。