电力系统中高速同步数据采集的解决方案.pdf

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1、第二篇嵌入式系统的应用与开发193电力系统中高速同步数据采集的解决方案刘和平石亚伟江渝重庆大学高电压绝缘与电工新技术教育部重点实验室，重庆，400044摘要由于计1,控制和分析要求电力系统的三相电压和三相电流等信号需要多通逗的同步采集技术，实现多站(距离远在10km以上)和单机多通道(上百路的信号)的同步数据采集，本文介绍一个采用美国德州仪器公司THS1206芯片实现的、徽机ISA总线的多路信号同步采集实现方案可以使用GPS信号、板上硬件定时器和软件启动，满足了电力系统信号的采集要求。关位词THS1206,ISA总践，同步夫集1引言在电力系统中，为了计t电能、无功功率、功率因数、谐波等

2、，需要保证对三相电压和三相电流等信号采集时的相位。而这些信号分布很广，分布在多个变电站，其间的距离远在10km以上。这些信号路数又很多，有上百路信号。这些信号采集的实时性很强。例如，在对异步化同步发电机运行状况的监测控制时，需要高速地同步采集发电机端部电压信号、电流信号和电机转速等信号，开发出满足异步化同步发电机运行特殊要求的计算机数据采集系统，是异步化同步发电机控制工作中的重要部分。本文介绍一个采用美国德州仪器公司THS1206芯片实理的、徽机ISA总线的多路信号同步采集实现方案。在该方案中可以使用GPS信号、板上硬件定时器和软件启动，以浦足电力系统信号的采集特殊要求2设计原理实现数

3、据同步采集的关谁是控制采样保持器的同步。对于多通道同步采样有两种方式。第一种方式是采用外部采样保持电路，在每个棋拟信号翰人通道后添加采样保持电路，采用同一个控制信号实现对多个采样保持器同步控制。这种方法的映点是采样保持器的同步性不易满足，采样保持器的精度不易保证，电路复杂.抗干扰能力差。另一种方式是选用具有内部采样保持器的模数转换芯片。近几年，有的公司推出了内部嵌人多路采样保持电路的棋数转换器件，完全解决了撰数转换器的采样精度等问题。这些芯片有:AD公司AD7874,Maxim公司MAX125和TI公司THS1206等几种，是一种较好的同步采集的实现方案.对于电力系统中的多站点间实现同

4、步采集的问题，可以采用GPS(全球卫星定位系统)信号接人各站点的单机数据采集卡来控制数据采集的同步，实现多站的多通道信号同步采集。THS1206具有四通道同步采样保持器。在外部采样时钟的上升沿采样保持器对四通道的输人信号完成同步采样，然后转换电路通过多路开关电路，依次完成对四个保持信号的转换。在采样速度上，THS1206内部的棋数转换电路的转换速度最高为6Msps。通过内部的开关电路实现对四通道的轮流转换时单通道的最高转换速度可达1.5Msps。在转换速度上完全润足电力系统的要求。由于集成度高，THS1206采集方案可使外部干扰降至最低。同步信号也是很容易实现，是一种很好的解决方案。本

5、文选择了TI公司的THS1206作为棋数转换电路芯片。由于ISA总线简单，数据传翰速度满足电力系统的要求，因此，设计为基于ISA总线徽机接口卡式结构，保证了较高的性价比以及技术上的先进性和易用性。3硬件原理基于ISA总线的A/D徽机接口卡的硬件电路框图如图1所示。图1以8路模拟信号输人为例图1中控制和译码电路由可编程逻辑芯片GALI6V8构成。GAL的作用分为，当ISA总线访问THS1206时，进行地址译码产生片选信号，控制管理由定时器计数器8253产生的硬件等间隔定时A/D采样脉冲、由系统机产生的软件A/D启动脉冲信号，以及由GPS信号输人，以产生THS1206的转换信号双向数据驱动

6、由两片74工5245构成，作为ISA总线的数据线驱动。转换完成信号通过74LS244接人ISA总线，可以通过查询方式读取转换2001嵌入式系统及单片机国际学术交流会论文集一一一.---一一~一完成信号，以判断A1)转换完成与否当转换完成后.则可以将数据读人系统机.外部时钟由接口卡板上的硬件晶体振荡器产生出来时钟产生电路由计数器/定时器8254构成。将高频时钟信号分频产生需要的时间fHj隔启动Al)转换，完成精确的等时间间隔采样8路模拟门-.信号输入圈I橄机接口卡硬件电路框圈同步采集控制电路设计:输入时钟控制是实现由两片THS1206所组成的8通遭同步数据采集和多机多站同步采集的关键环节

7、.使用转换开始信号，即图1中的转换时钟，采样和转换由THS1206的内部时钟电路提供。根据设计要求，愉入THS1206的转换时钟由如下三种途径产生(1)由系统机通过1/0端口访问方式经GAL产生转换时钟信号。当系统机通过输人输出1/0访问THS1206时使GAI愉出转换时钟信号到CONV_CLK脚(即图1中的转换时钟接到的引脚)。采用这种方式THS1206的转换同步、转换速率和采集的时间间隔可完全由系统机软件控制。通过该方式可实现单机多卡的同步