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摘要：為了提高微機繼電保護的維護運行水平，研制了一種基于DSP的新型多功能微機保護實驗裝置。該裝置以DSP2812為中心，具有各類輸入輸出 接口，采用了簡單靈活的JTAG口作為調試接口。該系統配有人機界面友好的組態實驗軟件，并設有USB通信接口，能方便進行各種基本的繼電保護實驗，便于 全面學習微機保護實驗裝置及過程。
關鍵詞：微機保護；組態軟件；繼電保護
中圖分類號：TM774 獻標志碼：B 文章編號：1003-0867(2008)08-0031-02
微機保護具有優異的計算、分析、邏輯判斷能力和存儲記憶功能，可實現以往機電式繼電保護無法完成的保護功能。近年來微機繼電保護設備以其維護調試方便、可 靠性高、具有遠方監控特性等獨有的優勢，獲得了普及應用。我國現在新投入使用的高中壓等級繼電保護設備幾乎均為微機保護產品。因此提供一套多功能微機保護 實驗裝置對于提高微機繼電保護的維護運行水平有十分重要的意義。
本文中實驗裝置主要有以下幾個特點：硬件可構成三種繼電保護方式，組態軟件實現各種保護的軟件配置，結構優化適應實驗要求。
1 系統總體方案
本裝置由PC機和微機保護實驗儀組成，兩者間由USB通信電纜相連。PC機完成保護類型參數的選擇配置，向微機保護實驗儀傳送該設置，并顯示實驗的有關結 果。微機保護實驗儀接收PC機傳輸的數據，完成設定的實驗，并顯示和上傳有關的實驗結果。微機保護實驗儀由中央處理器單元、數字外設單元和模擬外設單元構 成。
2 硬件電路設計
微機保護實驗儀接收PC機傳輸的數據，完成設定實驗，并顯示和上傳有關的實驗結果。硬件電路分為模擬外設單元、數字外設單元和中央處理器單元三部分。模擬 外設單元為三種保護提供足夠的電壓電流輸入。數字外設單元包括模數轉換模塊、開關量輸入模塊、人機接口模塊（鍵盤與顯示）、時鐘模塊、通信模塊、開關量輸 出模塊，用來完成微機繼電保護的實驗功能。中央處理單元包括CPU、外擴存儲器、電平匹配模塊和仿真器接口。硬件電路設有多個測試點，可用萬用表和示波器 對實驗過程中的各個量進行測量。各部分連接框圖如圖1所示。
圖1 實驗裝置組成框圖
本硬件實驗所需要的故障電壓和電流信號來自短路電壓電流發生器或繼電保護測試儀，信號進入模數轉換模塊，由中央處理單元進行處理。如果滿足動作條件，中央 處理單元將發出跳閘信號，同時與微機保護實驗裝置操作平臺（即PC機）通訊，最后由PC機綜合所有信息，并對信號和動作行為做進一步處理。
2.1 中央處理器單元
本裝置的中央處理單元選用了高性能DSP芯片TMS320LF2812作為CPU。DSP是專門用于數字信號處理的芯片，它計算能力強、運算速度快，完全能滿足保護對迅速性、可靠性的要求。
2.2 模擬外設單元
為滿足電流保護、距離保護、差動保護的實驗要求，本裝置的模擬外設單元共有24路模擬量輸入，其中有8路直流模擬量輸入、12路交流電流輸入、4路交流電 壓輸入，可以提供足夠的電壓電流輸入。信號調理選用了精度為0.1級并帶有電磁隔離的互感器，以保證模擬量高壓側與低壓側彼此隔離，能保護系統元件不受高 壓的損害，對輸入信號進行準確、安全的測量。
各輸入端的二次側額定值（100V或5A）首先經電壓互感器(TV)或電流互感器(TA)轉換到與A/D轉換電路匹配的模擬信號。該模擬信號通過運算放大 器形成電壓信號，再將16路交流量送數字外設單元進行A/D轉換。8路直流信號可以配接各種類型的傳感器（如溫度、壓力等）信號。
2.3 數字外設單元
2.3.1 模數轉換模塊
交流模擬量轉換采用MAX197芯片，MAX197是一種多路輸入、單電源供電、分辨率為12位的數據采集系統。MAX197將模擬外設單元傳送來的模擬 量轉換為12位數字量，由CPU對數據進行處理，另外8路直流模擬量輸入直接經運放送入DSP進行A/D轉換處理。
2.3.2 開關量輸入模塊
本裝置共有16路開關量輸入，這16路開關量輸入用以完成保護需要的開關量。開關量輸入的接口方式采用光電隔離型。
2.3.3 人機接口（鍵盤與顯示）模塊
按鍵用來向裝置輸入數據、傳送命令等功能，是人工干預裝置運行的主要手段。顯示用來顯示保護類型、通過按鍵進行參數設置、顯示電壓和電流等。
本裝置中選用了8個按鍵，直接采用DSP的I/O口作為輸入。顯示采用的是液晶屏HY-19264C，主要由行驅動、列驅動器及192×64全點陣液晶顯 示器組成，可完成圖形顯示，也可以顯示12×4個（16×16點陣）漢字。它為按鍵選擇工作方式和各種選項提供了一個可視化的界面。
2.3.4 通信模塊
本裝置帶有USB2.0通信接口，USB2.0支持高達480Mbit/s的數據傳輸率，而且USB具有熱插拔、無需外接電源等的優點，可直接與各類計算機通信。
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