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案例详细
标题基于DP总线的交流采样装置的设计
技术领域工业以太网
行业电力
简介
内容

 

陈博

 

    电力系统是由发电厂、电力网和用电设备组成的统一整体。电力网是电力系统的一部分，它包括变电、配电及各种电压等级的电力线路。在电力线路中如何实时监控电网的运行参数（三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数等）以保证电网的安全运行，实现自动控制至关重要。

 

    基于此，设计了交流采样装置主要用于监测工厂电力系统线路的电压和电流，并能及时与上位机通信，实现工厂的自动化管理。

 

1  交流采样装置的功能和结构

 

    交流采样装置主要完成对交流电压信号和交流电流信号的采集，并通过DP总线向上位机传送数据，同时将结果在本地显示。

 

    系统设计采用标准机箱结构。装置由底板、电源板、CPU板、交流采样板（最多可插3块）、人机通讯板组成。电源板提供装置所需的工作电压；CPU板主要完成与上位机的通讯和与人机界面板的通讯，并进行交流参数的运算等功能；AI板是交流采集板，可根据实际需要设计成不同数量的电压电流输入，本装置设计了8电压、8电流、1电压7电流、4电压4电流四种输入板，每种均为8个通道，装置最大可对24通道的电压电流进行采集；人机通讯板主要完成在液晶上显示数据以及显示装置的运行状态等功能。电源板、CPU板、AI板均插在底板上，人机通讯板通过连接电缆与CPU板通讯。

 

    这样设计，增加了系统的灵活性、可扩展性，在实际应用中只需灵活地配置AI板的种类、数量，就可以完成不同的采集功能。

 

2  交流采样的原理

 

    根据电路基本原理，任何周期电压u的有效值定义为离散化，则有

   

   

    式中：Un为第n个时间间隔的电压采样瞬时值；N为1个周期的采样次数。上式就是根据一个周期各采样瞬时值及每周期采样次数计算电压信号有效值的公式。同理，电流有效值计算公式如下：

     

    计算一相有功功率的公式

   

    离散化后为

   

    式中：in、Un为同一时刻的电流、电压采样值。

    同理一相的无功功率为

   

    式中：in、un+Dn