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1、一种变电站高精度开关量检测仪研制摘要变电站高精度开关量检测仪主要由主机模块、从机模块组成。人机接口软件采用 Keil C 软件开发平台，运行 C语言进行编程，主机模块采用美国德州仪器公司（TI）的MSP430 作为主机模块的控制芯片，从机模块采用采用DSP+CPLD 的硬件方案，实现误差小于 50us 的高精度开关量输入、输出，实现变电站的站内 SOE 测试、站间 SOE 测试、遥信风暴测试、遥信输出测试、遥信响应时间测试、脉宽测试等功能。【关键词】高精度开关量测试事件记录顺序 SOE GPS50us1 前言目前，各电网公司和发电集团的变电站 SOE（事件记录顺序）系统所记录的SOE 事件已成
2、为事故分析、日常运维的重要数据，但是对于 SOE 记录时各输入通道间时间分辨率、各输入通道传输回路的事件响应传输延迟等缺乏有效、准确的现场测试手段，目前市面上虽然有类似的 SOE 测试仪，但是由于其精度不高或功能不强操作不便等缺点，不能很好的测试SOE系统，从而影响电力系统事故分析的准确性。因此，笔者研制了一种针对于变电站SOE的高精度开关量检测仪器（以下简称开关量检测仪），时间输入、输出误差小于 50us，使用该仪器就基本能满足变电站 SOE 检验的需要，从而提高检验效率和质量，保证电网安全稳定运行。2 仪器功能根据相关的检验规程，所研制的高精度开关量检测仪器仪主要完成开关量输入、输出的检测
3、，实现站内SOE 分辨率测试、站间 SOE 测试、遥信风暴测试、遥信响应时间测试、脉宽测试、遥控测试等功能，具有内部GPS 模块和外部 B 码输入两个时钟基准源，能任意设置输出通道顺序，只需要软件设置即可改变输出通道顺序。3 仪器硬件结构该仪器主要由三大功能模块组成，即主机模块、从机模块。主机模块采用 MSP430 作为主控板的控制芯片，由于仪器不仅需要实时的控制能力，还需要具有数据的快速运算能力，因此我们选用了美国德州仪器公司（TI）生产的 6 位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器（MixedSignal Processor），而从机模块采用采用 DSP+CPLD 的硬件方
4、案，采用高性能数字信号处理芯片（DSP，Digital SignalProcessor）-TMS320LF2407 作为从机模块的核心 CPU，主要负责 GPS 守时处理、LCD 显示、键盘扫描、输入输出接口控制、主从模块通讯以及运行人机接口软件。CPLD 主要用来做 1 秒时间计数，实现守时功能，同时也用于产生与门逻辑电路，为 RAM 提供片选信号。GPS 授时采用 Motolora M12T 模块，这是一款高精度的专用授时模块，可提供时间信息（含年月日的日期信息和时分秒的时间信息）和秒脉冲，经硬件及高精度软件算法处理后进行精确授时，开关量输入、输出的时标准确度优于 50S。主控模块电路板采
5、用四层板，为两个信号层和一个电源层以及一个地层，使用多层电路板不仅可以缩小电路板面积，缩短电子元器件之间的连线，提高信号传输速度，而且加入了地线层，使信号线对地形成恒定的低阻抗，具有较好的屏蔽作用，使电磁抗干扰能力大大增强。仪器硬件结构如图 1。4 GPS 高精度授时实现本项目需要实现 50us 的开关量高精度授时输出，主要原理如下：（1）计算标准秒脉冲对应的指令值：校准时利用外界标准秒脉冲信号，MSP430 利用晶振计数对此秒脉冲的长度进行计量，并将计量值记录下来，作为时间延时的一个标准值，如本设备是在某工作频率下记下秒脉冲的指令数为39982560=65536*610+5600。（2）将延
6、时值转换为指令值：根据用户输入的具体延时时间值转化为 MSP430 的指令数，如用户输入 100ms，于是根据已知一秒总的指令数转换该延时值为3998256=65536*61+560。（3）实现延时时间的指令值：如上述 2 中的延时值，65536*61 中 65536 为某定时器的中断周期，即延时需要 61个以 65536 个指令为中期的周期数，在发生 61 个中断后，该定时器再跑 560 个时钟数，就可以完成 100ms 延时。（4）通过以上步骤可以实现具体的延时值，而且在把延时值转换为指令值时，我们已将器件的延时也考虑在内，故可以做到高精度，同时由于定时器计数不受到其它事件包括中断等影响，
7、因此可以实现宽范围时间延时。5 开出量任意顺序输出实现在现场测试中，由于输出通道所连接的物理连接线数量较多，需要改变通道输出顺序时，更换连接线所耗费的时间将会占据大部分测试时间，于是，笔者提出了由软件设定好输出顺序的方法，实现了无需更换物理连接线即可达到改变通道输出顺序的目的。现场操作人员将所要输出的输出通道顺序数据输入界面后，如顺序数据是：通道 1，3，5，7，6，2，4，8，我们将其保存在数组 SCI_REC_BUF1 中，待输出时，根据这个数组中的数据，调用相应的通道输出子程序，实现顺序任意输出，代码如下所示：void zhannei_SOE（void）int i；unsigned lo
8、ng var32=0；unsigned long f_int=0；uint temp1=0；uint temp2=0；float f=0.0；var32=（SCI_REC_BUF114*256+SCI_REC_BUF113）*1000；var32=var32+（SCI_REC_BUF116*256+SCI_REC_BUF115）；/将间隔时间转化为 us，分两步写f=（var32/1000000.0）*SECOND；/间隔时间转化为指令数，站内 SOE 不需考虑光耦的延时if（f36000000）/900msf+=400；f_int=f/1；/取 f 的整数部分T3_CNT=f/65536；/
9、计算整周期中断次数T3PR_temp=f_int%65536；/计算最后一次中断周期Channel_num=SCI_REC_BUF14；for（i=0；i8；i+）Channel_datai=SCI_REC_BUF15+i；Channel_data0=1；Channel_data1=3；Channel_data2=4；Channel_data3=5；*/temp1=0 xFFFFChannel_data0；temp2=（0 xFFFFChannel_data0-1）；temp1=temp1|temp2；PCDATDIR=PCDATDIR&temp1；/起始通道输出if（T3_CNT=0）T3P
10、R=T3PR_temp；/在启动 T3 之前先设定周期寄存器Current_chnindex=1；Current_chn=Channel_data1；T3CON=T3CON|0 x0040；/启动 T3，准备输出下一通道if（T3_CNT=1）T3PR=T3PR_temp；/在启动 T3 之后先设定周期寄存器6 人机接口软件由于本方案的硬件主控芯片已选定为 MSP430 芯片，故采用其通用的 Keil C 软件开发平台，运行 C 语言进行编程，只有二级目录，用户只需移动键盘，进入各测试模块，即可直接开始测试工作，方便快捷。人机接口软件主程序流程图如图 2 所示。7 现场应用笔者所研制的高精度开
11、关量测试仪已在福建、贵州等地电网公司的电力科学研究院及各地供电局广泛应用，用户普遍反应，该仪器适合于变电站 SOE 测试，能大幅度提高现场试验人员的工作效率和质量。8 结语高精度开关量测试仪精度高，重量轻、使用方便，完成可达到现场检验 SOE 的要求。应用表明，该仪器的研制是成功的，达到了预期的项目效果。参考文献1刘文丰，傅强.几种分散控制系统的 SOE 性能测试比较J.华中电力，2005（06）.2220500kV 变电站计算机监控系统设计技术规程S.DL/T 5149-2001.3董剑利，周丹.通用 GPS 授时同步监控系统的设计与实现J.计算机工程与设计，2007（12）.4樊大飞，陈晓，麦云飞.西门子 PCS 7 的 SOE 功能的实现及应用J.工业控制计算机，2006（01）.5黎湘贵.基于 MSP430 单片机的红外甲烷检测仪设计及实现D.太原理工大学，2015.作者单位国网信通亿力科技有限责任公司福建省福州市 350003