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2系统硬件设计
2.1系统需求分析
由于该系统面向中低压配电设备,设备量大面广且种类繁多,能表征配电设备健康状态的关键特征量主要有以下几种:变压器油温、断路器动触头温度、断路器动触头行程曲线、架空线路与电缆线路的负荷电流、电缆线路泄漏电流及局部放电等信号。针对上述状态信息量,将这些状态信息信号按频率分成温度这类变换缓慢信号、泄露电流等中速信号及局部放电等高速信号。
2.2传感器与适配器
在配电设备状态信息采集系统中,传感器用于获取配电设备状态信息量,将状态信息转换成电信号。
为了测量配电设备状态量信号,采用温度传感器、霍尔传感器及加速度传感器等,传感器测量得到的信号经过信号调理单元转换,使信号电压范围满足测试资源的输入要求。
2.3数据采集终端
配电设备状态信息数据采集系统中的测试资源将信号进行A/D转换。针对系统需求,选用3种不同采样频率的测试资源。由于RS485设备易于控制,成本低廉,且串口的传输速率能够保证中低速信号数据的完整性,故对于温度等变换缓慢的信号,采用10Hz的I/O模块,对于泄露电流等变换较慢的信号,采用5400Hz的I/O模块,为了能无失真地采集局部放电等高速信号,采用采集频率可达10MHz的USB采集卡,并通过USB总线进行数据传输,见图2。
图2上位机与多个测试资源通信
3数据采集系统软件设计
数据采集系统软件需要对采集卡进行控制以及对采集信号进行数据处理,故本文采用NI公司推出的面向测控领域的LabWindows/CVI为软件开发平台,实现对数据采集硬件控制,并对数据进行基本处理、存储与显示。
数据采集系统软件主要包含4大功能,即实时采集部分、显示数据部分、存储数据部分及分析数据部分。其中实时采集部分主要负责从设备中实时获取数据,显示数据部分则用于显示实时采集的数据及分析后的数据,而存储数据部分则将实时采集的数据存储成TXT格式,分析数据部分则用于提取采集数据的特征。
由于数据采集系统对时间要求严格,若采用单线程,对每个设备进行轮询,这样就大大降低了CPU的利用率及系统的实时性。例如,若软件正从一个串口读取数据,则软件不仅丢失了其他串口或其他总线传输的数据,而且还不能更新用户界面。故当有大量任务需要并发进行时,需要采用多线程技术,这样不仅可以同时使用多个采集模块,还能进行实时显示、保存等功能,提高系统的实时性。
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