基于PCI-1716L的选择性漏电保护装置设计Design of selective leakage protection device based on PCI-1716L
闫敏，张美玲（山东科技大学信息与电气工程学院，山东青岛266510）
Yan Min,Yu Qun,Zhang Mei-ling (College of Information and Electrical Engineering,
Shandong University of Science and Technology, Shandong Qingdao 266590)
[摘要]：介绍了一种基于PCI-1716L的矿井6kV电网选择性漏电保护装置的设计方案。装置的实现采用工控机方式。采集部分采用以PCI-1716L高速数据采集卡为硬件平台，利用研华32位DLL驱动程序接口，并借助Visual Basic 6.0高级语言编程对PCI-1716L进行硬件驱动和控制。
关键词：PCI-1716L；选择性漏电保护装置；Visual Basic 6.0；工控机
中国分类号：TM774 文献标识码：A
ABSTRACT: A design proposal for mine 6kV power selective leakage protection device is described.The device is achieved by IPC.Advantech PCI-1716L is used as the hardware plat-form of the part of the device.With Advantech 32-bit DLL driver interface，using its drive and control of programs developed with Visual Basic 6.0,the I/O operations of PCI-1716L is performed.
KEY WORD: PCI-1716L ；selective leakage protection device;Visual Basic 6.0；IPC
1引言
随着国家对煤矿安全生产的监管力度和要求不断加大，从而使煤矿生产对供电系统及电气设备的保护和管理提出了更高的要求。矿井的供电系统要达到安全可靠、高质量地供电，就必须对供电系统和电气设备的运行状况实行保护和监控。继电保护和自动装置就是保护和监控供电系统安全运行的重要设备。《煤矿安全规程》（2011版）第457条规定，“矿井高压电网，必须采取措施限制单相接地电容电流不超过20A。矿井地面变电所和井下中央变电所的高压馈出线上，必须装设有选择性的单相接地保护装置；供移动变电站的高压馈出线上，必须装设有选择性的动作于跳闸的单相接地保护装置。”
目前微机式选线漏电保护装置的CPU系统多采用单片机，一般的数据采集系统包括电压形成回路、模拟滤波、采样保持电路、多路转换开关、模数转换等部分组成。单片机虽然成本低、易开发，但是它只能通过自己设计流程来解决问题，并且有时会出现死机、显示乱码、重启等现象。而工控机可以采用高级语言的多线程功能进行编程，并且运行比较稳定。而一般数据采集系统的抗干扰能力较差。因此，对漏电保护选线的问题还有必要进一步研究。本文采用工控机和技术己经成熟的研华工业多功能数据采集卡PCI-1716L、接线端子板和通信电缆作为选择性漏电保护装置主要的硬件部分。
2 PCI-1716L介绍[1][2]
PCI-1716L 是一款功能强大的高分辨率多功能PCI 数据采集卡。它带有一个250KS/s16 位A/D 转换器，1K 用于A/D 的采样FIFO 缓冲器。其主要特征如下：
（1）16路单端或8路差分模拟量输入，或采用单端和差分输入的不同组合方式来完成多通道采样；
（2）各输入通道的增益可独立设置，输入范围包括±10V，±5V，0～5V，0～10V等。用户可通过软件选择最适合被测信号的电压范围，各通道增益可独立编程，并且每个通道不同的增益值及配置会存储到卡上的SRAM中；
（3）自动通道/增益扫描，板上的自动通道/增益扫描电路在采样时自动完成对多路选通开关的控制；
（4）对于A/D转换，PCI-1716L支持三种触发模式：软件触发、内部定时器触发和外部定时器触发。
（5）板卡采样速率可达250KS/s，支持32位PCI 总线控制DMA数据传送方式；
（6）提供研华专属的板卡及板卡装置识别码当用户同时插入多张板卡时，可做硬件组态设定，轻易辨识每张板卡，便于系统扩展。
接线端子板采用ADAM-3968型，是DIN导轨安装的68芯SCSI-II接线端子板，用于输入输出信号线的连接。
通信电缆采用PCL-10168型，是两端针型接口的68芯SCSI-II电缆，用于连接板卡与ADAM-3968接线端子板。该电缆采用双绞线，并且模拟信号线和数字信号线是分开屏蔽的，这样能使信号间的交叉干扰降到最小，并使EMI/EMC问题得到了最终的解决。
3系统构成
2
基于PCI-1716L 的选择性漏电保护装置结构如图1示：
图1 基于PCI-1716L 的选择性漏电保护装置结构框图
PCI-1716L 提供3种数据采集方式:软件触发、中断方式和DMA 方式。PCI-1716L 中断触发方式的A/D 转换中要用到三种缓冲区:采集卡FIFO 缓冲区
,计算机内存中的内部缓冲区RawDataBuffer 和用户缓冲区V oltDataBuffer 。计算机中,内部缓冲区和用户缓冲区是数据采集程序动态分配给驱动程序使用的两块内存区域。内部缓冲区中存放的是Raw Data(原始数据),用户缓冲区存放的是V oltage(电压值)[3][4]。
从零序电压电流互感器采集的现场信号经电压形成回路后进入PCI-1716L 板卡，卡上前端信号调理器对信号进行调理，调理后的信号进入A/D 转换器进行高速模数转换。转换数据首先暂存在板卡的1K FIFO 中，当FIFO 半满或全满时产生一个中断，设备驱动接收到中断后会发送事件告知用户当前采样状态，将数据从FIFO 输出到内部缓冲区中[3]。内部缓冲区和用户缓冲区的数据可以在程序控制下以文件的形式保存到工控机的高速SCSI 硬盘中，实现采集数据的永久性存储，便于后期的数据分析处理,从而选择出故障线路，使断路器动作于跳闸。
4软件设计
选择性漏电保护装置先对PCI-1716L 板卡进行初始化设置，不断地采集零序电压信号并作出判断。当出现接地故障（30T U U ≥），立即转去同时采集故障母线零序电压及各出线的零序电流信号，对采样信号进行数字滤波消除干扰后，采用群体比幅比相法、零序功率方向法、五次谐波电流法等综合选线判断，选出故障线路。
选择性漏电保护装置的软件总框图如图2所示：
Advantech （研华）为其多种板卡开发了通用的“Advantech DLL Driver ”驱动软件，其中的ADSAPI32.Lib 为用户提供了能对硬件设备直接I/O 操作的函数，便于用户方便快速的开发上位机监控程序[5]。首先简要介绍一下与本系统有关的几个关键函数，如图3
所示:
在PCI-1716L 启动A/D 进行高速数据采集前，首先要对板卡进行初始化设置，将设置的信息保存到设置缓冲区相应的位置。需要设置的信息有：电压输入范围（Input Range ）、、转换数目（Conv.#）、采样频率（Speed ）、触发源类型（Triggering ）、采样通道（Start Channel ）循环模式（Cyclic Mode ）、事件（Event Enable ）、数据类型（V oltage Data ）。
图3数据采集子程序
初始化完成后，才能启动A/D 转换器进行数据转换，以中断方式将转换数据实时地传送到内部缓冲区。PCI-1716L 进行高速数据采集的程序流程图如下图4所示。在调用DRV_FAIIntStart （）函数启动高速采样前，推荐事先调用DRV_EnableEvent （）函数使能事件通知功能。接下来可以调用DRV_CheckEvent （）函数来等待使能的事件通知，当接收到Buffer Change 事件后，对数据进行处理。DRV_FAITerminate （）函数随时都可以被用来中止采
样操作[3]
。
当DRV_FAIIntStart（）函数执行以后，启动A/D转换器开始进行高速数据转换，转换的数据首先利用PCI-1716L内的1K FIFO作为缓冲。一旦开始了数据采集的操作，必须知道当前的采样状态，以便及时把数据从采样缓存区传输到用户缓存区。允许驱动程序向用户程序发送预定事件（调用函数DRV_EnableEvent（）），并等待此事件发生的通知（调用DRV_CheckEvent（）），当得到事件通知以后，调用函数DRV_FAICheck（），查询当前数据采集状态，当有事件发生，用户就能够通过调用函数DRV_FAITransfer（）及时把数据从采样缓存区传输到用户缓存区。然后保存成文件系统，并存储到SCSI 高速硬盘中。
5数据采集VB程序设计
以单通道模拟量数据采集（中断模式）为例，具体的设计步骤如下。
（1）首先，根据实际需要完成对数据采集卡的硬件参数进行设置。
（2）新建一个VB工程和一个窗体。窗体包括Run、Stop、Exit等按钮，还有采样频率（Speed）、采样个数（Conv.#）等文本框，以及Display Data显示区和图形绘制区Picture1。
（3）建立两个模块DRIVER.BAS和Global.bas。主要的程序语句如下：
‘打开设备
ErrCde=DRV_DeviceOpen(dwDeviceNum, DeviceHandle)
If (ChkErr(ErrCde)) Then
Exit Sub
End If
‘获取设备特征
ptDevGetFeatures.buffer=DRV_GetAddress (lpDevFeatures)
ErrCde=DRV_DeviceGetFeatures(DeviceHandle, ptDevGetFeatures)
If (ChkErr(ErrCde)) Then
DRV_DeviceClose (DeviceHandle)
Exit Sub
End If
‘为设备分配存储区'
ReDim hbuf(0 To gulConvNum)
‘获取FIFO大小
ErrCde= DRV_GetFIFOSize(DeviceHandle, lFifoSize) If (ChkErr(ErrCde)) Then
Exit Sub
End If
‘采集数据
If (gwDataType = 1) Then
ReDim userbuf(0 To gulConvNum) ptFAITransfer.DataBuffer=DRV_GetAddress(userbuf(0) )
Else ReDim userRawbuf(0 To gulConvNum) ptFAITransfer.DataBuffer=DRV_GetAddress(userRawb uf(0))
End If
'画曲线
Sub draw()
Dim x1, x2, y1, y2 As Long
On Error GoTo hh
Picture1.Cls
Picture1.DrawWidth = 1
Picture1.BackColor = QBColor(15)
Picture1.Scale (0, 50)-(gulConvNum, -50)
For i = 1 To gulConvNum - 1
x1 = (i - 1): y1 = userbuf(i - 1)
x2 = i: y2 = userbuf(i)
Picture1.Line (x1, y1)-(x2, y2), QBColor(0)
Next i
hh: Exit Sub
End Sub
采集界面如图4所示：
图4 数据采集界面
6结束语
本装置采用研华PCI-1716L板卡作为数据采集系统的硬件平台，以高级语言Visual Basic 6.0进行编程，并利用研华ADSAPI32.DLL驱动实现数据的实时采集，在选择性漏电保护装置中得到很好的应用。参考文献
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[2]李善文。谐振筒微质量传感器的分析系统的研究。厦门大学硕士
论文。2009.4.
[3]李善文,林辉。基于PCI-1716的高速数据采集系统方案设计。仪
器仪表学报。2008.8（29）：342-345.
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设计，微计算机信息，2005.8（21）:60-62.
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3
Programmer’s Reference.2004
[7]龙意忠，王丰斌。基于研华PCI-1710的多道数据采集系统设计。科技资讯。2009.29：33-34
[8] 郑阿奇。Visual Basic实用教程(第2版)[M].北京:电子工业出版社,2003,8.
[9]邹有朋,张根现，刘士栋，郑茂林。工况企业漏电保护技术。北京：煤炭工业出版社，2004,9.
作者简介：闫敏，山东科技大学信息与电气工程学院电气工程专业，研究方向为电力系统继电保护。
手机：158********
Email:yanminbwin@https://www.doczj.com/doc/0a13908517.html,
通讯地址：山东省青岛市黄岛区前湾港路579号山东科技大学信息与电气工程学院电气工程系（266590）
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