基于PROFIBUS开发的FTU及同步采样方法的研究（锦集8篇）由网友“一口菠萝蜜”投稿提供，以下是小编精心整理的基于PROFIBUS开发的FTU及同步采样方法的研究，供大家阅读参考。
篇1：基于PROFIBUS开发的FTU及同步采样方法的研究
基于PROFIBUS开发的FTU及同步采样方法的研究
摘要：介绍了基于PROFIBUS现场总线技术、DSP技术和交流同步采样技术研制的FTU（馈电自动化终端单元）。重点探讨了PROFIBUS现场总线技术及交流同步采样技术在系统中的应用及实现。关键词：馈电自动化终端单元现场总线同步采样
电力系统由发电、输电、变电、配电及用电等多个环节组成。配电环节以其不可取代的地位越来越受到人们的关注，如何利用现有的技术来提高配电自动化的水平已成为当前设计人员所关注的重点。
PROFIBUS-DP是一种国际性的开放式现场总线标准，专为自动控制系统和设备级分散I/O之间的通信而设计。它性能稳定、传输速度高、价格低廉，具有非常好的应用前景。传统的FTU（FeederTerminalUnit，即馈电自动化终端单元）的通讯接口大多基于通用异步串口实现，通讯协议多种多样，因此存在着通讯速度慢、协议不规范、不开放等缺点，而现场总线正好可解决此问题。为此，基于PROFIBUS现场总线技术、交流同步采样技术和DSP技术等，研制了一种双回线多功能FTU。该FTU除了具有传统的三遥功能外，还具有故障录波、谐波分析、SOE（事件顺序记录）、电源品质监测等功能。所有检测数据可通过由SPC3协议芯片实现的PROFIBUS-DP现场总线接口传送给主站，以满足配电自动化系统的高集成度、智能化、网络化和信息化的要求。
1数据处理算法及同步采样方法
1.1FFT算法的选择与实现
谐波分析的经典方法是傅立叶分析方法。快速傅立叶变换（FFT）作为系统的构心算法，其速度直接影响着系统的速度。这里采用是基二时间抽取（DIT）FFT算法。由于系统的采样值是电压和电流，都为实函数，为提高运算速度，根据FFT的奇、偶、虚、实时称特性，把两个通道的采样值组成一个复数数据同时进行计算，从而同时得到两个通道的各次谐波值。这样不仅内存空间节省了一半，而且速度又可提高近1倍。并且对三角函数进行了预先计算，求出了正弦函数在一个周波内N个采样点的值，并存储在一个数组内，而余弦函数的值可由滞后四分之一周期的正弦函数值得到。这样避免了每次对正弦函数和余弦函数的繁琐计算，提高了速度。
1.2同步采样的实现
由于FFT是一种对非周期信号在周期延拓后进行的变换，所以采样点必须均匀分布在一个信号周期内，而且正交样品函数的周期应和信号的周期严格一致，即应当实现严格的同步采样。否则会引起信号的频谱泄漏，带来很大的测量误差，特别是对高频分量，计算出来的值可信度极低。这一点从表1的仿真数据中可清楚地看邮。传统同步采样方法主要分为硬件同步和软件同步两大类。硬件同步方法是用锁相环实时跟踪信号基波频率的变化，实时调整采样频率，实现同步采样。它是一种预防式方法，硬件结构复杂，当信号有较大的畸变或者有强噪声时，误差较大，可靠性不高。软件同步方法是一种初偿式方法，主要采用准同步采样、寻找过零点、加窗插值等步骤对原始采样数据进行重新采样或修正。这种技术虽然在很大程度上能消除频谱泄漏等非步误差的影响，但需要存储容量大，计算复杂费时，难以满足实时系统的要求；而且当信号有较大的畸变或者有强噪声时，寻找过零点亦存在误差问题。为此本文采用一种变采样率同步采样方法，原理如下：
当信号频率与样品函数的频率有偏差时，信号与样品函数的相位会不断改变，如图1所示。图中，实线为信号波形（基波），虚线为样品函数波形。设相邻的两个样位差分别是φ1和φ2，则
Δφ=φ2-φ1
ΔT=Tk3・Δφ/2π
Tk+1=Tk+ΔT
式中，ΔT为采样周期修正量，Tk+1为下一个采样周期。若采样点取为N个，则信号的周期T=N×Tk+1，于是可计算出信号的频率为：
f=1/(N×Tk+1)
同步采样流程如图2所示。
表1为该方法的仿真数据。数据表明这种方法可以在一到两次修正后快速地跟踪信号的频率变化，达到同步采样的目的。此种方法的优点是硬件结构简单，不需要复杂的锁相或测频电路；同时计算简单快速，存储容量小；而且因为FFT具有滤波特性，在信号较大的畸变或者强噪声时，可以克服寻找过零点时的误差问题。这种方法的缺点是每次补偿需要两个周期，且只有存在偏差时才能进行修正，有一定的滞后，当频率变化较大或者变化频率时，会造成一定的误差。但在实际的.电网中，电网容量一般较大，频率变化缓慢，若被测电源系统频率变化率为每秒0.125Hz，即每秒0.25%，则每两周期的变化只有0.0025/25=0.0001。从仿真数据第10行可看出，基波的设计误差小于0.01%，二次谐波计算误差为0.12%，所以此种同步测量方法完全可以满足实际要求。
表1仿真数据
行号修正次数信号频/率样品函数频率基波计算值（实际值=1000)二次谐波计算值（实际值=100）计算值相对误差（%）计算值相对误差（%）1未修正0.900000944.183475.58142.6734042.67210.9965361000.998960.10104.183064.18320.9999751000.007870.00100.030160.03431.0000001002.904790.00100.000010.005未修正0.9900001000.065430.29111.9551411.96610.999792999.999940.01100.251760.25721.0000001000.312990.00100.000070.008未修正0.9990001000.000610.03101.207631.21910.9999981000.000610.00100.002530.0010未修正0.9999001000.031620.00100.120840.121111.0000001000.000000.0099.999980.00
1.3采样次数的确定
在实际电力系统中，信号测量一般取1～19次谐波分量。19位次以上的谐波含量非常小，没有实际应用意义。从信号的保真度来看，采样周期必须满足香农采样定理，即采样角频率ωs≥2ωmax(ωmax是被采样信号的最高角频率)，才能避免出现频谱混叠现象。另外，因采用基2-FFT算法，所以采样次数必须是2的幂次，这里选择每周期采样64次。当信号的频率为50Hz时，采样频率应为50Hz×64=3200Hz。因系统是两回线系统，A/D变换分两组交替进行，所以系统的采样中断频率应为6400Hz。当信号频率偏离50Hz时，采样频率跟踪其变化，以保证64次采样正好在一个信号周期内。
2硬件结构设计
该装置硬件主要由CPU、开关量输入输出通道、频率量输入通道、模拟量输入通道、PROFIBUS-DP现场总线通讯接口、实时时钟、电源等部分组成，结构框图见图3。
图3硬件结构框图
现场总线通讯接口由SIEMENS公司的ASIC协议芯片SPC3来实现。SPC3集成了PROFIBUS-DP的物理层和数据链路层的完整协议，能自动监测波特率，上电后自动维护PROFIBUS-DP的从站状态机。片内还集成一个保护监视定时器。如果微处理器有故障，则禁止PROFIBUS-DP通道，因而不至于危及外围设备。SPC3还有一个公共的中断输出，可通过读取中断寄存器来判断中断源的性质。中断源包括：NEW-SSA-DATA、NEW-PRM-DATA、NEW-CFG-DATA、NEW-GC-COMMAND、DX-OUT等。UART负责将并行数据流转换成串行数据流或将串行数据流转换成并行数据流。
由于对各种电参数的测量和谐波分析不仅需要对交流信号进行高速采样，而且还需要进行大量的实时计算，对CPU的运算速度要求非常高，普通的单片机难以胜任，因此本单元的CPU采用DSP。本次设计采用的DSP是美国TI公司的TMS320F206。
三相电源系统每回线需要3路电压通道和3路电流通道，两回线共需12路交流通道。本装置共配置了16路模拟量输入通道，剩下的4路作为直流通道，可作为温度、压力等信号的测量通道。为了测量相角及功率因数，必须同时采样每一回线的6路信号，所以选用两片DALLAS公司的MAX125A/D转换器来完成此项工作。
在电压和电流通道输入端采用了小型PT或CT互感器进行隔离和信号变换，可直接接入220/380V低压信号或100V/5A标准互感器信号来测量高压或大电流系统。既可用3相4线Y型接法，也可用3相3线V形接法。在模拟量输入通道前端还配置了二阶有源低通滤波器，以消除高次谐波和噪声信号，减轻谐波分析时出现的频谱混叠现象。
3软件设计
本装置功能要求复杂，因而软件系统采用了模块化、由顶向下逐步细化的结构设计方法。编程语言主要采用TI公司提供的优化C语言，个别地方采用C2XX汇编语言，提高了软件编程效率和程序的可读性。
软件主要包括主程序、SPC3通讯中断服务程序、定时器中断服务程序、A/D变换完成中断服务程序等几个部分。主程序完成硬件初始化、硬件自检、中断任务初始化、谐波分析、电参量计算、越限报警等功能；SPC3通讯中断服务程序完成与上位机的通讯、定时器中断服务程序完成各软件定时器的定时、毫秒时钟的维护等；A/D变换完成中断服务程序完成数据的采集、采信通道的切换等。图4为SPC3通讯中断服务程序软件流程图。
本文主要从开发的角度探讨了同步采样技术及PROFIBUS-DP技术在配电自动化终端的应用，介绍了配电自动化终端的软硬件实现。经实验检验，现场总线接口运行稳定可靠；系统采用的同步采样技术计算快速准确、简单实用，完全满足工程应用的要求。但限于使用的是定点DSP，运算速度相对较慢，所以系统的计算精度和实时性还有待提高。
篇2：基于PROFIBUS开发的FTU及同步采样方法的研究
基于PROFIBUS开发的FTU及同步采样方法的研究
摘要：介绍了基于PROFIBUS现场总线技术、DSP技术和交流同步采样技术研制的FTU（馈电自动化终端单元）。重点探讨了PROFIBUS现场总线技术及交流同步采样技术在系统中的应用及实现。关键词：馈电自动化终端单元 现场总线 同步采样
电力系统由发电、输电、变电、配电及用电等多个环节组成。配电环节以其不可取代的地位越来越受到人们的关注，如何利用现有的技术来提高配电自动化的水平已成为当前设计人员所关注的重点。
PROFIBUS-DP是一种国际性的开放式现场总线标准，专为自动控制系统和设备级分散I/O之间的通信而设计。它性能稳定、传输速度高、价格低廉，具有非常好的应用前景。传统的FTU（Feeder Terminal Unit，即馈电自动化终端单元）的通讯接口大多基于通用异步串口实现，通讯协议多种多样，因此存在着通讯速度慢、协议不规范、不开放等缺点，而现场总线正好可解决此问题。为此，基于PROFIBUS现场总线技术、交流同步采样技术和DSP技术等，研制了一种双回线多功能FTU。该FTU除了具有传统的三遥功能外，还具有故障录波、谐波分析、SOE（事件顺序记录）、电源品质监测等功能。所有检测数据可通过由SPC3协议芯片实现的`PROFIBUS-DP现场总线接口传送给主站，以满足配电自动化系统的高集成度、智能化、网络化和信息化的要求。
1 数据处理算法及同步采样方法
1.1 FFT算法的选择与实现
谐波分析的经典方法是傅立叶分析方法。快速傅立叶变换（FFT）作为系统的构心算法，其速度直接影响着系统的速度。这里采用是基二时间抽取（DIT）FFT算法。由于系统的采样值是电压和电流，都为实函数，为提高运算速度，根据FFT的奇、偶、虚、实时称特性，把两个通道的采样值组成一个复数数据同时进行计算，从而同时得到两个通道的各次谐波值。这样不仅内存空间节省了一半，而且速度又可提高近1倍。并且对三角函数进行了预先计算，求出了正弦函数在一个周波内N个采样点的值，并存储在一个数组内，而余弦函数的值可由滞后四分之一周期的正弦函数值得到。这样避免了每次对正弦函数和余弦函数的繁琐计算，提高了速度。
1.2 同步采样的实现
由于FFT是一种对非周期信号在周期延拓后进行的变换，所以采样点必须均匀分布在一个信号周期内，而且正交样品函数的周期应和信号的周期严格一致，即应当实现严格的同步采样。否则会引起信号的频谱泄漏，带来很大的测量误差，特别是对高频分量，计算出来的值可信度极低。这一点从表1的仿真数据中可清楚地看邮。传统同步采样方法主要分为硬件同步和软件同步两大类。硬件同步方法是用锁相环实时跟踪信号基波频率的变化，实时调整采样频率，实现同步采样。它是一种预防式方法，硬件结构复杂，当信号有较大的畸变或者有强噪声时，误差较大，可靠性不高。软件同步方法是一种初偿式方法，主要采用准同步采样、寻找过零点、加窗插值等步骤对原始采样数据进行重新采样或修正。这种技术虽然在很大程度上能消除频谱泄漏等非步误差的影响，但需要存储容量大，计算复杂费时，难以满足实时系统的要求；而且当信号有较大的畸变或者有强噪声时，寻找过零点亦存在误差问题。为此本文采用一种变采样率同步采样方法，原理如下：
[1] [2] [3] [4]
篇3：高速采样测量数据处理方法研究
高速采样测量数据处理方法研究
探讨在新一代高精度测速体制下,外测数据原有处理方法应用到高采样率数据时的'缺陷,提出将原始采样数据分段、分层进行多次处理,结合二步最小二乘、等距样条拟合和区间长度自适应的时间多项式中心平滑技术,可降低每次处理的数据量,并逐步滤除周期噪声与色噪声,提高了处理结果的精度.
作 者：杨潇 谢京稳 郭军海 刘元 YANG Xiao XIE Jing-wen GUO Jun-hai LIU Yuan 作者单位：北京跟踪与通信技术研究所・北京・100094 刊 名：飞行器测控学报 ISTIC英文刊名：JOURNAL OF SPACECRAFT TT&C TECHNOLOGY 年，卷(期)： 27(5) 分类号：V557.5 关键词：高采样率 多项式中心平滑 样条拟舍 二步最小二乘篇4：水质常规监测采样频率确定方法研究
水质常规监测采样频率确定方法研究
对安徽省淮河蚌埠闸以上干流2个水质监测断面的水质监测资料用偏差分析的方法,研究确定水质常规监测采样频率的`方法.对以来淮河蚌埠闸以上干流和颍河干流安徽段7个监测断面的水质常规监测数据进行了正态性检验,并对19以来的12个监测断面水质常规监测数据用统计学的方法,研究确定水质常规监测采样频率的方法.
作 者：邓英春 DENG Ying-Chun 作者单位：安徽省水文局,安徽,合肥,230022 刊 名：水资源保护 ISTIC PKU英文刊名：WATER RESOURCES PROTECTION 年，卷(期)： 21(4) 分类号：X832 关键词：水质监测 水质站 监测断面 采样频率篇5：空测采样次数问题的研究
空测采样次数问题的研究
在定寿编谱等研究中,确定载荷谱轻重的分散遵循何种分布及科学合理地确定飞机空测采样飞行起落次数具有重要意义.文中以当量使用寿命作为判断载荷谱分散的'标准,并根据t分布理论,针对载荷谱分散遵循对数正态分布和双参数Weibull分布,分别给出空测采样次数的判断标准,为飞机结构的定寿编谱研究提供依据.
作 者：刘克格 阎楚良 张书明 LIU KeGe YAN ChuLiang ZHANG ShuMing 作者单位：北京机械结构强度研究中心,北京,100083 刊 名：机械强度 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF MECHANICAL STRENGTH 年，卷(期)： 29(1) 分类号：V2 关键词：载荷谱 t分布理论 采样次数 对数正态分布 双参数Weibull分布篇6：扬尘估算的采样方法对比
扬尘估算的采样方法对比
AP-42方法是目前较为权威的一种扬尘总量估算方法,泥沙承载量作为该方法中重要参数之一,采样方法对其结果有非常大的影响.在详细介绍了'AP-42提供的采样方法'与'TRAKER方法'两种采样方法的具体实施步骤基础上,对两种方法进行对比,发现'AP-42提供的.采样方法'操作规范,但工作量大,易受外部影响;而'TRAKER方法'更为先进,对于科学研究具有较大的利用价值,但采样结果转换公式是经验公式,存在一定误差.
作 者：翟绍岩 乐群 魏海萍 黄嫣F Zhai Shaoyan Yue Qun Wei Haiping Huang Yanmin 作者单位：翟绍岩,乐群,Zhai Shaoyan,Yue Qun(地理信息科学教育部重点实验室,上海,62;华东师范大学气候与大气环境研究所,上海,200062)魏海萍,黄嫣F,Wei Haiping,Huang Yanmin(上海市环境监测中心,上海,200030)
刊 名：环境科学与管理 英文刊名：ENVIRONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENT 年，卷(期)：2007 32(11) 分类号：X513 关键词：AP-42方法 采样方法 TRAKER方法篇7：GPS/INS组合导航系统时间同步方法研究
GPS/INS组合导航系统时间同步方法研究
在设计和实现GPS/INS组合导航系统时,各子系统的时间同步是最关键的问题.首先对GPS/INS组合导航系统的时间同步问题作基本描述,然后在简要分析基于GPS接收机的'1 pps脉冲信号同步采样技术的基础上,提出另外一种基于GPS和INS的1 pps脉冲信号的时间比对同步方法,这种方法能较好地解决GPS接收机由于失锁引起的1 pps信号抖动,将晶体振荡器的短期稳定度和GPS时间的长期稳定度结合起来,使各子系统数据在时间上能准确同步.
作 者：肖进丽 潘正风 黄声享 XIAO Jin-li PAN Zheng-feng HUANG Sheng-xiang 作者单位：武汉大学,测绘学院,湖北,武汉,430079 刊 名：测绘通报 ISTIC PKU英文刊名：BULLETIN OF SURVEYING AND MAPPING 年，卷(期)： “”(4) 分类号：P228.4 关键词：GPS/INS 组合导航 时间同步篇8：右脑开发方法
1、听音乐
心理学家发现：音乐可以开发右脑，尤其古典音乐对孩子右脑的开发有很大影响。听钢琴曲时让孩子用左手模仿按琴健的姿势、听小提琴曲时让孩子模仿压琴弦的样子。此外，还可以在孩子从事其它活动时，创造一个音乐背景。
2、培养绘画感觉能力
右脑具有绘画感觉能力。让孩子练习绘画，能培养其观察能力。尽情欣赏绘画作品、自然风景，陶醉其中。带孩子参观花展、盆景展，直观整体地欣赏作品。涂鸦也是一种综合训练，包括视觉感受、动手能力、听觉描述、语言理解等能力，对右脑刺激也是多方面的。
3、干力所能及的家务
家长先有意把房间弄乱，然后同孩子一起清理房间。开始时孩子可能会做不好，分不清垃圾的种类、不知怎样用抹布擦桌子等，家长要耐心地指导，教几遍后孩子就会做好。
4、体育运动
右脑在运动中对形象的感知及细胞的激发比静止状态更快更强。每天跳半小时的迪斯科健身操、打乒乓球、羽毛球等，在打拳或做操时有意识地让左手多重复几个动作，以刺激右脑。
5、童话故事
童话故事是右脑形象思维能力开发的最佳方法。童话富于幻想，听童话故事，孩子会不由自主地随着情节的发展想象故事中的人物、场面和情景，这对右脑的图形思维能力有很好的促进。睡前给孩子讲讲故事，这时右脑呈现最佳状态，开发孩子想像力的效果比白天紧张时要好得多。
6、训练空间识别能力
经常变化孩子的环境，送孩子上幼儿园时不妨有意改变路线;玩玩捉迷藏游戏;只给孩子看小动物身体的某一部分，让他想象整个小动物是什么样子;将一幅画的一部分遮起来，让他猜其他部分是什么样的;放一堆糖果在桌上，训练他用目测法判断糖果的数量;下棋也会对孩子的右脑产生很好的刺激。
7、带孩子逛商场
带孩子一同去商场是开发孩子右脑的另一种有效途径，能够培养孩子综合各种知识及判断的能力。可以教孩子独自挑选自己感兴趣的东西，也可以教孩子如何根据价格来挑选面包或水果等。
8、手指训练
左手剪东西、抓玩具、玩石子，玩豆豆等，可以锻炼孩子手的神经反射，促进大脑的发育;闭上眼扣扣，练习写字绘画，可以增强手指的柔韧性;摆弄智力玩具、拍球投篮、学打算盘、做手指操等活动，可以锻炼手指的灵活性，玩积木、橡皮泥有利于动手能力的培养;经常让孩子交替使用左、右手，可以更好地开发大脑两半球的智力。
9、爬行和梳头
平时多用梳子或以手指代梳给孩子梳理头发，特别是多梳右侧头发，强化对右侧头皮的刺激，加快头皮血液循环。从小训练爬行，对孩子的平衡感及运动细胞都有帮助。
10、益智玩具
益智玩具是开发右脑的最佳工具。主要以拼插、组装、游戏等活动形式为主。电脑游戏机也是锻炼孩子右脑的好工具，要为孩子选择一个以图形为主的游戏，如想象游戏、猜图游戏等。买新玩具后，父母没有必要按说明书告诉孩子应该怎么玩，放手让他们去摸索。
★ PLC教学论文
★ 答辩申请表范文
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