模拟量输入通道的设计和分析

1.直流采样

通常将采用电量变送器进行的采样称为直流采样，其模拟量输入通道一般由变送器，信号处理电路、多路转换开关、采样保持器和A/D转换器等组成，如图3.3所示。

图3.3　模拟量输入通道（直流采样）

图中变送器的作用为：①将强信号（一般为交流100V，5A）转化为适合于计算机和仪表使用的弱信号（一般为直流5V，1mA）；②将交流信号转化为直流信号；③从瞬时信号获得有效值；④确保输出直流量与输入测量量之间满足线性关系；⑤实现输入与输出隔离。

滤波及信号处理部分中，滤波电路（RC电路）是为了消除干扰，提高输入信号的信/噪比；信号处理是为了将变送器或传感器输出的各种不同电信号经过放大或处理成为后面A/D转换器所能接受的电压范围。

多路转换开关是一种受CPU控制的电子切换开关。由电量变送器送来的多路模拟量公用一套A/D，只有被选中的一路才可以通过多路开关进入A/D，其余各量则需等候下一次的选择。由于A/D转换的速度很快，而电量变送器输出的直流模拟信号变化速度较慢，在进行转换的很短时段内，模拟直流量几乎没什么变化，因此在直流采样中也可以不配采样保持器。(www.xing528.com)

采样保持器的作用是可在微机指令下将瞬间采集的模拟量“样本”冻结一段时间，以保证在A/D转换器完成一次完整的转换所需的时间段中（例如AD574A需25μs），各模拟量不发生变化，为同一时刻的采样值，否则就会不准确。例如，为了准确地测量有功功率和无功功率，采样的关键在于采集的电压和电流信号的同时性，若采集的电压和电流信号有时间差，则相当于改变了功率因数角度，从而造成测量误差。

对于变化较慢的模拟信号，例如经过变送器输出的直流模拟信号，在A/D进行转换的很短时段内（微秒级）几乎没什么变化，因此在直流采样中也可以不配备采样保持器。而对变化较快的模拟量来说，例如不经过变送器而直接对交流进行采样时，就必须配置一组同时启动的性能较好的采样保持器（S/H）。

采用变送器的直流采样系统存在的以下一些问题：①遥测数据的准确性受变送器稳定性的影响，变送器出现不正常的情况时有发生，这样就影响了遥测准确性；②遥测数据的实时性受变送器响应速度的影响；③变送器的维护工作量比较大；④对于变电站来说，需要大量的变送器，增加了工程造价和占地面积。

2.交流采样

不经过变送器，仅将信号经过起隔离和降低幅值作用的中间TA和TV后，仍以交流模拟信号供A/D按一定规律进行直接采样，并加以处理，计算出电压、电流有效值以及有功、无功功率的方法称为交流采样。

交流采样方法实际上就是用微机取代传统的变送器，充分发挥微机功能强、灵活可靠、使用方便等优点，从而克服因使用传统变送器而导致的一系列不良影响。此外，结构分布式RTU采用交流采样还可以兼有微机保护功能。