CN1150458C - 故障录波数据硬盘直接存储的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种故障录波数据硬盘直接存储的方法，该方法包括：在中断中执行数据采集控制、故障判别和数据存储硬盘功能，在采集数据中开始保护中断现场一并将采集的数据存入内存，在中断中发现有故障数据时，重新开辟一个新堆栈区，保护现场二，实现边采集数据边储存，直到故障切除为止，恢复现场二，释放堆栈区，再恢复现场一。由于该方法是将数据采集控制、故障判别和数据存储硬盘三大功能于一体，将占用大部分CPU时间的一些任务安排在中断任务中去执行，这样就不会丢失故障数据，解决了故障死区问题。采用硬盘直接存储技术后，工控机的内存控制在20MB左右，就能实现长时间不间断的故障数据记录功能，这对电力系统故障记录装置功能是一大突破。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统中故障录波数据的处理方法，更具体地涉及高速数据采集系统大容量数据实时硬盘直接存储的方法。
背景技术
现代电力系统是一个庞大而又极其复杂的发电、输电及用电系统。在系统运行生产过程中，一个中等规模的电力网，每天都有数十台至百台的发电机组运行，成千上万公里输电线路联接着几百个不同电压等级的变电站，把电力源源不断地送到用户。
我们要求电力系统要安全可靠地供电，而实际上在一个电力网中众多发电、输电设备以及输电线路，每天都会有故障发生。我们只能做到：发生故障的设备及线路快速退出运行，不至于影响全网供电，同时希望尽快查明原因，恢复供电。故障录波装置就是在电力系统发生故障时能够记录所监视设备或线路在故障过程中的电气量及运行状态量的设备，为判断分析电力系统故障的提供重要数据，是电力系统安全可靠运行必不可少的设备。电力系统故障录波时装置要求是：
1)数据采集量大
常规配置一台装置32-64路模拟量，48～96路开关量，按50周正弦波，每周采样96点，每秒钟的数据量大约为586KB。
2)具备长时间的记录能力
电力系统经常发生频发性故障，如沿海地区的台风季节，北方地区的浓雾季节时，电力系统在一个短时间内可能发生多次故障，甚至会引发全系统的大面积停电事故。可能若按10次故障计，它要求故障记录装置在一段时间内必须具备的3～6MB数据量。对于系统故障，如振荡解列故障，系统故障时间较长，按标准要求有10分钟的记录容量，则上述故障录波数据量推算，最多可达184～368MB。
3)电力系统要求故障录波这些数据长期存盘(软盘或硬盘)，可以随时就地调用或者远方调用。做为电力系统故障分析的依据。因此必然要求实时采集的数据要尽快存入软盘，硬盘或电子盘，避免数据丢失。
国内外涉及故障录波的产品有几十种，为了满足电力系统故障录波的基本要求，一般采取以下几种技术：
1)分散式数据采集及存储技术
为了解决多通道高速数据采集问题，往往采用多A/D板分散采集方式，每块A/D模板都设有较大容量的数据缓存区，一旦故障发生时，采集数据先暂存在各自A/D板的数据缓存区内，故障记录结束后，再集中进行数据传输。
传输方式：
a)RS232/RS485串行口方式
b)CAN、LON等网络传输方式
c)计算机总线传输方式
该方案的优点是：
a)对每个A/D板设计及运行要求简单，实现对通道的高速数据采集不需要高速A/D，造价可以降低。
b)可能根据不同的模拟量通道数量，配套不同数量A/D模板。
缺点是：
a)每块A/D板都需要配置一定容量的内存(至少1MB)，满足连续多次故障的记录要求，但无法满足长时间的记录要求。
b)集中数据传输将成为瓶颈问题，尤其是RS232/RS485串行口传输及网络传输方式，都是数据传输率较慢的传输方式，如果在数据传输期间，再发生故障时，软件设计不当将可能丢失数据或者遗漏故障记录的情况。
2)集中数据采集方式
采用高速数据采集A/D板(一般400K/秒左右)，插在工控机的总线槽内，A/D板与主CPU一般以双口RAM方式高速传输数据。
一旦故障发生时，所记录的数据将高速地转储到工控机的内存中，故障结束后再转入软盘或硬盘中存储。
这种数据采集方式的优点是：基本上能满足在频发故障情况下的数据存储的要求，其工控机必须具备大容量的内存容量。存在问题是：如果在故障记录期间，由于装置失电则可能使所有记录的数据全部丢失，这对于故障录波装置是不应该有的缺陷。
从上面分析可以看出，故障录波器的主要技术问题是解决大容量数据的实时存储。
发明内容
本发明的基本思路是：如果我们能够实现高速A/D板的采样，又能够数据实时地从工控机总线(EISA或PCI总线)传到主板RAM上后，又能够实时地把数据存入硬磁盘中，就可以从根本上解决长时间(1小时以上)故障记录数据存储的问题。为此，本发明提出了一种故障录波数据硬盘直接存储的方法。
该方法是通过如下的技术方案实现的，该技术方案是将数据采集控制、故障判别、数据存储硬盘三大功能于一体，众多模拟量，每个模拟量都有一批起动判据，有时还有一部分计算量，如负序电压，频率等作为起动判据，它要占用大部分CPU时间，这些任务只能在中断任务中去执行。
该方法的步骤包括：在中断中执行数据采集控制、故障判别和数据存储硬盘功能；控制采集数据，在采集中开始保护中断现场一；将采集的数据存入内存；判断是否存在故障，若判断是否定的，则恢复现场一，返回控制采集数据的步骤，若判断是肯定的，即在中断中发现有故障数据时，重新开辟一个新堆栈区，保护现场二，以便避免与老的堆栈区冲突；允许硬盘存储中断和数据采集中断，以便实现边采集数据边储存；判断是否存在其它故障，若判断是肯定的，则将采集的数据存入硬盘，然后返回判断是否存在其它故障的步骤，若判断是否定的，即直到故障切除为止，恢复现场二，释放堆栈区，再恢复现场一，然后返回到控制采集数据的步骤。
由于该方法是将数据采集控制、故障判别和数据存储硬盘三大功能于一体，将占用大部分CPU时间的一些任务安排在中断任务中去执行，这样就不会丢失故障数据，解决了故障死区问题。采用硬盘直接存储技术后，工控机的内存控制在20MB左右，就能实现长时间不间断的故障数据记录功能，这对电力系统故障记录装置功能是一大突破。
附图说明
下面结合附图进一步说明本发明的方法。
图1是本发明方法步骤的流程示意图。
具体实施方式
图1是本发明方法步骤的流程示意图。如图1所示，本发明的方法是将数据采集控制、故障判别和数据存储硬盘三大功能于一体，众多模拟量，每个模拟量都有一批起动判据，有时还有一部分计算量，如负序电压，频率等作为起动判据，它要占用大部分CPU时间，这些任务只能在中断任务中去执行。该方法的步骤包括：在中断中执行多种功能；控制采集数据，在采集中开始保护中断现场一(步骤S101)；在步骤S102将采集的数据存入内存；然后在步骤S103判断是否存在故障且无硬盘操作，若判断无故障或有硬盘操作，进入步骤S104恢复现场一，然后经步骤S110返回系统等待采集数据中断，若判断有故障且无硬盘操作，即在中断中发现有故障数据且还没有进入存硬盘子程序时，则进入步骤S105重新开辟一个新堆栈区，保护现场二，这样避免了与老的椎栈区冲突；在步骤S106允许硬盘存储中断和数据采集中断，以便实现边采集数据边储存；然后在步骤S107判断是否存在其它故障，若判断是肯定的，则进入步骤S111将采集的数据存入硬盘，然后返回判断是否存在其它故障的步骤S107，若判断是否定的，则进入步骤S108即直到故障切除为止，恢复现场二，然后在则进入步骤S109释放堆栈区，再恢复现场一，然后经则进入步骤S110返回系统等待采集数据中断。
采用本发明的硬盘直接存储技术后，工控机的内存控制在20MB左右，就能实现长时间不间断的故障数据记录功能。举一简单例子：假如硬盘容量20G为，可用容量为16G，64路模拟量，一周采样96点，一秒钟的数据是为614.4KB，16G硬盘容量则可以连续存储数据16*106/614.4＝26.04*103＝7.2小时。
在各种故障条件下，实现长达数小时不间断记录的性能。该指标是故障录波装置功能的一大突破。
优点：
a)工控机不需要配置大内存。
b)采用硬盘为实时外存具有很高的性价比。
c)起动次数、记录容量不受限制，使故障录波彻底消灭死区。
本发明的可行性估计：
a)高速A/D板，12位，400KHZ采样速率，则1秒钟的数据量为660KB
b)工控机EISA扩展总线最大传输率2Mb/秒
PCI局部总线最大传输率为32Mb/秒
采用以上二种总线最大传输A/D板的数据660Kb/秒，只须占用总线很短时间。
c)目前常用的磁盘标准SCSI2窄带位8位10Mb/S
SCSI3宽带位16位20Mb/S
U1trawide 16位40Mb/S
U2trawide 16位80Mb/S
采用上述几种标准的磁盘，存储速度都能满足高速A/D660KB/秒数据的存储要求。
WLG-2000型发变机组故障录波装置采用本技术后，入网检验实验，顺利实现长达半小时的连续故障记录。就电力系统的应用而言，彻底地解决故障录波大数据量与实时存储的矛盾，把装置研制及应用水平提到一个新的阶段。
为了说明和描述的目的，已经提供了本发明优选实施例的前面的描述。它不是详尽的或者限制本发明为揭露的精确的形式。按照上面的教导许多修改和变化是可能的。本发明的范围不是由这个详细的描述限定，而是由所附的权利要求限定。
Claims (1)
1、一种故障录波数据硬盘直接存储的方法，其特征在于：该方法的步骤包括：
在中断中执行数据采集控制、故障判别和数据存储硬盘功能；
控制采集数据，在采集中开始保护中断现场一；
将采集的数据存入内存；
判断是否存在故障，若判断是否定的，则恢复现场一，返回控制采集数据的步骤，若判断是肯定的，即在中断中发现有故障数据时，重新开辟一个新堆栈区，保护现场二，以便避免与老的堆栈区冲突；
允许硬盘存储中断和数据采集中断，以便实现边采集数据边储存；
判断是否存在其它故障，若判断是肯定的，则将采集的数据存入硬盘，然后返回判断是否存在其它故障的步骤，若判断是否定的，即直到故障切除为止，恢复现场二，释放堆栈区，再恢复现场一，然后返回到控制采集数据的步骤。
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