JP2009049645A - Analog/digital conversion method, and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、変電機器制御装置、保護装置または監視装置等において一部のアナログ入力信号を他のアナログ入力信号より高速で計測するためのアナログ/ディジタル変換方法および装置に関する。 The present invention relates to an analog / digital conversion method and apparatus for measuring some analog input signals at higher speed than other analog input signals in a substation control device, a protection device, a monitoring device, or the like.
電力用遮断器の開極や閉極のタイミングを制御して、系統や電力機器に過酷な過渡現象を発生させない方法が従来から提案されている。このような遮断器の開閉制御装置は、開極指令信号または閉極指令信号を検出した時に、所望の電流または電圧位相で遮断器を遮断又は投入させるために、開極指令信号又は閉極指令信号の遮断器への出力タイミングを遅延制御する機能を有している。 Conventionally, a method has been proposed in which the timing of opening and closing of a power circuit breaker is controlled so that a severe transient does not occur in a system or power equipment. Such a circuit breaker switching control device detects an opening command signal or a closing command in order to interrupt or turn on the circuit breaker at a desired current or voltage phase when an opening command signal or a closing command signal is detected. It has a function of delay-controlling the output timing of the signal to the circuit breaker.
このような遮断器開閉制御を行う装置(以下、同期開閉制御装置と呼ぶ)の従来装置の中には、制御が正しく実行されたかどうか自己検証するため、遮断器主接点の行程(ストローク)または遮断器主接点の開閉時期を計測するものがある。この計測は、同期開閉制御のタイミング評価に用いることから、同タイミングの制御精度よりも十分高速であることが要求される。 In a conventional device of such a circuit breaker switching control (hereinafter referred to as a synchronous switching control device), in order to self-verify whether the control has been correctly executed, the circuit breaker main contact stroke (stroke) or Some measure the switching timing of the main circuit breaker contact. Since this measurement is used for timing evaluation of the synchronous opening / closing control, it is required to be sufficiently faster than the control accuracy at the same timing.
一方、同期開閉制御装置を含む従来のディジタル形変電機器制御装置、保護装置または監視装置においては、例えば図5に示すように、電圧、電流などの複数のチャネルCH1〜CH7のアナログ入力信号をアナログマルチプレクサにより順次切り替え、アナログ/ディジタル(A/D)変換を行うことで各入力のサンプリング値列を得て、CPUなどにより演算処理し装置機能を実現することが一般的である。アナログマルチプレクサは高速の選択動作が可能なスイッチであり、この構成によればA/D変換回路を節約できるので、広く適用されている。 On the other hand, in a conventional digital substation control device, protection device or monitoring device including a synchronous switching control device, for example, as shown in FIG. 5, analog input signals of a plurality of channels CH1 to CH7 such as voltage and current are analogized. In general, a sampling value sequence of each input is obtained by sequentially switching by a multiplexer and performing analog / digital (A / D) conversion, and an arithmetic processing is performed by a CPU or the like to realize a device function. The analog multiplexer is a switch capable of a high-speed selection operation, and according to this configuration, an A / D conversion circuit can be saved, so that it is widely applied.
一例として下記特許文献1の図2によれば、複数のアナログ入力信号(1〜5、T)は、信号処理後アナログマルチプレクサ9に導かれて順次切替えられ、A/D変換回路10にてサンプリング値列に変換され、CPU8にて演算処理される。
上記のようなアナログマルチプレクサを適用する方式においては、アナログ入力信号1点当りのA/D変換に一定の時間を要することから、アナログマルチプレクサの切替え速度に上限が存在する。従って、従来装置におけるアナログ入力点数とサンプリング周期とは互いに制約しあう関係にある。すなわち、アナログ入力信号1点当りのA/D変換時間をTc、アナログ入力点数をN、サンプリング周期をTsとすると、制約は下式で表され、サンプリング周期Tsは N・Tc よりも短く(速く)することができない。
Ts ≧ N・Tc
In the method using the analog multiplexer as described above, there is an upper limit on the switching speed of the analog multiplexer because A / D conversion per analog input signal requires a certain time. Therefore, the number of analog input points and the sampling period in the conventional apparatus are in a mutually restrictive relationship. That is, if the A / D conversion time per analog input signal is Tc, the number of analog input points is N, and the sampling period is Ts, the constraint is expressed by the following equation, and the sampling period Ts is shorter (faster) than N · Tc. )Can not do it.
Ts ≧ N · Tc
アナログ入力点数Nを同一に保ったままサンプリング周期Tsを速くするには、A/D変換時間Tcを短くする必要があり高速なA/D変換回路を採用することとなり、装置の複雑化、消費電力の増大、高価格化を招く。 In order to increase the sampling period Ts while keeping the number N of analog inputs the same, it is necessary to shorten the A / D conversion time Tc, and a high-speed A / D conversion circuit is adopted, which complicates and consumes the apparatus. Increase in power and cost.
前記特許文献1に記載されている発明は、電圧や電流の高調波成分を簡易に測定するために、サンプリング周期を可変とし、所定の期間に亘ってサンプリング周期T1で高速計測を行い、その後さらに所定の期間に亘ってサンプリング周期T1の整数倍であるサンプリング周期T2で低速計測を行い、これを繰り返すものである。低速計測結果から演算した基本波電力を、高速計測結果に基づき補正することにより、正確な電力を求める。
In the invention described in
この方法は高調波を含む電力を簡易かつ正確に測定するために有効であるが、同期開閉制御装置の場合のように、一部のアナログ入力信号のみ高速で計測する必要には応えられない。また、この方法において使用するA/D変換回路は、高調波を検出する目的を達成するために十分高速とする必要があり、A/D変換回路の必要速度は常時高速計測を行う場合と変わらない。 This method is effective for simply and accurately measuring power including harmonics, but cannot meet the need to measure only a part of analog input signals at high speed as in the case of a synchronous switching control device. In addition, the A / D conversion circuit used in this method needs to be sufficiently high speed to achieve the purpose of detecting harmonics, and the required speed of the A / D conversion circuit is different from the case of always performing high-speed measurement. Absent.
本発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、一部のアナログ入力信号を高速で計測する場合において、高速なA/D変換回路を採用することなく、簡易な構成によって必要なサンプリング速度を達成することのできるアナログ/ディジタル変換方法および装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is required for a simple configuration without employing a high-speed A / D conversion circuit when measuring some analog input signals at high speed. It is to provide an analog / digital conversion method and apparatus capable of achieving a sampling rate.
上記課題を解決するために本発明のアナログ/ディジタル変換方法は、複数のアナログ入力信号をアナログマルチプレクサの切替え制御により順次選択し、アナログ/ディジタル変換を行ってサンプリング値列を得るアナログ/ディジタル変換方法において、前記アナログマルチプレクサの切替え制御が一巡して全てのアナログ入力信号が選択される期間内に一部の特定のアナログ入力信号については複数回選択し、それぞれアナログ/ディジタル変換を行ってサンプリング値列に加える方法とする。 In order to solve the above problems, an analog / digital conversion method according to the present invention is an analog / digital conversion method in which a plurality of analog input signals are sequentially selected by switching control of an analog multiplexer, and analog / digital conversion is performed to obtain a sampling value string. In the above-described analog multiplexer switching control cycle, all the analog input signals are selected and a part of specific analog input signals are selected a plurality of times, and each analog / digital conversion is performed to obtain a sampling value string. It is a method to add to.
本発明のアナログ/ディジタル変換装置は、複数のアナログ入力信号を切替え制御により順次選択するアナログマルチプレクサと、前記アナログマルチプレクサによって選択されたアナログ入力信号をディジタル値に変換するA/D変換回路と、前記アナログマルチプレクサに制御信号を出力して前記アナログマルチプレクサの切替え制御が一巡して全てのアナログ入力信号が選択される期間内に一部の特定のアナログ入力信号については複数回選択させるとともに前記ディジタル値を入力されてサンプリング値列を形成する入力制御部とを備えている構成とする。 The analog / digital conversion device of the present invention includes an analog multiplexer that sequentially selects a plurality of analog input signals by switching control, an A / D conversion circuit that converts the analog input signals selected by the analog multiplexer into digital values, A control signal is output to the analog multiplexer, and the switching control of the analog multiplexer is completed to select all the analog input signals within a period in which all the analog input signals are selected, and the digital value is selected several times. And an input control unit that forms a sampling value sequence when input.
本発明によれば、一部のアナログ入力信号を高速で計測する場合において、高速なA/D変換回路を採用することなく、簡易な構成によって必要なサンプリング速度を達成することのできるアナログ/ディジタル変換方法および装置を提供することができる。 According to the present invention, when some analog input signals are measured at high speed, analog / digital can achieve a required sampling speed with a simple configuration without employing a high-speed A / D conversion circuit. A conversion method and apparatus can be provided.
以下、本発明のアナログ/ディジタル変換方法および装置の2つの実施の形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, two embodiments of an analog / digital conversion method and apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
(構成)
図1は、本発明の実施の形態のアナログ/ディジタル変換装置を備えた同期開閉制御装置の構成を示すブロック図である。同図は、アナログ入力信号の処理に関わる部分を主に記載しており、遮断器制御回路や演算回路の詳細は省略している。すなわち、同期開閉制御装置1は制御部2および演算処理部3から構成されており、制御部2は、アナログ入力信号数に応じた数の入力変換器5およびアナログローパスフィルタ(LPF)6と、アナログマルチプレクサ(MPX)7と、アナログ/ディジタル変換回路(A/D変換回路)8と、入力制御部9と、接点入力回路13と、開閉指令出力制御部15と、半導体スイッチ16を備えている。演算処理部3は、CPU21と、RAM22と、ROM23と、外部インターフェース24と、I/O(入出力)バス10とを備えている。MPX7とA/D変換回路8と入力制御部9がアナログ/ディジタル変換装置を構成している。
(First embodiment)
(Constitution)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a synchronous switching control device including an analog / digital conversion device according to an embodiment of the present invention. This figure mainly describes the portion related to the processing of the analog input signal, and details of the circuit breaker control circuit and the arithmetic circuit are omitted. That is, the synchronous opening /
(作用)
同期開閉制御に必要なアナログ入力信号4は、まず制御部2の入力変換器5により電子回路で処理容易なレベルの電圧信号に変換された後、アナログローパスフィルタ(LPF)6により、信号に含まれるナイキスト周波数を超える成分が抑制される。CH1〜CH7として示されている各々のアナログ入力信号は、全て同様の処理を受けてアナログマルチプレクサ(MPX)7まで送られる。MPX7は、これらの信号を順次切り替え選択し、A/D変換回路8へ導く。A/D変換回路8は、選択された信号をディジタル値に変換し、入力制御部9へ渡す。入力制御部9は、アナログマルチプレクサ制御信号12により選択すべきアナログ入力信号をMPX7へ指示するとともに、A/D変換回路8のディジタル値変換結果を各入力のサンプリング値列として、入力制御部9内部の所定の記憶領域(図示せず)に格納する。
(Function)
The analog input signal 4 required for the synchronous switching control is first converted into a voltage signal of a level that can be easily processed by an electronic circuit by the
演算処理部3のCPU21は、制御部2の入力制御部9から各アナログ入力信号のサンプリング値列をI/Oバス10を経由して読み出し、演算と制御のために用いる。CH1ストロークセンサの入力は、遮断器主接点の行程を計測し、制御が正しいタイミングで実行されたことの検証に用いられる。CH2計器用変圧器、CH3計器用変圧器およびCH4計器用変流器の各入力は、開閉制御の基準位相を得るなどのために用いられる。CH5操作圧力センサ、CH6温度センサおよびCH7遮断器制御電圧の各入力は、遮断器の状態による開閉動作時間変化量を推定し、開閉指令信号の遅延量を調整するなどのために用いられる。
The
さらにCPU21は、入力制御部9に対して、MPX7の切替え制御の開始を指示するタイミング信号11を発生する。入力制御部9は、タイミング信号11の立上りまたは立下りを基準として同切替え制御を開始する。
Further, the
なお、RAM22は主にデータの一時記憶、ROM23は主にプログラムの記憶、外部インターフェイス24は装置の設定や状態表示、履歴表示などを行うが、必ずしもこれらを全て具備している必要はない。
The
接点入力回路13は、上位システムからの開閉指令信号を検出するとともに、遮断器のa接点入力、b接点入力により遮断器主接点の開閉状態を検知する。また開閉指令出力制御部15は、CPU21から指示された遅延時間にもとづき、半導体スイッチ16の制御を行い、遮断器操作コイル18に通電する。
The
本実施の形態における同期開閉制御装置1のアナログ信号サンプリング方法について、図2を用いて説明する。
CH1のストロークセンサの入力信号は、その他の信号よりも高速に計測する必要があるため、MPX7の切替え制御が一巡する期間内に2回選択が行われる。
An analog signal sampling method of the synchronous
Since the input signal of the stroke sensor of CH1 needs to be measured at a higher speed than other signals, the selection is performed twice within a period in which the MPX7 switching control makes a round.
タイミング信号11の立上りを基準として、入力制御部9からのMPX制御信号12により、まずCH1入力信号が選択される。所定のA/D変換時間が経過した後、入力制御部9は変換結果を格納し1サンプルのA/D変換が完了する。次にMPX制御信号12により、CH2入力信号が選択される。以下同様にしてCH3、CH4の順でA/D変換が進む。
With reference to the rising edge of the timing signal 11, the CH1 input signal is first selected by the
その後タイミング信号11が立下り、これを基準として再度CH1入力信号が選択されてA/D変換が完了すると、その後はCH5、CH6、CH7の順に選択されA/D変換が完了する。以上で切替え制御が一巡し、その後タイミング信号11が立上ると同じ制御を繰り返す。 Thereafter, the timing signal 11 falls, and when the CH1 input signal is selected again based on this timing and A / D conversion is completed, CH5, CH6, and CH7 are selected in this order to complete A / D conversion. The switching control is completed as described above, and then the same control is repeated when the timing signal 11 rises.
ここで、タイミング信号11の立上りから立下りまで、および立下りから立上りまでの時間は、CH1に必要なサンプリング周期となるように、またタイミング信号11の立上りから次の立上りまでの時間は、すべての入力信号に必要なサンプリング周期となるようにそれぞれ制御されている。このようなタイミング信号11の発生は、例えばCPU21の内蔵タイマなどにより実現可能である。また入力信号選択順序の制御は、入力制御部9の論理回路、またはCPU21の実行するプログラムにより実現可能である。
Here, the time from the rising edge to the falling edge of the timing signal 11 and the time from the falling edge to the rising edge become the sampling period necessary for CH1, and the time from the rising edge of the timing signal 11 to the next rising edge is all Are controlled so as to have a sampling period required for the input signal. Such generation of the timing signal 11 can be realized by, for example, a built-in timer of the
(効果)
以上のように本実施の形態のアナログ/ディジタル変換方法および装置によれば、入力信号選択順序を工夫し、高速計測の必要なCH1入力信号はMPX7の一巡周期内に2回選択するので、CH1入力信号については他の入力信号より2倍の速度のサンプリング値列が得られる。
(effect)
As described above, according to the analog / digital conversion method and apparatus of the present embodiment, the input signal selection order is devised, and the CH1 input signal that requires high-speed measurement is selected twice within one round cycle of MPX7. As for the input signal, a sampling value string having a speed twice that of the other input signals is obtained.
図5に示した従来の方法と比較すると、各入力に必要なサンプリング速度を達成しながら、1サンプルのA/D変換時間を7/4倍まで延長することが許容される。従って高速なA/D変換回路を採用する必要が無くなり、簡易、低消費電力、低価格の変電機器制御装置、保護装置または監視装置等を実現することができる。 Compared to the conventional method shown in FIG. 5, it is allowed to extend the A / D conversion time of one sample to 7/4 times while achieving the sampling rate required for each input. Therefore, it is not necessary to employ a high-speed A / D conversion circuit, and a simple, low power consumption, low-cost transformer control device, protection device, monitoring device, or the like can be realized.
なお本実施の形態において、CH1およびCH2の入力信号を、その他の信号よりも高速に計測する場合には、図3に示す入力信号選択順序とすればよい。これを図5と比較すると、1サンプルのA/D変換時間を7/5倍まで延長できることとなり、上記と同様の効果が得られる。 In the present embodiment, when the input signals of CH1 and CH2 are measured faster than the other signals, the input signal selection order shown in FIG. 3 may be used. When this is compared with FIG. 5, the A / D conversion time of one sample can be extended to 7/5 times, and the same effect as described above can be obtained.
さらに他の変形例としては、LPF6の後にサンプルホールド回路を設けるなどの構成としてもよいし、周辺回路を内蔵したA/D変換器を採用した構成としてもよい。また、本実施の形態で示した入力信号が別の種類の信号であっても、また入力信号の点数が増減しても、同様の方法が適用可能であることは言うまでも無い。
As another modification, a configuration in which a sample hold circuit is provided after the
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態のアナログ/ディジタル変換装置の構成は前記第1の実施の形態における図1と同じである。
(Second Embodiment)
The configuration of the analog / digital conversion apparatus according to the second embodiment of the present invention is the same as that of FIG. 1 in the first embodiment.
本実施の形態におけるアナログ/ディジタル変換方法について、図4を参照して説明する。本実施の形態においては、CH5〜CH7の入力信号は、その他の信号よりも緩慢に変動する信号であるので、低速の計測でもよく、CH1〜CH4の信号が3回選択される期間内に、CH5〜CH7の入力信号がそれぞれ1回ずつ選択されるものとする。そのために、
(a)タイミング信号11の立上りを基準として、入力制御部9からのMPX制御信号12により、MPX7においてまずCH1入力信号が選択される。所定のA/D変換時間が経過した後、入力制御部9は変換結果を格納し1サンプルの変換が完了する。引き続いてCH2、CH3、CH4、CH5の順で変換が進む。
An analog / digital conversion method in this embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, since the input signals of CH5 to CH7 are signals that vary more slowly than other signals, they may be measured at low speed, and within the period in which the signals of CH1 to CH4 are selected three times, It is assumed that the input signals of CH5 to CH7 are selected once each. for that reason,
(A) With reference to the rising edge of the timing signal 11, the CH1 input signal is first selected in the MPX 7 by the MPX control signal 12 from the input control unit 9. After a predetermined A / D conversion time has elapsed, the input control unit 9 stores the conversion result and the conversion of one sample is completed. Subsequently, conversion proceeds in the order of CH2, CH3, CH4, and CH5.
(b)タイミング信号11の次の立上りを基準として、CH1、CH2、CH3、CH4、CH6の順に選択される。すなわちCH1〜CH4までは同じ順番であるが、最後にCH6が選択される。 (B) With the next rising edge of the timing signal 11 as a reference, they are selected in the order of CH1, CH2, CH3, CH4, and CH6. That is, CH1 to CH4 are in the same order, but CH6 is finally selected.
(c)タイミング信号11のさらに次の立上りを基準として、CH1、CH2、CH3、CH4、CH7の順に選択される。すなわち最後にCH7が選択される。
この後は(a)に戻り、上記と同じ制御を繰り返す。
(C) CH1, CH2, CH3, CH4, and CH7 are selected in order of the next rising edge of the timing signal 11 as a reference. That is, finally CH7 is selected.
Thereafter, the process returns to (a) and the same control as above is repeated.
ここで、タイミング信号11の立上りから次の立上りまでの時間Tが、CH1〜CH4の入力信号に必要なサンプリング周期となるように、また時間Tの整数倍が、CH5〜CH7の入力信号に必要なサンプリング周期となるようにそれぞれ制御される。 Here, the time T from the rise of the timing signal 11 to the next rise is a sampling period necessary for the input signals of CH1 to CH4, and an integral multiple of the time T is necessary for the input signals of CH5 to CH7. Each sampling period is controlled.
本実施の形態によれば、低速計測でもよいCH5〜CH7の入力信号については、MPX7の切り替え周期の3回に1回のみ選択されるので、必要以上の高速計測をしなくても済む。従ってA/D変換回路8の速度を最適化することができ、簡易、低消費電力、低価格の変電機器制御装置、保護装置または監視装置等を実現することができる。 According to the present embodiment, the input signals of CH5 to CH7, which may be low-speed measurement, are selected only once every three switching cycles of MPX7, so that it is not necessary to perform high-speed measurement more than necessary. Therefore, the speed of the A / D conversion circuit 8 can be optimized, and a simple, low power consumption, low price transformer control device, protection device, monitoring device, or the like can be realized.
1…同期開閉制御装置、2…制御部、3…演算処理部、4…アナログ入力信号、5…入力変換器、6…アナログローパスフィルタ(LPF)、7…アナログマルチプレクサ(MPX)、8…アナログ/ディジタル変換回路(A/D変換回路)、9…入力制御部、10…I/Oバス、11…タイミング信号、12…アナログマルチプレクサ制御信号(MPX制御信号)、13…接点入力回路、15…開閉指令出力制御部、16…半導体スイッチ、18…遮断器操作コイル、21…CPU、22…RAM、23…ROM、24…外部インターフェース。
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US11454518B2 (en) * | 2017-09-22 | 2022-09-27 | Continental Automotive France | Method for determining a measurement signal according to the electrical signal at the output of a sensor |
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2007
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