摘要：介紹了江西省首臺300MW火力發(fā)電機(jī)組仿真機(jī)接口設(shè)備的工作原理及實(shí)現(xiàn)。 關(guān)鍵詞：仿真機(jī) 接口技術(shù) 原理 實(shí)現(xiàn) 0　前言 大型發(fā)電廠計(jì)算機(jī)全仿真設(shè)備，需要把盤臺儀表、控制開關(guān)及環(huán)境設(shè)備與仿真計(jì)算機(jī)通過接口聯(lián)接，仿真計(jì)算機(jī)將模型計(jì)算得到的數(shù)據(jù)通過接口顯示在盤臺儀表上；盤臺上的各種操作也通過接口變換成仿真計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行模型計(jì)算。 1 常用接口的類型 （1）數(shù)值量輸入（DI）：也叫開關(guān)量輸入，將盤臺上兩位式的操作反映給計(jì)算機(jī)。 （2）數(shù)值量輸出（DO）：也叫開關(guān)量輸出，計(jì)算機(jī)將模型中的報(bào)警信息、狀態(tài)信息等送到接口，驅(qū)動(dòng)盤臺上的信號燈、指示燈；觸發(fā)音響；啟動(dòng)環(huán)境設(shè)備（如啟動(dòng)燈光仿真器）等。 （3）模擬量輸出（AO）：計(jì)算機(jī)計(jì)算模型后，將過程參數(shù)的值送到接口，轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的信號電壓（或電流）驅(qū)動(dòng)指示表。 一般情況下，上述接口可滿足絕大部分盤面儀表與計(jì)算機(jī)交互的需要，在某些特定場合也需要一些模擬量輸入（AI）接口，例如：用戶選擇控制儀表的實(shí)物構(gòu)成控制系統(tǒng)，這樣就需要將其調(diào)節(jié)電流或電壓信號通過模擬量輸入（AI）接口轉(zhuǎn)化為數(shù)字量送給計(jì)算機(jī)。 2 STAR-90 I/O接口子系統(tǒng) STAR-90 I/O接口子系統(tǒng)是控制盤面與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間進(jìn)行信息交換的界面。它可將控制盤面上的操作信號轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可接受的信息；計(jì)算機(jī)將模型的運(yùn)算信息送到接口再轉(zhuǎn)化為盤儀表指示或信號燈亮暗。 　　 STAR－90　I／O接口模板可分割安裝在盤臺內(nèi)側(cè)，根據(jù)仿真機(jī)的信息量多少，可靈活配置一定數(shù)量的I／O模板，分布在若干盤區(qū)內(nèi)。 　　 計(jì)算機(jī)通過RS－232電纜和25芯標(biāo)準(zhǔn)插座與接口板相連，使整個(gè)仿真機(jī)系統(tǒng)連接簡練，信息傳輸可靠。 　　 接口模板分為開關(guān)輸入（DI），開關(guān)輸出（DO），模擬量輸出（AO）；對于同期表還有其專用接口板。 3　STAR－90 I／O接口子系統(tǒng)的特點(diǎn) 　　 （1）分散化處理。每塊接口板都是一個(gè)微處理機(jī)，可以快速處理計(jì)算機(jī)與接口板之間的信息交換。 （2）高密度I／O安裝。每塊接口板可進(jìn)行128個(gè)I／O處理。 　　 （3）智能化處理?？蓪⒂?jì)算機(jī)信息解釋為命令和數(shù)據(jù)，并可根據(jù)命令和數(shù)據(jù)對盤臺信息進(jìn)行相應(yīng)處理，可實(shí)現(xiàn)加入噪音、阻尼、控制信號燈閃光等功能。 （4）I／O接口板采用24VDC統(tǒng)一電源。 　　 （5）I／O接口板與盤臺的信號聯(lián)系采用40芯扁平電纜，并且使用高密度的微型端子板。 4　各種接口的工作原理 （1）DI接口的工作原理 　　 DI接口把盤臺上的開關(guān)操作轉(zhuǎn)化為接口板上微處理器能夠接收的信號，再由微處理器啟動(dòng)通訊接口將該點(diǎn)動(dòng)作報(bào)告給仿真計(jì)算機(jī)。 　　 128點(diǎn)開關(guān)量分為8組，每組16點(diǎn)，由一片擴(kuò)展接口8243接收其信號。每片8243接收16點(diǎn)DI來檢測DI的狀態(tài)變化。 　　 為了從8片8243中讀取128點(diǎn)DI，在DI板上設(shè)有8748單片機(jī)。單片機(jī)用4條I／O線輸出4位選片信號，經(jīng)74LS譯碼器譯出10個(gè)選通信號，用其中8條信號線分別選中8片8243中的一個(gè)。然后用8243的指令將8243的16個(gè)DI信號狀態(tài)分四組讀入。再由程序判斷其對應(yīng)的DI點(diǎn)是否有狀態(tài)變化。單片機(jī)依次選通8片8243逐一將128點(diǎn)DI狀態(tài)讀入，并且判斷其狀態(tài)。每當(dāng)單片機(jī)巡回掃描一個(gè)周期后，再用10條選通信號線中的一條點(diǎn)亮一個(gè)LED（發(fā)光二極管），從而通過該LED的閃動(dòng)情況，即可監(jiān)視DI板工作是否正常。單片機(jī)每掃描一個(gè)周期大約20ms左右。 　　 單片機(jī)將DI狀態(tài)讀入后，經(jīng)程序判斷其狀態(tài)，若發(fā)生變化，則選通8251串行通訊接口。將DI板的板地址和點(diǎn)號報(bào)告給主機(jī)。這是兩個(gè)字節(jié)的信息，每個(gè)字節(jié)8位，表示如下： 第一字節(jié)　0000　YYYY 第二字節(jié)　1XXX　XXXX 其中YYYY表示DI板地址0～15；　　 1XXX　XXXX表示DI點(diǎn)0～127。 　　 為了符合RS－232串行接口電氣技術(shù)條件，采用MC1488，MC1489將8251的TTL電平轉(zhuǎn)化為RS－232電平。 　　 8748的工作驅(qū)動(dòng)脈沖由晶體和74LS00組成的振蕩器供給。該脈沖經(jīng)74LS393分頻后供8251發(fā)送接收的同步脈沖。 　　 電源由L296開關(guān)穩(wěn)壓器將24伏直流調(diào)制為正負(fù)5伏和正負(fù)12伏片上用電源。 （2）DO接口的工作原理 　　 DO接口接收主機(jī)運(yùn)算模型的各種運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為對應(yīng)開關(guān)電路的通斷，可以驅(qū)動(dòng)盤臺上指示燈、信號燈或驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作。 　　 每塊DO接口有128點(diǎn)驅(qū)動(dòng)能力。128點(diǎn)DO分為8組，每組16點(diǎn)，由一片8243驅(qū)動(dòng)。每片8243驅(qū)動(dòng)兩片ULN2803，以實(shí)現(xiàn)每組16點(diǎn)DO的負(fù)載能力。 　　 DO采用8748單片機(jī)控制一片8251串行通訊接口接收主機(jī)送來的128點(diǎn)DO狀態(tài)信號和命令。8748中的控制程序?qū)?28點(diǎn)DO狀態(tài)和命令轉(zhuǎn)化為對8片8243的控制信號，轉(zhuǎn)化為對應(yīng)DO點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)盤臺上的信號燈、指示燈或繼電器等兩位或狀態(tài)信號。 主計(jì)算機(jī)向DO板輸出協(xié)議如下： 在如上協(xié)議中，第一正式字節(jié)是命令碼和板地址。其中 DO板除了輸出驅(qū)動(dòng)采用ULN2803芯片外，其他電路與DI板一樣。 （3）AO接口的工作原理 　　 AO接口板利用8251、MC1488、MC1489構(gòu)成的通信口接收主計(jì)算機(jī)送來的128點(diǎn)模擬量輸出數(shù)據(jù)。在單片計(jì)算機(jī)控制下，將128點(diǎn)數(shù)據(jù)存于8155的緩沖存儲器中。為將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為模擬量輸出，AO板采用DAC811口芯片將12位二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為0～5V電壓輸出。單板機(jī)將128組數(shù)據(jù)逐個(gè)送到DAC811，并同步地將8片16路模擬開關(guān)電路（共128路）逐個(gè)觸通，即可將DAC811的輸出電壓寄存到對應(yīng)的電容上。該電壓再經(jīng)高輸入阻抗運(yùn)算放大器放大，即可輸出負(fù)載能力最大1mA的對應(yīng)電壓。放大器由32片LF444（每片4路放大器），對應(yīng)128個(gè)寄存電容，即可形成128路模擬電壓輸出。單片機(jī)以40ms的周期掃描刷新電容電壓。這樣就可維持各路模擬電壓的輸出值。 　　 為了向輸出電壓加入噪聲，在電路板上有偽隨機(jī)碼發(fā)生器，經(jīng)兩級阻容網(wǎng)絡(luò)檢出高、低兩種不同的頻率電壓，由兩個(gè)光電模擬開關(guān)疊加到DAC811輸出上。噪聲電壓可通過電位器調(diào)正。不同頻率和幅度的電壓，可通過觸發(fā)光電模擬開關(guān)得到。 主機(jī)向AO接口的通訊協(xié)議如下： ETX；ASCⅡ（03）　　 在數(shù)據(jù)字節(jié)中，包括了四位命令碼，十二位數(shù)據(jù)，命令碼的意義是： XX．．　當(dāng)XX＝00無阻尼，XX＝01，0．5秒的阻尼， XX＝10，5秒的阻尼 ．．XX　當(dāng)XX＝00無噪聲，XX＝01，頻率1，幅度1； XX＝10，頻率2，幅度1；XX＝11，頻率2，幅度2 　　 上述協(xié)議由單片機(jī)的程序解釋輸出，即可輸出一定要求D／A轉(zhuǎn)換電壓，以驅(qū)動(dòng)盤臺上指示儀表。 （4）同期表接口的工作原理 　　 同期表接口裝置接收主機(jī)運(yùn)算發(fā)電機(jī)模型后，將發(fā)電機(jī)的電壓、頻率、相位與電網(wǎng)數(shù)據(jù)比較，將其差值轉(zhuǎn)化為表針的正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速。同時(shí)還將表針的位置向主機(jī)報(bào)告，以判斷合閘是否正確。一旦合閘操作成功，將表針鎖定在12點(diǎn)，并返回3點(diǎn)的位置鎖定?？捎脕碇甘颈慌嘤?xùn)人員進(jìn)行發(fā)電機(jī)并網(wǎng)操作的同期情況。 　　 同期的表針由兩相步進(jìn)馬達(dá)帶動(dòng)。步進(jìn)馬達(dá)A、B兩相繞組按A—B—（－A）—（－B）—A…的順序通以脈沖，即可正轉(zhuǎn)；反之反轉(zhuǎn)?？刂破涿}沖即可控制表針轉(zhuǎn)速。為了將表針鎖定在3點(diǎn)位置，由光電器件檢測馬達(dá)軸后端的位置。 　　 步進(jìn)馬達(dá)的線圈由Q3Q4（NPN）、Q10Q9（NPN）和Q5Q6（NPN）、Q8Q7（NPN）組成的兩個(gè)雙向交叉開關(guān)電路來控制。開關(guān)電路交替導(dǎo)通。其導(dǎo)通由雙D觸發(fā)器和兩個(gè)D／A轉(zhuǎn)換輸出的電壓來控制。 　　 雙D觸發(fā)器的狀態(tài)由EPROM讀出數(shù)據(jù)的高位來控制。D／A轉(zhuǎn)換器的輸入由EPROM讀出的低7位實(shí)現(xiàn)。只要控制EPROM的讀出數(shù)據(jù)就可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)雙D觸發(fā)器和D／A轉(zhuǎn)換電壓波形，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。EPROM的讀出地址由計(jì)數(shù)器來提供。只要控制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)速度，就可控制EPROM的讀出速度，從而實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。 　　 計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖由V／F轉(zhuǎn)換控制，V／F的控制電壓由DAC1232給出。DAC1232的數(shù)據(jù)是由8749單片機(jī)運(yùn)算而來。另外還通過8749單片機(jī)的輸出電位控制，實(shí)現(xiàn)對計(jì)數(shù)器、V／F轉(zhuǎn)換的“清零”、“停止”等狀態(tài)進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)“鎖定”。 　　 表針鎖定在3點(diǎn)位置，是由光電耦合器件檢測，由8749的T0口中斷來接收的。 　　 8749的T1口用于對V／F轉(zhuǎn)換脈沖的計(jì)數(shù)，從而得知同期表的位置，以實(shí)現(xiàn)同期的判斷。 　　 另外一片單片機(jī)8748，承擔(dān)與主機(jī)的通訊，采用8251實(shí)現(xiàn)串行通訊。8748與8749之間并行通訊，以傳輸主機(jī)送來的轉(zhuǎn)速、方向、鎖定等數(shù)據(jù)，同時(shí)轉(zhuǎn)達(dá)表針位置數(shù)據(jù)向主機(jī)計(jì)算機(jī)報(bào)告同期位置。