摘要：介紹了江西省首臺300MW火力發(fā)電機組仿真機接口設(shè)備的工作原理及實現(xiàn)。 關(guān)鍵詞：仿真機 接口技術(shù) 原理 實現(xiàn) 0　前言 大型發(fā)電廠計算機全仿真設(shè)備，需要把盤臺儀表、控制開關(guān)及環(huán)境設(shè)備與仿真計算機通過接口聯(lián)接，仿真計算機將模型計算得到的數(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算機的數(shù)據(jù)，以便進行模型計算。 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算機。 （2）數(shù)值量輸出（DO）：也叫開關(guān)量輸出，計算機將模型中的報警信息、狀態(tài)信息等送到接口，驅(qū)動盤臺上的信號燈、指示燈；觸發(fā)音響；啟動環(huán)境設(shè)備（如啟動燈光仿真器）等。 （3）模擬量輸出（AO）：計算機計算模型后，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算機交互的需要，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)字量送給計算機。 2 STAR-90 I/O接口子系統(tǒng) STAR-90 I/O接口子系統(tǒng)是控制盤面與計算機系統(tǒng)之間進行信息交換的界面。它可將控制盤面上的操作信號轉(zhuǎn)化為計算機可接受的信息；計算機將模型的運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)。 　　 計算機通過RS－232電纜和25芯標準插座與接口板相連，使整個仿真機系統(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 　　 （1）分散化處理。每塊接口板都是一個微處理機，可以快速處理計算機與接口板之間的信息交換。 （2）高密度I／O安裝。每塊接口板可進行128個I／O處理。 　　 （3）智能化處理?？蓪⒂嬎銠C信息解釋為命令和數(shù)據(jù)，并可根據(jù)命令和數(shù)據(jù)對盤臺信息進行相應處理，可實現(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，再由微處理器啟動通訊接口將該點動作報告給仿真計算機。 　　 128點開關(guān)量分為8組，每組16點，由一片擴展接口8243接收其信號。每片8243接收16點DI來檢測DI的狀態(tài)變化。 　　 為了從8片8243中讀取128點DI，在DI板上設(shè)有8748單片機。單片機用4條I／O線輸出4位選片信號，經(jīng)74LS譯碼器譯出10個選通信號，用其中8條信號線分別選中8片8243中的一個。然后用8243的指令將8243的16個DI信號狀態(tài)分四組讀入。再由程序判斷其對應的DI點是否有狀態(tài)變化。單片機依次選通8片8243逐一將128點DI狀態(tài)讀入，并且判斷其狀態(tài)。每當單片機巡回掃描一個周期后，再用10條選通信號線中的一條點亮一個LED（發(fā)光二極管），從而通過該LED的閃動情況，即可監(jiān)視DI板工作是否正常。單片機每掃描一個周期大約20ms左右。 　　 單片機將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板的板地址和點號報告給主機。這是兩個字節(jié)的信息，每個字節(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5伏和正負12伏片上用電源。 （2）DO接口的工作原理 　　 DO接口接收主機運算模型的各種運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為對應開關(guān)電路的通斷，可以驅(qū)動盤臺上指示燈、信號燈或驅(qū)動繼電器動作。 　　 每塊DO接口有128點驅(qū)動能力。128點DO分為8組，每組16點，由一片8243驅(qū)動。每片8243驅(qū)動兩片ULN2803，以實現(xiàn)每組16點DO的負載能力。 　　 DO采用8748單片機控制一片8251串行通訊接口接收主機送來的128點DO狀態(tài)信號和命令。8748中的控制程序?qū)?28點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DO點的驅(qū)動，以驅(qū)動盤臺上的信號燈、指示燈或繼電器等兩位或狀態(tài)信號。 主計算機向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算機送來的128點模擬量輸出數(shù)據(jù)。在單片計算機控制下，將128點數(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位二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為0～5V電壓輸出。單板機將128組數(shù)據(jù)逐個送到DAC811，并同步地將8片16路模擬開關(guān)電路（共128路）逐個觸通，即可將DAC811的輸出電壓寄存到對應的電容上。該電壓再經(jīng)高輸入阻抗運算放大器放大，即可輸出負載能力最大1mA的對應電壓。放大器由32片LF444（每片4路放大器），對應128個寄存電容，即可形成128路模擬電壓輸出。單片機以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XX＝00無阻尼，XX＝01，0．5秒的阻尼， XX＝10，5秒的阻尼 ．．XX　當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運算發(fā)電機模型后，將發(fā)電機的電壓、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。同時還將表針的位置向主機報告，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，并返回3點的位置鎖定?？捎脕碇甘颈慌嘤柸藛T進行發(fā)電機并網(wǎng)操作的同期情況。 　　 同期的表針由兩相步進馬達帶動。步進馬達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點位置，由光電器件檢測馬達軸后端的位置。 　　 步進馬達的線圈由Q3Q4（NPN）、Q10Q9（NPN）和Q5Q6（NPN）、Q8Q7（NPN）組成的兩個雙向交叉開關(guān)電路來控制。開關(guān)電路交替導通。其導通由雙D觸發(fā)器和兩個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位實現(xiàn)。只要控制EPROM的讀出數(shù)據(jù)就可實現(xiàn)驅(qū)動雙D觸發(fā)器和D／A轉(zhuǎn)換電壓波形，實現(xiàn)步進電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。EPROM的讀出地址由計數(shù)器來提供。只要控制計數(shù)器的計數(shù)速度，就可控制EPROM的讀出速度，從而實現(xiàn)對步進電機的轉(zhuǎn)速控制。 　　 計數(shù)器的計數(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單片機運算而來。另外還通過8749單片機的輸出電位控制，實現(xiàn)對計數(shù)器、V／F轉(zhuǎn)換的“清零”、“停止”等狀態(tài)進行控制，從而實現(xiàn)步進電機“鎖定”。 　　 表針鎖定在3點位置，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)換脈沖的計數(shù)，從而得知同期表的位置，以實現(xiàn)同期的判斷。 　　 另外一片單片機8748，承擔與主機的通訊，采用8251實現(xiàn)串行通訊。8748與8749之間并行通訊，以傳輸主機送來的轉(zhuǎn)速、方向、鎖定等數(shù)據(jù)，同時轉(zhuǎn)達表針位置數(shù)據(jù)向主機計算機報告同期位置。