摘要：介紹了江西省首臺300MW火力發電機組仿真機接口設備的工作原理及實現。 關鍵詞：仿真機 接口技術 原理 實現 0　前言 大型發電廠計算機全仿真設備，需要把盤臺儀表、控制開關及環境設備與仿真計算機通過接口聯接，仿真計算機將模型計算得到的數據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據，以便進行模型計算。 1 常用接口的類型 （1）數值量輸入（DI）：也叫開關量輸入，將盤臺上兩位式的操作反映給計算機。 （2）數值量輸出（DO）：也叫開關量輸出，計算機將模型中的報警信息、狀態信息等送到接口，驅動盤臺上的信號燈、指示燈；觸發音響；啟動環境設備（如啟動燈光仿真器）等。 （3）模擬量輸出（AO）：計算機計算模型后，將過程參數的值送到接口，轉化為統一的信號電壓（或電流）驅動指示表。 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成控制系統，這樣就需要將其調節電流或電壓信號通過模擬量輸入（AI）接口轉化為數字量送給計算機。 2 STAR-90 I/O接口子系統 STAR-90 I/O接口子系統是控制盤面與計算機系統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側，根據仿真機的信息量多少，可靈活配置一定數量的I／O模板，分布在若干盤區內。 　　 計算機通過RS－232電纜和25芯標準插座與接口板相連，使整個仿真機系統連接簡練，信息傳輸可靠。 　　 接口模板分為開關輸入（DI），開關輸出（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。可將計算機信息解釋為命令和數據，并可根據命令和數據對盤臺信息進行相應處理，可實現加入噪音、阻尼、控制信號燈閃光等功能。 （4）I／O接口板采用24VDC統一電源。 　　 （5）I／O接口板與盤臺的信號聯系采用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操作轉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的狀態變化。 　　 為了從8片8243中讀取128點DI，在DI板上設有8748單片機。單片機用4條I／O線輸出4位選片信號，經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信號狀態分四組讀入。再由程序判斷其對應的DI點是否有狀態變化。單片機依次選通8片8243逐一將128點DI狀態讀入，并且判斷其狀態。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（發光二極管），從而通過該LED的閃動情況，即可監視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狀態讀入后，經程序判斷其狀態，若發生變化，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。這是兩個字節的信息，每個字節8位，表示如下： 第一字節　0000　YYYY 第二字節　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串行接口電氣技術條件，采用MC1488，MC1489將8251的TTL電平轉化為RS－232電平。 　　 8748的工作驅動脈沖由晶體和74LS00組成的振蕩器供給。該脈沖經74LS393分頻后供8251發送接收的同步脈沖。 　　 電源由L296開關穩壓器將24伏直流調制為正負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數據，并將這些數據轉化為對應開關電路的通斷，可以驅動盤臺上指示燈、信號燈或驅動繼電器動作。 　　 每塊DO接口有128點驅動能力。128點DO分為8組，每組16點，由一片8243驅動。每片8243驅動兩片ULN2803，以實現每組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狀態信號和命令。8748中的控制程序將128點DO狀態和命令轉化為對8片8243的控制信號，轉化為對應DO點的驅動，以驅動盤臺上的信號燈、指示燈或繼電器等兩位或狀態信號。 主計算機向DO板輸出協議如下： 在如上協議中，第一正式字節是命令碼和板地址。其中 DO板除了輸出驅動采用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構成的通信口接收主計算機送來的128點模擬量輸出數據。在單片計算機控制下，將128點數據存于8155的緩沖存儲器中。為將數據轉化為模擬量輸出，AO板采用DAC811口芯片將12位二進制數據轉化為0～5V電壓輸出。單板機將128組數據逐個送到DAC811，并同步地將8片16路模擬開關電路（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生器，經兩級阻容網絡檢出高、低兩種不同的頻率電壓，由兩個光電模擬開關疊加到DAC811輸出上。噪聲電壓可通過電位器調正。不同頻率和幅度的電壓，可通過觸發光電模擬開關得到。 主機向AO接口的通訊協議如下： ETX；ASCⅡ（03）　　 在數據字節中，包括了四位命令碼，十二位數據，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 　　 上述協議由單片機的程序解釋輸出，即可輸出一定要求D／A轉換電壓，以驅動盤臺上指示儀表。 （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電機模型后，將發電機的電壓、頻率、相位與電網數據比較，將其差值轉化為表針的正反轉和轉速。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。可用來指示被培訓人員進行發電機并網操作的同期情況。 　　 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；反之反轉。控制其脈沖即可控制表針轉速。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電路來控制。開關電路交替導通。其導通由雙D觸發器和兩個D／A轉換輸出的電壓來控制。 　　 雙D觸發器的狀態由EPROM讀出數據的高位來控制。D／A轉換器的輸入由EPROM讀出的低7位實現。只要控制EPROM的讀出數據就可實現驅動雙D觸發器和D／A轉換電壓波形，實現步進電機的正轉、反轉。EPROM的讀出地址由計數器來提供。只要控制計數器的計數速度，就可控制EPROM的讀出速度，從而實現對步進電機的轉速控制。 　　 計數器的計數脈沖由V／F轉換控制，V／F的控制電壓由DAC1232給出。DAC1232的數據是由8749單片機運算而來。另外還通過8749單片機的輸出電位控制，實現對計數器、V／F轉換的“清零”、“停止”等狀態進行控制，從而實現步進電機“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轉換脈沖的計數，從而得知同期表的位置，以實現同期的判斷。 　　 另外一片單片機8748，承擔與主機的通訊，采用8251實現串行通訊。8748與8749之間并行通訊，以傳輸主機送來的轉速、方向、鎖定等數據，同時轉達表針位置數據向主機計算機報告同期位置。