江西电力职业技术学院学报
JIANGXI DIANLI ZHIYE JISHU XUEYUAN XUEBAO
2003年 第16卷 第2期

0　前言
　　大型发电厂计算机全仿真设备，需要把盘台仪表、控制开关及环境设备与仿真计算机通过接口联接，仿真计算机将模型计算得到的数据通过接口显示在盘台仪表上；盘台上的各种操作也通过接口变换成仿真计算机的数据，以便进行模型计算。
1 常用接口的类型
    （1）数值量输入（DI）：也叫开关量输入，将盘台上两位式的操作反映给计算机。
    （2）数值量输出（DO）：也叫开关量输出，计算机将模型中的报警信息、状态信息等送到接口，驱动盘台上的信号灯、指示灯；触发音响；启动环境设备（如启动灯光仿真器）等。
    （3）模拟量输出（AO）：计算机计算模型后，将过程参数的值送到接口，转化为统一的信号电压（或电流）驱动指示表。
    一般情况下，上述接口可满足绝大部分盘面仪表与计算机交互的需要，在某些特定场合也需要一些模拟量输入（AI）接口，例如：用户选择控制仪表的实物构成控制系统，这样就需要将其调节电流或电压信号通过模拟量输入（AI）接口转化为数字量送给计算机。
2 STAR-90 I/O接口子系统
    STAR-90 I/O接口子系统是控制盘面与计算机系统之间进行信息交换的界面。它可将控制盘面上的操作信号转化为计算机可接受的信息；计算机将模型的运算信息送到接口再转化为盘仪表指示或信号灯亮暗。
　　STAR－90　I／O接口模板可分割安装在盘台内侧，根据仿真机的信息量多少，可灵活配置一定数量的I／O模板，分布在若干盘区内。
　　计算机通过RS－232电缆和25芯标准插座与接口板相连，使整个仿真机系统连接简练，信息传输可靠。
　　接口模板分为开关输入（DI），开关输出（DO），模拟量输出（AO）；对于同期表还有其专用接口板。
3　STAR－90 I／O接口子系统的特点
　　（1）分散化处理。每块接口板都是一个微处理机，可以快速处理计算机与接口板之间的信息交换。
　　（2）高密度I／O安装。每块接口板可进行128个I／O处理。
　　（3）智能化处理。可将计算机信息解释为命令和数据，并可根据命令和数据对盘台信息进行相应处理，可实现加入噪音、阻尼、控制信号灯闪光等功能。
    （4）I／O接口板采用24VDC统一电源。
　　（5）I／O接口板与盘台的信号联系采用40芯扁平电缆，并且使用高密度的微型端子板。
4　各种接口的工作原理
    （1）DI接口的工作原理
　　DI接口把盘台上的开关操作转化为接口板上微处理器能够接收的信号，再由微处理器启动通讯接口将该点动作报告给仿真计算机。
　　128点开关量分为8组，每组16点，由一片扩展接口8243接收其信号。每片8243接收16点DI来检测DI的状态变化。
　　为了从8片8243中读取128点DI，在DI板上设有8748单片机。单片机用4条I／O线输出4位选片信号，经74LS译码器译出10个选通信号，用其中8条信号线分别选中8片8243中的一个。然后用8243的指令将8243的16个DI信号状态分四组读入。再由程序判断其对应的DI点是否有状态变化。单片机依次选通8片8243逐一将128点DI状态读入，并且判断其状态。每当单片机巡回扫描一个周期后，再用10条选通信号线中的一条点亮一个LED（发光二极管），从而通过该LED的闪动情况，即可监视DI板工作是否正常。单片机每扫描一个周期大约20ms左右。
　　单片机将DI状态读入后，经程序判断其状态，若发生变化，则选通8251串行通讯接口。将DI板的板地址和点号报告给主机。这是两个字节的信息，每个字节8位，表示如下：
    第一字节　0000　YYYY
    第二字节　1XXX　XXXX
    其中YYYY表示DI板地址0～15；　　
　　1XXX　XXXX表示DI点0～127。
　　为了符合RS－232串行接口电气技术条件，采用MC1488，MC1489将8251的TTL电平转化为RS－232电平。
　　8748的工作驱动脉冲由晶体和74LS00组成的振荡器供给。该脉冲经74LS393分频后供8251发送接收的同步脉冲。
　　电源由L296开关稳压器将24伏直流调制为正负5伏和正负12伏片上用电源。
    （2）DO接口的工作原理
　　DO接口接收主机运算模型的各种运行状态数据，并将这些数据转化为对应开关电路的通断，可以驱动盘台上指示灯、信号灯或驱动继电器动作。
　　每块DO接口有128点驱动能力。128点DO分为8组，每组16点，由一片8243驱动。每片8243驱动两片ULN2803，以实现每组16点DO的负载能力。
　　DO采用8748单片机控制一片8251串行通讯接口接收主机送来的128点DO状态信号和命令。8748中的控制程序将128点DO状态和命令转化为对8片8243的控制信号，转化为对应DO点的驱动，以驱动盘台上的信号灯、指示灯或继电器等两位或状态信号。
    主计算机向DO板输出协议如下：

　　在如上协议中，第一正式字节是命令码和板地址。其中

　　DO板除了输出驱动采用ULN2803芯片外，其他电路与DI板一样。
    （3）AO接口的工作原理
　　AO接口板利用8251、MC1488、MC1489构成的通信口接收主计算机送来的128点模拟量输出数据。在单片计算机控制下，将128点数据存于8155的缓冲存储器中。为将数据转化为模拟量输出，AO板采用DAC811口芯片将12位二进制数据转化为0～5V电压输出。单板机将128组数据逐个送到DAC811，并同步地将8片16路模拟开关电路（共128路）逐个触通，即可将DAC811的输出电压寄存到对应的电容上。该电压再经高输入阻抗运算放大器放大，即可输出负载能力最大1mA的对应电压。放大器由32片LF444（每片4路放大器），对应128个寄存电容，即可形成128路模拟电压输出。单片机以40ms的周期扫描刷新电容电压。这样就可维持各路模拟电压的输出值。
　　为了向输出电压加入噪声，在电路板上有伪随机码发生器，经两级阻容网络检出高、低两种不同的频率电压，由两个光电模拟开关叠加到DAC811输出上。噪声电压可通过电位器调正。不同频率和幅度的电压，可通过触发光电模拟开关得到。
    主机向AO接口的通讯协议如下：

　　  ：
    ETX；ASCⅡ（03）　　
　　在数据字节中，包括了四位命令码，十二位数据，命令码的意义是：
  XX．．　当XX＝00无阻尼，XX＝01，0．5秒的阻尼，
        　　XX＝10，5秒的阻尼
  ．．XX　当XX＝00无噪声，XX＝01，频率1，幅度1；
            XX＝10，频率2，幅度1；XX＝11，频率2，
        　　幅度2
　　上述协议由单片机的程序解释输出，即可输出一定要求D／A转换电压，以驱动盘台上指示仪表。
    （4）同期表接口的工作原理
　　同期表接口装置接收主机运算发电机模型后，将发电机的电压、频率、相位与电网数据比较，将其差值转化为表针的正反转和转速。同时还将表针的位置向主机报告，以判断合闸是否正确。一旦合闸操作成功，将表针锁定在12点，并返回3点的位置锁定。可用来指示被培训人员进行发电机并网操作的同期情况。
　　同期的表针由两相步进马达带动。步进马达A、B两相绕组按A—B—（－A）—（－B）—A…的顺序通以脉冲，即可正转；反之反转。控制其脉冲即可控制表针转速。为了将表针锁定在3点位置，由光电器件检测马达轴后端的位置。
　　步进马达的线圈由Q3Q4（NPN）、Q10Q9（NPN）和Q5Q6（NPN）、Q8Q7（NPN）组成的两个双向交叉开关电路来控制。开关电路交替导通。其导通由双D触发器和两个D／A转换输出的电压来控制。
　　双D触发器的状态由EPROM读出数据的高位来控制。D／A转换器的输入由EPROM读出的低7位实现。只要控制EPROM的读出数据就可实现驱动双D触发器和D／A转换电压波形，实现步进电机的正转、反转。EPROM的读出地址由计数器来提供。只要控制计数器的计数速度，就可控制EPROM的读出速度，从而实现对步进电机的转速控制。
　　计数器的计数脉冲由V／F转换控制，V／F的控制电压由DAC1232给出。DAC1232的数据是由8749单片机运算而来。另外还通过8749单片机的输出电位控制，实现对计数器、V／F转换的“清零”、“停止”等状态进行控制，从而实现步进电机“锁定”。
　　表针锁定在3点位置，是由光电耦合器件检测，由8749的T0口中断来接收的。
　　8749的T1口用于对V／F转换脉冲的计数，从而得知同期表的位置，以实现同期的判断。
　　另外一片单片机8748，承担与主机的通讯，采用8251实现串行通讯。8748与8749之间并行通讯，以传输主机送来的转速、方向、锁定等数据，同时转达表针位置数据向主机计算机报告同期位置。

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