淺析變電所電力信號裝置的改進(jìn)

李柱峰

摘要：我院的變電所事故、故障報警信號系統(tǒng)歷史久遠(yuǎn)、簡單，故須改進(jìn)。硬件以8031為核心、配以鍵盤數(shù)碼顯示、語音電路、信號輸入電路、打印驅(qū)動和電源等，軟件程序采用模塊結(jié)構(gòu)，便于調(diào)試。本文詳細(xì)論述了電力信號裝置的改進(jìn)方法。

關(guān)鍵詞：電力信號裝置;8031;EPROM存貯器;T6668語音合成器模塊結(jié)構(gòu);改進(jìn)

引言：目前，很多發(fā)電廠、變電站事故、故障報警信號系統(tǒng)通常是由燈光信號和音響信號二部分組成，發(fā)生事故或故障時，發(fā)出音響信號（電笛或警鈴），并使相應(yīng)光字牌發(fā)光，特別是我院的該系統(tǒng)使用歷史 久遠(yuǎn)，可靠簡單，使用中有以下不足：

（1）對于信號量大的變電站，尤其是集中了各種事故、故障信號的控制室。為了使其模擬屏上布置不太擁擠，有時只得采用多層邊光顯示，或?qū)⒐庾峙谱鞯幂^小，發(fā)生事故時不便馬上觀察識別，尤其是多層邊光顯示，第三層以后的信號內(nèi)容就很難看清楚，這無疑會影響事故的及時處理。

（2）當(dāng)同時有一個以上信號發(fā)生時，相應(yīng)的各光字牌幾乎同時顯示，僅靠觀察是無法分辨出先后次序的。最初引發(fā)事故的原因和各信號動作的順序只能靠分析得出，當(dāng)情況復(fù)雜時，分析更不容易。

（3）各信號之間的時間間隔值無法得到，不利于事故和故障的分析。信號發(fā)生的起始時刻由運(yùn)行人員看表記錄，由于不同讀取時間、手表的準(zhǔn)確度不同，致使同一事故幾個人記的時間均不同。隨著電網(wǎng)容量增加和技術(shù)的發(fā)展以及電站推行無人值班或少人值守的要求，本文介紹一種比以往使用的響鈴或光字牌報警更先進(jìn)的智能型報警裝置。

1、硬件設(shè)計

該裝置硬件以8031為核心，配以鍵盤、數(shù)碼顯示、語音電路、信號輸入電路、打印驅(qū)動和電源等組成。在滿足速度要求的前提下，CPU與輸入、顯示、語音轉(zhuǎn)換、打印等回路均采用串行方式聯(lián)絡(luò)，很大程度地節(jié)省了硬件資源。

8031系統(tǒng)采用12MHZ的晶振，配4片27512（或2片27010）的EPROM存貯器，第1片EPROM兼做外部程序存貯器和語音數(shù)據(jù)存貯器，其余EPROM作語音數(shù)據(jù)貯存器。按鍵共有4只，完成人對機(jī)的輸入及控制工作，擔(dān)任選擇、校正、重放、打印及復(fù)歸等功能。

信號輸入回路

用10片并入串出8移位寄存74LS165擴(kuò)展輸入口，8031CPU只用3根2/0口線就能擴(kuò)展80路輸入口，僅采用3個光隔就能將輸入回路隔離，對于信號數(shù)量大的電廠，增加了74LS164芯片就能擴(kuò)展輸入口，每增加1片增加8個輸入口，但增加芯片太多，將增加轉(zhuǎn)換時間。目前，電力系統(tǒng)供電器動作時間最快的不小于3ms，而以10片74LS165計，并一串轉(zhuǎn)換時間約為400μs，信號分辨率完全能夠滿足要求。多路信號輸入回路由分壓電阻組成，直接取220V的直流開關(guān) 顯信號，經(jīng)電阻分壓變?yōu)?V信號，電路輸入阻抗高達(dá)1Mη，并聯(lián)接于各信號繼電器上，不必改動原回路，不增加控接點(diǎn)，也不影響原信號系統(tǒng)正常運(yùn)行，各類型電廠、變電站都適用。

1.2顯示

采用6片串入并出8位移位寄存器74LS164作為LED的顯示接口芯片8031CPU只用3根I/0口線就能對6只LED數(shù)碼管接口。74LS164有足夠的驅(qū)動能力，可直接驅(qū)動數(shù)碼管，駁斥數(shù)據(jù)狀態(tài)，74LS164有足夠的驅(qū)動能力，可直接驅(qū)動數(shù)碼管，保持?jǐn)?shù)據(jù)狀態(tài)，且以靜態(tài)方式顯示，CPU每秒鐘只需刷新一次顯示內(nèi)容，節(jié)省其有效時間，以實(shí)現(xiàn)對輸入信號進(jìn)行快速掃描與處理。在語音播出過程中，CPU聯(lián)系向T6668輸送數(shù)字語音信號，采用靜態(tài)顯示，能有效地防止動態(tài)顯示帶來雜音，又能保證顯示穩(wěn)定。

1.3語音回路

語音回路采用T6668語音合成器，與CPU配合實(shí)現(xiàn)語音再現(xiàn)。T6668語音合成器是一種廉價的語音處理芯片，與早期引進(jìn)的語音處理芯片相比，它具有外接存儲器容量大，有完善的手動控制邏輯和CPU驅(qū)動接口功能，外圍電路簡單，性能價格比優(yōu)越，音質(zhì)較好等優(yōu)點(diǎn)，其中最重要的優(yōu)點(diǎn)是易于靈活設(shè)計，擴(kuò)大語音電路的使用面，有利于開發(fā)和應(yīng)用。

目前國內(nèi)對語音處理器的應(yīng)用很多是以手動方式分段運(yùn)行，或CPU方式下標(biāo)記索引模式運(yùn)行，隨錄隨放為主，還處于一種初級運(yùn)用階段，其T6668性能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有發(fā)揮出來，T6668屬于自適應(yīng)增益8調(diào)整（ADM）方式的單芯片語音錄制與再生的專用集成器件，存取語音數(shù)字信號的存儲器采用DRAM內(nèi)載刷新電路，可直接控制4片64K或256K位DRAM，4種比特率供選擇使用：32、16、11、8kbit/s，內(nèi)載高性能錄音話筒放大器以及音頻帶通濾波器，其外圍只需增加由話筒、放大器、揚(yáng)聲器組成的音頻電路，即可形成一個具有錄音與聲音再生功能的簡單語音處理系統(tǒng)。

1.4鍵功能

利用“選擇”和“校正”鍵配合可以修正時鐘。光由“選擇”鍵，選中某一要改的時、分、秒位，然后再用“校正”鍵來修改數(shù)值，改完后再按一次“選擇”鍵，即恢復(fù)正常時鐘功能。

“重放”鍵可以重新調(diào)出報警的內(nèi)容及動作順序、發(fā)生時刻及各故障之間的時間間隔，可以多次重復(fù)調(diào)出。

“打印”鍵可以啟動打印機(jī)，以漢字方式打印出報警內(nèi)容及動作順序，發(fā)生時刻及各故障之間的時間間隔，可以多次重復(fù)打印。

“復(fù)歸”鍵可以復(fù)歸CPU，并清除保存的原報警內(nèi)容。

報警器動作后，設(shè)備以語音或漢字打印方式進(jìn)行報警（首次報警方式由連片設(shè)置），然后數(shù)碼管能以閃爍形式提示運(yùn)行人員，該報警器被觸發(fā)過，且存有報警內(nèi)容供再次調(diào)用，再次調(diào)用可任選打印或語音方式。

如需將信號遠(yuǎn)傳，可設(shè)置串行通信口。

由于硬件簡單，全部硬件僅裝于一只700㎜×150㎜×250㎜標(biāo)準(zhǔn)槽形表機(jī)箱，以便安裝。

2.軟件設(shè)計

主程序框程序采用模塊結(jié)構(gòu)，便于調(diào)試。程序主要有顯示程序，信號掃描子程序，信號處理子程序，發(fā)音子程序，鍵盤處理子程序組成。8031內(nèi)定時鐘T1以中斷方式進(jìn)行時鐘計時，其余顯示時鐘、鍵盤等功能與普通單片機(jī)相似。程序中設(shè)置有多個標(biāo)志經(jīng)作為軟件開關(guān)，分別控制運(yùn)算、報警類別、排序、選片、數(shù)碼閃光等不同狀態(tài)。充分利用8031的位處理功能，控制簡捷，占用RAM少。

當(dāng)發(fā)生報警時，程序記錄報警時刻，將掃描到的信號按發(fā)生的先后排序，記錄各信號的時間間隔，并進(jìn)行詞匯編碼組合，成為一條條報警內(nèi)容，然后順序從EPROM中讀出語音數(shù)據(jù)，由運(yùn)行變?yōu)榇行盘?，按一定比特率輸入T6668，利用8031的這一轉(zhuǎn)換，完成了T6668配用EPROM存儲器的技術(shù)問題，使得配接不揮發(fā)的語音數(shù)據(jù)庫成為可能。

T6668工作于CPU控制方式直接模式，比特率定為32kbit/s時，可以提高放音質(zhì)量。語音信號以單詞形式存入EPROM，由于一般的變電站和電廠的設(shè)備名稱、編號、故障內(nèi)容等公用的詞較多，由較少的詞就可以組合成較多內(nèi)容，比用句子的單位存儲更節(jié)省存儲單元。

3.結(jié)束語

利用8031CPV與T6668接口，以最小的硬件實(shí)現(xiàn)T6668與EPROM連接，實(shí)現(xiàn)了固體放音，擴(kuò)大了語音信息量，從而擴(kuò)大了使用范圍。同時，利用8031的豐富指令及功能強(qiáng)、設(shè)計靈活方便等優(yōu)點(diǎn)，又可以設(shè)計出其他多種功能的程序和應(yīng)用系統(tǒng)，以廣泛地用于電力系統(tǒng)，如除了本例在信號系統(tǒng)的應(yīng)用外，還可用于各種測量、儀器儀表讀數(shù)、專家診斷系統(tǒng)、防誤操作等場合。本設(shè)備現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用表明，各項性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 李長明，等主編，《醫(yī)院后勤管理》，北京醫(yī)大，協(xié)和醫(yī)大聯(lián)合出版[1999]

作者簡介：

李柱蜂，男，生于1970年，現(xiàn)聘任延邊大學(xué)附屬醫(yī)院供電管理處高級工程師，參加過多次事故處理;機(jī)組設(shè)備技術(shù)改造等，主要從事電力工程管理研究。

（作者單位：延邊大學(xué)附屬醫(yī)院供電管理處）