淺析變電所電力信號裝置的改進

李柱峰

摘要：我院的變電所事故、故障報警信號系統歷史久遠、簡單，故須改進。硬件以8031為核心、配以鍵盤數碼顯示、語音電路、信號輸入電路、打印驅動和電源等，軟件程序采用模塊結構，便于調試。本文詳細論述了電力信號裝置的改進方法。

關鍵詞：電力信號裝置;8031;EPROM存貯器;T6668語音合成器模塊結構;改進

引言：目前，很多發電廠、變電站事故、故障報警信號系統通常是由燈光信號和音響信號二部分組成，發生事故或故障時，發出音響信號（電笛或警鈴），并使相應光字牌發光，特別是我院的該系統使用歷史 久遠，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，或將光字牌作得較小，發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容就很難看清楚，這無疑會影響事故的及時處理。

（2）當同時有一個以上信號發生時，相應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。最初引發事故的原因和各信號動作的順序只能靠分析得出，當情況復雜時，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。信號發生的起始時刻由運行人員看表記錄，由于不同讀取時間、手表的準確度不同，致使同一事故幾個人記的時間均不同。隨著電網容量增加和技術的發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的智能型報警裝置。

1、硬件設計

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

8031系統采用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據存貯器，其余EPROM作語音數據貯存器。按鍵共有4只，完成人對機的輸入及控制工作，擔任選擇、校正、重放、打印及復歸等功能。

信號輸入回路

用10片并入串出8移位寄存74LS165擴展輸入口，8031CPU只用3根2/0口線就能擴展80路輸入口，僅采用3個光隔就能將輸入回路隔離，對于信號數量大的電廠，增加了74LS164芯片就能擴展輸入口，每增加1片增加8個輸入口，但增加芯片太多，將增加轉換時間。目前，電力系統供電器動作時間最快的不小于3ms，而以10片74LS165計，并一串轉換時間約為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 顯信號，經電阻分壓變為5V信號，電路輸入阻抗高達1Mη，并聯接于各信號繼電器上，不必改動原回路，不增加控接點，也不影響原信號系統正常運行，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數碼管接口。74LS164有足夠的驅動能力，可直接驅動數碼管，駁斥數據狀態，74LS164有足夠的驅動能力，可直接驅動數碼管，保持數據狀態，且以靜態方式顯示，CPU每秒鐘只需刷新一次顯示內容，節省其有效時間，以實現對輸入信號進行快速掃描與處理。在語音播出過程中，CPU聯系向T6668輸送數字語音信號，采用靜態顯示，能有效地防止動態顯示帶來雜音，又能保證顯示穩定。

1.3語音回路

語音回路采用T6668語音合成器，與CPU配合實現語音再現。T6668語音合成器是一種廉價的語音處理芯片，與早期引進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驅動接口功能，外圍電路簡單，性能價格比優越，音質較好等優點，其中最重要的優點是易于靈活設計，擴大語音電路的使用面，有利于開發和應用。

目前國內對語音處理器的應用很多是以手動方式分段運行，或CPU方式下標記索引模式運行，隨錄隨放為主，還處于一種初級運用階段，其T6668性能還遠遠沒有發揮出來，T6668屬于自適應增益8調整（ADM）方式的單芯片語音錄制與再生的專用集成器件，存取語音數字信號的存儲器采用DRAM內載刷新電路，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。

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”鍵來修改數值，改完后再按一次“選擇”鍵，即恢復正常時鐘功能。

“重放”鍵可以重新調出報警的內容及動作順序、發生時刻及各故障之間的時間間隔，可以多次重復調出。

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

“復歸”鍵可以復歸CPU，并清除保存的原報警內容。

報警器動作后，設備以語音或漢字打印方式進行報警（首次報警方式由連片設置），然后數碼管能以閃爍形式提示運行人員，該報警器被觸發過，且存有報警內容供再次調用，再次調用可任選打印或語音方式。

如需將信號遠傳，可設置串行通信口。

由于硬件簡單，全部硬件僅裝于一只700㎜×150㎜×250㎜標準槽形表機箱，以便安裝。

2.軟件設計

主程序框程序采用模塊結構，便于調試。程序主要有顯示程序，信號掃描子程序，信號處理子程序，發音子程序，鍵盤處理子程序組成。8031內定時鐘T1以中斷方式進行時鐘計時，其余顯示時鐘、鍵盤等功能與普通單片機相似。程序中設置有多個標志經作為軟件開關，分別控制運算、報警類別、排序、選片、數碼閃光等不同狀態。充分利用8031的位處理功能，控制簡捷，占用RAM少。

當發生報警時，程序記錄報警時刻，將掃描到的信號按發生的先后排序，記錄各信號的時間間隔，并進行詞匯編碼組合，成為一條條報警內容，然后順序從EPROM中讀出語音數據，由運行變為串行信號，按一定比特率輸入T6668，利用8031的這一轉換，完成了T6668配用EPROM存儲器的技術問題，使得配接不揮發的語音數據庫成為可能。

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備名稱、編號、故障內容等公用的詞較多，由較少的詞就可以組合成較多內容，比用句子的單位存儲更節省存儲單元。

3.結束語

利用8031CPV與T6668接口，以最小的硬件實現T6668與EPROM連接，實現了固體放音，擴大了語音信息量，從而擴大了使用范圍。同時，利用8031的豐富指令及功能強、設計靈活方便等優點，又可以設計出其他多種功能的程序和應用系統，以廣泛地用于電力系統，如除了本例在信號系統的應用外，還可用于各種測量、儀器儀表讀數、專家診斷系統、防誤操作等場合。本設備現場實際應用表明，各項性能指標均達到設計要求。

參考文獻：

[1]電業安全工作規程（發電廠和變電所電氣部分） ?吉林省勞動廳 1996年7月

[2]吳寧、閆相國《自主式可視化電氣工作票系統》 ?電工技術雜志 ?2002年5期

[3] 李長明，等主編，《醫院后勤管理》，北京醫大，協和醫大聯合出版[1999]

作者簡介：

李柱蜂，男，生于1970年，現聘任延邊大學附屬醫院供電管理處高級工程師，參加過多次事故處理;機組設備技術改造等，主要從事電力工程管理研究。

（作者單位：延邊大學附屬醫院供電管理處）