浅析变电所电力信号装置的改进

摘要：我院的变电所事故、故障报警信号系统历史久远、简单，故须改进。硬件以8031为核心、配以键盘数码显示、语音电路、信号输入电路、打印驱动和电源等，软件程序采用模块结构，便于调试。本文详细论述了电力信号装置的改进方法。

关键词：电力信号装置;8031;EPROM存贮器;T6668语音合成器模块结构;改进

引言：目前，很多发电厂、变电站事故、故障报警信号系统通常是由灯光信号和音响信号二部分组成，发生事故或故障时，发出音响信号（电笛或警铃），并使相应光字牌发光，特别是我院的该系统使用历史 久远，可靠简单，使用中有以下不足：

（1）对于信号量大的变电站，尤其是集中了各种事故、故障信号的控制室。为了使其模拟屏上布置不太拥挤，有时只得采用多层边光显示，或将光字牌作得较小，发生事故时不便马上观察识别，尤其是多层边光显示，第三层以后的信号内容就很难看清楚，这无疑会影响事故的及时处理。

（2）当同时有一个以上信号发生时，相应的各光字牌几乎同时显示，仅靠观察是无法分辨出先后次序的。最初引发事故的原因和各信号动作的顺序只能靠分析得出，当情况复杂时，分析更不容易。

（3）各信号之间的时间间隔值无法得到，不利于事故和故障的分析。信號发生的起始时刻由运行人员看表记录，由于不同读取时间、手表的准确度不同，致使同一事故几个人记的时间均不同。随着电网容量增加和技术的发展以及电站推行无人值班或少人值守的要求，本文介绍一种比以往使用的响铃或光字牌报警更先进的智能型报警装置。

1、硬件设计

该装置硬件以8031为核心，配以键盘、数码显示、语音电路、信号输入电路、打印驱动和电源等组成。在满足速度要求的前提下，CPU与输入、显示、语音转换、打印等回路均采用串行方式联络，很大程度地节省了硬件资源。

8031系统采用12MHZ的晶振，配4片27512（或2片27010）的EPROM存贮器，第1片EPROM兼做外部程序存贮器和语音数据存贮器，其余EPROM作语音数据贮存器。按键共有4只，完成人对机的输入及控制工作，担任选择、校正、重放、打印及复归等功能。

信号输入回路

用10片并入串出8移位寄存74LS165扩展输入口，8031CPU只用3根2/0口线就能扩展80路输入口，仅采用3个光隔就能将输入回路隔离，对于信号数量大的电厂，增加了74LS164芯片就能扩展输入口，每增加1片增加8个输入口，但增加芯片太多，将增加转换时间。目前，电力系统供电器动作时间最快的不小于3ms，而以10片74LS165计，并一串转换时间约为400µs，信号分辨率完全能够满足要求。多路信号输入回路由分压电阻组成，直接取220V的直流开关 显信号，经电阻分压变为5V信号，电路输入阻抗高达1Mη，并联接于各信号继电器上，不必改动原回路，不增加控接点，也不影响原信号系统正常运行，各类型电厂、变电站都适用。

1.2显示

采用6片串入并出8位移位寄存器74LS164作为LED的显示接口芯片8031CPU只用3根I/0口线就能对6只LED数码管接口。74LS164有足够的驱动能力，可直接驱动数码管，驳斥数据状态，74LS164有足够的驱动能力，可直接驱动数码管，保持数据状态，且以静态方式显示，CPU每秒钟只需刷新一次显示内容，节省其有效时间，以实现对输入信号进行快速扫描与处理。在语音播出过程中，CPU联系向T6668输送数字语音信号，采用静态显示，能有效地防止动态显示带来杂音，又能保证显示稳定。

1.3语音回路

语音回路采用T6668语音合成器，与CPU配合实现语音再现。T6668语音合成器是一种廉价的语音处理芯片，与早期引进的语音处理芯片相比，它具有外接存储器容量大，有完善的手动控制逻辑和CPU驱动接口功能，外围电路简单，性能价格比优越，音质较好等优点，其中最重要的优点是易于灵活设计，扩大语音电路的使用面，有利于开发和应用。

目前国内对语音处理器的应用很多是以手动方式分段运行，或CPU方式下标记索引模式运行，随录随放为主，还处于一种初级运用阶段，其T6668性能还远远没有发挥出来，T6668属于自适应增益8调整（ADM）方式的单芯片语音录制与再生的专用集成器件，存取语音数字信号的存储器采用DRAM内载刷新电路，可直接控制4片64K或256K位DRAM，4种比特率供选择使用：32、16、11、8kbit/s，内载高性能录音话筒放大器以及音频带通滤波器，其外围只需增加由话筒、放大器、扬声器组成的音频电路，即可形成一个具有录音与声音再生功能的简单语音处理系统。

1.4键功能

利用“选择”和“校正”键配合可以修正时钟。光由“选择”键，选中某一要改的时、分、秒位，然后再用“校正”键来修改数值，改完后再按一次“选择”键，即恢复正常时钟功能。

“重放”键可以重新调出报警的内容及动作顺序、发生时刻及各故障之间的时间间隔，可以多次重复调出。

“打印”键可以启动打印机，以汉字方式打印出报警内容及动作顺序，发生时刻及各故障之间的时间间隔，可以多次重复打印。

“复归”键可以复归CPU，并清除保存的原报警内容。

报警器动作后，设备以语音或汉字打印方式进行报警（首次报警方式由连片设置），然后数码管能以闪烁形式提示运行人员，该报警器被触发过，且存有报警内容供再次调用，再次调用可任选打印或语音方式。

如需将信号远传，可设置串行通信口。

由于硬件简单，全部硬件仅装于一只700㎜×150㎜×250㎜标准槽形表机箱，以便安装。

2.软件设计

主程序框程序采用模块结构，便于调试。程序主要有显示程序，信号扫描子程序，信号处理子程序，发音子程序，键盘处理子程序组成。8031内定时钟T1以中断方式进行时钟计时，其余显示时钟、键盘等功能与普通单片机相似。程序中设置有多个标志经作为软件开关，分别控制运算、报警类别、排序、选片、数码闪光等不同状态。充分利用8031的位处理功能，控制简捷，占用RAM少。

当发生报警时，程序记录报警时刻，将扫描到的信号按发生的先后排序，记录各信号的时间间隔，并进行词汇编码组合，成为一条条报警内容，然后顺序从EPROM中读出语音数据，由运行变为串行信号，按一定比特率输入T6668，利用8031的这一转换，完成了T6668配用EPROM存储器的技术问题，使得配接不挥发的语音数据库成为可能。

T6668工作于CPU控制方式直接模式，比特率定为32kbit/s时，可以提高放音质量。语音信号以单词形式存入EPROM，由于一般的变电站和电厂的设备名称、编号、故障内容等公用的词较多，由较少的词就可以组合成较多内容，比用句子的单位存储更节省存储单元。

3.结束语

利用8031CPV与T6668接口，以最小的硬件实现T6668与EPROM连接，实现了固体放音，扩大了语音信息量，从而扩大了使用范围。同时，利用8031的丰富指令及功能强、设计灵活方便等优点，又可以设计出其他多种功能的程序和应用系统，以广泛地用于电力系统，如除了本例在信号系统的应用外，还可用于各种测量、仪器仪表读数、专家诊断系统、防误操作等场合。本设备现场实际应用表明，各项性能指标均达到设计要求。

参考文献：

[1]电业安全工作规程（发电厂和变电所电气部分）  吉林省劳动厅 1996年7月

[2]吴宁、闫相国《自主式可视化电气工作票系统》  电工技术杂志  2002年5期

[3] 李长明，等主编，《医院后勤管理》，北京医大，协和医大联合出版[1999]

作者简介：

李柱蜂，男，生于1970年，现聘任延边大学附属医院供电管理处高级工程师，参加过多次事故处理;机组设备技术改造等，主要从事电力工程管理研究。

（作者单位：延边大学附属医院供电管理处）