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关键字：发电机 励磁 松耦合 ＡＤＣ０８０９
摘要：介绍了用分布式技术设计的发电机励磁监控系统。系统中励磁调节器内的双微机采用松耦合并行通信方式进行数据交换，调节器中的励磁控制微机经由通信控制微机实现与上位ＰＣ机的通信。介绍了系统的构成、通信方案、通信协议及软件设计方法
发电机励磁系统是采集发电机电压和电流的变化及其它输入信号，并根据控制准则控制励磁功率单元输出励磁电流（供给发电机转子线圈）的系统。发电机励磁系统对于维持电力系统的电压水平、提高电力系统稳定运行的能力、改善电力系统及发电机的运行条件等起到重要的作用。微机励磁调节器是励磁系统的核心元件，除了完成控制功能外，还要实现人机交互、远方通信等功能。单微机难以实现所有功能，故采用双微机设计励磁调节器，并通过通信网络构建分布式发电机励磁监控系统。
１ 硬件结构
系统硬件结构如图１所示，其中，励磁控制微机实现人机交互和励磁电流控制，通信控制微机协调上位监控ＰＣ机和励磁控制微机的数据交换。
励磁控制微机采用５１单片机的应用模式，由显示、显示召唤、按键、模拟量输入、ＰＩＤ参数设置、看门狗电路、同步信号输入、触发脉冲输出、灭磁接点输入等单元组成。显示单元采用外接６片串入并出移位寄存器芯片７４ＬＳ１６４驱动发光数码管，显示内容由召唤显示拨轮开关进行选择，有巡回和召唤两种显示方式。外扩一片并行接口芯片８１５５，８１５５的Ａ口与面板上的拨轮开关相连，用于召唤显示；Ｂ口与八位地址开关相连，用于设定ＰＩＤ参数；Ｃ口用于输出触发脉冲，脉冲经达林顿管放大、脉冲变压器隔离后接到主回路可控硅的触发极。灭磁接点、按键接到单片机的Ｉ／Ｏ口线，按键主要有增励、减励、运行方式恒电压／恒电流选择等。同步信号经隔离后接到单片机的ＩＮＴ１管脚。模拟量经ＡＤＣ０８０９ Ａ／Ｄ转换芯片接到单片机，采集的主要模拟量有发电机机端电压、励磁电流、发电机送出的无功电流、电压给定值、励磁电流给定值等。
通信控制微机由单片机、通信接口、波特率设置、地址编码、ＲＡＭ等单元组成。波特率设置、地址编码用地址开关来实现。地址编码用于设置本子站的地址码，共有２５６个编码。波特率有１２００ｂｐｓ、２４００ｂｐｓ、４８００ｂｐｓ、９６００ｂｐｓ等可选。外扩一片６２６４ＲＡＭ用于存放通信中间数据。通信接口采用ＭＡＸ１４８７实现ＲＳ４８５电平的转换。
上位监控ＰＣ机可采用ＩＰＣ或ＰＣ机。操作系统为Ｗｉｎｄｏｗｓ９８。ＰＣ机外接台湾研华公司的ＡＤＡＭ４５２０实现ＲＳ２３２／ＲＳ４８５的转换。
２ 双微机通信方案的设计
双微机数据交换有松耦合和紧耦合两种方式。松耦合采用数据通信方式进行两机数据交换，紧耦合采用共享数据存储器方式进行两机数据交换。本系统中励磁控制微机与通信控制微机的数据交换方式为松耦合方式，通信协议自定义。在松耦合方式中可用的数据通信方式有串行异步通信、串行外设接口（ＳＰＩ）、并行数据通信等，如图２所示。
串行数据通信方式为一个字节的８个位（低位在前、高位在后）依次传送，传送速度慢。为了提高数据交换的速度，采用并行数据交换。并行数据交换与串行数据交换的一个区别是通信时双微机要进行握手以保证数据可靠传输。下面以图２（ｃ）中的ＣＰＵ１向ＣＰＵ２传送数据为例说明数据传输的过程。Ｐ２．０为数据准备好控制线，由ＣＰＵ１控制；Ｐ２．１为数据已接收控制线，由ＣＰＵ２控制。
ＣＰＵ１发送数据的过程为：ＣＰＵ１送数据到数据线前应置Ｐ２．０为１，并判断Ｐ２．１是否为１，为１则表示ＣＰＵ２已做好接收数据的准备，ＣＰＵ１可以送数据到数据线；否则ＣＰＵ１等待ＣＰＵ２接收数据。ＣＰＵ１送数据到数据线后置Ｐ２．０为０，这表示ＣＰＵ１已送数据到数据线。然后判断Ｐ２．１是否为０，若为０则表示ＣＰＵ２已接收到ＣＰＵ１传送的数据，ＣＰＵ１可进行下一个数据的传送；否则ＣＰＵ１等待ＣＰＵ２接收数据。
ＣＰＵ２接收数据的过程为：在ＣＰＵ２接收来自ＣＰＵ１的数据前置Ｐ２．１为１，并判断Ｐ２．０是否为０，为０表示ＣＰＵ１已将数据送到数据线上，ＣＰＵ２可从数据线上读数；否则ＣＰＵ２等待ＣＰＵ１发送数据。ＣＰＵ２读入数据后置Ｐ２．１为０，这表示ＣＰＵ２已接收到数据。然后判断Ｐ２．０是否为１，若为１则ＣＰＵ２可准备接收下一个数据；否则ＣＰＵ２等待。程序采用Ｃ５１语言实现，流程图如图３所示。Ｍｏｄｂｕｓ通信协议的软件设计主要为ＣＲＣ－１６校验码生成的实现方法。ＣＲＣ－１６校验码生成编写程序有两种方法：一种为计算法；另一种为查表法。上位机采用计算法。下面为ＣＲＣ－１６的计算过程：
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