电气连接程控阵列交换电路设计

2020-10-13王炳轩祁新杰

机电设备 2020年4期

王炳轩，于洋，祁新杰

（1. 中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司，天津 300452； 2. 天津港东港物流有限公司，天津 300452；3. 上海船舶设备研究所，上海 200031）

0 引言

在LNG 船舶与LNG 码头进行装卸货作业时，船岸连接系统可为船岸两端提供ESD 等信号传输通路，其具有电气连接、光纤连接以及气动连接3 种方式。其中，电气连接又分为Pyle National、ITT-Cannon、Miyaki、Sigtto 4 种连接方式。因此，在电气连接方式下，需要设计一种电气连接程控交换电路用于实现输入端口信号与不同的电气标准接口兼容工作。

1 程控交换电路工作原理

程控交换电路一般由接口电路、交换网络、CPU 处理单元和指令链路组成[1]，如图1 所示。当CPU 处理单元接收到控制指令后，通过网络映射将不同用户之间的交换网络节点接通，例如用户A 要与用户D 接通，则CPU 控制两用户之间的交换网络节点连通，在用户A 与用户D 之间构建一条临时的物理通道，以便两用户进行信息的传递。

图1 程控交换电路组成图

当用户之间信息传递完成后，CPU 单元接收到释放指令，将交换网络复位，切断用户A 与用户D 之间的连接。由此，一次链路交换任务完成[2]。

程控交换网络分为机械开关式和电子开关式。现代电子开关式一般通过大规模数字交换芯片来实现，交换芯片利用矩阵控制算法可以实现多路线路的交换[3]。机械开关式交换网络一般由电磁继电器组成，控制简单，可在简单的交换网络中使用[4]。船岸连接系统的程控交换电路则采用机械开关式交换网络。

2 电路设计

船岸连接系统电气连接输入端口有ESD 信号、热线电话3 路，MLM 数据、检测电源等多路输入，输出端有Pyle National、ITT-Cannon、Miyaki、SIGTTO 这4 种标准电气接口。电气连接程控交换电路用于实现输入端口信号与不同的电气标准接口兼容工作。电气连接程控交换电路主要由CPU 电路、通讯电路、程控交换阵列电路等组成，其组成功能见图2。

图2 电气连接程控交换电路框图

电气连接程控交换电路接收上位机的控制指令，当接收到选择某种标准接口连接时，CPU 输出对应的控制代码，由通讯电路传送到程控交换阵列电路。在程控交换阵列电路中，由译码电路对CPU 控制代码进行译码，将控制代码转换成对应电路的驱动指令，驱动指令由驱动电路功率放大后驱动阵列执行电路工作，将输入端口与对应标准接口之间的信号链路进行电气连接，构建出一条临时的标准接口专用信号传输通道。以“Pyle National”接口为例，构建的通道连接情况如表1所示。

在程控交换电路中，程控交换阵列电路是其核心部件，由继电器矩阵、驱动器电路、译码器等组成。功能原理如图3 所示。

表1 Pyle National 接口连接状态表

续表1：

图3 程控交换阵列原理框图

CPU 通过Add_bus 和Data_bus 发送地址指令和数据信息到程控交换阵列电路。地址指令通过译码器转换成对应的控制地址码，数据信息通过缓冲电路输送到数据处理电路。地址码有效地驱动电路，将数据进行驱动放大以用于驱动对应的电磁继电器线圈工作；当继电器工作时，常开触点闭合，将输入端口与输出端口对应的线路连通，构成临时信号传输通道。