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微机测控软件抗干扰技术研究

  摘要:在现今自动化技术飞速发展的今天,电力系统中也开始大规模的使用微型计算机,例如在微机保护装置以及在变电站监控系统中采用大量的测控装置等。对于测控装置来说,它主要的功能首先是包括同期的装置,其次是对站内的变压器开关、功率及位置信号以及开关量等信息进行采集的工作。整个监控系统能否正常的运行一部分取决于测控装置运行的稳定性,但是电力系统的现场一般都存在非常多的干扰,所以如何将测控装置的抗干扰能力提升就成为了保证这些装置稳定运行的最基本条件。装置的抗干扰能力在提升时,通过提升其硬件抗干扰电路或者提升其软件抗干扰这两种措施进行来进行。这其中,软件抗干扰能够在系统已经受到干扰的情况下来补救,这样就显现出软件抗干扰所具有的灵活性以及节省硬件资源的特点,因此,软件抗干扰也受到了越来越多的重视。
  关键词:微机测控软件 抗干扰 技术
  中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2014)05-0075-02
  1 干扰源以及装置受到干扰影响后产生的故障现象
  现今,测控系统工作主要受两种干扰源干扰,一种是测控装置在采样的过程中回路线较长而产生的干扰,在现场,各种各样的干扰可以沿着测控装置的线路串入,这时测控装置的单片机系统的输出回路或者输入回路就会受到一定的干扰,测控装置的输入回路或者是输出回路就会被干扰混乱,信号也会因为干扰而变得混乱。另外一种是受到空间的电磁辐射干扰而产生的混乱。测控装置受到相应的干扰时,主要会发生以下两种内部故障现象:(1)正常程序会因为程序计数器的被破坏而产生正常运行程序“跑飞”的现象。程序“跑飞”现象会产生很多的影响,数据存储区的数据可能会被破坏,或者程序死循环的情况出现,这样的故障一般都会发生在测控的现场。(2)每一个单片机内的特殊功能都有相应的寄存器,所以外来的干扰可能会损坏每个寄存器的初始化状态,最后造成整个系统出项功能紊乱的状态,各个系统的采集以及输入的真实信号量也可能会被影响而不能够正常反应出来。
  2 单片机系统中常用软件的抗干扰设计
  2.1 数字滤波
  在现实的工作与实践中,不管采用多少的抗干扰措施也不能够避免外界的干扰信号,或多或少的影响到微机控制系统的正常运行。所以,我们要想将模拟输入信号中产生的噪音问题消除,就很有必要将数字滤波技术应用在必要的软件中。数字滤波,其主要的运行原理为经过一定的计算程序将采用的信号进行平滑加工,这样进一步的减少或者消除噪音以及干扰,充分的保证其中的有用信号的质量。数字滤波有许多的计算方法,算术平均法、RC低通数字器的算法以及滑动平均滤波等方式都是能够实现数字滤波的方法。现在我们以RC低通数字器的算法作为例子来进行数字滤波算法的介绍。RC低通数字滤波器主要是应用在慢速随机抽样系统上的技术,他不仅能够将周期性干扰进行很好的免除,还能够将频率非常高的随机干扰信号进行消除。以下是RC低通滤波数字器的一阶滞后数学模型:
  根据以上的数学模型,我们就可以很快的将整个技术的流程图写出来,我们也可以根据整个流程图更加方便快捷的找出能够与之相对应的程序,这样的方式能够为整个工序提供更加有效方便的流程(如图1)。
  2.2 设立软件陷阱
  在微机测控装置的正常运行中,外界的干扰很可能是整个程序的CPU发生混乱的情况,而混乱发生后也会导致整个软件的程序发生失控的情况,但是如果失控之后的程序落入到非程序区时,我们就可以设立“软件陷阱”,利用这样的方法令程序恢复成正常的状态。所谓的软件陷阱,实际上是一条引导指令,他能够将捕获的程序强行的引向另一个指定的地址,这个地址主要是设立专门的程序来进行错误的出错位置处理。软件陷阱能够合理适当的安排会对预定的处理效果起到直接的影响,所以我们要妥善的安排软件陷阱的设计场所,如果安排不当很可能起到与保护效果相反的作用,其后果将难以预料。陷阱软件一般会安排在以下几个区域进行使用。
  (1)为经过使用的EPROM空间。现今使用的程序储存器大多数会有非常大的EPROM容量,一般用完的情况很少发生,这样的状态不仅能够为今后的额程序扩充以及修改提供了相应的空间,同时也是进行软件陷阱安排的最合适场所。这些非程序能够利用陷阱指令充当填充,“跑飞”的程序一旦进入到这个区域,那么软件陷阱就会自动的将其拉回到正轨。
  (2)未经使用的中断区。未经使用的中断区会因为干扰而呈现开放的状态,所以如果我们在相应的中断程序服务中设置一些软件陷阱,不仅能够防止干扰所导致的中断区激活的程序混乱状况,还能够将“跑飞”的程序及时的捕捉回来,这样通过适当的处理之后,程序就会回到原来的运行状态中继续运作。
  (3)运行程序区。设计程序时往往会采用模块化的设计进行,也会采用程序的要求顺序进行执行。根据这样的特点,陷阱软件就可以分别放置在各个用户程序以及模块之间。如果在正常的程序运行中这些陷阱指令会处于不运行的状态,这样用户在使用中程序才能够正常的执行,但是一旦发生程序“跑飞”的情况,且“跑飞”的程序落入陷阱之中,那么陷阱指令就开始运作,从而将程序拉回到正常的运行轨道。这个方法不仅有效,还能够根据用户程序的大小自己制定陷阱的多少,但是在一般情况下,每1K字节只要设置几个陷阱就足够处理“跑飞”程序。
  (4)非EPROM芯片空间。对于单片机的系统来说,它的地址空间除开EPROM芯片占用的空间之外,还有大量的空间留下来,这些未被使用的空间大多数都会维持原来的状态。例如MCS―51系列的单片机,OFFH一般对应一条单字节指令MOVR7,A,程序一旦发生“跑飞”的状况,到这一区域就不再进行跳跃,陷阱软件就能够将其拉回正规。所以要想捕捉到“跑飞”的程序,就要在每一段设置中设计一个陷阱。
  一般我们会将软件陷阱设在一些正常执行程序时执行不到的位置,所以这些程序不会为影响程序的正常运行,更不会影响程序执行时的效率,但是“跑飞”的程序一旦被送到这些陷阱中,那么陷阱就会立刻发挥它的作用,将“跑飞”的程序拉回正轨,这样的设计对程序的改正有非常快速的效果。所以我们可以在EPROM的容量能够允许的情况下,多多的设计一些这样的软件,这样才能够达到保护软件抗干扰的作用以及保护效果。   2.3 软件“看门狗”
  如果在程序失控时,他没有落入到设计好的陷阱中,最后却落入到一个临时的死循环当中,这样的情况下,软件陷阱在改正程序上就没有任何的效果,所以我们在这时通常会用一种程序监督的技术,这种技术我们将他称作“看门狗”技术,这种技术能够帮助程序脱离死循环的状态。所谓的程序监督技术,其实就是指一种能够不依赖于CPU系统而能够独立的进行工作的技术,对于CPU来说,他只是一个能够在固定时间间隔内将系统目前正常的信息传递给系统的一种技术,但是如果CPU落入到了死循环的状态中,那么系统就能够在第一时间发现错误并将整个系统拉回到原来的位置,使其复位。
  微机测控装置的应用程序一般为循环运行,循环的时间也是基本固定的时间,而“看门狗”技术就是要对循环运行的时间进行监控,一旦发现运行的时间增加或者是减少就要在第一时间确定系统进入到死循环的状体,最后用强制性的方法逼迫系统复位。“看门狗”技术既可以在硬件中实现,还可以在软件中进一步实现,将这个软件设计在微机测控装置的系统中,不仅可以避免安装软件时所要额外安装的硬件,还能够令“跑飞”的程序从断点处开始执行,这样的处理能够为按顺序控制的系统带来许多的方便,也是十分必要的,他也可以将已经调试好的系统之中不可靠的工作进行补救处理。
  2.4 对开关量输入软件以及输出软件的抗干扰设计
  开关量输入信号中的干扰主要是来自有效电瓶信号,其上面的一系列离散尖脉冲进行叠加,其作用的时间一般都很短。当测控系统的控制部分有输入的干扰,但是硬件又不能够进行有效的控制,所以我们要采用软件的重复检测方法进行信号真伪的检测。对于软件重复检测来说,就是在一定的时间间隔中,将接口中的输入数据进行多次反复的检测,如果相邻的检测内容不能够得出一致的结论,就视为伪输入信号,若结果与之相反,则视为真输入信号。
  一般重复输出的方法都会运用在开关量输出软件抗干扰设计中。重复输出,主要是指在尽可能短的时间内将开关量数据进行重复输出,但是如果输出端口受到一些干扰导致输出错误信号时,外部执行设备就不能够做出有效的反应,正确的数据继续的输出,这样错误动作就能够避免发生,这些方法对于所存器输出的控制信号都能够产生非常有效的效果。
  3 测控装置的软件抗干扰措施
  对于500KV的变电站监控系统设计来说,测控装置会全部安装在继电保护室内,连接时会利用网络与控制台,为了保证监控系统的测量精度,我们有必要对测控装置的设计进行采集的模拟量进行数字滤波,还要对开关量的软件进行重复的检测,这样才能够减少外界对采样值的影响以及干扰,这样得出的采样精度才能够满足现场的要求。要想装置能够在电力系统现场的复杂环境中正常的运行,避免装置在运行时发生突然死机以及失控的情况。设计装置时,我们不仅要加强硬件的抗干扰,还要提升软件的抗干扰设计,这样才能够有效地抑制干扰,避免严重后果产生。
  4 结语
  现今,微机测控装置正在大量的运用在监控系统中,其中抗干扰技术是整个装置设计中最重要的一环,只有在电力系统中确认好抗干扰设计才能够将整个系统设计做好,才能够保证整个装置正常的运行。尤其是在强大的电磁干扰环境下,我们要对运行设备提出更高的可靠性要求,所以我们装置的抗干扰设计就成为非常困难以及非常急待解决的问题。实践证明,只有在相关部件以及性能特点得到充分的了解之后才能够合理的从软件以及硬件两方面进行有针对性的措施,这样整个装置才能够在稳定以及安全的情况下运行。
  参考文献
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