王長(zhǎng)城，周天良

(1.肥礦集團(tuán)梁寶寺二號(hào)井籌建處，山東 濟(jì)寧 272404;2.徐州煤礦機(jī)械廠，江蘇 徐州 221000)

1 引言

煤礦井下環(huán)境惡劣，粉塵大，濕度高;工頻電網(wǎng)中由于使用非線性元件而存在很大的諧波;有些產(chǎn)品在實(shí)驗(yàn)室能用，但拿到現(xiàn)場(chǎng)就不能使用，或者頻繁出現(xiàn)死機(jī)、復(fù)位、液晶顯示屏錯(cuò)位等故障。大多數(shù)故障是因?yàn)樵诂F(xiàn)場(chǎng)受到較嚴(yán)重的干擾造成的。所以真正可靠實(shí)用的電子保護(hù)設(shè)備必須具備很強(qiáng)的抗干擾能力，才能保證其長(zhǎng)期、穩(wěn)定、可靠的工作。

2 干擾要素

電子系統(tǒng)中提到的干擾，一般是指電磁干擾。電磁干擾是干擾電纜信號(hào)并降低信號(hào)完整性的電子噪音，電磁干擾通常由電磁輻射發(fā)生源如馬達(dá)和機(jī)器產(chǎn)生的。理論和實(shí)踐的研究表明，不管是復(fù)雜系統(tǒng)還是簡(jiǎn)單裝置，任何一個(gè)電磁干擾的發(fā)生必須具備三個(gè)基本條件:首先應(yīng)該具有干擾源;其次有傳播干擾能量的途徑和通道;第三還必須有被干擾對(duì)象的響應(yīng)。在電磁兼容性理論中把被干擾對(duì)象統(tǒng)稱(chēng)為敏感設(shè)備(或敏感器)。因此干擾源、干擾傳播途徑(或傳輸通道)和敏感設(shè)備稱(chēng)為電磁干擾三要素。

3 干擾的危害

干擾源對(duì)電子保護(hù)系統(tǒng)的危害主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面:

(1)輸入通道

輸入通道是系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)的主要通道，它包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)等。干擾能使模擬信號(hào)失真，或輸入的開(kāi)關(guān)量和數(shù)字量出錯(cuò)。保護(hù)器根據(jù)這種失真的、錯(cuò)誤的輸入信息進(jìn)行運(yùn)算和處理，必然會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)不可設(shè)想的后果。

(2)輸出通道

輸出通道是系統(tǒng)作用于外部動(dòng)作單元的主要通道，它的正確與否直接關(guān)系到系統(tǒng)動(dòng)作的可靠性。而干擾會(huì)使輸出的各個(gè)控制信號(hào)混亂，不能實(shí)現(xiàn)微機(jī)系統(tǒng)準(zhǔn)確的輸出，從而導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)。

(3)中央處理單元

中央處理單元是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它對(duì)輸入通道輸送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和處理，得到相應(yīng)的結(jié)果。而干擾會(huì)使地址或數(shù)據(jù)總線上的數(shù)字信號(hào)錯(cuò)亂，引發(fā)一系列意想不到的錯(cuò)誤，CPU得到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)信息后，導(dǎo)致運(yùn)算結(jié)果出錯(cuò)。

4 抑制干擾的有效措施

4.1 系統(tǒng)硬件抗干擾措施

印制板上的數(shù)字電路工作時(shí)，有可能造成電路板內(nèi)的電源電壓和地電位的波動(dòng)，導(dǎo)致信號(hào)波形產(chǎn)生振蕩而引起電路誤動(dòng)作。本文在設(shè)計(jì)時(shí)主要采取了下列措施:

(1)盡量加粗地線以降低導(dǎo)線電阻，使它至少能通過(guò)三倍于印制板上的允許電流。

(2)接地線構(gòu)成閉合回路，能明顯地提高抗噪聲能力。閉環(huán)形狀能顯著地縮短線路的環(huán)路，降低線路阻抗，從而減少干擾。

(3)電源去耦:即在印刷線路制板入口處的電源線與地線之間并接去耦電容。并接的電容為一個(gè)20uF的電解電容和一個(gè)0.1uF的磁片電容，并接大電容的目的是為了去掉低頻干擾成份，并接小電容是為了去掉高頻干擾成份。

(4)集成芯片去耦:在每個(gè)芯片的電源和地之間都安置了一個(gè)0.1uF的陶瓷電容，這種電容器的高頻阻抗特別小。

(5)采用光電隔離:開(kāi)關(guān)量輸入電路接入光電耦合后，由于光電禍合器的隔離作用，使夾雜在輸入開(kāi)關(guān)量中的各種干擾脈沖都擋在輸入回路的一側(cè)。

(6)繼電器隔離:輸出電路使用了繼電器隔離。利用了繼電器的線圈和觸點(diǎn)間沒(méi)有電氣上的聯(lián)系的特點(diǎn)，可避免強(qiáng)電和弱電信號(hào)之間的直接接觸，實(shí)現(xiàn)抗干擾隔離。

4.2 軟件抗干擾設(shè)計(jì)

微機(jī)系統(tǒng)的抗干擾不可能完全依靠硬件解決，軟件抗干擾措施是對(duì)抗干擾措施的一個(gè)重要補(bǔ)充?，F(xiàn)在軟件抗干擾問(wèn)題的研究愈來(lái)愈引起人們的重視。

(1)利用軟件攔截技術(shù)指令冗余

指令冗余是避免程序亂飛時(shí)造成操作碼和操作數(shù)混亂的一項(xiàng)技術(shù)。將單字節(jié)的指令重復(fù)兩遍就可以了。最常見(jiàn)的是在重要指令前寫(xiě)兩次NOP。

(2)利用軟件攔截技術(shù)軟件陷阱

在程序亂飛的時(shí)候，可能會(huì)飛到人為設(shè)置的返回指令的地方，從而執(zhí)行返回指令進(jìn)入正常狀態(tài)。設(shè)置返回指令的地方就是軟件陷阱。實(shí)際使用時(shí)連續(xù)兩次壓棧00H，然后執(zhí)行返回指令可使程序回到起點(diǎn)。

(3)看門(mén)狗技術(shù)

看門(mén)狗實(shí)際上就是一個(gè)監(jiān)視定時(shí)器，它分為軟件看門(mén)狗和硬件看門(mén)狗兩種。原理大體相當(dāng)。程序亂飛如果陷入死循環(huán)，指令冗余和軟件陷阱均無(wú)能為力，這個(gè)時(shí)候只能依靠監(jiān)視定時(shí)器(看門(mén)狗)。

5 結(jié)論

電子保護(hù)設(shè)備在作為開(kāi)關(guān)電器的核心部件其可靠性的程度尤為重要，其抑制措施也是一個(gè)非常復(fù)雜的課題。讓干擾最大限度地不進(jìn)入CPU系統(tǒng)，使電子保護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)行，從而保證煤礦生產(chǎn)穩(wěn)定有效地運(yùn)行還任重而道遠(yuǎn)。