微型計算機控制技術作者黃勤第4章__工控機的抗干擾課案.ppt

第4章 工控機的抗干擾與可靠性技術 4.1 工控機的運行環境 4.2 噪聲干擾的抑制措施* 4.3 過程通道的抗干擾措施* 4.4 系統供電與接地的抗干擾措施* 4.5 Watchdog和系統支持 4.6 容錯設計 4.1 工控機的運行環境 工控機大多用于工業控制現場，惡劣的運行環境嚴重地影響著系統的穩定性和可靠性。其惡劣運行環境主要表現在供電條件、噪聲環境、灰塵、腐蝕性氣體等方面。 4.2 噪聲干擾的抑制措施* 4.3 過程通道的抗干擾措施* 4.4 系統供電與接地的抗干擾措施* 4.5 “看門狗”和系統支持 4.6 容錯設計 4.5.2 “看門狗”的使用方法 1．系統“飛程序”的自動恢復 過程控制程序常常設計成定時循環結構，一般將數據采集和控制周期作為循環周期，即所謂步長。在每個循環中，進行數據采集、調節運算、輸出刷新，以及對進程或任務進行調度。如圖4-21所示，如此周而復始，一直進行到任務結束或一直進行下去。 圖中，周期T1=T2=T3=T為工作步長，工作程序執行時間為A，Watchdog定時值為WD。實際工作時，時間A小于步長T，兩者之差即為程序等待時間τ。 當因干擾原因使程序“飛了”，則可由Watchdog產生NMI中斷來恢復現場并重新運行。如圖4-21所示，若程序在T2周期“飛了”，在第二周期的Watchdog(WD2)發生溢出脈沖。此時(圖中B2點)可用T1周期保護起來的數據恢復現場并從T3周期開始正常運行。其間，T2周期雖是亂了一下，但馬上又恢復了正常。在T2周期短暫的瞬間系統雖然不正常，但往往不會被操作人員感覺到，看上去如同什么事也未發生。 2．硬件的故障檢測 實際上，Watchdog也常常被用來檢測硬件故障。這種硬件故障常常是不可修復的，一旦出現，雖然Watchdog恢復，也不可能克服，表現為Watchdog可能連續產生溢出脈沖，頻繁進入中斷處理程序。因此，可以在程序設計中規定，凡在一時間間隔內連續數次出錯便可判定為硬件故障，從而產生故障報警信號，由人工予以故障診斷和修復。 4.5.3 “看門狗”的實現 在許多單片機類的控制器芯片中都含有“看門狗”功能，用時只需在程序中的相關設置對應指令即可，也有專門的用于實現“看門狗”功能的芯片，如X25045/43芯片等。下面對X25045/43芯片作一簡單介紹。 1．X25045/43芯片功能 X25045/43芯片是一種可編程看門狗E2PROM數據存儲器，它是簡單三總線(SPI總線)工作的串行外設接口和軟件協議，它有三種常用的功能：看門狗WDT定時器、電壓監控和E2PROM數據存儲器。 2．X25045/43芯片引腳功能 CS：芯片片選 SO：串行輸出 SI：串行輸入 SCK：串行時鐘輸入 WP：寫保護輸入 RESET：X25045為高電平復位輸出 RESET：X25043為低電平復位輸出 3．三總線SPI的工作方式 SO是串行數據輸出端，數據由串行時鐘的下降沿同步輸出。 SI是串行數據輸入端，所有操作碼、字節地址以及寫入存儲器的數據在此引腳上輸入，是由串行時鐘的上升沿鎖存。 SCK是串行時鐘同步脈沖，用于數據的輸入和輸出的傳行總線定時。 4.5.4 使用“看門狗”的若干問題 1．定時間隔和訪問時間的選擇 2．修復質量和程序設計 3．修復質量和數據保護 4．修復質量與輸出刷新 5．“看門狗”的失效 6．“看門狗”的適用范圍 * * 4.1.1 惡劣的供電條件 工業現場大功率設備的啟動、停止，特別是大感性負載的起停會造成嚴重的電網污染，使得電網大幅度漲落(浪涌)。 4.1.2 嚴重的噪聲環境 除了電網引入的嚴重干擾以外，通過控制系統數字量輸入 輸出通道引入的干擾也非常嚴重。在工業現場由于輸入輸出的 信號線多，長度達到幾百米甚至幾千米，因此干擾將不可避免 地會被引入到控制系統中。嚴重的干擾可使控制系統無法工作。 4.1.3 干擾信號的進入渠道 所謂干擾，就是有用信號以外的噪聲或造成計算機設備不能正常工作的破壞因素。其干擾進入的主要渠道為：噪聲干擾、過程通道干擾和供電系統干擾，這些干擾一般以脈沖形式存在，如圖4-1所示。 噪聲干擾、供電系統干擾以及過程通道干擾均為系統干擾源，但一般情況下噪聲干擾的強度很小，供電系統干擾則可以通過采用抗干擾電源來解決，因此微機系統中的難點是防止過程通道干擾。 4.2.1 噪聲干擾的耦合方式 導線間的相互耦合是噪聲干擾的主要因素之一，因此本節重點討論如何防止導線干擾的問題。 1．電場耦合與抑制 電場耦合又稱靜電耦合，是通過電容耦

總結

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