微型计算机控制技术作者黄勤第4章__工控机的抗干扰课案.ppt
第4章 工控机的抗干扰与可靠性技术 4.1 工控机的运行环境 4.2 噪声干扰的抑制措施* 4.3 过程通道的抗干扰措施* 4.4 系统供电与接地的抗干扰措施* 4.5 Watchdog和系统支持 4.6 容错设计 4.1 工控机的运行环境 工控机大多用于工业控制现场，恶劣的运行环境严重地影响着系统的稳定性和可靠性。其恶劣运行环境主要表现在供电条件、噪声环境、灰尘、腐蚀性气体等方面。 4.2 噪声干扰的抑制措施* 4.3 过程通道的抗干扰措施* 4.4 系统供电与接地的抗干扰措施* 4.5 “看门狗”和系统支持 4.6 容错设计 4.5.2 “看门狗”的使用方法 1．系统“飞程序”的自动恢复 过程控制程序常常设计成定时循环结构，一般将数据采集和控制周期作为循环周期，即所谓步长。在每个循环中，进行数据采集、调节运算、输出刷新，以及对进程或任务进行调度。如图4-21所示，如此周而复始，一直进行到任务结束或一直进行下去。 图中，周期T1=T2=T3=T为工作步长，工作程序执行时间为A，Watchdog定时值为WD。实际工作时，时间A小于步长T，两者之差即为程序等待时间τ。 当因干扰原因使程序“飞了”，则可由Watchdog产生NMI中断来恢复现场并重新运行。如图4-21所示，若程序在T2周期“飞了”，在第二周期的Watchdog(WD2)发生溢出脉冲。此时(图中B2点)可用T1周期保护起来的数据恢复现场并从T3周期开始正常运行。其间，T2周期虽是乱了一下，但马上又恢复了正常。在T2周期短暂的瞬间系统虽然不正常，但往往不会被操作人员感觉到，看上去如同什么事也未发生。 2．硬件的故障检测 实际上，Watchdog也常常被用来检测硬件故障。这种硬件故障常常是不可修复的，一旦出现，虽然Watchdog恢复，也不可能克服，表现为Watchdog可能连续产生溢出脉冲，频繁进入中断处理程序。因此，可以在程序设计中规定，凡在一时间间隔内连续数次出错便可判定为硬件故障，从而产生故障报警信号，由人工予以故障诊断和修复。 4.5.3 “看门狗”的实现 在许多单片机类的控制器芯片中都含有“看门狗”功能，用时只需在程序中的相关设置对应指令即可，也有专门的用于实现“看门狗”功能的芯片，如X25045/43芯片等。下面对X25045/43芯片作一简单介绍。 1．X25045/43芯片功能 X25045/43芯片是一种可编程看门狗E2PROM数据存储器，它是简单三总线(SPI总线)工作的串行外设接口和软件协议，它有三种常用的功能：看门狗WDT定时器、电压监控和E2PROM数据存储器。 2．X25045/43芯片引脚功能 CS：芯片片选 SO：串行输出 SI：串行输入 SCK：串行时钟输入 WP：写保护输入 RESET：X25045为高电平复位输出 RESET：X25043为低电平复位输出 3．三总线SPI的工作方式 SO是串行数据输出端，数据由串行时钟的下降沿同步输出。 SI是串行数据输入端，所有操作码、字节地址以及写入存储器的数据在此引脚上输入，是由串行时钟的上升沿锁存。 SCK是串行时钟同步脉冲，用于数据的输入和输出的传行总线定时。 4.5.4 使用“看门狗”的若干问题 1．定时间隔和访问时间的选择 2．修复质量和程序设计 3．修复质量和数据保护 4．修复质量与输出刷新 5．“看门狗”的失效 6．“看门狗”的适用范围 * * 4.1.1 恶劣的供电条件 工业现场大功率设备的启动、停止，特别是大感性负载的起停会造成严重的电网污染，使得电网大幅度涨落(浪涌)。 4.1.2 严重的噪声环境 除了电网引入的严重干扰以外，通过控制系统数字量输入 输出通道引入的干扰也非常严重。在工业现场由于输入输出的 信号线多，长度达到几百米甚至几千米，因此干扰将不可避免 地会被引入到控制系统中。严重的干扰可使控制系统无法工作。 4.1.3 干扰信号的进入渠道 所谓干扰，就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。其干扰进入的主要渠道为：噪声干扰、过程通道干扰和供电系统干扰，这些干扰一般以脉冲形式存在，如图4-1所示。 噪声干扰、供电系统干扰以及过程通道干扰均为系统干扰源，但一般情况下噪声干扰的强度很小，供电系统干扰则可以通过采用抗干扰电源来解决，因此微机系统中的难点是防止过程通道干扰。 4.2.1 噪声干扰的耦合方式 导线间的相互耦合是噪声干扰的主要因素之一，因此本节重点讨论如何防止导线干扰的问题。 1．电场耦合与抑制 电场耦合又称静电耦合，是通过电容耦
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