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    近年來，電力系統(tǒng)微機(jī)電動機(jī)保護(hù)器廣泛使用于電力系統(tǒng)輸電線路保護(hù)、元件保護(hù)、變電站綜合自動化、故障錄波器和故障測距等領(lǐng)域。在這些裝置的工作現(xiàn)場，存在著強(qiáng)電磁干擾，當(dāng)干擾信號進(jìn)入裝置內(nèi)部后，不僅對各模擬電壓和電流采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有影響，還將損壞裝置中的一些元器件，引起裝置功能障礙，程序出軌，從而直接影響微機(jī)保護(hù)裝置的正確動作。因此，提高裝置運(yùn)行的可靠性和抗干擾性能，不容忽視。 

    針對電動機(jī)保護(hù)器在應(yīng)用中所遇到的干擾問題，提出了有效的軟件抗干擾措施，包括復(fù)位與程序運(yùn)行監(jiān)視、掉電保護(hù)、指令冗余、軟件陷阱、RAM冗余、軟件濾波等，以求提高系統(tǒng)抗干擾能力。

引言

    電動機(jī)作為所有動力設(shè)備的主力軍，一直在國民生產(chǎn)中占據(jù)重要地位。特別是隨著我國電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電動機(jī)更加廣泛的應(yīng)用于石油、化工、冶金、紡織等重要行業(yè)。但是電動機(jī)一旦燒損，不僅直接損失高，而且由此會影響整個(gè)生產(chǎn)過程，其間接損失也更加難以估計(jì)。因此，對于電動機(jī)的故障診斷與保護(hù)，意義重大。對于電動機(jī)保護(hù)通常采用變頻器或電動機(jī)保護(hù)器，但是變頻器價(jià)格昂貴，對于一些不需要調(diào)速的場合，若為了保護(hù)電動機(jī)而采用變頻器就難免小題大做，而選用適合的電動機(jī)保護(hù)器則水到渠成。研制可靠的電動機(jī)保護(hù)器，較為關(guān)鍵的就是提高其適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力。對此，本文針對單片機(jī)控制的電動機(jī)保護(hù)器的提出了一些具體軟件抗干擾措施。

1、干擾的方式和干擾信號的來源 
    　　干擾信號是指微機(jī)保護(hù)裝置的工作信號中，除去有用信號以外的，可能影響裝置正常工作的一些電磁信號。干擾信號來自于干擾源，通過電磁耦合通道作用于微機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)部某些敏感的回路之中。干擾源、耦合通道和敏感回路稱為電磁干擾的三要素。干擾信號可能來自微機(jī)保護(hù)裝置的外部，如保護(hù)屏上的壓板、連片、切換開關(guān)觸點(diǎn)、操作繼電器的觸點(diǎn)，通過接線端子排引入微機(jī)保護(hù)裝置；也可能來自裝置的內(nèi)部，如微機(jī)高頻時(shí)鐘控制信號對裝置中的其它回路產(chǎn)生的干擾信號。內(nèi)部干擾主要由裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，元器件和某些回路的布局，生產(chǎn)制造裝置的工藝所決定的；而外部干擾是指裝置的工作環(huán)境出現(xiàn)的電磁波通過耦合方式而進(jìn)入微機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)部的干擾信號。干擾的耦合方式主要有靜電耦合方式、互感耦合方式和公共阻抗耦合方式。 
    2、干擾對微機(jī)保護(hù)裝置的影響 
    　　電動機(jī)保護(hù)器是以微機(jī)為核心的自動控制系統(tǒng)。其硬件組成主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、微機(jī)系統(tǒng)、開關(guān)量輸入和輸出系統(tǒng)、人機(jī)對話系統(tǒng)。在干擾信號產(chǎn)生后，干擾信號對數(shù)字化器件和對模擬元件影響所產(chǎn)生的后果是不同的。干擾對模擬量輸出執(zhí)行元件的影響所產(chǎn)生的后果可能導(dǎo)致保護(hù)裝置的誤動作；干擾對數(shù)字化的微機(jī)芯片的影響，則造成運(yùn)算數(shù)據(jù)傳送的錯誤或出現(xiàn)微處理器操作碼錯誤，從而導(dǎo)致微機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或功能障礙。干擾對微機(jī)保護(hù)裝置的影響，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 
    　　(1) 運(yùn)算或邏輯出現(xiàn)錯誤。在微機(jī)保護(hù)裝置運(yùn)行時(shí)，其輸入輸出數(shù)據(jù)、微處理器計(jì)算的中間結(jié)果、控制程序流程的標(biāo)志字等，都是存放在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的隨機(jī)存貯器(RAM)之中。由于RAM的抗干擾能力較差，在強(qiáng)電磁干擾信號作用下，有可能使存放在RAM中的數(shù)據(jù)發(fā)生變化；此外，在進(jìn)行讀或?qū)憯?shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)總線和地址總線也可能在干擾的作用下發(fā)生讀寫數(shù)據(jù)錯誤或?qū)?shù)據(jù)傳送到錯誤的地址上。如果數(shù)據(jù)是控制程序流向的標(biāo)志字時(shí)，還將導(dǎo)致運(yùn)算邏輯出現(xiàn)錯誤等問題。 
    　　(2) 運(yùn)算程序出軌。在微機(jī)執(zhí)行運(yùn)行程序期間，運(yùn)行的程序通常存放在只讀存貯器(ROM)之中，所謂程序只是微處理器可識別的機(jī)器碼，在干擾信號的作用下，這些機(jī)器碼改變時(shí)，將可能出現(xiàn)微處理器無法識別的機(jī)器碼，致使微處理器無法工作。此外，如果干擾信號改變了控制程序流向的標(biāo)志字時(shí)，也將改變運(yùn)行程序的執(zhí)行順序，使微機(jī)的運(yùn)行程序出軌，出現(xiàn)死機(jī)等問題。 
    　　(3) 損壞微機(jī)芯片。在微機(jī)中的一些半導(dǎo)體芯片，在強(qiáng)電磁干擾作用下，可能受到損壞，使裝置無法工作。 
    3、電動機(jī)保護(hù)器的抗干擾措施 
    3.1 提高電動機(jī)保護(hù)器可靠性的三項(xiàng)措施 
    　　(1) 選用高質(zhì)量的元器件、合理的制造工藝和采用屏蔽和隔離技術(shù)，從裝置的設(shè)計(jì)和元件的選擇上，減少保護(hù)裝置故障和錯誤出現(xiàn)的幾率； 
    　　(2) 利用微機(jī)在工作程序結(jié)束后的閑余時(shí)間，實(shí)時(shí)檢測有關(guān)硬件設(shè)備的運(yùn)行工況。當(dāng)有關(guān)的硬件設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，閉鎖保護(hù)裝置防止保護(hù)裝置誤動作，并及時(shí)通知運(yùn)行值班人員； 
    　　(3) 采用容錯設(shè)計(jì)方式，利用冗余的保護(hù)裝置不間斷地在線運(yùn)行。 
    3.2 抗干擾應(yīng)考慮的主要因素 
    　　(1) 合理選用優(yōu)質(zhì)的微機(jī)芯片和其它半導(dǎo)體器件，設(shè)計(jì)合理的線路布局和制造工藝，切斷種種電磁耦合的途徑，盡可能減少擾動對保護(hù)裝置的影響； 
    　　(2) 由于干擾信號的出現(xiàn)具有很大的隨機(jī)性，一旦干擾信號在保護(hù)裝置內(nèi)部出現(xiàn)后，應(yīng)考慮可能帶來的問題和采取的對策。 
    3.3 光電耦合的抗干擾典型電路 
    　　對于在發(fā)電廠和變電站運(yùn)行的電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)裝置，其電源回路、模擬量輸入回路、開關(guān)量輸入輸出回路以及通信口都是通過電纜引入到比較遠(yuǎn)的模擬元件上，這些回路也是把干擾耦合到微機(jī)保護(hù)裝置的主要媒介，上述回路均應(yīng)采用光電耦合器件進(jìn)行隔離。 
    　　(1) 電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)裝置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常有兩種形式：采用逐次比較模/數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和采用壓/頻變換模/數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它們的組成框圖見圖1和圖2。 

    　　圖1 逐次比較模/數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 
    　　圖1中變換器能將微機(jī)保護(hù)裝置的內(nèi)部與外部互感回路完全隔離，不存在直接的電氣信號聯(lián)系，有利于提高抗干擾能力。 

    　　 圖2 壓/頻變換模/數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)        　　圖2中交流變換器能確保裝置內(nèi)部與外部不存在直接的電聯(lián)系。浪涌吸收器不僅能提高裝置的抗干擾能力，而且能對芯片起到過電壓保護(hù)作用。        　　(2) 開關(guān)量輸入的抗干擾典型電路見圖3。

    　　圖3 開關(guān)量輸入回路中的抗干擾典型電路 
    　　當(dāng)外部觸點(diǎn)閉合時(shí)，有電流流過光電器件——發(fā)光二極管，使光敏三極管導(dǎo)通，而當(dāng)外部觸點(diǎn)打開時(shí)，無電流流過發(fā)光二極管，光敏三極管截止。由此可以切斷外部干擾信號竄入微機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)部。 
    　　(3) 開關(guān)量輸出的抗干擾典型電路見圖4。 
    　　該電路采用的編碼方案使每一路開關(guān)量輸出的驅(qū)動電路都由2根并行口輸出線來控制，通過反相器和與非門執(zhí)行，使采用與非門后要滿足兩個(gè)條件方能使執(zhí)行元件動作，提高回路的抗干擾能力。 

    　　圖4 開關(guān)量輸出回路中的抗干擾典型電路 
    3.4 其它抗干擾措施。 
    　　(1) 電源濾波。在電源的入口增設(shè)電源濾波器。 
    　　(2) 模擬量輸入回路的靜電屏蔽。 
    　　(3) 采用磁屏蔽和雙絞線。采用不同電壓等級的開關(guān)量輸出引線與不同電壓等級的電源線分開布線以及輸入輸出端子后的走線強(qiáng)弱分離。 
    　　(4) 提高敏感回路的抗干擾能力。 www.diangon.com
    　　(5) 合理設(shè)計(jì)接地泄放電路。 
    3.5 抗干擾措施中應(yīng)注意的問題 
    　　電動機(jī)保護(hù)器的工作程序中，應(yīng)設(shè)置對不良數(shù)據(jù)的檢錯和識別功能等子程序，以確保軟件程序運(yùn)算結(jié)果的正確性。 
    　　(1) 對輸入模擬量采樣數(shù)據(jù)采取的抗干擾措施。在微機(jī)保護(hù)中，輸入模擬量有三相電壓、零序電壓、三相電流和零序電流，可以利用自身的規(guī)律進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)的檢錯。 
    　　(2) 運(yùn)算過程中的核對措施。將整個(gè)的運(yùn)算過程進(jìn)行兩次或兩次以上核對，用來檢驗(yàn)運(yùn)算過程是否有錯。 
    　　(3) 出口閉鎖。在保護(hù)跳閘出口的硬件電路上，設(shè)計(jì)成在連續(xù)收到多個(gè)跳閘指令時(shí)，該回路才能執(zhí)行出口跳閘，不允許接收一條指令就跳閘。 
    　　(4) 防止程序出軌的對策。使用專用的硬件電路來檢測程序出軌，并實(shí)現(xiàn)自動恢復(fù)正常運(yùn)行。如用微機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)芯片和利用定時(shí)電路來實(shí)現(xiàn)對微處理器的重新啟動。 
    4、結(jié)束語 
    　　工業(yè)環(huán)境中的干擾一般是以脈沖形式進(jìn)入測控系統(tǒng)中，其竄入電動機(jī)保護(hù)器系統(tǒng)的渠道主要有三條，即空間干擾、信號通道干擾、供電系統(tǒng)干擾。其中，信號通道干擾和供電系統(tǒng)干擾強(qiáng)度較大，為抗干擾防范的重點(diǎn)。 

    　　電動機(jī)保護(hù)器出錯主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：死機(jī)、硬件控制失常、顯示混亂以及采集或測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)。 為解決上述干擾問題，需要進(jìn)行硬件和軟件抗干擾設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)得當(dāng)，可杜絕大部分干擾。但是，軟件措施依然必不可少，而且由于其實(shí)現(xiàn)不需要增加硬件設(shè)備，使用靈活，修改方便，特別是能夠較好地解決生產(chǎn)過程中未曾考慮的干擾因素，所以在工程應(yīng)用實(shí)踐中，更顯重要。