1 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生產(chǎn)過程，其間接損失也更加難以估計。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[1]。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。
2 干擾源及其對系統(tǒng)的影響
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[2]。
電動機(jī)保護(hù)器出錯主要表現(xiàn)為以下幾個方面：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。硬件設(shè)計得當(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)用實踐中，更顯重要。
3 軟件抗干擾措施
3.1 復(fù)位與程序運行監(jiān)視
要使電動機(jī)保護(hù)器系統(tǒng)的CPU正常開始工作，必須采用可靠的復(fù)位電路，而對失去控制的CPU，最簡單的方法就是復(fù)位，使程序重新從0000H開始運行。系統(tǒng)復(fù)位方式有三種：上電復(fù)位、人工復(fù)位和自動復(fù)位。自動復(fù)位主要由程序運行監(jiān)視系統(tǒng)（WATCHDOG TIMER）完成，具有以下特點：一是本身獨立工作，基本不依賴CPU；二是CPU工作正常時，CPU與該系統(tǒng)定時聯(lián)絡(luò)；三是當(dāng)CPU進(jìn)入死循環(huán)或系統(tǒng)失常時，可迅速發(fā)覺并使系統(tǒng)自動復(fù)位。在使用中，將復(fù)位電路與WATCHDOG結(jié)合使用，在CPU受到干擾后使系統(tǒng)自動復(fù)位，是一種有效的CPU抗干擾措施。
3.2 掉電保護(hù)
電網(wǎng)瞬間斷電或電壓突然下降將使電動機(jī)保護(hù)器的單片機(jī)陷入混亂狀態(tài)，電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常后，電動機(jī)保護(hù)器卻難以恢復(fù)正常運行。對付這一類事故的有效方法就是掉電保護(hù)。掉電信號由硬件電路檢測，并連接電動機(jī)保護(hù)器控制芯片如單片機(jī)的外部中斷輸入端。中斷軟件將掉電中斷規(guī)定為最高優(yōu)先級中斷，使系統(tǒng)及時對掉電做出反應(yīng)。在掉電中斷子程序中，首先進(jìn)行現(xiàn)場保護(hù)，保存當(dāng)時重要的狀態(tài)參數(shù)，當(dāng)電源恢復(fù)正常時，CPU重新復(fù)位，恢復(fù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，繼續(xù)未完成的工作。
3.3 指令冗余
當(dāng)CPU受到干擾后，往往將一些操作數(shù)當(dāng)作指令碼來執(zhí)行，引起程序混亂。以51單片機(jī)為例，如表1所示。
表1 51單片機(jī)機(jī)器碼
如果當(dāng)前PC不是指向75H，而是指向01H或02H，那么51單片機(jī)的指令譯碼器將把它譯成AJMP xx01H，從而導(dǎo)致程序跑飛。
51單片機(jī)系統(tǒng)中所有指令都不超過３個字節(jié)，而且有很多單字節(jié)指令。當(dāng)程序彈飛到某一條單字節(jié)指令上時，便自動納入正軌。當(dāng)跑飛到某一雙字節(jié)或三字書指令的操作數(shù)上時，會繼續(xù)出錯。因此，多采用單字節(jié)指令或在關(guān)鍵的程序區(qū)插入一些單字節(jié)指令（NOP），便是指令冗余技術(shù)。
將上述指令做如表2所示的改動：
表2 改動后的機(jī)器碼
如此，每一字節(jié)代碼都不生成跳轉(zhuǎn)和循環(huán)，且都是單字節(jié)指令，程序就不會跑飛。
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另外，在雙字節(jié)和三字節(jié)指令之前插入兩條NOP指令，可保護(hù)其后的指令不被拆散，并將被完整執(zhí)行。因此，在一些對程序流向起決定作用的指令之前插入兩條NOP指令，可保證跑飛程序進(jìn)入正軌。此類指令有：RET、RETI、LCALL、SJMP、JZ、CJNE等。
3.4 軟件陷阱
軟件陷阱就是一條引導(dǎo)指令，強(qiáng)行將捕獲的脫軌程序引向出錯處理程序區(qū)。如果把這段程序的入口標(biāo)號稱為ERR的話，軟件陷阱即為一條LJMP ERR指令，為加強(qiáng)其捕捉效果，考慮指令冗余，一般還在它前面加兩條NOP指令，因此，真正的軟件陷阱由表3所示的三條指令構(gòu)成：
表3 軟件陷阱指令
若將ERR地址設(shè)為0000H，則非程序區(qū)填滿了0000020000H。
由于軟件陷阱都安排在程序正常執(zhí)行不到的地方，故不會影響程序執(zhí)行效率。
3.5 RAM冗余
RAM冗余體現(xiàn)在以下幾個方面：將重要的數(shù)據(jù)信息備份2份（或以上）并存于RAM中地址不相連的區(qū)域；當(dāng)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行修改時，同時也更新備份；在數(shù)據(jù)區(qū)的特定單元內(nèi)存入標(biāo)志字，當(dāng)發(fā)現(xiàn)標(biāo)志位遭到破時，在其余的備份數(shù)據(jù)區(qū)調(diào)用備份數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)；只備份最原始的數(shù)據(jù)。
3.6 軟件濾波
（1）限幅濾波法
根據(jù)經(jīng)驗確定兩次采樣允許的最大偏差值（設(shè)為Δ），每次檢測到新值時判斷：如果本次值與上次值之差小于等于Δ，則本次值有效；如果本次值與上次值之差大于Δ，則本次值無效，放棄，用上次值代替本次值。
優(yōu)點：能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾。
缺點：無法抑制周期性干擾，平滑度差。
（2）算術(shù)平均濾波法
連續(xù)取N個采樣值進(jìn)行算術(shù)平均運算，但是N值選取值得注意，N值較大時，信號平滑度較高，但靈敏度較低；N值較小時，信號平滑度較低，但靈敏度較高；N值的一般性選?。?6。
優(yōu)點: 適用于對一般具有隨機(jī)干擾的信號進(jìn)行濾波。
缺點: N值取得較小時,才可有效保護(hù)短路等快速故障。
（3）中位值濾波法
連續(xù)采樣N次（N取奇數(shù)），把N次采樣值按大小排列，取中間值為本次有效值。
優(yōu)點：能有效克服因偶然因素引起的波動干擾。
缺點：對電流等快速變化的參數(shù)不宜使用。
（4）遞一階滯后濾波法
取α=0～1，本次濾波結(jié)果：
(1-α)×本次采樣值+α×上次濾波結(jié)果。
優(yōu)點：對周期性干擾具有良好的抑制作用，適用于波動頻率較高的場合。
缺點：相位滯后，靈敏度低；滯后程度取決于α值大??；不能消除濾波頻率高于采樣頻率的1/2的干擾信號。
（5）推平均濾波法
把連續(xù)取N個采樣值看成一個隊列，隊列的長度固定為N，每次采樣到一個新數(shù)據(jù)放入隊尾，并扔掉原來隊首的一次數(shù)據(jù)（先進(jìn)先出原則），把隊列中的N個數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均運算，就可獲得新的濾波結(jié)果。
優(yōu)點：對周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高，適用于高頻振蕩系統(tǒng)。
缺點：靈敏度低，對偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾的抑制作用較差，不易消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差，不適用于脈沖干擾比較嚴(yán)重的場合。
以上是軟件濾波的基本形式，在實際使用中，可以組合使用，如：“中位值濾波法”+“算術(shù)平均濾波法”、“限幅濾波法”+“遞推平均濾波法”等。
4 結(jié)束語
根據(jù)以上抗干擾措施，采用C8051F310單片機(jī)開發(fā)了一種新型的電動機(jī)保護(hù)器已用于實際工業(yè)生產(chǎn)中。應(yīng)用表明，采用單一的抗干擾措施通常是難以奏效的，而根據(jù)系統(tǒng)的實際情況綜合利用以上的各種抗干擾措施，才具有更高的可靠性和更強(qiáng)的抗干擾能力。
：洪玉蓮
：18918933859
：上海金橋高中壓閥門廠有限公司
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