提高電力監(jiān)控系統(tǒng)微機(jī)工作可靠性的策略探析

王 平

（廣東省興寧市水務(wù)局水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)室，廣東 梅州514500）

0 引言

對(duì)于電力監(jiān)控系統(tǒng)來說，微機(jī)工作的可靠性特別重要。當(dāng)微機(jī)受到干擾或微機(jī)的硬件、軟件出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)就會(huì)采集到錯(cuò)誤、失真的數(shù)據(jù)或進(jìn)入死循環(huán)狀態(tài)，不能可靠工作而造成嚴(yán)重后果。為此，提高微機(jī)工作的可靠性顯得特別重要。筆者從提高微機(jī)抗干擾能力、微機(jī)的自檢和自恢復(fù)3方面著手，結(jié)合工作實(shí)際就提高微機(jī)工作可靠性提出如下具體策略：

1 提高抗干擾能力

微機(jī)在電力監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行中經(jīng)常受到各方面干擾，影響正常工作。系統(tǒng)的干擾源主要有如下幾種：

1.1 來自交流電源的干擾

微機(jī)一般由交流電源供電，電源系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾。為抑制來自交流電源的干擾，應(yīng)采用專線對(duì)微機(jī)供電，不與站內(nèi)其他負(fù)荷共用一回電源線，在電源側(cè)加裝電源濾波器，采用具有抗干擾能力的開關(guān)或電源，電源變壓器采用雙層屏蔽，即除了原、副邊加以屏蔽之外，繞組與鐵芯也加上屏蔽，這種屏蔽可以切斷分布電容和電磁感應(yīng)產(chǎn)生干擾的途徑。

1.2 來自信號(hào)通道的干擾

模擬量和開關(guān)量的輸入通道及其連線也是干擾的重要來源，模擬量一般通過變送器（或交流變換器）與TV和TA相連，通過轉(zhuǎn)換后送至A/D接口，雖然原、副邊通過電磁耦合實(shí)現(xiàn)了隔離，但干擾信號(hào)仍可通過分布電容耦合進(jìn)入微機(jī)。因此，在變送器輸入端的相間與相對(duì)地之間，應(yīng)接入抗干擾電容。

1.3 空間電磁波干擾

對(duì)于空間電磁波干擾的抑制，主要采用屏蔽措施。靜電屏蔽層可以用導(dǎo)體做屏蔽層，而為了抑制電磁干擾，則要用鐵材料做外殼或屏蔽網(wǎng)。

1.4 來自高次諧波的干擾

系統(tǒng)在運(yùn)行中可能產(chǎn)生高次諧波，這些高次諧波會(huì)對(duì)微機(jī)的采樣信號(hào)產(chǎn)生干擾，必須采用濾波器抑制不需要的諧波分量，保證信號(hào)不失真。此外，干擾還可能來自直流電源的接地線，因此各部分的接地必須直接與接地點(diǎn)相連，而不能共用一根地線。

2 微機(jī)的自檢

為了提高微機(jī)工作的可靠性，必須經(jīng)常對(duì)微機(jī)進(jìn)行自檢，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除微機(jī)硬件和軟件的故障，保證微機(jī)連續(xù)正常工作。微機(jī)的自檢包括CPU、EPROM、RAM和A/D自檢等部分。

2.1 CPU自檢

CPU自檢是比較困難的，因?yàn)槿绻鸆PU有故障，自檢也不可能順利進(jìn)行，如果CPU能工作，則表明其基本上是完好的。盡管如此，對(duì)CPU還是可以進(jìn)行一些自檢工作，主要是檢查CPU的操作功能、算術(shù)邏輯運(yùn)算功能以及內(nèi)部各個(gè)寄存器是否完好。因此，自檢程序的設(shè)計(jì)要使CPU做一些典型操作，如傳遞、跳轉(zhuǎn)、算術(shù)邏輯運(yùn)算等，這些操作應(yīng)該使用CPU的全部寄存器，如果結(jié)果正確，表明CPU是完好的。如果微機(jī)有2個(gè)CPU，則可采用讓其互測(cè)某根地址在執(zhí)行一般程序時(shí)有效次數(shù)的辦法來達(dá)到互檢的目的。

2.2 EPROM 自檢

EPROM通常用來存放用戶程序，自檢的目的是檢查程序是否完好，當(dāng)然也包括檢查EPROM本身是否完好。為了檢查程序是否完好，可以把EPROM中的程序當(dāng)作普通的數(shù)據(jù)，對(duì)它進(jìn)行某種算術(shù)或邏輯運(yùn)算，每次自檢時(shí)再運(yùn)算一次，并加以比較，若其值不變，則表明EPROM正常，否則作出錯(cuò)處理。

2.3 RAM 自檢

在微機(jī)內(nèi)存RAM中的某些區(qū)域可能存放著一些重要的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)如果被沖掉，可能產(chǎn)生嚴(yán)重后果，故必須對(duì)它進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)視。對(duì)RAM的自檢主要是檢查其能否進(jìn)行正常的讀、寫操作。具體自檢過程是對(duì)某個(gè)單元分別寫入2組數(shù)據(jù)，然后分別讀出進(jìn)行比較，如果寫入和讀出數(shù)據(jù)相等，則此單元是完好的，否則，作出錯(cuò)處理，并顯示出錯(cuò)單元地址等信息。然后對(duì)另一單元進(jìn)行檢查，直至全部單元檢查完畢。

2.4 A/D自檢

對(duì)A/D的檢查可以留出一個(gè)通道，接一個(gè)檢驗(yàn)電壓，并經(jīng)常檢查該通道的采樣值是否正確，當(dāng)然，這只能判斷A/D轉(zhuǎn)換器的狀況，對(duì)多路開關(guān)本身無(wú)法作出判斷。為了進(jìn)一步檢查采樣通道的狀況，可以對(duì)數(shù)據(jù)的合理性進(jìn)行分析，例如，三相電流之和應(yīng)等于零序電流，若檢驗(yàn)結(jié)果不符，則表明采樣通道有問題。

3 微機(jī)的自恢復(fù)

微機(jī)在運(yùn)行中有時(shí)會(huì)突然停下來，屏幕上一片紊亂或漆黑一團(tuán)，完全喪失工作能力。為了尋找有效的對(duì)策，首先應(yīng)分析失控原因，一般有以下幾種情況：

（1）干擾使程序計(jì)數(shù)器（PC）的值發(fā)生變化，錯(cuò)誤地將某一操作數(shù)當(dāng)作操作碼來處理，而去執(zhí)行一連串毫無(wú)意義的指令。

（2）PC指向不存放程序的EPROM和RAM區(qū)域，把一些隨機(jī)數(shù)當(dāng)作指令來執(zhí)行。

（3）程序在某處進(jìn)入死循環(huán)或等待（HALT）狀態(tài)，稱之為死鎖。

（4）內(nèi)存RAM中某些重要的數(shù)據(jù)被沖掉或改寫。

（5）干擾可能將某些接口芯片中的初始化信息沖洗掉。

針對(duì)上述原因，可以采取以下自恢復(fù)方法：

（1）引導(dǎo)法。所謂引導(dǎo)法就是設(shè)法把指針PC從不應(yīng)該進(jìn)入的區(qū)域引導(dǎo)到正確的軌道上來。具體做法是將不存放程序和數(shù)據(jù)的EPROM和RAM區(qū)域全部寫上FFH。因?yàn)镕FH是一條RST38 H指令的機(jī)器碼，這條指令執(zhí)行結(jié)果是0038 H→PC，所以只要在0038H單元開始處存放一條轉(zhuǎn)移指令，就可以把PC引向正常的軌道，執(zhí)行原來的程序，必要時(shí)還可以對(duì)自恢復(fù)的次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，若連續(xù)多次發(fā)生自恢復(fù)，則可以給出一些程序出錯(cuò)的報(bào)警和顯示。

（2）時(shí)鐘監(jiān)視法。上面談到的引導(dǎo)法只在PC進(jìn)入不可執(zhí)行區(qū)時(shí)才有效，當(dāng)程序在可執(zhí)行區(qū)發(fā)生死鎖時(shí)，可通過系統(tǒng)時(shí)鐘對(duì)程序的運(yùn)行加以監(jiān)視。一旦發(fā)現(xiàn)死鎖現(xiàn)象，立即將PC引導(dǎo)到程序重新啟動(dòng)的入口處。一般微機(jī)控制系統(tǒng)都有定時(shí)時(shí)鐘，例如系統(tǒng)中的采樣同期、定時(shí)刷新顯示中的定時(shí)時(shí)鐘等。利用系統(tǒng)時(shí)鐘對(duì)控制程序作有規(guī)律的測(cè)試，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)死鎖現(xiàn)象。

（3）強(qiáng)迫復(fù)位法。上述時(shí)鐘監(jiān)視法正常工作的前提是CTC不發(fā)生故障，如果CTC由于某種干擾而停止正常工作，時(shí)鐘監(jiān)視程序就得不到響應(yīng)，且系統(tǒng)的運(yùn)行也會(huì)由于主時(shí)鐘的消失而陷于癱瘓。一旦出現(xiàn)這種情況，必須立即強(qiáng)迫系統(tǒng)自恢復(fù)。圖1給出了一種自恢復(fù)的方案。圖中，CTC回零脈沖ZC/TO通過74LS04兩級(jí)反相器連到可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS122上，然后再通過一級(jí)反相器U2和電容C2連到CPU的復(fù)位端RESET上。系統(tǒng)正常工作時(shí)，ZC/TO每20 ms發(fā)出一個(gè)脈沖，使74LS122的Q端始終為低電平，則U2的輸出一直保持低電平，CPU正常工作。而當(dāng)ZC/TO脈沖消失時(shí)，74LS122的Q端出現(xiàn)高電平，經(jīng)反相器U2后變?yōu)榈碗娖?，通過C2使RESET端下跳，則CPU被迫回到復(fù)位狀態(tài)，PC＝00H，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自恢復(fù)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過采取上面幾種措施，可以有效地提高電力監(jiān)控系統(tǒng)中微機(jī)工作的可靠性。但應(yīng)當(dāng)注意，微機(jī)工作可靠性的根源在于硬件本身工作的可靠性及軟件設(shè)計(jì)的合理性。因此，在實(shí)踐中，電力監(jiān)控系統(tǒng)的微機(jī)應(yīng)選取可靠性高的名優(yōu)品牌，以從根本上保證微機(jī)的性能。

圖1 一種自恢復(fù)方案

［1］丁毓山，南俊星.微機(jī)保護(hù)與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)［M］.中國(guó)水利水電出版社，2002

［2］盛壽麟.電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)原理［M］.中國(guó)電力出版社，1993