工控软件的抗干扰对策

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工控软件的抗干扰对策

工业现场环境中干扰的特点主要有人为性干扰、程序计数器PC值被干扰、输入／输出接口状态受到干扰、数据采集误差加大、RAM数据区受到干扰和控制状态失灵等。对程序运行失常的软件对策主要是发现失常状态后及时引导系统恢复原始状态；对于干扰造成的死锁现象，在软件编程中可采用时间片的方法解决；数据采集误差大的软件对策是采用数字滤波技术；对于RAM数据出错问题采用校验法和设标法的软件对策；对于控制状态失常问题采用软件冗余、设置当前输出状态寄放单元和设置自检程序等对策。

计算机控制和检测系统在工业现场使用时，工业控制往往存在各种大型电力和机械设备造成的大量干扰源，虽不会损坏硬件系统，但会瞬间干扰计算机系统的正常运行，致使控制失灵，参数异变，控制精度和控制效果下降，甚至造成重大事故。要解决计算机系统的抗干扰不但要从硬件上着手，减少和避免计算机系统受到外界的影响，而且还要在软件上作出相应的对策，使系统能有效地识别干扰，以避免干扰对控制系统的影响。工控软件的结构特点及干扰途径

1.结构特点

目前，国内的工业控制系统中有好多种工控系统和工控软件，这

些工控软件虽然功能不同，但就其结构来说，具有如下特点：(1)实时性工业控制系统中有些事件的发生具有随机性，要求工控软件能够及时地处理随机事件；

(2)周期性工控软件在完成系统的初始化工作后，随之进入主程序循环，在执行主程序过程中，如有中断申请，在执行完相应的中断服务程序后，继续主程序循环；

(3)相关性工控软件由多个任务模块组成，各模块协同工作，相互关联，相互依存；

(4)人为性工控软件允许操作人员干预系统的运行，调整系统的工作参数。

2.干扰途径

在理想状况下，工控软件可以正常执行。但在工业现场环境的干扰下，工控软件的周期性、相关性及实时性受到破坏，程序无法正常执行，导致工业控制系统的失控。这种失控表现在以下几方面。(1)程序计数器PC值发生变化，破坏了程序的正常运行。PC值被干扰后的数据是随机的，引起程序执行混乱，在PC值的错误引导下，程序执行一系列毫无意义的指令，最终进入毫无意义的死循环中，使系统失去控制。

(2)输入/输出接口状态受到干扰，破坏了工控软件的相关性和周期性，造成系统资源被某个任务模块独占，使系统发生死锁现象。(3)干扰侵入系统的前向通道，叠加在信号上，导致数据采集误

差加大。特别是当前向通道的传感器接口是小电压信号输入时，此现象更加严重。

(4)RAM数据区受到干扰发生变化。根据干扰窜入渠道和受干扰数据性质的不同，系统受损坏的状况不同，有的造成数值误差，有的使控制失灵，有的改变程序状态，有的改变某些部件(如定时器／计数器、串行口等)的工作状态等。

(5)控制状态失灵。在工业控制系统中，控制状态的输出是依据某些条件状态的输入和条件状态的规律处理结果而定的。在这些环节中，由于干扰的侵入，会造成条件状态错误，致使输出控制误差加大，甚至控制失常。

程序运行失常的软件对策

系统受到干扰侵害致使PC值改变，造成程序运行失常。程序运行失常的软件对策主要是发现失常状态后及时引导系统恢复原始状态。

1.设监视跟踪定时器

使用定时中断来监视程序运行状态。定时器的定时时间稍大于主程序正常运行一个循环的时间，在主程序运行过程中执行一次定时器时间常数刷新操作。这样，只要程序正常运行，定时器不会出现定时中断。而当程序运行失常，不能及时刷新定时器时间常数就导致定时

中断，利用定时中断服务程序将系统复位。在8031应用系统中用软件抗干扰，具体做法是：

(1)使用8155的定时器所产生的溢出信号作为8031的外部中断源INT1，用555定时器作为8155中定时器的外部时钟输入；(2)8155定时器的定时值稍大于主程序的正常循环时间；(3)在主程序中，每循环一次，对8155定时器的定时常数进行刷新；

(4)在主控程序开始处，对硬件复位还是定时中断产生的自动恢复进行分类判断处理。

2.设置软件陷井

当PC失控，造成程序“乱飞〞而不断进入非程序区，只要在非程序区设置拦截措施，便可使程序进入陷井，然后迫使程序进入初始状态。例如Z80指令系统中数据FFH正好对应为重新起动指令RST56，该指令使程序自动转入0038H入口地址。因此，在Z80CPU构成的应用系统中，只要将所有非程序区全部置成FFH用以拦截失控程序，并在0038H处设置转移指令，便可使程序转至抗干扰处理程序［1］。

系统死锁的软件对策

工业控制系统中，A/D、D/A，显示等输入/输出接口电路是必不

可少的。这些接口与CPU之间采用查寻或中断方式工作，对干扰很敏感，干扰信号一旦破坏了某一接口的状态后，就会导致CPU误认为该接口有输入/输出请求而中止现行工作，转去执行相应的输入/输出服务程序。但该接口本身并没有输入/输出数据，使CPU资源被该服务程序长期占用而不释放，无法执行其它任务程序，整个系统便出现死锁现象。对这种干扰造成的死锁问题，在软件编程中，可采用时间片的方法来解决。具体步骤是：

(1)根据不同的输入/输出外设对时间的要求，分派相应的最大正常输入/输出的时间；

(2)在每一输入/输出的任务模块中，参与相应的超时判断程序，在干扰破坏了接口的状态造成CPU误操作后，由于该外设准备好信息长期无效，经一定时间后，系统会从该外设的服务程序中自动返回，保证整个软件的周期性不受影响，从而避免死锁现象的发生。

数据采集误差的软件对策

根据数据受干扰性质及干扰后结果的不同，采取的软件对策各不一致。对于实时数据采集系统，为了消除传感器通道中的干扰信号，在硬件上常采取有源或无源RL