摘 要：提出了井下用電設備智能保護系統抗干擾設計的思想，從抑制干擾源、切斷干擾傳播途徑、提高敏感元氣件抗干擾性能三個方面提出了系統的硬件抗干擾設計方案，提出了軟件抗干擾設計的思想及方法。 關鍵詞：井下用電設備 智能保護 抗干擾 Abstract：Proposed electric equipment under ground intelligence protection system antijamming design thought,from the suppression noise source, the cut-off disturbance dissemination way, enhanced the sensitive vitality resistance to interference three aspects to propose the system hardware antijamming design proposal, proposed the software antijamming design thought and the method. Key words：electric equipment under ground , intelligent protection, antijamming. 0引言 　　智能保護裝置承擔著保護煤礦井下電機等電氣設備的安全、可靠運行的重要任務，因而對其可靠性和穩定性的要求較高。由于智能保護中被控對象的功率較大，頻率較高，而保護裝置的元器件容量與閾值較低，加之電力電子器件廣泛使用，給電力系統造成了大量“污染”，它們所產生的干擾信號給智能保護系統的可靠運行造成巨大威脅，不僅對各模擬電壓和電流采樣數據的準確性有影響，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，若不能及時正確處理，可能使保護裝置出現誤動或拒動，甚至造成重大事故。因此，提高智能保護裝置運行的可靠性和抗干擾性能，不容忽視。 1干擾對智能保護系統的影響 1. 1干擾的來源 　　由于煤礦井下工作環境惡劣，存在著強大的干擾源，干擾信號可能來自保護裝置的外部（如連片、切換開關觸點、操作繼電器觸點等），其會沿各種線路侵入保護裝置，也會以場的形式從空間輻射到保護裝置;供電線路是電網中各種浪涌電壓入侵的主要途徑;系統接地不良也是引入干擾的主要原因;電流、電壓互感器、輸入輸出線路的絕緣不良等，均有可能引入干擾。以場的形式入侵的干擾主要發生在高電壓、大電流、高頻電磁場的附近，它們通過靜電感應、電磁感應等方式耦合到保護裝置中。也可能來自裝置的內部（如微機高頻時鐘控制信號對裝置中的其它回路產生的干擾信號），內部干擾主要由裝置的結構設計、元器件和某些回路的布局、生產制造裝置的工藝所決定的。干擾的主要耦合方式有電場耦合、磁場禍合、電磁耦合、傳導耦合等。 1.2 干擾的危害 　　干擾信號對模擬量輸出執行元件的影響可能導致保護裝置的誤動作;干擾信號對數字化的微機芯片的影響則造成運算數據傳送的錯誤或出現微處理器操作碼錯誤，從而導致微機系統出現故障或功能障礙。干擾對智能保護裝置的影響，主要表現在采樣值偏離實際值、程序運行出軌、損壞微機芯片、運算或邏輯錯誤等幾個方面。 2干擾抑制技術的基本思想 　　系統的抗干擾的設計，可以綜合采用硬件和軟件相結合的方法。硬件抗干擾設計的基本思想是抑制干擾源、切斷干擾傳播路徑、提高敏感器件的抗干擾性能;軟件抗干擾設計就是采用數字濾波等軟件方法實現對干擾信號的抑制。兩者有機結合可構成效率高且廉價的抗干擾系統。 3硬件抗干擾設計 　　硬件措施是抗干擾的第一道防線，一般從防和抗兩方面入手來抑制干擾。 3. 1抑制干擾源 　　抑制干擾源就是盡可能的減小干擾源的du/dt、di/dt。減小干擾源的du/dt主要是通過在干擾源兩端并聯電容來實現;減小干擾源的di/dt則是在干擾源回路串聯電感或電阻以及增加續流二極管來實現。另外還可采取以下三種措施，繼電器線圈增加續流二極管，消除斷開線圈時產生的反電動勢干擾;電路板上每個IC并接一個0.01μF～0.1μF高頻電容，以減小電源對IC的影響;布線盡量縮短印制線的長度、避免90度折線，減少高頻干擾發射。 3. 2切斷干擾傳播路徑 　　切斷及阻礙干擾的耦合通道是抑制干擾的有效途徑之一。對于以“路”形式耦合的干擾，可以采取切斷傳輸通道的方法;對于以“場”的形式耦合的干擾，可增加干擾源與敏感器件的距離、用地線把它們隔離、在敏感器件上加屏蔽罩等方法。針對微機智能綜合裝置的結構如圖1所示，具體采取的措施如下： [align=center] 圖1 單片機系統的外圍電路[/align] 　　（1）模擬量輸入通道 　　智能保護裝置需要采集一次系統的電壓、電流等模擬量，為防止交流回路的干擾信號進入邏輯部分，精密互感器的初級和次級線圈之間均用屏蔽層隔離，減少初、次級之間的分布電容，并且將初級屏蔽層接大地，給共模干擾提供通路，次級屏蔽層接系統地，因此有很高的共模抑制比，能有效地防止電網中干擾進入系統。 　　另外采用防頻率混疊的二階有源低通濾波器，吸收差模浪涌，使傳輸線上的不需要的高頻成分干擾在送入模數轉換器之前得到了消除或減弱。 　　（2） 開關量輸入通道 　　采用整形、光電耦合器等方法限制或切斷干擾途徑。光電耦合器的原邊和副邊之間完全沒有電的聯系。但須注意，被隔離的通道兩側必須單獨使用電源。 　　（3） 開關量輸出通道 　　為了防止現場強電磁干擾或工頻電壓通過輸出通道反串到保護系統，采用光電耦合器件隔離電信號;開關量輸出通過兩個與非門實現，以提高裝置的抗干擾能力。開關量輸出通道電路如圖2所示。 [align=center] 圖2 開關量輸出的抗干擾電路[/align] 　　（4） 電源系統干擾的抑制 　　實際電源通過電源內阻將造成各元件和組件間的耦合形成干擾源，有時甚至造成低頻振蕩。在電源輸入端并聯較大的電解電容和0.01μF～0.047 pF的高頻電容，從而可以使某個信號頻譜的公共阻抗大大減少，避免耦合干擾;另外使用電源濾波器，以減小來自電網干擾。 　　（5） 通信端口抑制干擾的措施 　　采用雙絞通信傳輸線抑制共模干擾進入保護裝置中，并在通信端口串接適當鐵氧體磁環抑制瞬變騷擾。 　　（6） 其他措施 　　晶振與單片機引腳盡量靠近，用地線把時鐘區隔離起來，晶振外殼接地并固定;盡可能把干擾源與敏感元件遠離;單片機和大功率器件的地線單獨接地;大功率器件盡可能放在電路板邊緣，以減小相互干擾。 　　將整個智能保護裝置主電路板用金屬盒包圍起來，再將金屬盒接地進行屏蔽，這樣能消除、減弱靜電場與信號線之間的分布電容，抑制通過靜電感應產生的干擾電壓。 3.3提高敏感器件的抗干擾性能 　　布線時盡量減少回路環的面積，以降低感應干擾;布線時電源線和地線要盡量粗，以減小壓降、降低耦合噪聲;對于單片機閑置的I/0空置的管腳不要懸空，應加上拉或下拉電阻。其它IC的閑置端在不改變系統邏輯的情況下接地或接電源;盡量降低單片機的晶振和選用低速數字電路;IC器件盡量直接焊在電路板上，少用IC座。 4軟件抗干擾的措施 　　智能保護裝置應用于煤礦井下，由于環境惡劣，電壓高，電流大，真空接觸器頻繁吸合，以致地線中的雜散電流會產生較強的干擾信號。當干擾信號通過三總線作用到CPU時，CPU將不能按照正常狀態去執行程序，從而引起混亂。軟件抗干擾措施就是要及時發現CPU受到的干擾，攔截失去控制的程序流向，恢復系統的正常工作狀態。 4. 1 I /0通道上的軟件抗干擾措施 　　（1） 開關量信號輸入抗干擾 　　干擾信號一般都是很窄的脈沖，而開關量信號持續的有效時間較長。根據這一特點，可以對同一開關量連續多次采樣，連續兩次或兩次以上采集的結果完全相同才認為有效。 　　（2） 開關量信號輸出抗干擾 　　開關量輸出電路控制的繼電器、接觸器等器件動作時，所產生的電弧會引發較強的干擾信號，可能改變輸出寄存器的內容，造成誤動作。最有效的軟件解決方法是重復輸出相同的數據給外部負載。重復周期盡可能的短，使外部設備受到干擾信號還來不及做出反應，正確的輸出信息又送到了，這樣就可以防止誤動作。 　　（3） 模擬量信號輸入抗干擾 　　對于輸入通道中沒有被硬件完全消除的干擾，在信號數據被使用之前，對一點數據連續采樣多次，以平均值作為該點的采樣結果。可以減少系統隨機干擾對采樣結果的影響。 4. 2單片機RST指令抗干擾的應用 　　在單片機的RST指令操作碼為FF，程序在執行到這條指令時，將使PSW初始化為0，PC初始化為2080， I/0寄存器置為初始值，在復位引腳上產生一個負脈沖。在軟件抗干擾設計中在不用的存儲空間中送上FF操作碼，當程序“走飛”到不用的程序存儲器單元時，就會自動執行RST指令，從而轉到2080開始執行程序，有助于修復軟件故障。 4. 3系統復位措施 　　（1） 人工復位 　　在單片機的RESET端接復位電路，上電復位電路和人工復位電路均能為RESET端提供大于1ms的高電平復位信號，使失控的CPU復位，程序自動從0000H開始執行， 　　（2） 程序運行監視系統 　　在系統中設置運行監視程序，通過芯片X5045的看門狗定時器和Vcc電壓監視器對CPU提供獨立的保護。當系統故障時，當看門狗定時器計時達到其可編程的超時極限，當電源電壓Vcc降至最小值以下時，該芯片在系統電源上電或掉電時也芯片的RESET引腳都會立即自動產生復位信號。這樣，在電源的接通和關斷、瞬時的電源電壓不穩時就不會造成系統死機、數據誤寫及誤動作等現象。 4. 4設置軟件陷阱 　　在程序設計中設置軟件陷阱，用于捕捉“跑飛”的指令指針，是監測程序運行是否異常的一種設計手段。通常安排在系統中空的ROM區、數據表格的頭尾處、程序中未用的中斷向量處、程序內如跳轉指令等語句后等位置，能夠截獲一定的程序異常。對于因受干擾而混亂的程序，單字節指令則可使混亂的PC指針重新理順，使混亂現象得到控制。其中NOP指令加得越多，捕捉能力越強。 　　本文作者創新點：基于煤礦下電機保護裝置干擾的來源、傳播途徑及干擾的接收方式的研究，提出了系統抗干擾設計的思想，從抑制干擾源、切斷干擾傳播途徑、提高敏感元氣件抗干擾性能三個方面提出了系統的硬件抗干擾設計方案，提出了軟件抗干擾設計的思想及方法。經過實踐驗證，系統設計中采用的軟硬件抗干擾設計方案很大程度上提高了系統的抗干擾性能，更加便于系統的維護。 參考文獻： 　　[1]許志紅.智能電動機控制與保護器的研究[J].繼電器，1998, 22-26。 　　[2]孔惠.智能綜合保護器的研究，煤炭科學技術[J]. 1997, 24-27。 　　[3]崔生榮.單片機系統的軟件抗干擾[J].華北電力技術1998，第4期。 　　[4]喬和. 一種新型異步電動機綜合保護的研究[J].微計算機信息，2006，8-1：129-130。 　　[5]李曉慧.變頻器引接電纜中的高次諧波影響及抑制[J].微計算機信息2006，6-1： 161-163。