提高電力監控系統微機工作可靠性的策略探析

王 平

（廣東省興寧市水務局水利水電勘測設計室，廣東 梅州514500）

0 引言

對于電力監控系統來說，微機工作的可靠性特別重要。當微機受到干擾或微機的硬件、軟件出現故障時，監控系統就會采集到錯誤、失真的數據或進入死循環狀態，不能可靠工作而造成嚴重后果。為此，提高微機工作的可靠性顯得特別重要。筆者從提高微機抗干擾能力、微機的自檢和自恢復3方面著手，結合工作實際就提高微機工作可靠性提出如下具體策略：

1 提高抗干擾能力

微機在電力監控系統運行中經常受到各方面干擾，影響正常工作。系統的干擾源主要有如下幾種：

1.1 來自交流電源的干擾

微機一般由交流電源供電，電源系統會產生嚴重的干擾。為抑制來自交流電源的干擾，應采用專線對微機供電，不與站內其他負荷共用一回電源線，在電源側加裝電源濾波器，采用具有抗干擾能力的開關或電源，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產生干擾的途徑。

1.2 來自信號通道的干擾

模擬量和開關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，通過轉換后送至A/D接口，雖然原、副邊通過電磁耦合實現了隔離，但干擾信號仍可通過分布電容耦合進入微機。因此，在變送器輸入端的相間與相對地之間，應接入抗干擾電容。

1.3 空間電磁波干擾

對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。

1.4 來自高次諧波的干擾

系統在運行中可能產生高次諧波，這些高次諧波會對微機的采樣信號產生干擾，必須采用濾波器抑制不需要的諧波分量，保證信號不失真。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相連，而不能共用一根地線。

2 微機的自檢

為了提高微機工作的可靠性，必須經常對微機進行自檢，以便及時發現和排除微機硬件和軟件的故障，保證微機連續正常工作。微機的自檢包括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，因為如果CPU有故障，自檢也不可能順利進行，如果CPU能工作，則表明其基本上是完好的。盡管如此，對CPU還是可以進行一些自檢工作，主要是檢查CPU的操作功能、算術邏輯運算功能以及內部各個寄存器是否完好。因此，自檢程序的設計要使CPU做一些典型操作，如傳遞、跳轉、算術邏輯運算等，這些操作應該使用CPU的全部寄存器，如果結果正確，表明CPU是完好的。如果微機有2個CPU，則可采用讓其互測某根地址在執行一般程序時有效次數的辦法來達到互檢的目的。

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中的程序當作普通的數據，對它進行某種算術或邏輯運算，每次自檢時再運算一次，并加以比較，若其值不變，則表明EPROM正常，否則作出錯處理。

2.3 RAM 自檢

在微機內存RAM中的某些區域可能存放著一些重要的數據，這些數據如果被沖掉，可能產生嚴重后果，故必須對它進行嚴密監視。對RAM的自檢主要是檢查其能否進行正常的讀、寫操作。具體自檢過程是對某個單元分別寫入2組數據，然后分別讀出進行比較，如果寫入和讀出數據相等，則此單元是完好的，否則，作出錯處理，并顯示出錯單元地址等信息。然后對另一單元進行檢查，直至全部單元檢查完畢。

2.4 A/D自檢

對A/D的檢查可以留出一個通道，接一個檢驗電壓，并經常檢查該通道的采樣值是否正確，當然，這只能判斷A/D轉換器的狀況，對多路開關本身無法作出判斷。為了進一步檢查采樣通道的狀況，可以對數據的合理性進行分析，例如，三相電流之和應等于零序電流，若檢驗結果不符，則表明采樣通道有問題。

3 微機的自恢復

微機在運行中有時會突然停下來，屏幕上一片紊亂或漆黑一團，完全喪失工作能力。為了尋找有效的對策，首先應分析失控原因，一般有以下幾種情況：

（1）干擾使程序計數器（PC）的值發生變化，錯誤地將某一操作數當作操作碼來處理，而去執行一連串毫無意義的指令。

（2）PC指向不存放程序的EPROM和RAM區域，把一些隨機數當作指令來執行。

（3）程序在某處進入死循環或等待（HALT）狀態，稱之為死鎖。

（4）內存RAM中某些重要的數據被沖掉或改寫。

（5）干擾可能將某些接口芯片中的初始化信息沖洗掉。

針對上述原因，可以采取以下自恢復方法：

（1）引導法。所謂引導法就是設法把指針PC從不應該進入的區域引導到正確的軌道上來。具體做法是將不存放程序和數據的EPROM和RAM區域全部寫上FFH。因為FFH是一條RST38 H指令的機器碼，這條指令執行結果是0038 H→PC，所以只要在0038H單元開始處存放一條轉移指令，就可以把PC引向正常的軌道，執行原來的程序，必要時還可以對自恢復的次數進行統計，若連續多次發生自恢復，則可以給出一些程序出錯的報警和顯示。

（2）時鐘監視法。上面談到的引導法只在PC進入不可執行區時才有效，當程序在可執行區發生死鎖時，可通過系統時鐘對程序的運行加以監視。一旦發現死鎖現象，立即將PC引導到程序重新啟動的入口處。一般微機控制系統都有定時時鐘，例如系統中的采樣同期、定時刷新顯示中的定時時鐘等。利用系統時鐘對控制程序作有規律的測試，可以及時發現死鎖現象。

（3）強迫復位法。上述時鐘監視法正常工作的前提是CTC不發生故障，如果CTC由于某種干擾而停止正常工作，時鐘監視程序就得不到響應，且系統的運行也會由于主時鐘的消失而陷于癱瘓。一旦出現這種情況，必須立即強迫系統自恢復。圖1給出了一種自恢復的方案。圖中，CTC回零脈沖ZC/TO通過74LS04兩級反相器連到可再觸發單穩態觸發器74LS122上，然后再通過一級反相器U2和電容C2連到CPU的復位端RESET上。系統正常工作時，ZC/TO每20 ms發出一個脈沖，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ZC/TO脈沖消失時，74LS122的Q端出現高電平，經反相器U2后變為低電平，通過C2使RESET端下跳，則CPU被迫回到復位狀態，PC＝00H，從而實現系統自恢復。

4 結語

通過采取上面幾種措施，可以有效地提高電力監控系統中微機工作的可靠性。但應當注意，微機工作可靠性的根源在于硬件本身工作的可靠性及軟件設計的合理性。因此，在實踐中，電力監控系統的微機應選取可靠性高的名優品牌，以從根本上保證微機的性能。

圖1 一種自恢復方案

［1］丁毓山，南俊星.微機保護與綜合自動化系統［M］.中國水利水電出版社，2002

［2］盛壽麟.電力系統遠動原理［M］.中國電力出版社，1993