井下保護設備的干擾分析及抑制措施

王長城，周天良

(1.肥礦集團梁寶寺二號井籌建處，山東 濟寧 272404;2.徐州煤礦機械廠，江蘇 徐州 221000)

1 引言

煤礦井下環境惡劣，粉塵大，濕度高;工頻電網中由于使用非線性元件而存在很大的諧波;有些產品在實驗室能用，但拿到現場就不能使用，或者頻繁出現死機、復位、液晶顯示屏錯位等故障。大多數故障是因為在現場受到較嚴重的干擾造成的。所以真正可靠實用的電子保護設備必須具備很強的抗干擾能力，才能保證其長期、穩定、可靠的工作。

2 干擾要素

電子系統中提到的干擾，一般是指電磁干擾。電磁干擾是干擾電纜信號并降低信號完整性的電子噪音，電磁干擾通常由電磁輻射發生源如馬達和機器產生的。理論和實踐的研究表明，不管是復雜系統還是簡單裝置，任何一個電磁干擾的發生必須具備三個基本條件:首先應該具有干擾源;其次有傳播干擾能量的途徑和通道;第三還必須有被干擾對象的響應。在電磁兼容性理論中把被干擾對象統稱為敏感設備(或敏感器)。因此干擾源、干擾傳播途徑(或傳輸通道)和敏感設備稱為電磁干擾三要素。

3 干擾的危害

干擾源對電子保護系統的危害主要表現在以下三個方面:

(1)輸入通道

輸入通道是系統接收數據的主要通道，它包括模擬信號和數字信號等。干擾能使模擬信號失真，或輸入的開關量和數字量出錯。保護器根據這種失真的、錯誤的輸入信息進行運算和處理，必然會給系統帶來不可設想的后果。

(2)輸出通道

輸出通道是系統作用于外部動作單元的主要通道，它的正確與否直接關系到系統動作的可靠性。而干擾會使輸出的各個控制信號混亂，不能實現微機系統準確的輸出，從而導致保護誤動或拒動。

(3)中央處理單元

中央處理單元是整個系統的核心，它對輸入通道輸送來的數據進行運算和處理，得到相應的結果。而干擾會使地址或數據總線上的數字信號錯亂，引發一系列意想不到的錯誤，CPU得到錯誤的數據信息后，導致運算結果出錯。

4 抑制干擾的有效措施

4.1 系統硬件抗干擾措施

印制板上的數字電路工作時，有可能造成電路板內的電源電壓和地電位的波動，導致信號波形產生振蕩而引起電路誤動作。本文在設計時主要采取了下列措施:

(1)盡量加粗地線以降低導線電阻，使它至少能通過三倍于印制板上的允許電流。

(2)接地線構成閉合回路，能明顯地提高抗噪聲能力。閉環形狀能顯著地縮短線路的環路，降低線路阻抗，從而減少干擾。

(3)電源去耦:即在印刷線路制板入口處的電源線與地線之間并接去耦電容。并接的電容為一個20uF的電解電容和一個0.1uF的磁片電容，并接大電容的目的是為了去掉低頻干擾成份，并接小電容是為了去掉高頻干擾成份。

(4)集成芯片去耦:在每個芯片的電源和地之間都安置了一個0.1uF的陶瓷電容，這種電容器的高頻阻抗特別小。

(5)采用光電隔離:開關量輸入電路接入光電耦合后，由于光電禍合器的隔離作用，使夾雜在輸入開關量中的各種干擾脈沖都擋在輸入回路的一側。

(6)繼電器隔離:輸出電路使用了繼電器隔離。利用了繼電器的線圈和觸點間沒有電氣上的聯系的特點，可避免強電和弱電信號之間的直接接觸，實現抗干擾隔離。

4.2 軟件抗干擾設計

微機系統的抗干擾不可能完全依靠硬件解決，軟件抗干擾措施是對抗干擾措施的一個重要補充。現在軟件抗干擾問題的研究愈來愈引起人們的重視。

(1)利用軟件攔截技術指令冗余

指令冗余是避免程序亂飛時造成操作碼和操作數混亂的一項技術。將單字節的指令重復兩遍就可以了。最常見的是在重要指令前寫兩次NOP。

(2)利用軟件攔截技術軟件陷阱

在程序亂飛的時候，可能會飛到人為設置的返回指令的地方，從而執行返回指令進入正常狀態。設置返回指令的地方就是軟件陷阱。實際使用時連續兩次壓棧00H，然后執行返回指令可使程序回到起點。

(3)看門狗技術

看門狗實際上就是一個監視定時器，它分為軟件看門狗和硬件看門狗兩種。原理大體相當。程序亂飛如果陷入死循環，指令冗余和軟件陷阱均無能為力，這個時候只能依靠監視定時器(看門狗)。

5 結論

電子保護設備在作為開關電器的核心部件其可靠性的程度尤為重要，其抑制措施也是一個非常復雜的課題。讓干擾最大限度地不進入CPU系統，使電子保護設備的正常運行，從而保證煤礦生產穩定有效地運行還任重而道遠。