工控軟件的抗干擾設(shè)計(jì)

工控軟件的抗干擾設(shè)計(jì):計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，大量的干擾源雖不能造成硬件系統(tǒng)的損壞，但常常使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，致使控制失靈，造成重大事故。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的抗干擾不可能完全依靠硬件解決，因此，軟件抗干擾問(wèn)題的研究愈來(lái)愈引起人們的重視。
一、工控軟件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及干擾途徑
在不同的工業(yè)控制系統(tǒng)中，工控軟件雖然完成的功能不同，但就其結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，一般具有如下特點(diǎn)：
1、 實(shí)時(shí)性：
工業(yè)控制系統(tǒng)中有些事件的發(fā)生具有隨機(jī)性，要求工控軟件能夠及時(shí)地處理隨機(jī)事件。
2、 周期性：
工控軟件在完成系統(tǒng)的初始化工作后，隨之進(jìn)入主程序循環(huán)。在執(zhí)行主程序過(guò)程中，如有中斷申請(qǐng)，則在執(zhí)行完相應(yīng)的中斷服務(wù)程序后，繼續(xù)主程序循環(huán)。
3、 相關(guān)性：
工控軟件由多個(gè)任務(wù)模塊組成，各模塊配合工作，相互關(guān)聯(lián)，相互依存。
4、 人為性：
工控軟件允許操作人員干預(yù)系統(tǒng)的運(yùn)行，調(diào)整系統(tǒng)的工作參數(shù)。在理想情況下，工控軟件可以正常執(zhí)行。但在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的干擾下，工控軟件的周期性、相關(guān)性及實(shí)時(shí)性受到破壞，程序無(wú)法正常執(zhí)行，導(dǎo)致工業(yè)控制系統(tǒng)的失控，其表現(xiàn)是：
?? 程序計(jì)數(shù)器PC值發(fā)生變化，破壞了程序的正常運(yùn)行。PC值被干擾后的數(shù)據(jù)是隨機(jī)的，因此引起程序執(zhí)行混亂，在PC值的錯(cuò)誤引導(dǎo)下，程序執(zhí)行一系列毫無(wú)意義的指令，最后常常進(jìn)入一個(gè)毫無(wú)意義的“死循環(huán)”中，使系統(tǒng)失去控制。
?? 輸入/輸出接口狀態(tài)受到干擾，破壞了工控軟件的相關(guān)性和周期性，造成系統(tǒng)資源被某個(gè)任務(wù)模塊獨(dú)占，使系統(tǒng)發(fā)生“死鎖”。
?? 數(shù)據(jù)采集誤差加大。干擾侵入系統(tǒng)的前向通道，疊加在信號(hào)上，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集誤差加大。特別是當(dāng)前向通道的傳感器接口是小電壓信號(hào)輸入時(shí)，此現(xiàn)象更加嚴(yán)重。* RAM數(shù)據(jù)區(qū)受到干擾發(fā)生變化。根據(jù)干擾竄入渠道、受干擾數(shù)據(jù)性質(zhì)的不同，系統(tǒng)受損壞的狀況不同，有的造成數(shù)值誤差，有的使控制失靈，有的改變程序狀態(tài)，有的改變某些部件(如定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、串行口等)的工作狀態(tài)等。筆者在研制電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)時(shí)就曾遇到因現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電磁干擾而造成RAM數(shù)據(jù)經(jīng)常性被破壞的情況。
?? 控制狀態(tài)失靈。在工業(yè)控制系統(tǒng)中，控制狀態(tài)的輸出常常是依據(jù)某些條件狀態(tài)的輸入和條件狀態(tài)的邏輯處理結(jié)果而定。在這些環(huán)節(jié)中，由于干擾的侵入，會(huì)造成條件狀態(tài)錯(cuò)誤，致使輸出控制誤差加大，甚至控制失常。
二、程序運(yùn)行失常的軟件對(duì)策
系統(tǒng)受到干擾侵害致使PC值改變，造成程序運(yùn)行失常。對(duì)于程序運(yùn)行失常的軟件對(duì)策主要是發(fā)現(xiàn)失常狀態(tài)后及時(shí)引導(dǎo)系統(tǒng)恢復(fù)原始狀態(tài)。
1. 設(shè)置監(jiān)視跟蹤定時(shí)器
使用定時(shí)中斷來(lái)監(jiān)視程序運(yùn)行狀態(tài)。定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間稍大于主程序正常運(yùn)行一個(gè)循環(huán)的時(shí)間，在主程序運(yùn)行過(guò)程中執(zhí)行一次定時(shí)器時(shí)間常數(shù)刷新操作。這樣，只要程序正常運(yùn)行，定時(shí)器不會(huì)出現(xiàn)定時(shí)中斷。而當(dāng)程序運(yùn)行失常，不能及時(shí)刷新定時(shí)器時(shí)間常數(shù)而導(dǎo)致定時(shí)中斷，利用定時(shí)中斷服務(wù)程序?qū)⑾到y(tǒng)復(fù)位。在8031應(yīng)用系統(tǒng)中作為軟件抗干擾的一個(gè)事例，具體做法是：
5、 使用8155的定時(shí)器所產(chǎn)生的“溢出”信號(hào)作為8031的外部中斷源INT1。用555定時(shí)器作 為8155中定時(shí)器的外部時(shí)鐘輸入；
6、 8155定時(shí)器的定時(shí)值稍大于主程序的正常循環(huán)時(shí)間；
7、 在主程序中，每循環(huán)一次，對(duì)8155定時(shí)器的定時(shí)常數(shù)進(jìn)行刷新；
8、 在主控程序開(kāi)始處，對(duì)硬件復(fù)位還是定時(shí)中斷產(chǎn)生的自動(dòng)恢復(fù)進(jìn)行分類(lèi)判斷處理。