井下保护设备的干扰分析及抑制措施

王长城，周天良

(1.肥矿集团梁宝寺二号井筹建处，山东 济宁 272404;2.徐州煤矿机械厂，江苏 徐州 221000)

1 引言

煤矿井下环境恶劣，粉尘大，湿度高;工频电网中由于使用非线性元件而存在很大的谐波;有些产品在实验室能用，但拿到现场就不能使用，或者频繁出现死机、复位、液晶显示屏错位等故障。大多数故障是因为在现场受到较严重的干扰造成的。所以真正可靠实用的电子保护设备必须具备很强的抗干扰能力，才能保证其长期、稳定、可靠的工作。

2 干扰要素

电子系统中提到的干扰，一般是指电磁干扰。电磁干扰是干扰电缆信号并降低信号完整性的电子噪音，电磁干扰通常由电磁辐射发生源如马达和机器产生的。理论和实践的研究表明，不管是复杂系统还是简单装置，任何一个电磁干扰的发生必须具备三个基本条件:首先应该具有干扰源;其次有传播干扰能量的途径和通道;第三还必须有被干扰对象的响应。在电磁兼容性理论中把被干扰对象统称为敏感设备(或敏感器)。因此干扰源、干扰传播途径(或传输通道)和敏感设备称为电磁干扰三要素。

3 干扰的危害

干扰源对电子保护系统的危害主要表现在以下三个方面:

(1)输入通道

输入通道是系统接收数据的主要通道，它包括模拟信号和数字信号等。干扰能使模拟信号失真，或输入的开关量和数字量出错。保护器根据这种失真的、错误的输入信息进行运算和处理，必然会给系统带来不可设想的后果。

(2)输出通道

输出通道是系统作用于外部动作单元的主要通道，它的正确与否直接关系到系统动作的可靠性。而干扰会使输出的各个控制信号混乱，不能实现微机系统准确的输出，从而导致保护误动或拒动。

(3)中央处理单元

中央处理单元是整个系统的核心，它对输入通道输送来的数据进行运算和处理，得到相应的结果。而干扰会使地址或数据总线上的数字信号错乱，引发一系列意想不到的错误，CPU得到错误的数据信息后，导致运算结果出错。

4 抑制干扰的有效措施

4.1 系统硬件抗干扰措施

印制板上的数字电路工作时，有可能造成电路板内的电源电压和地电位的波动，导致信号波形产生振荡而引起电路误动作。本文在设计时主要采取了下列措施:

(1)尽量加粗地线以降低导线电阻，使它至少能通过三倍于印制板上的允许电流。

(2)接地线构成闭合回路，能明显地提高抗噪声能力。闭环形状能显著地缩短线路的环路，降低线路阻抗，从而减少干扰。

(3)电源去耦:即在印刷线路制板入口处的电源线与地线之间并接去耦电容。并接的电容为一个20uF的电解电容和一个0.1uF的磁片电容，并接大电容的目的是为了去掉低频干扰成份，并接小电容是为了去掉高频干扰成份。

(4)集成芯片去耦:在每个芯片的电源和地之间都安置了一个0.1uF的陶瓷电容，这种电容器的高频阻抗特别小。

(5)采用光电隔离:开关量输入电路接入光电耦合后，由于光电祸合器的隔离作用，使夹杂在输入开关量中的各种干扰脉冲都挡在输入回路的一侧。

(6)继电器隔离:输出电路使用了继电器隔离。利用了继电器的线圈和触点间没有电气上的联系的特点，可避免强电和弱电信号之间的直接接触，实现抗干扰隔离。

4.2 软件抗干扰设计

微机系统的抗干扰不可能完全依靠硬件解决，软件抗干扰措施是对抗干扰措施的一个重要补充。现在软件抗干扰问题的研究愈来愈引起人们的重视。

(1)利用软件拦截技术指令冗余

指令冗余是避免程序乱飞时造成操作码和操作数混乱的一项技术。将单字节的指令重复两遍就可以了。最常见的是在重要指令前写两次NOP。

(2)利用软件拦截技术软件陷阱

在程序乱飞的时候，可能会飞到人为设置的返回指令的地方，从而执行返回指令进入正常状态。设置返回指令的地方就是软件陷阱。实际使用时连续两次压栈00H，然后执行返回指令可使程序回到起点。

(3)看门狗技术

看门狗实际上就是一个监视定时器，它分为软件看门狗和硬件看门狗两种。原理大体相当。程序乱飞如果陷入死循环，指令冗余和软件陷阱均无能为力，这个时候只能依靠监视定时器(看门狗)。

5 结论

电子保护设备在作为开关电器的核心部件其可靠性的程度尤为重要，其抑制措施也是一个非常复杂的课题。让干扰最大限度地不进入CPU系统，使电子保护设备的正常运行，从而保证煤矿生产稳定有效地运行还任重而道远。