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1、第9章 微机远动系统的抗干扰措施第9章 微机远动系统的抗干扰措施 9.1 硬件抗干扰措施概述 9.2 软件的抗干扰设计 9.3 故障自动检测程序 9.4 远动装置的故障检测及诊断 9.5 数据滤波程序 9.6 变电站内的电磁兼容 9.7 变电站抗电磁干扰的措施 第9章 微机远动系统的抗干扰措施本章学习目标l 远动系统常采用的一些硬件抗干扰措施l 远动系统常采用的一些软件抗干扰措施l 程序判断滤波、中值滤波、算术平均滤波、一阶惯性滤波和复合数字滤波l 故障自动检测程序设计方法l 针对变电所的干扰分析方法及所采取的一些措施返回本章首页第9章 微机远动系统的抗干扰措施9.1 硬件抗干扰措施概述 1供
2、电系统的抗干扰措施为了防止从电源系统窜入干扰，控制系统可采用如图所 示的供电配置。图中交流稳压器用来保证供电的稳定性，防止电源系统的过压 与欠压；隔离变压器可采用屏蔽层隔离以减小分布电容，提高 抗共模干扰的能力；低通滤波器滤去高频干扰，改善电源波形 。图9.1 抗干扰的供电配置返回本章首页第9章 微机远动系统的抗干扰措施2过程通道干扰及抗干扰措施过程通道允许传输线的长度与计算机的主振频率 有关，按照经验公式计算：1MHz的主振频率， 允许信号传输距离为0.5m；当频率升至4MHz时 ，允许距离为0.3m。超出这个范围，即作长线处 理。因此在过程通道中长线传输的干扰是主要干 扰。为了保证长线传输
3、的可靠性，主要措施有光 电耦合、双绞线传输和阻抗匹配等。第9章 微机远动系统的抗干扰措施3印刷电路板及电路的抗干扰设计 （1）关于地线的处理：（2）电源线的处理： （3）去耦电容的配置： （4）其他： 第9章 微机远动系统的抗干扰措施图9.2 采用RC电路减少干扰 返回本节第9章 微机远动系统的抗干扰措施9.2 软件的抗干扰设计 1干扰对测控系统的影响（1）干扰使数据采集的误差加大。（2）干扰使输出控 制误差加大。（3）数据受干扰发生变化。（4）干扰使程序运行失常。2提高采样信号信噪比的措施 3软件冗余措施 4设置自诊断程序 返回本章首页第9章 微机远动系统的抗干扰措施9.3 故障自动检测程序
4、 常用的自检程序如下： 1防止程序运行失常的措施2RAM、ROM的自检程序3A/D、D/A转换器的自检程序4面板显示装置的检查5总线及插件自检返回本章首页第9章 微机远动系统的抗干扰措施1防止程序运行失常的措施（1）监视CPU工作的定时计数器： （2）设置软件陷阱： 2RAM、ROM的自检程序（1）ROM自检。 （2）RAM自检程序。第9章 微机远动系统的抗干扰措施检查ROM最常用的方法是采用校验和法。即在将程序写 入ROM时，保留一个单元（一般是最后一个单元）不写 程序码而写入校验字，使ROM的每一列（即字节的各位 ）具有奇数（或偶数个）1，从而使ROM的校验和为全1 （或全0），如表9.1
5、所示是88ROM，前面7个单元写入 的是程序代码，最后一字节写入校验字11001010B，使最 后的校验和为全1。校验程序则从ROM的第一个单元开 始，按位相加，最后的校验和若与设置的全1（或全0） 相等，则说明ROM内容正确，否则指示ROM出错，如图 9.3所示。第9章 微机远动系统的抗干扰措施图9.3 ROM自检程序流程图第9章 微机远动系统的抗干扰措施表9.1 ROM自检原理表第9章 微机远动系统的抗干扰措施图9.4 RAM自检程序框图第9章 微机远动系统的抗干扰措施3A/D、D/A转换器的自检程序 A/D和D/A转换器在微机控制系统中占有重要的地位，其转换精度直接影响着系统的控制运算精
6、度。因此对它的检查，常看作正常运行 操作的一部分，并周期性的进行。 4面板显示装置的检查面板显示装置的检查一般有两种形式。一种形式是让面板上的各显 示器的所有字段都发光，然后再使所有字段都不发光，以检查显示 器与其相应接口及功放电路是否均处于正常工作状态。当表明工作 正常之后，按下任何一个按键装置均应脱离初始自检方式，给出某 种正常工作的符号，进入其他工作状态。另一种形式是显示某些特 征字符（一般是显示系统的名称或代号），几秒钟自动消失，进入 其他初态或某种操作状态。显示自检程序如图9.5所示。第9章 微机远动系统的抗干扰措施图9.5 显示器自检程序流程图第9章 微机远动系统的抗干扰措施5总线
7、及插件自检总线自检是检查经过缓冲器的总线（或称外部总线）。 总线检查的目的是为了检查信息传递是否正确。通常微 处理器的总线是通过缓冲器与各插件及I/O接口器件相 连接的。由于总线没有记忆能力，检测总线时总要外加 相应的锁存器保存总线信息（地址信息和数据线上的信 息），这样只要对相应的锁存器执行一条输出指令，使 地址线或数据线上的信息保存在锁存器中，然后再对该 锁存器进行读入操作，即可将地址线或数据线的信息重 新读入CPU。把读入的信息与原来输出的信息相比较， 即可判断外部总线是否出现故障。返回本节第9章 微机远动系统的抗干扰措施9.4 远动装置的故障检测及诊断 1RAM的故障检测RAM可能出现
8、的故障有：电源或控制线故障，某些存储 单元固定为l或0，有的数据线固定为l或0；地址译码器故 障，有的地址线固定为l或0等几种。从功能考虑，对 BAM的主要要求是：所选中的地址正确，能读能写，数 据正确，各单元互不影响。 远动装置在运行中要检查RAM时，为了保护RAM中原有 的数据，应先将它读出保存，待检查结束后再恢复。这 种检查可以查出上述RAM故障的前三项，但对于地址线 或地址译码器的故障无能为力。 返回本章首页第9章 微机远动系统的抗干扰措施2. ROM的故障检测ROM可能出现的故障与RAM相仿（写除外）。 由于ROM平时不能写入，因而不能用检查RAM 的先写后读方法。对ROM的检查通常
9、采用奇偶 校验法。在ROM测试区的末尾增加一个校验字 ，存放按列的奇校验值，在ROM固化时一起写 入。图9.7是其简化示例。第9章 微机远动系统的抗干扰措施图9.6 检查RAM的局部流程框图 图9.7 ROM检查第9章 微机远动系统的抗干扰措施3CPU的故障检测CPU是微机系统的核心部件，CPU如有故障就无法进行 工作。CPU的电路相当复杂，以功能来检查比从电路来 检查更为合宜。CPU的功能体现在执行各条指令中。指 令执行是否正确可以用其他的指令完成同一功能来比较 。例如一个数自身相加等于这个数左移一位，因此可以 用加法指令来检验左移指令。 对CPU的检查，通常就是送入试验数据，通过一系列基
10、本运算段落，对CPU的功能分别进行检查，只有功能正 确方能继续执行下一段落，否则就指出故障所在区段。 通过全部运算段落后可认为CPU工作正常。第9章 微机远动系统的抗干扰措施4模拟量采集及模数转换的故障检测模拟量遥测输入回路包括采样多路开关及模数转 换两部分。采样多路开关的故障有：多路开关内 部译码器故障，多路开关始终导通、始终断开以 及元件特性的变坏引起的测量误差等。模数转换 器中的标准电源、控制逻辑、数模网络、数码寄 存器等也可能发生故障，致使模数转换的结果不 合标准。 返回本节第9章 微机远动系统的抗干扰措施9.5 数据滤波程序 9.5.1 数字滤波的优点 9.5.2 数字滤波器 返回本
11、章首页第9章 微机远动系统的抗干扰措施9.5.1 数字滤波的优点 （1）因为用程序滤波，无需增加硬设备，且可多通道共 享一个滤波器（多通道共同调用一个滤波子程序）。从 而降低了成本。 （2）由于不用硬件设备，各回路间不存在阻抗匹配等问 题，故可靠性高，稳定性好。 （3）可以对频率很低的信号（如0.01Hz）进行滤波。这 是模拟滤波器做不到的。 （4）可根据需要选择不同的滤波方法或改变滤波器的参 数。使用方便、灵活。返回本节第9章 微机远动系统的抗干扰措施9.5.2 数字滤波器 1程序判断滤波 2中值滤波 3算术平均值滤波 4一阶惯性滤波程序 5复合数字滤波 第9章 微机远动系统的抗干扰措施1程
12、序判断滤波 （1）限幅滤波。限幅滤波的做法是把两次相邻的采样值相减，求出其增 量（以绝对值表示），然后把两次采样允许的最大差值 （由被控对象的实际情况决定）Y进行比较，如小于或 等于Y，则取本次采样值；若大于Y，则仍取上次采样值作为本次采样值，即：|Y(k)Y(k1)|Y，则Y(k)=Y(k)，取本次采样值，|Y(k) Y(k1)|Y，则Y(k)=Y(k1)，取上次采样值。第9章 微机远动系统的抗干扰措施（2）限速滤波。限速滤波是用三次采样值决定采样结果，设采样时刻t1， t2，t3，所采集的参数分别是Y(1)，Y(2)，Y(3)，则当|Y(2)Y(1)|Y时，Y(2)输入计算机当|Y(2)Y
13、(1)|Y时，Y(2)不采用，但仍保留，继续采样 取得Y(3)。当|Y(3)Y(2)|Y时，Y(3)输入计算机。当|Y(3)Y(2)|Y时，则取Y(2)+Y(3)/2输入计算机。第9章 微机远动系统的抗干扰措施2中值滤波 中值滤波时对某一参数连续采样n次（n取奇数），然后 把n次的采样值顺序排列（正序或逆序），再取中间值作为本次采样值。中值滤波对于去掉由于偶然因素引起的 波动或采样器不稳定所引起的脉动干扰十分有效。对缓 慢变化的过程变量采用此法有良好的效果，但不易用于 块所变化的过程参数（如流量）。进行中值滤波程序设计时，首先把N各采样值进行排序。 排序的方法可采用“冒泡程序”，然后取中间值。
14、第9章 微机远动系统的抗干扰措施3算术平均值滤波 算术平均值滤波是要寻找一个Y(k)，使该值与采样值间误差的平方和最小，即：算术平均值滤波程序中将N次采样值同等对待，这事实上削弱了当 前采样值在程序中的比重，实时性较差。有时为了提高滤波效果， 将各次采样值取不同的比例稀疏，然后再相加，这种方法被称为加 权平均滤波法。其运算式为：第9章 微机远动系统的抗干扰措施4一阶惯性滤波程序 图9.8 一阶惯性滤波 程序流程图 第9章 微机远动系统的抗干扰措施5复合数字滤波 为了进一步提高滤波效果，有时可以把两种或两 种以上不同滤波功能的数字滤波器组合起来，构 成复合数字滤波器，或称为多级数字滤波器。例 如
15、，把算术平均滤波与中值滤波组合起来形成的 多功能复合滤波器，可以防脉冲干扰，并对周期 性的脉冲采样值进行平滑加工。返回本节第9章 微机远动系统的抗干扰措施9.6 变电站内的电磁兼容 9.6.1 电磁兼容定义 9.6.2 变电站内电磁干扰产生的原因及其特点 返回本章首页第9章 微机远动系统的抗干扰措施9.6.1 电磁兼容定义 电磁兼容的意义是：电气或电子设备或系统能够在规定 的电磁环境下不因电磁干扰而降低工作性能，他们本身 所发射的电磁能量不影响其他设备或系统的正常工作， 从而达到互不干扰，在共同的电磁环境下一起执行各自 功能的共存状态。电磁兼容的内容包括抗干扰（设备和系统抵抗电磁干扰 的能力）
16、和电磁发射控制（设备和系统发射的电磁能量 的控制）两个方面。电磁干扰的三要素是：干扰源、传播途径和电磁敏感设 备。 返回本节第9章 微机远动系统的抗干扰措施9.6.2 变电站内电磁干扰产生的原因及其特点 1电磁干扰源分析目前与电力系统有关的电磁干扰源有外部干扰和内部干扰两方 面。外部干扰源指的是与远动系统的结构无关，而是由使用条 件和外部环境因素决定的干扰源。对变电站的RTU装置来说， 外部干扰源主要有交、直流回路开关操作、扰动性负荷（非线 形负荷、波动性负荷）短路故障、大气过电压（雷电）、静电 、无线电干扰和核电磁脉冲等，概括表现为如下三类：变电站设备的交流电源及直流电源受低频振动扰动；传导瞬变和高频干扰；场的干扰。第9章 微机远动系统的抗干扰措施2电磁干扰的耦合途径电磁干扰耦合的途径可归纳为如下几种： （1）电容性耦合。
