电磁兼容技术及应用实例详解：工控机的抗扰问题

等因素的影响，装置之间的信号交换频率一般都低于1MHz，所以工控机控制系统的接地线应采用一点接地和有条件地采用串联一点接地的方式，集中 布置的工控机系统适用于并联一点接地的方式，各装置的柜体中心接地点以单独的接地引向接地极。如果装置间距较大，可以采用串联一点接地方式，要用一根大截 面积铜母线（或绝缘电缆）连接各装置的柜体中心接地点，然后将接地母线直接连接至接地极。接地线要采用截面积大于22mm2的铜导线，总母线使用截面积大 于60mm2的铜排，接地极的接地电阻要小于2Ω，接地极最好埋在距建筑物10～15m远处，而且工控机系统接地点必须与强电设备接地点相距10m以上。 信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地，不接地时，应在工控机侧接地，信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地，多个测点 信号的屏蔽双绞线与多芯双绞总屏蔽电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理，选择适当的接地处单点接地。

13.3.2工控机使用中的软件抗扰措施

　 　工业现场各种动力设备在不断地启停运行。使得现场环境恶劣，电磁干扰严重。工业控制计算机在这样的环境里面临着巨大的考验。可以说我们研制的工业控制系 统能否正常运行，并且产生出应有的经济效益，其抗干扰能力是一个关键的因素。因此，除了整个系统的结构和每个具体的工控机都需要仔细设计硬件抗干扰措施之 外，还需要注重软件抗干扰措施的应用。在多年的工业控制研究中，深感工业现场意外因素太多并且危害很大。有时一个偶然的人为或非人为干扰，例如，并不很强 烈的雷击，就使得我们自认为无懈可击的硬件抗干扰措施无能为力，工控机死机了（即程序跑飞了）或者控制出错了（此时CPU内部寄存器内容被修改或者RAM 和I/O口数据被修改）。这在某些重要的工业环节上将造成巨大的事故。使用软件抗干扰措施就可以在一定程度上避免和减轻这些意外事故的后果。软件抗干扰技 术就是利用软件运行过程中对自己进行自监视和工控网络中各机器间的互监视，来监督和判断工控机是否出错或失效的一个方法。这是工控系统抗干扰的最后一道屏 障。

　　 1．工控机的系统结构

　　在不同的工控机控制系统中，工控系统虽然完成的功能不同，但就其结构来说，一般具有以下特点。

　　（1）实时性。工控机控制系统中有些事件的发生具有随机性，要求工控软件能够及时地处理随机事件。

　　（2）周期性。工控软件在完成系统的初始化工作后，随之进入主程序循环，在执行主程序的过程中，若有中断申请，则在执行完相应的中断服务程序后，继续主程序循环。

　　（3）相关性。工控软件由多个任务模块组成，各模块配合工作，相互关联，相互依存。

　　（4）人为性。工控软件允许操作人员干预系统的运行，调整系统的工作参数。

　　2．电磁干扰对工控机系统的影响

　　在理想情况下，工控软件可以正常执行，但在工业现场环境的干扰下，工控软件的周期性、相关性及实时性受到破坏，程序无法正常执行，导致工业控制系统的失控。

　　（1）程序计数器PC值发生变化，破坏了程序的正常运行。PC值被干扰后的数据是随机的，因此引起程序执行混乱，在PC值的错误引导下，程序执行一系列毫无意义的指令，最后常常进入一个毫无意义的"死循环"中，使系统失去控制。

　　（2）输入/输出接口状态受到干扰，破坏了工控软件的相关性和周期性，造成系统资源被某个任务模块独占，使系统发生"死锁"

　　（3）数据采集误差加大，干扰侵入系统的前向通道，叠加在信号上，导致数据采集误

　　差加大，特别是当前向通道的传感器接口是小电压信号输入时，此现象更加严重。

　　（4）RAM数据区受到干扰发生变化。根据干扰窜入渠道、受干扰数据性质的不同，系

　　统受损坏的状况不同，有的造成数值误差，有的使控制失灵，有的改变程序状态，有的改变

　　某些部件（如定时器/计数器、串行口等）的工作状态等。

　　（5）控制状态失灵。在工控机控制系统中，控制状态的输出常常是依据某些条件状态

　　的输入和条件状态的逻辑处理结果而定，在这些环节中，由于干扰的侵入，会造成条件状态

　　错误，致使输出控制误差加大，甚至控制失常。

　　3．工控系统的自监视

　　自监视法是工业控制计算机自己对自己的运行状态的监视。

一般的工控机CPU内部具有看门狗定时器（WatchdogTimer），使用定时中断来监视程序运行状态。定时器的定时时间稍大于主程序正常运行一个 循环的时间，在主程序运行过程中执行一次定时器时间常数刷新操作。这样