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剑杆织机控制系统可靠性设计

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剑杆织机控制系统可靠性设计

发布时间: 2005/3/25 文章出处: 　

    微机控制系统中的可靠性设计是系统设计的一个重要环节。在改造GA747型剑杆织机控制系统设计中，通过合理选择和筛选元器件、提高电源的可靠性设计、设计可靠的印刷线路板、采用光电隔离及抗干扰软件设计，有效解决了系统干扰问题，提高了系统的准确性、稳定性和可靠性。
    微机控制系统的可靠性、安全性已成为工业自动化、生产过程控制等领域中一个非常突出的问题。GA747型平绒剑杆织机原控制系统是以分离元件(可控硅、继电器等)为主的模拟控制，其存在系统不稳定、故障率高等现象，现将其改造成微机控制，并利用CAN总线技术联网，集中控制与管理。利用集成度很高的单片微机作为控制系统的核心，可靠性可以大大提高。但剑杆织机微机控制系统要在复杂甚至是恶劣的环境中长期、稳定、安全、可靠地运行，对控制系统的稳定性、可靠性要求很高。因此，在剑杆织机微机控制系统中渗入可靠性设计，提高系统在各种环境中的抗干扰能力具有很强的工程实用价值，且这种可靠性设计方法可以应用到各种微机控制系统中。
1硬件抗干扰措施
    1.1合理选择和筛选元器件
    在生产中剑杆织机控制系统的故障大都是以元器件的各种损坏方式表现出来的。控制系统电子元器件选用的主要原则是：优先选用标准元器件，因为标准元器件比相应的非标准元器件可靠性高；根据系统对电路性能参数的要求选择元器件，尽量选集成度高的器件；尽可能压缩品种和规格，提高电子元器件的复用率；核心元器件应经过老化筛选；考虑电器与环境条件来筛选元器件；考虑元器件瞬态承应能力的及冗余设计。
    1．2直流电源的可靠性设计
    在桥式整流块的四个引脚上分别加上0．01μF的电容器。电容器对交流50 Hz阻抗很大，对高频干扰阻抗很小，高频干扰基本上可以顺利人地。在电源接通瞬间，由于各电容器两端电压不能突变，电容器处于短路状态，并联二极管上不会流过很大电流。因此，它可以进一步滤去由变压器引进的高频干扰，还可以保护二极管。
    1．3设计可靠的印刷线路板
    (1)合理布线。布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声；电源线和地线尽量粗，这样除了可以降低线路压降外，更重要的是降低耦合噪声；布线长度尽可能短，以减少线路上的杂散电容、分布电容，增强其抑制感应干扰的能力；电源线和信号线尽可能不要平行，也不要靠得太近。
    (2)合理布置元器件。将晶振最可能地靠近C8051CPU，用地线将时钟区隔离，并且晶振壳接地；8155扩展的数码显示块和键盘尽可能地远离C8051和2764芯片。
    1．4光电隔离
    在输入和输出通道上采用光电隔离器进行信息传输，可将微机系统与各种传感器、开关、执行机构从电气上隔离开，很大一部分干扰将被阻挡。
    1．5直流退耦
    在每一个独立电路上的直流电源和地之间并接两个电容器，一个大容量的电解电容器(47μF)，用以滤除低频干扰；另一个小容量的非电解电容器(0．01μF)，用以滤除高频干扰。
2控制软件的抗干扰
    窜入系统的干扰其频谱往往很宽，且具有随机性，采用硬件抗干扰措施只能抑制某个频段的干扰，仍有一些干扰会侵入控制系统。因此，还要采取软件抗干扰措施。剑杆织机微机控制系统中采用了软件陷阱技术和软件“看门狗”技术两种方法组合，以达到控制软件抗干扰的目的。
    2．1软件陷阱的安排
    (1)对未使用的EPROM空间的处理。本系统的控制软件存于一片2764 EPROM芯片中，2764的容量为8 kbytes，本系统控制软件的容量为6 kbytes多，并没有将2764的容量全部用完，对控制程序后面的非程序区用0000020000数据填满。最后一条填人的数据应为020000。当控制程序乱飞进入此区后，便会迅速自动回位。
    (2)对未使用的中断区的处理。当未使用的中断因干扰而开放时，在对应的中断服务程序中设置软件陷阱，就能及时使错误的中断回位。
    (3)运行程序区。本系统将陷阱指令组分散放置在应用程序各模块之间空余的单元里。在正常程序中不执行这些陷阱指令，保证应用程序正常运行。但当程序乱飞一旦落人这些陷阱区，可以马上将这些乱飞的程序拉回到位。陷阱的设置数目为每1 kbytes 6个～8个。
    (4)中断服务程序区。确定系统应用程序的运行范围为addr1～addr2，本系统控制软件的每一个中断服务中都有判断中断断点地址addrx的指令，如果addr1>addrx或addrx>addr2，则说明发生了程序乱飞，立即使PC=0000H，将程序拉回到正确的位置。
     2．2软件“看门狗(Watch Dog)”技术的应用
    本系统采用软件“看门狗”技术来防止CPU程序进入“死循环”，在计算机异常时能够及时有效地强制“软复位”而恢复系统的正常运行。借鉴HSC-1A型多头智能绣花机控制系统中“看门狗”定时器的作用，用微处理机CygnalC8051F0001片内的一个定时器单元接收内部时钟提供的稳定脉冲，当此定时器溢出时提出中断请求；对应的中断服务程序使计算机回到初始化程序的第一行，从而实现强制性“软复位”。程序正常运行时，软件每隔一定的时间(小于定时器的溢出周期)给定时器置数，即可预防溢出中断而引起的误复位。
    本系统软件“看门狗”的设计思路：(1)“看门狗”定时器TO的设置。在初始化程序块中设置TO的工作方式，并开启中断和计数功能。系统Fosc=12 MHz，TO为16位计数器，最大计数值为(2的10次方)-1=65 535，TO输入计数频率是．Fosc/12，溢出周期为(65 535+1)／1=65 536(μs)。(2)计算主控程序循环一次的耗时。考虑系统各功能模块及其循环次数，本系统主控制程序的运行时间约为16．6 ms。系统设置“看门狗”定时器TO定时30 ms(TO的初值为65 536—30 000=35 536)。主控程序的每次循环都将刷新TO的初值。如程序进入“死循环”而TO的初值在30 ms内未被刷新，这时“看门狗”定时器TO将溢出并申请中断。(3)设计TO溢出所对应的中断服务程序。此子程序只须一条指令，即在TO对应的中断向量地址(000BH)写入“无条件转移”命令，把计算机拖回整个程序的第一行，对单片机重新进行初始化并获得正确的执行顺序。
3 结束语
     在GA747型剑杆织机微机控制系统设计中嵌入硬件和软件抗干扰措施是系统工程实践的重要环节，可大大提高系统的可靠性，使织机具有良好的稳定性。该系统已在某纺织企业累计稳定运行1 8个月，效果明显。

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