解决微机保护系统程序出轨的若干措施.pdfVIP

解决微机保护系统程序出轨的若干措施 丁书文1，杨雪萍1，张承学2 （ 1. 郑州电力高等专科学校，河南 郑州 45OOO4 ； 2. 武汉水利电力大学电力系，湖北 武汉 43OO72 ） 摘要：以 8O31 单片机应用系统为例，针对微机保护装置由于干扰可能出现的程序出轨现象，提出了若干简 单、有效、实用的对策，并通过在实际产品中的应用，验证了这些措施在抗干扰方面具有很强的程序出轨自恢 复能力和较高的运行可靠性。 关键词：微机保护； 程序出轨； 软件措施 中图分类号： TM77 文献标识码： A 文章编号： 1OO3 4897 （ 2OOO ） O5 OO35 O3 1 概述 由于微机保护装置在强电磁环境中长期连续工 作，所受到的干扰比较严重。干扰对微机保护程序 运行造成不良影响，其主要特征可能表现为：数据码 或指令码的个别字受干扰而发生跳变，使程序出轨。 其中，最常见的错误情况是随机干扰因素破坏了程 序计数器 PC 值，使 CPU 从 EPROM 中读取指令时出 错，改变了程序正常运行的顺序，其最终结果不是碰 到一条 CPU 不认识的指令操作码而停止工作，就是 进入一种非预期的死循环或程序跑飞，使整个微机 系统失控，严重时引起保护装置误动或拒动，甚至危 及整个电力系统安全稳定运行。虽然微机保护系统 在硬件设计时采取了多种常见的措施，如各种接地 处理、屏蔽、隔离、滤波、退耦、旁路等［1］，抑制或消除 了一定干扰，但这些措施并非万能，因微机应用系统 本身的整体配置、元器件（特别是新型器件）的正确 使用及系统硬件、软件设计也会对可靠性产生重要 影响。所以，从软件方面进行防护和抑制干扰的研 究，软、硬件设计中进行综合考虑的抗干扰研究，正 逐渐受到人们重视。本文根据运用 8O31 单片机的 实际设计经验为例，提出几种有效、实用的程序出轨 对策，能使微机保护装置在抗干扰方面具有更高的 运行可靠性和程序出轨的自恢复能力。 2 程序出轨拦截对策 2 .1 一种简单、可靠软件陷井的设置方法 当 PC 值失控造成程序出轨后， CPU 离开原程 序轨道而不断进入非程序区。在这种情况下，可在 非程序区设置拦截措施。这就是使程序进入陷井， 然后强迫程序进入初始入口状态。对 MCS-51 系列 单片机的微机应用系统，理论上可用指令 LJPM # OOOOH ，即在非程序区，程序存储器中（ EPROM ）写入 指令码 O2OOOOH ，实际上的情况要比这种情形复杂 一些。因为 LJMP 的指令码是 O2 ，而 JB 的指令码为 2O ， NOP 的指令码为 OO ，故可以连续使用这些指令 的组合。 LJMP # OOOOH ， NOP ， JB O ， # OOOH ， NOP ， LJMP # OOOOH ? 的 指 令 码 之 组 合 为 O2OOOOOO2OOOOOOOO2OOOO ?，用这种码填满非程序 区，不论 PC 失控后指向这串码中的哪个字节，最后 都能导致程序执行 O2OOOO 指令码，返回到地址 OOOOH 处自动复位。 2 .2 设置定时中断监视主程序运行状态 使用定时中断来监视主程序运行状态时，定时 器的定时时间要稍大于主程序正常运行一个循环的 时间，而且要在主程序执行过程中执行一次对定时 器时间常数的刷新操作，这就保证定时器在程序运 行正常时不会出现中断，而当程序失去控制时，会产 生中断，再利用中断服务程序使系统自动复位。在 微机保护应用 8O31 构成的硬件系统中，作为拦截程 序出轨的一个实例，具体做法为：（ 1 ）利用接口芯片 8155 中的一个定时器来作为定时中断使用，其产生 的中断信号作为 8O31 的外部中断源 !#1 的输入信 号，用 555 定时器作为 8155 定时器的外部时钟输 入。（ 2 ）通过软件设计使 8155 定时器的定时值稍大 于主程序正常循环时间，并且在主程序循环期间重 置 8155 定时器的定时时间常数。（ 3 ）若中断源只供 抗干扰使用，只编制相应的中断服务程序即可；若与 硬件中断合用，则对是硬件复位还是定时中断产生 的自动复位进行判断。利用 8155 的好处是 8155 还 含有三个扩充口和 256 个存储单元。当然，单片机 8O31 中有定时器，如果系统不用，其内部定时器可 供其它场合使用。 3 程序运行重恢复措施 对于微机保护系统，系统正常时，其程序一直在 53 2OOO 年 5 月 继电器 RELAY 第 28 卷 第 5 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 期 循环运行。而当系统出现故障后，保护装置程序将 通过故障验测、选相、故障计算、判别是否跳闸等一 系列程序，若在这个过程中程序出轨，总希望引导系