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劍桿織機控制系統可靠性設計

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劍桿織機控制系統可靠性設計

發布時間: 2005/3/25 文章出處: 　

    微機控制系統中的可靠性設計是系統設計的一個重要環節。在改造GA747型劍桿織機控制系統設計中，通過合理選擇和篩選元器件、提高電源的可靠性設計、設計可靠的印刷線路板、采用光電隔離及抗干擾軟件設計，有效解決了系統干擾問題，提高了系統的準確性、穩定性和可靠性。
    微機控制系統的可靠性、安全性已成為工業自動化、生產過程控制等領域中一個非常突出的問題。GA747型平絨劍桿織機原控制系統是以分離元件(可控硅、繼電器等)為主的模擬控制，其存在系統不穩定、故障率高等現象，現將其改造成微機控制，并利用CAN總線技術聯網，集中控制與管理。利用集成度很高的單片微機作為控制系統的核心，可靠性可以大大提高。但劍桿織機微機控制系統要在復雜甚至是惡劣的環境中長期、穩定、安全、可靠地運行，對控制系統的穩定性、可靠性要求很高。因此，在劍桿織機微機控制系統中滲入可靠性設計，提高系統在各種環境中的抗干擾能力具有很強的工程實用價值，且這種可靠性設計方法可以應用到各種微機控制系統中。
1硬件抗干擾措施
    1.1合理選擇和篩選元器件
    在生產中劍桿織機控制系統的故障大都是以元器件的各種損壞方式表現出來的。控制系統電子元器件選用的主要原則是：優先選用標準元器件，因為標準元器件比相應的非標準元器件可靠性高；根據系統對電路性能參數的要求選擇元器件，盡量選集成度高的器件；盡可能壓縮品種和規格，提高電子元器件的復用率；核心元器件應經過老化篩選；考慮電器與環境條件來篩選元器件；考慮元器件瞬態承應能力的及冗余設計。
    1．2直流電源的可靠性設計
    在橋式整流塊的四個引腳上分別加上0．01μF的電容器。電容器對交流50 Hz阻抗很大，對高頻干擾阻抗很小，高頻干擾基本上可以順利人地。在電源接通瞬間，由于各電容器兩端電壓不能突變，電容器處于短路狀態，并聯二極管上不會流過很大電流。因此，它可以進一步濾去由變壓器引進的高頻干擾，還可以保護二極管。
    1．3設計可靠的印刷線路板
    (1)合理布線。布線時盡量減少回路環的面積，以降低感應噪聲；電源線和地線盡量粗，這樣除了可以降低線路壓降外，更重要的是降低耦合噪聲；布線長度盡可能短，以減少線路上的雜散電容、分布電容，增強其抑制感應干擾的能力；電源線和信號線盡可能不要平行，也不要靠得太近。
    (2)合理布置元器件。將晶振最可能地靠近C8051CPU，用地線將時鐘區隔離，并且晶振殼接地；8155擴展的數碼顯示塊和鍵盤盡可能地遠離C8051和2764芯片。
    1．4光電隔離
    在輸入和輸出通道上采用光電隔離器進行信息傳輸，可將微機系統與各種傳感器、開關、執行機構從電氣上隔離開，很大一部分干擾將被阻擋。
    1．5直流退耦
    在每一個獨立電路上的直流電源和地之間并接兩個電容器，一個大容量的電解電容器(47μF)，用以濾除低頻干擾；另一個小容量的非電解電容器(0．01μF)，用以濾除高頻干擾。
2控制軟件的抗干擾
    竄入系統的干擾其頻譜往往很寬，且具有隨機性，采用硬件抗干擾措施只能抑制某個頻段的干擾，仍有一些干擾會侵入控制系統。因此，還要采取軟件抗干擾措施。劍桿織機微機控制系統中采用了軟件陷阱技術和軟件“看門狗”技術兩種方法組合，以達到控制軟件抗干擾的目的。
    2．1軟件陷阱的安排
    (1)對未使用的EPROM空間的處理。本系統的控制軟件存于一片2764 EPROM芯片中，2764的容量為8 kbytes，本系統控制軟件的容量為6 kbytes多，并沒有將2764的容量全部用完，對控制程序后面的非程序區用0000020000數據填滿。最后一條填人的數據應為020000。當控制程序亂飛進入此區后，便會迅速自動回位。
    (2)對未使用的中斷區的處理。當未使用的中斷因干擾而開放時，在對應的中斷服務程序中設置軟件陷阱，就能及時使錯誤的中斷回位。
    (3)運行程序區。本系統將陷阱指令組分散放置在應用程序各模塊之間空余的單元里。在正常程序中不執行這些陷阱指令，保證應用程序正常運行。但當程序亂飛一旦落人這些陷阱區，可以馬上將這些亂飛的程序拉回到位。陷阱的設置數目為每1 kbytes 6個～8個。
    (4)中斷服務程序區。確定系統應用程序的運行范圍為addr1～addr2，本系統控制軟件的每一個中斷服務中都有判斷中斷斷點地址addrx的指令，如果addr1>addrx或addrx>addr2，則說明發生了程序亂飛，立即使PC=0000H，將程序拉回到正確的位置。
     2．2軟件“看門狗(Watch Dog)”技術的應用
    本系統采用軟件“看門狗”技術來防止CPU程序進入“死循環”，在計算機異常時能夠及時有效地強制“軟復位”而恢復系統的正常運行。借鑒HSC-1A型多頭智能繡花機控制系統中“看門狗”定時器的作用，用微處理機CygnalC8051F0001片內的一個定時器單元接收內部時鐘提供的穩定脈沖，當此定時器溢出時提出中斷請求；對應的中斷服務程序使計算機回到初始化程序的第一行，從而實現強制性“軟復位”。程序正常運行時，軟件每隔一定的時間(小于定時器的溢出周期)給定時器置數，即可預防溢出中斷而引起的誤復位。
    本系統軟件“看門狗”的設計思路：(1)“看門狗”定時器TO的設置。在初始化程序塊中設置TO的工作方式，并開啟中斷和計數功能。系統Fosc=12 MHz，TO為16位計數器，最大計數值為(2的10次方)-1=65 535，TO輸入計數頻率是．Fosc/12，溢出周期為(65 535+1)／1=65 536(μs)。(2)計算主控程序循環一次的耗時。考慮系統各功能模塊及其循環次數，本系統主控制程序的運行時間約為16．6 ms。系統設置“看門狗”定時器TO定時30 ms(TO的初值為65 536—30 000=35 536)。主控程序的每次循環都將刷新TO的初值。如程序進入“死循環”而TO的初值在30 ms內未被刷新，這時“看門狗”定時器TO將溢出并申請中斷。(3)設計TO溢出所對應的中斷服務程序。此子程序只須一條指令，即在TO對應的中斷向量地址(000BH)寫入“無條件轉移”命令，把計算機拖回整個程序的第一行，對單片機重新進行初始化并獲得正確的執行順序。
3 結束語
     在GA747型劍桿織機微機控制系統設計中嵌入硬件和軟件抗干擾措施是系統工程實踐的重要環節，可大大提高系統的可靠性，使織機具有良好的穩定性。該系統已在某紡織企業累計穩定運行1 8個月，效果明顯。

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