经济型数控系统的软件抗干扰技术

　　2.6 CPU的睡眠抗干扰技术

　　当干扰作用到CPU 本身时，CPU 不能按正常状态执行程序，将引起混乱。本系统选用AT89C52 芯片作为CPU，它通过执行ORL PCON，#01 指令可以使得CPU 进入睡眠状态。此时，只有定时/ 计数系统和中断系统处于工作状态，CPU 对系统三总线上的干扰没有反应，大大降低了系统对干扰的敏感性。

　　系统工作时，需要用交流接触器去驱动主轴电机和电动刀架电机。由于负载的工作电流大，启动电流更大，因此，在交流接触器动作的瞬间，将会产生很强的电磁干扰，并通过各种途径传到CPU，使计算机不能正常工作。尽管已经把计算机跟外部的连接信号都加了光电隔离，在用示波器观察计算机电源的地线和一些信号线时，仍然发现有干扰信号叠加在上面，持续时间大约在20ms 左右。这些干扰信号常常造成控制系统失灵、机床拖板乱跑、刀架乱转、用户程序丢失或者系统死机等故障。为了解决这一问题，给交流接触器的线圈两端加了RC灭弧阻容，把计算机跟外部的连接线换成了屏蔽线，但是，在电动刀架开始转位或在主轴电机突然启停时，上述的干扰现象仍然出现。最后采用CPU 睡眠抗干扰法解决了此问题。CPU 睡眠抗干扰软件设计的具体思路如图3 所示。

　　2.7 关键数据的恢复技术

　　车床控制系统需要接受用户从操作面板键入的ISO 代码，将其转换成HEX 码，并送到外部数据存贮器62256RAM 中存储。每送完一个程序段，最后一个数据字节在62256 中的存贮地址（在此简称STAD），就是一个关键数据。STAD 在系统掉电时，需要进行保护，为此，必须将其也写入62256RAM中，并在硬件上建立一个掉电保护电路，使得62256RAM 中的数据在系统掉电后不会丢失。掉电保护电路虽然比较可靠，但是系统在上电或掉电的瞬间，62256 中的数据仍然有可能遭到破坏，STAD就有可能被改写，那么下次用户再输入程序时，在62256 中存贮数据的起始地址就会改变，原有的程序就有可能被破坏。一旦被写入的地址变成8255芯片的输出口地址的时候，步进电机的选通信号、驱动电源的高压开启信号，均有可能被置成有效，电动刀架和主轴也有可能旋转，将有可能引发事故。因此，在系统上电初始化的时候，需要首先检查一下STAD 有没有遭到破坏，如果遭到破坏，应在数据写入62256 之前，将STAD 尽快恢复。为此，采取以下措施。

　　用户每输入完一个程序段，编辑软件将程序数据最后一个字节在62256 中的存贮地址（是一个16位的地址，需要两个字节存放），同时送到外部RAM的（00FAH）（00FBH）、（00FCH）（00FDH）以及（00FEH）（00FFH）三组单元中，即将关键数据STAD建立三重备份数据（数据副本）。系统每次上电进行初始化时，通过表决程序恢复STAD 的原值。若三对存放单元中，有两对不一致，则表决失败；若三对存放单元中，有两对相一致，则表决成功。将S T A D 的三重备份建立在片外R A M ，是因为片外R A M 只有MOVX 指令才能修改，相比之下，片内RAM 中的数据可以被各种M O V 指令、算术指令、逻辑指令所修改，安全性差一些。

　　2.8 用户数据区的保护技术

　　上面提到，用户设定的参数以及编制的零件加工程序均要存贮在片外RAM62256 中，这些数据的写入均由CPU 通过执行指令“MOVX @DPTR,A”来实现。当CPU 受到干扰而非法执行该指令时，就会改写62256 中的数据，导致用户数据丢失。为了减小用户RAM 中数据丢失的可能性，可在对62256进行写操作之前加入条件陷阱，不满足条件时，不允许写入，并进行报警。程序格式如下：

　　2.9 设计软件的其他注意事项

　　提高数控系统的可靠性，除了采取上述软件措施以外，还应注意以下两点：①慎重使用堆栈。程序运行中经常与堆栈打交道，但堆栈操作因干扰而出错的几率较大，堆栈操作的次数越多，出错的概率就越大。因此，在使用堆栈操作时，级数不要使用太多，应尽量减少子程序的个数，特别注意不要使子程序嵌套太深。从抗干扰的角度考虑，堆栈区的设置应远离程序区和数据区，最好应单独设置，避免影响程序的其他部分。②数控系统在“自动运行”状态下，CPU的外部中断最好处于关闭状态。至于急停和限位这两个信号，在不影响系统运行速度的前提下，最好采用查询的方式，不用中断。这样，系统在自动运行时，关闭了所有中断，大大降低了外部干扰信号对系统的侵扰。而当系统工作在“编辑”状态或“参数设定”状态时，再将键盘中断放开，用户即可输入数据。

3 结语

　　本文提出的几种软件抗干扰技术，简单易行，不需要硬件投资，修改方便，通用性强，可靠性高。在笔者研制的多种经济型数控系统上使用，抗干扰效果显著。从单轴控制到4 轴联动，多个品种的数控系统，连续多次通过国家技术监督局机床质量监督检验中心的抗干扰测试。目前，3000余台经济型数控系统投入工厂稳定运行已有十年之久。实践证明，本文提出的软件抗干扰技术具有一定的推广应用价值。