计算机控制系统的可靠性及抗干扰性优化设计

第１３卷第２期　２Ｏ１４年２月　软件导刊　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｇｕｉｄｅ　Ｖｌ０１．１３ＮＯ．２　Ｆｅｂ．２Ｏ１４　计算机控制系统的可靠性及抗干扰性优化设计　周艳萍　（云南经济管理职业学院，云南昆明６５０１０６）　摘　要ｉ人们在使用计算机时，对计算机控制系统的可靠性提出了很高的要求，抗干扰技术是保证计算机控制系统可　靠性能的一种重要方法。对计算机控制系统的可靠性进行了定量计算，着重介绍了提高可靠性的抗干扰技术法，并　从控制系统的软件系统和硬件系统两个角度对提高控制系统可靠性的方法进行了介绍。　关键词：计算机控制系统；可靠性；抗干扰性；抗干扰设计　中图分类号：ＴＰ３１１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—７８００（２０１４）００２—０１０８—０２　护，也即更容易修复。　０　引言　一除了上述指标外，还有有效度的概念，表示系统在某　瞬间正常工作的概率，该指标越大则越好。　计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组　计算机控制系统是工程项目中的重要组成部分，它关　１．２　系统可靠度提升方法　系到工程项目中的众多仪表、机器能否正常、安全、稳定运　转。对于如何才能保证计算机控制系统能够安全稳定地　运行的问题，设计人员们首先考虑的是在控制系统中添加　抗干扰设计，计算机系统中的抗干扰设计是事关项目机器　仪表能否正常运转的关键部分。　成，因此，提高计算机系统的可靠性可以从提高计算机硬　件系统的可靠性和提高计算机软件系统的可靠性两部分　来考虑。由上述定量化描述计算机系统的可靠性可知，　提高系统的可靠性需要注重两个方面，一是在系统正常　１　计算机控制系统的可靠性　１．１可靠性的定量化　工作时间内减少系统故障发生的次数；二是系统发生故　障后要能够及时排除故障。提高计算机硬件系统的可靠　性主要考虑计算机抗干扰技术的实现，增强硬件系统对　运行环境的适应性，以及使用质量比较好的硬件材料。　软件系统的可靠性主要考虑软件的自我测试技术、自我　纠错、自我修复等。　１．２．１　硬件系统的可靠性　在实际生产操作中，可靠性是个定性的概念，大都以　量的多少来计算控制系统的可靠性，在生活中常以维护　率、故障率、平均故障间隔时间、平均维护时间、有效度等　来表示系统的可靠性。　假设一个系统在试运行后，正常运行了一段时间ｔ　之后出现了问题，必须停止运行进行检修。经过一段时间　Ｔ　的维修后，问题被解决，系统恢复正常运行。假使在坐　标轴就会出现这样一系列的点，ｔ　、ｔ　…ｔ　是系统运行顺畅　的时间，Ｔ　、Ｔ　…是维修系统的时间，则：①故障率　一　研究计算机系统的最终目的是为了实现一定的功能，　所以应当根据计算机的性能和工作要求来决定计算机系　统的结构。　（１）系统的可靠性由系统中各个元件的可靠性决定，　只要能满足系统的性能指标，就应尽可能地简化系统结　构，减少元件的数量，并简化方案，避免片面追求高性能指　标和过多的功能，采用模块化、积木化、标准化结构。在组　总工作时间　一＿　’；②平均故障间隔时间　。　ＭＴＢＦ一　ｔｉ　建控制系统时应当采用类似积木的标准组建模式，根据工　程项目的大小和功能要求，采用相应的模块来组建控制系　统，尽可能在实现项目工程目标的同时使系统最简化。这　样的结构不仅仅可以减少不必要的损失，而且还方便用户　失效次数　÷；’　③维护率　一千　总维护时间　　喾　一平均维护时间ＭＴＴＲ一　丝　盟闻：　维护次数　。　平均维护时间表示系统经过多次维修后，平均一次维　护所需要的时间，平均维护时间越短，表明系统越容易维　备份，一旦在使用过程中出现问题，用户便可以很快地通　过备份进行恢复，这对于增加平均间隔时间、缩短平均维　护时间具有重要意义，同样可以达到增强系统可靠性的目　的。　作者简介：周艳萍（１９８１一），女，硕士，云南经济管理职业学院讲师，研究方向为计算机应用、软件工程。　第２期　周艳萍：计算机控制系统的可靠性及抗干扰性优化设计　．１０９．　（２）计算机系统中很多元器件的功能与效率与环境有　（６）使用重复被干扰指令的方法。如果计算机系统在　执行一项指令时被干扰了，则应当要求计算机系统重复这　条被干扰了的指令。　很大关系，在使用元器件时必须考虑温度因素的影响。因　此，要做好电源的配置工作和散热装置的设置。　（３）计算机控制系统受环境的影响不容忽视。这种环　境不仅仅是系统的内部环境，还有整个计算机控制系统所　除上述常规措施外，提高软件自身的功能和效率对　于提高软件系统的可靠性也至关重要。在设计软件时尽　可能地采用模块化设计、进行软件评审和对软件进行测　试等措施来减少软件设计中可能出现的失误。设计软件　时的重要一点就是保证设计出来的软件可以进行测试，　处的大环境，如风火雷电雨雪等。必须针对计算机控制系　统所处的大环境来进行专门的防护工作，比如系统的防　火、防水、防雷击等，确保万无一失。　（４）尽量节省硬件资源。比如，如果一项工作能够适　应中央处理器有限的条件，则尽可能通过使用计算机的软　以提高软件系统的可维护性，即使在一定情况下出现错　误，也可以通过测试快速找到错误发生的部位以便及时　件功能来实现。　（５）计算机硬件系统往往由众多的元器件按照一定的　：功能组建在一起，所以对元器件之间的焊接及接触部位，　应进行详尽检查，以防发生故障。同样，有些硬件是故障　的高发部位，所以应该有针对性地进行更高频率的检查，　把隐患尽可能地消除在发生阶段。　（６）用多重化技术解决隐患。很多情况下，有些元件　：有重复的部分，应当利用这些多余的元件发挥它们的效用　来消除或者减弱已经发生的故障对系统造成的影响。常　用的系统包括备用系统、并联系统和表决系统３种。　（７）还有一种很重要的方法就是抗干扰技术的使用，　这是提高硬件系统可靠性的关键部分，下文将会详尽介　绍。　］【．２．２　软件系统的可靠性　可以通过采用高质量的元器件、采取比较好的维护　防护措施以及采用抗干扰技术来提高计算机硬件系统的　可靠性以提高计算机控制系统的可靠性。但是仅仅通过　硬件系统可靠性的提高来保证计算机控制系统的可靠性　是不够的，还需要通过一些措施来提高软件系统的可靠　性以间接提高整个计算机控制系统的可靠性。具体措施　如下：　（１）提高应用程序的运行速率。如果编制的程序能够　达到一种很高的运行速率，在这种运行速率下程序的运行　周期小于断电器等一些保险装置的反应时间，就可以保证　一些程序运行过程中不会因小小的失误而造成大的故障。　（２）通过把输出信号与计算机存储器中的输出量相　比较，如果两者不相同则需要再一次输出，如果出现故障　则需要报警，同时采取一定的措施来检查并排除故障。　（３）编制一定的程序来监控计算机控制系统。可以通　过编制相应测试程序对计算机软件系统进行不断测试，如　果发现有运行不正常的地方，则让系统自己发出报警信号　并采取一定的安全防护措施保证系统的正常运行。　（４）对计算机存储器中的重要数据进行分区存储，如　果需要使用这些数据则让其单独表决，这样可以保证存储　器的正常运行以防偶然状况的发生。　（５）用系统管理软件对使用的计算机软件系统进行调　度。如果使用过程中出现问题，可以使用系统管理软件对　出现问题的部位进行隔离保护，并立刻用其它功能完好的　软件代替使系统恢复正常。　抢修。　２抗干扰技术　抗干扰技术在维护计算机系统的可靠性方面扮演着　重要角色。干扰源、干扰路径、干扰对象是造成干扰的三　大对象，要想解决干扰对计算机系统的影响，应该从造成　干扰的三大对象进行考虑。在实际操作过程中，很容易想　到的办法就是避开干扰源，但要想完全避开干扰十分困　难。在实际操作过程中常常采用抑制干扰的方法有：对电　波进行过滤、屏蔽干扰、分离以及吸收干扰电波等。抗干　扰也可以从硬件和软件两方面进行。　２．１硬件抗干扰技术　（１）电源系统抗干扰。计算机控制系统所需要的电源　应尽量采用普通照明的电源，或者说交流电，但要注意对　变压器进行相应的隔离。直流电源加稳压、滤波、印刷板　电源、芯片电源侧加置ＲＣ滤波。　（２）传输路径抗干扰。传输路径抗干扰主要从切断干　扰路径的角度考虑，具体做法是尽量使得强信号线与弱信　号线相交而不是使这两条线呈平行走向，这种正交的接线　可使线间的电容降至零。对于传播信号的线路要进行分　类，不能装在相同的电缆管或者电缆槽中，要保证电缆线　在期间有足够的空间。　（３）采用金属防护措施屏蔽外来的干扰等一些其它抗　干扰措施。　２．２软件抗干扰技术　（１）数字滤波技术。这种技术实际上是通过一种程序　来实现，主要用来减少对于实现计算机功能无用的信号在　有用信号中的比例。　（２）软件陷阱技术。这种技术上实质上是用一条引导　指令，强制将捕捉到的程序引向一个指定的地址，那里设　置了另外一个用于对出错的程序进行处理的专门应用程　序。　（３）程序运行监视系统技术。这就是所谓的“看门狗”　方法，是一种既运用了硬件方法又融合了软件的传统技　术。它可以有效地阻止程序意外“跑飞”，防止系统出现故　障和程序不稳定。硬件技术上要求用到单稳触发器或者　定时器来进行计数或者定时，定时完成后，即触动程序或　者系统的复位原件，从而达到定时清零的目的。一般情况　第１３卷第２期　２０ｌ４年２月　钦件导刊　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｇｕｉｄｅ　ＶｏＩ．１３ＮＯ．２　Ｆｅｂ．２Ｏｌ４　基于ＲＥＳＴ架构的人事管理系统设计与实现　张瑜，丁建华，符运辉　（公安部第三研究所，上海２０１２０４）　摘　要ｌ为了规范人事管理流程，提高人事录用效率，在单位内实现各部门人力资源共享，同时为了适应多平台工作　环境，方便管理人员通过电脑、手机、平板等多种终端进行人事管理工作，提出了基于ＲＥＳＴ架构的人事管理系统。　介绍了系统的总体架构、功能模块及数据库设计，并以招聘管理为例详细说明了招聘模块的具体实现。通过人事管　理系统实现了日常人事管理电子化、流程化、规范化、便捷化，具有较高的实用价值。　关键词：ＲＥＳＴ；人事管理；多平台；招聘管理；Ａｎｄｒｏｉｄ　中图分类号：ＴＰ３１９　文献标识码：Ａ　文章编号ｌ１６７２—７８００（２０１４）００２—０１１Ｏ一０３　Ｔｈｏｍａｓ　Ｆｉｅｌｄｉｎｇ＿１　在博士论文中提出的一种架构风格，又　０　引言　当前，越来越多的企事业和政府部门通过建设信息化　系统来替代传统的纸质办公，电子信息化的便捷性、规范　性逐步得到了大众的认可。人事管理在各企事业单位的　行政管理工作中具有相当重要的地位，越来越多的单位意　识到人力资源是一个企业的核心价值，管理好企业的人力　称“表征状态转移”，ＲＥＳＴ风格的架构包含了４个核心原　则：①ＲＥＳＴ首先将所有的事物都抽象为资源，并将资源　与ＵＲＩ进行对应，使得每个资源都有唯一对应的ＵＲＩ；②　客户端通过ＵＲＩ来确定资源的表征，对资源的操作通过　ＨＴＴＰ协议的不同方法（ＧＥＴ、ＰＯＳＴ、ＰＵＴ、ＤＥＬＥＴＥ）来　确定；③客户端通过链接将应用从一个状态改变为另一个　状态，通过操作资源的表现形式来操作资源；④资源可以　定义多种表现形式，客户端可以通过资源的描述对资源进　行不同形式的展现　。　资源是保障企业正常运作非常重要的环节。　公安部第三研究所现有在职职工１　５００余人，每年有　近百人的人事变动，如果使用传统的纸质管理方式来管理　人力资源，将浪费大量的人力物力，并且往往事倍功半。　在此形势下，为了充分利用电子信息化的便捷性和规范　性，建立统一的管理流程，通过建设人事管理系统来帮助　管理人员准确地进行管理工作是十分必要的，本系统就是　在此前提下进行设计和开发的。　由于ＨＴＴＰ协议是无状态协议，所以利用ＲＥＳＴ风　格架构的Ｗｅｂ软件也是无状态的　］。客户端的每次请求　应该详细描述本次操作的所有属性，服务器不会额外地保　存操作状态。　２系统架构设计　２．１总体架构设计　１　ＲＥＳＴ架构风格　ＲＥＳＴ（Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎａｌ　Ｓｔａｔｅ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ）是由　Ｒｏｙ　系统主要采用ＪＡＶＡ语言编写，采用ＪＡＶＡＥＥ架　构Ⅲ，利用三层架构将系统从逻辑上分为表示层、业务层、　面，而计算机控制系统的可靠性至关重要。一般而言，应　从软件和硬件两个方面来考虑，采取一定的抗干扰技术来　保证系统的可靠性，从而保证控制系统的正常运行。　参考文献：　［１］马爱永．计算机控制系统可靠性设计ＥＤ］．成都：西华大学，２０１１．　下，运行“看门狗”程序后，在Ｔ时间内对程序进行有效清　零。在受到外界干扰后，“看门狗”程序读取的顺序就会错　位，无法完成定周期的清零动作，从而导致定时溢出。这　时程序会立刻清零，使系统摆脱因为程序意外“跑飞”而造　成的瘫痪状态。　３　结语　计算机控制系统广泛应用在我国各个行业的各个方　［２］　彭建学．计算机控制系统可靠性设计研究［Ｊ］．自动化与仪表，１９９２　（４）：３－８．　（责任编辑：孙娟）　作者简介：张瑜（１９８２一），男，硕士，公安部第三研究所研究实习员，研究方向为软件工程、项目管理。