軟件濾波在PLC編程中的必要性分析

王有理（廣西華銀鋁業有限公司，廣西　百色　533700）

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軟件濾波在PLC編程中的必要性分析

王有理（廣西華銀鋁業有限公司，廣西百色533700）

PLC及單片機的廣泛應用給工業自動化得到推廣，這已是大家的普遍共識。然而由于編程者編程風格差異給在相同硬件上應用結果的差別很大，有的穩定性極高而有的則很差。本文試圖利用高壓溶出隔膜泵控制工作站的故障及分析、最后處理方式為突破口，分析軟件濾波在PLC編程中的必要性。

PLC；工業自動化；編程；穩定性；隔膜泵控制工作站；軟件濾波；必要性

1　概況

硬件組態如圖1所示。

圖1

利用西門子PLC CPU313C-2DP上所集成的DP接口直接組成Profibus子網。西門子PLC為主站，從站由菲尼克斯總線控制器與兀爾克（TURCK）總線控制器電機啟動器組成。西門子PLC負責與上位機及變頻器進行連接，菲尼斯總線控制器負責對隔膜泵本體上的開關量（注排油信號）和模擬量信號（儀表風壓及推進液壓力信號）進行采集并通過Profibus總線回傳給主站處理，并接收主站傳遞過來的控制指令進行控制注排油電動閥；兀爾克（TURCK）總線控制器電機啟動器安裝在輔助設備電機（推進液油泵電機、主減速機潤滑油泵電機及主電機冷卻風機等）控制柜上，負責將控制柜內的送電或失電信號通過Profibus總線回傳給主站處理，并接收主站傳遞過來的控制指令進行控制輔助設備的啟動或停止。輔助設備運行狀態是否良好是主機能否運行的必要條件之一。起初出現的問題是輔助設備電機故障引起頻繁跳停，一復位又能正常啟動，對所有線路重新緊固也沒改善，最后又更換相關輔助設備的兀爾克（TURCK）總線控制器電機啟動器，問題依然得不到有效的解決，最終分析指向是由于現場有變頻器控制主機運行，因施工原因控制回路與主回路同一管線埋地施工，受變頻器諧波分量信號的干擾造成對Profibus總線通信或TURCK總線控制器電機啟動器的干擾造成輔助設備電機對主機運行連鎖的信號短瞬丟失而造成主機的跳停。

2　原因分析

輔助設備電機概況如圖2所示。

M1、M2、M3、M4、M5作為輔助設備的電機是集中控制的。

如圖3的程序段就是輔助設備的電機是集中控制的程序，#IN34是啟動點，#IN9是停止點，#STAT66是運行點，相當啟動中間繼電器。下面以M1為例來說明。

M1為隔膜泵潤滑系統的潤滑油泵電機，由TURCK總線控制器電機啟動器控制開停，在PLC組態中I0.0、I0.1、I0.2、I0.3為它的狀態輸入點，Q5.0為輸出點，就是控制總線控制器電機啟動器通斷的指令點。

具體控制方式。

#STAT66相當中間繼電器，當#IN34有輸入時它將閉合并自保持直到#IN9有輸入造成該回路開路后釋放自保狀態。所以集中啟動后，在I0.0（TURCK總線控制器電機啟動器送電后I0.0有輸出）和I0.1（過載保護不動作時有輸出）因此Q5.0有輸出將啟動隔膜泵潤滑系統的潤滑油泵電機運行。其它四臺（M2、M3、M4、M5）的控制方式也是如此，其中M2控制點對應I0.4、I0.5、Q5.4，M3控制點對應I1.0、I1.1、Q6.0，M4控制點對應I1.4、I1.5、Q6.4，M5控制點對應I2.0、I2.1、Q7.0。

圖2

圖4

最 后 將 I0.0、I0.1、Q5.0、I0.4、I0.5、Q5.4、I1.0、I1.1、Q6.0、I1.4、I1.5、Q6.4、I2.0、I2.1、Q7.0串聯起來輸出給一個相當中間繼電器的點（#STAT67）作為輔助設備正常的連鎖點保護主電機的運行。

圖5

當#STAT67點有輸出時，隔膜泵的主機就能正常運行，當#STAT67點沒有輸出時主機就會連鎖跳停。由于PLC組態已將 TURCK總線控制器電機啟動器的 I0.0、I0.1、Q5.0、I0.4、I0.5、Q5.4、I1.0、I1.1、Q6.0、I1.4、I1.5、Q6.4、I2.0、I2.1、Q7.0作為組態中的一部分，因此PLC每一個掃描周期都要掃描到這些點的狀態。正如前面我們所提到的那樣：受變頻器諧波分量信號的干擾造成對Profibus總線通信或TURCK總線控制器電機啟動器的干擾造成PLC對這些點狀態掃描出錯就及易造成#STAT67點沒有輸出從而連鎖主電機的跳停根本原因。

3　對策

因為干擾是隨機，時間上是間隔的是短瞬的。因此我們只要保證安全的前提下，對上述這些點作一定的時間延時，也就是說軟件濾波，就可以解決這個問題。

下面以I0.4作為舉例說明如何做到軟件濾波的。

圖6

如圖6，當I0.4點動作時，I0.4常閉點斷開，T39的S端沒有輸入同時I0.4常開點瞬間對T39的R端（置位）動作，因此T39的常閉點也是瞬間閉合驅動DB15.DBX0.4動作，從這個分析可以看出DB15.DBX0.4動作閉合是與I0.4動作閉合是同步的。現在來分析I0.4由閉合狀態轉為斷開狀態時，DB15. DBX0.4與I0.4的狀態關系。當I0.4由閉合狀態轉為斷開狀態時，I0.4常閉點閉合給T39計時信號 I0.4常開點斷開解除T39的R端置位信號，T39開始計時，從T39的TV端可以看出設定計時為2s，計時到2s后T39動作，T39常閉點斷開，因此DB15.DBX0.4同時釋放。由此可見DB15.DBX0.4點釋放時間要延后于I0.4 2s，這樣就可以起到濾掉干擾信號的影響。如果分別對I0.0、I0.1、Q5.0、I0.5、Q5.4、I1.0、I1.1、Q6.0、I1.4、I1.5、Q6.4、I2.0、I2.1、Q7.0進行如I0.4一樣的處理，那么就相當對這些點都做了軟件濾波處理。最后再將處理后的點代替原來相對應的點了，如圖7。

那么就相當控制輔助設備電機的對應的PLC控制點都有一定的軟件濾波延時功能。當然這個方案是為了保持原有程序的風格而對那么多點進行軟件濾波處理的，在實用方案中只要對輸出點Q5.0、Q5.4、Q6.0、Q6.4、Q7.0作軟件濾波處理后用這幾個點串聯作主機正常連鎖信號就足夠了。通過這么處理后兩年多以來再也沒有類似故障的出現，設備運行非常的穩定。

圖7

4　結論

PLC及單片機應用到工業控制日益廣泛，工況的差異性很大。有的PLC或單片機在實驗室內試機都很正常，但到現場去應用就有這個故障或那個故障，很多人都把精力放在排除故障而忽略了現場看不見摸不著的電磁波干擾。通過前面對溶出隔膜泵PLC程序作軟件濾波處理來解決干擾影響的案例說明，若是要想PLC或單片機運行得更加穩定，在PLC或單片機敏感的輸入點作一定的軟件濾波處理是非常有必要的。

［1］張運剛，郭武強.西門子S7-300/400PLC技術與應用，人民郵電出版社，2007.

［2］羅紅福，胡 斌，等.PROFIBUS-DP現場總線工程實用實例解析，中國電力出版社，2008，9，1.

王有理（1973-），男，工程師，本科，主要從事電氣專業管理工作，主要研究自動化在單體設備上的應用及其數據上傳到中心處理機處理，力爭做單體性能發揮到極至系統又能協調統一，弱電干擾源及應對等方面的研究。

TP273

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2095-2066（2016）13-0084-02

2016-4-21