使得机电系统运行平稳的几点思考

摘 要：本文介绍了使得机电系统平稳运行的几个可行的方法，并对系统平稳性的保证措施进行了分析。

关键词：机电；系统；平稳

当使用按钮、开关、继电器接触器触点作为PLC输入信号时，会不可避免产生抖动，引起系统误动作。在这种情况下，可采用定时器延时方法来去掉抖动，定时时间根据触点抖动情况和系统要求的响应速度而定，这样可保证触点确实稳定闭合（或断开）后才执行特定的处理任务。

对于模拟信号可采用多种软件滤波方法来提高数据的可靠性。常用的数字滤波方法有程序判断滤波、中值滤波、滑动平均值滤波、防脉冲干扰平均值滤波、算术平均值滤波、去极值平均滤波等。

程序判断滤波适用于对采样信号因受到随机干扰或传感器不稳定而引起的失真进行滤波。设计时根据经验确定两次采样允许的最大偏差，如果先后两次采样的信号差值大于偏差，表明输入是干扰信号，应去掉，用上次采样值作为本次采样值；如果差值不大于偏差，则本次采样值有效。

计算时先去掉队首的一个数据，再把新数据放入TY队尾，然后求平均值。去极值平均滤波是连续采样n次，求数据的累加和，同时找出其中的最大值和最小值，从累加和中减去最大值和最小值，再求（n-2）个数据的平均值将其作为有效的采样值。

算术平均值滤波是将连续输入的n个采样数据的算术平均值作为有效的信号。它不能消除明显的脉冲干扰，只是削弱其影响。要提高效果可采用去极值平均滤波。

防脉冲干扰平均值滤波是连续进行4次采样，去掉其中的最大值和最小值，再求剩下的两个数据的平均值。

某些控制系统要求有极高的可靠性，如化工、造纸、冶金、核电站等。如果控制系统出现故障，由此引起的停产或设备损坏就会造成极大的经济损失或极其严重的事故。通过提高PLC控制系统的自身可靠性满足不了要求，常采用冗余系统或热备用系统来解决上述问题。

冗余系统。所谓冗余系统是指系统中有备用的部分，没有它系统照样工作。但在系统出现故障时，备用的部分能立即替代故障部分而使系统继续正常运行。冗余系统一般是用在控制系统中最重要的部分（如CPU模块），由两套相同的硬件组成。如果一套出现故障，立即由另一套来控制。是否使用两套相同的I/O模块，取决于系统对可靠性的要求程度。

常见的情况是采用CPU冗余，两套CPU模块使用相同的程序并行工作。其中一套为主CPU模块，一套为备用CPU模块。在系统正常运行时，备用CPU模块的输出被禁止，由主CPU模块来控制系统的工作。同时，主CPU模块还不断通过冗余处理单元（RPU）同步地对备用CPU模块的IO映像寄存器和其他寄存器进行刷新。当主CPU模块发出故障信息后，RPU在1～3个扫描周期内将控制功能切换到备用CPU。IO系统的切换也是由RPU来完成的。

备用系统的结构较冗余系统简单，虽然也有两个CPU模块在同时运行一个程序，但没有冗余处理单元RPU。两套CPU通过通信接口连在一起。系统中两个CPU模块的切换是由主CPU模块通过通信口与备用CPU模块进行通信来完成的。当系统出现故障时，由主CPU通知备用CPU，并实现切换，其切换过程相对要慢一些。

1PLC输入/输出端子的保护

当输入信号源为感性元件，输出驱动的负载端并联续流二极管；对于交流电路，应在其两端防止在感性输入或输出电路断开时产生很高的感应电动势或浪涌电流对PLC的输入输出端和内部电源的冲击。如果PLC的驱动元件主要是电磁阀和交流接触器线圈，应在PLC的输出端与驱动元件之间增加光电隔离的过零型固态继电器。

2输入/输出信号的防错

当输出元件为双向晶闸管或晶体管而外部负载又很小时，又因为这类输出元件在关断时有较大的漏电流，使输入电路和外部负载电路不易关断，导致输入/输出信号的错误，为此应在这类输入/输出端并联旁路电阻，以减小输入电流和外部负载上的电流。

3冲击电流

用晶体管或双向晶闸管输出模块驱动白炽灯之类的负载时，输出端并联旁路电阻或与负载串联限流电阻。

4电磁干扰的抑制

PLC控制系统的电磁干扰分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射等在信号线上感应的电压叠加所形成。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏。这种共模干扰可为直流，也可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要是由空间电磁场在信号间的感应以及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压。这种电压叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。为了保证PLC控制系统在工业环境中免受或减少电磁干扰，般采用隔离和屏蔽的方法。

作者简介：

赵建伟，男，四川威远人，高级工程师，主要从事为机电一体化技术方面的教学与研究工作。

（作者单位：陕西国防工业职业技术学院）