软件滤波在PLC编程中的必要性分析

王有理（广西华银铝业有限公司，广西　百色　533700）



软件滤波在PLC编程中的必要性分析

王有理（广西华银铝业有限公司，广西百色533700）

PLC及单片机的广泛应用给工业自动化得到推广，这已是大家的普遍共识。然而由于编程者编程风格差异给在相同硬件上应用结果的差别很大，有的稳定性极高而有的则很差。本文试图利用高压溶出隔膜泵控制工作站的故障及分析、最后处理方式为突破口，分析软件滤波在PLC编程中的必要性。

PLC；工业自动化；编程；稳定性；隔膜泵控制工作站；软件滤波；必要性

1　概况

硬件组态如图1所示。

图1

利用西门子PLC CPU313C-2DP上所集成的DP接口直接组成Profibus子网。西门子PLC为主站，从站由菲尼克斯总线控制器与兀尔克（TURCK）总线控制器电机启动器组成。西门子PLC负责与上位机及变频器进行连接，菲尼斯总线控制器负责对隔膜泵本体上的开关量（注排油信号）和模拟量信号（仪表风压及推进液压力信号）进行采集并通过Profibus总线回传给主站处理，并接收主站传递过来的控制指令进行控制注排油电动阀；兀尔克（TURCK）总线控制器电机启动器安装在辅助设备电机（推进液油泵电机、主减速机润滑油泵电机及主电机冷却风机等）控制柜上，负责将控制柜内的送电或失电信号通过Profibus总线回传给主站处理，并接收主站传递过来的控制指令进行控制辅助设备的启动或停止。辅助设备运行状态是否良好是主机能否运行的必要条件之一。起初出现的问题是辅助设备电机故障引起频繁跳停，一复位又能正常启动，对所有线路重新紧固也没改善，最后又更换相关辅助设备的兀尔克（TURCK）总线控制器电机启动器，问题依然得不到有效的解决，最终分析指向是由于现场有变频器控制主机运行，因施工原因控制回路与主回路同一管线埋地施工，受变频器谐波分量信号的干扰造成对Profibus总线通信或TURCK总线控制器电机启动器的干扰造成辅助设备电机对主机运行连锁的信号短瞬丢失而造成主机的跳停。

2　原因分析

辅助设备电机概况如图2所示。

M1、M2、M3、M4、M5作为辅助设备的电机是集中控制的。

如图3的程序段就是辅助设备的电机是集中控制的程序，#IN34是启动点，#IN9是停止点，#STAT66是运行点，相当启动中间继电器。下面以M1为例来说明。

M1为隔膜泵润滑系统的润滑油泵电机，由TURCK总线控制器电机启动器控制开停，在PLC组态中I0.0、I0.1、I0.2、I0.3为它的状态输入点，Q5.0为输出点，就是控制总线控制器电机启动器通断的指令点。

具体控制方式。

#STAT66相当中间继电器，当#IN34有输入时它将闭合并自保持直到#IN9有输入造成该回路开路后释放自保状态。所以集中启动后，在I0.0（TURCK总线控制器电机启动器送电后I0.0有输出）和I0.1（过载保护不动作时有输出）因此Q5.0有输出将启动隔膜泵润滑系统的润滑油泵电机运行。其它四台（M2、M3、M4、M5）的控制方式也是如此，其中M2控制点对应I0.4、I0.5、Q5.4，M3控制点对应I1.0、I1.1、Q6.0，M4控制点对应I1.4、I1.5、Q6.4，M5控制点对应I2.0、I2.1、Q7.0。

图2

图4

最 后 将 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串联起来输出给一个相当中间继电器的点（#STAT67）作为辅助设备正常的连锁点保护主电机的运行。

图5

当#STAT67点有输出时，隔膜泵的主机就能正常运行，当#STAT67点没有输出时主机就会连锁跳停。由于PLC组态已将 TURCK总线控制器电机启动器的 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作为组态中的一部分，因此PLC每一个扫描周期都要扫描到这些点的状态。正如前面我们所提到的那样：受变频器谐波分量信号的干扰造成对Profibus总线通信或TURCK总线控制器电机启动器的干扰造成PLC对这些点状态扫描出错就及易造成#STAT67点没有输出从而连锁主电机的跳停根本原因。

3　对策

因为干扰是随机，时间上是间隔的是短瞬的。因此我们只要保证安全的前提下，对上述这些点作一定的时间延时，也就是说软件滤波，就可以解决这个问题。

下面以I0.4作为举例说明如何做到软件滤波的。

图6

如图6，当I0.4点动作时，I0.4常闭点断开，T39的S端没有输入同时I0.4常开点瞬间对T39的R端（置位）动作，因此T39的常闭点也是瞬间闭合驱动DB15.DBX0.4动作，从这个分析可以看出DB15.DBX0.4动作闭合是与I0.4动作闭合是同步的。现在来分析I0.4由闭合状态转为断开状态时，DB15. DBX0.4与I0.4的状态关系。当I0.4由闭合状态转为断开状态时，I0.4常闭点闭合给T39计时信号 I0.4常开点断开解除T39的R端置位信号，T39开始计时，从T39的TV端可以看出设定计时为2s，计时到2s后T39动作，T39常闭点断开，因此DB15.DBX0.4同时释放。由此可见DB15.DBX0.4点释放时间要延后于I0.4 2s，这样就可以起到滤掉干扰信号的影响。如果分别对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进行如I0.4一样的处理，那么就相当对这些点都做了软件滤波处理。最后再将处理后的点代替原来相对应的点了，如图7。

那么就相当控制辅助设备电机的对应的PLC控制点都有一定的软件滤波延时功能。当然这个方案是为了保持原有程序的风格而对那么多点进行软件滤波处理的，在实用方案中只要对输出点Q5.0、Q5.4、Q6.0、Q6.4、Q7.0作软件滤波处理后用这几个点串联作主机正常连锁信号就足够了。通过这么处理后两年多以来再也没有类似故障的出现，设备运行非常的稳定。

图7

4　结论

PLC及单片机应用到工业控制日益广泛，工况的差异性很大。有的PLC或单片机在实验室内试机都很正常，但到现场去应用就有这个故障或那个故障，很多人都把精力放在排除故障而忽略了现场看不见摸不着的电磁波干扰。通过前面对溶出隔膜泵PLC程序作软件滤波处理来解决干扰影响的案例说明，若是要想PLC或单片机运行得更加稳定，在PLC或单片机敏感的输入点作一定的软件滤波处理是非常有必要的。

［1］张运刚，郭武强.西门子S7-300/400PLC技术与应用，人民邮电出版社，2007.

［2］罗红福，胡 斌，等.PROFIBUS-DP现场总线工程实用实例解析，中国电力出版社，2008，9，1.

王有理（1973-），男，工程师，本科，主要从事电气专业管理工作，主要研究自动化在单体设备上的应用及其数据上传到中心处理机处理，力争做单体性能发挥到极至系统又能协调统一，弱电干扰源及应对等方面的研究。

TP273

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2095-2066（2016）13-0084-02

2016-4-21