1、測試與控制0引言可編程序控制器(Programmable Logic Controller ,簡稱PLC 是近年來常用的工業控制設備,因為它具有結構靈活,配置簡便,可靠性高等特點,所以在各行各業中都得到了廣泛的應用。PLC 除了可以對開關量控制外,還可以進行模擬量的處理。典型的PLC 模擬量處理是將工業現場的各種被控對象(如溫度、壓力、流量、液位等通過對應的傳感器將其變換為一標準的模擬電量(常見的是電壓、電流,然后經過模擬量/數字量轉換器(A/D Converter 轉換成數字量。為了消除工業現場瞬時干擾對模擬量信號的影響,提高模/數轉換的準確度,就必須在硬件和軟件上采取相應的抗干擾措施。在硬

2、件上,抗干擾的措施一般是在布線時將信號傳輸線和動力線分開布線,信號傳輸線采取屏蔽處理。而在軟件中采取的抗干擾措施一般是數字濾波算法1,即將模擬量/數字量轉換結果進行過濾處理,力爭將干擾信號產生的影像降到最低。PLC 常用的數字濾波算法是平均值計算法2,即對采樣和模擬量/數字量轉換得到的個數據求平均值,以此平均值作為模擬量/數字量轉換的最終結果進行處理。基本的求平均值算法分三種,分別為:算術平均值法,滑動平均值法,防脈沖干擾平均值法3,4。1算術平均值法算術平均值法的算法公式為:X=1NNi =1!Xi其中:N 采樣次數;X i 第i 次采樣值;X 平均值。算術平均值算法可以通過圖1所示的程序流

3、程圖來實現。算術平均值法適用于對一般的具有隨機干擾信號的濾波,特別適用于信號本身在某一數字范圍附近作上下波動的情況,如流量、液位等信號的測量。算術平均值法對信號的平滑濾波程度完全取決于。當較大時,平滑度高,但靈敏度低,即模擬量信號的變化對計算結果的影響小。當較小時,平滑度較低,但靈敏度高。的選擇應該根據具體情況而定,一般情況下,流量檢測取值范圍可以為1020,液位檢測取值范圍可以為815,壓力檢測取值范圍可以為485。2滑動平均值法對算術平均值法,每計算一次平均值,需要等到采樣N 次結束,才能進行計算處理。這種算法對于測量速度較慢或要求實時性較強的控制系統是不能使用的。滑動平均值法能夠克服算術

4、平均值法的低速度,它采用數據隊列作為數據計算平均值的原始數據。數據隊列的長度固定為N ,每進行一次新的采樣,就把最新采樣結果放在隊列的尾部,將原來隊列首位的采樣結果扔掉,這樣在數據隊列中始終保留著個最新的采樣結果。PLC 控制系統中模擬量采樣的數字濾波算法研究閆虎民1,張永飛2(1.天津工程師范學院,天津300222;2.天津職業大學,天津300402摘要:PLC 控制系統中對模擬量的采集和處理得到了廣泛的應用,如果能夠采用合理的數字濾波算法,就可以將信號采集過程中的干擾因素降到最低,從而保證系統的安全可靠運行。關鍵詞:PLC ;模擬量/數字量轉換;數字濾波;算法中圖分類號:TP21文獻標識碼

5、:A文章編號:1002-6673(200704-136-02機電產品開發與創新Development &Innovation of Machinery &Electrical ProductsVol.20,No.4July.,2007第20卷第4期2007年7月收稿日期:2007-06-11作者簡介:閆虎民(1974-,男,實驗師,陜西韓城人,工學學士。主要研究方向:自動控制、PLC 控制、微機控制。圖1算術平均值法進行數值濾波Fig.1Digital filter based on arithmetic average method數據寄存器清零采樣次數清零采樣數據送入數據寄存器采樣次數足夠

6、否是采樣數據求和求平均值136測試與控制Research on Digital Filter Algorithms of Analog Sampling in PLC Control SystemYAN Hu-Min 1,ZHANG Yong-Fei 2(1.Tianjin University of Technology and Education ,Tianjin 300222,China ;2.Tianjin Professional College ,Tianjin 300402,China Abstract:Collection and processing of analog in

7、 PLC control system are widely used.Interfering factors of signal collecting process are re-duced to the minimum can ensure the system security and reliability,if rational digital filter algorithms is adopted.Key words:PLC ;A/D converter ;digital filter ;algorithms計算平均值時,只要將隊列中的N 個數據進行算術平均計算,就可得到最新的

8、算術平均值。這樣每進行一次采樣,就可以經過計算得到一個新的算術平均值6。滑動平均值算法可以通過圖2所示的程序流程圖來實現。需要注意的是,在初始化數據塊時一定要將第一次的采樣數據填充進所有的采樣數據寄存器中,然后進行數據塊移位,將最早的采樣數據移除,將最近的采樣數據補充進來,然后進行求平均值。3強抗干擾平均值法在工業現場工作的控制設備時常會產生電磁脈沖,這種電磁脈沖的寬度極窄,幅值極大,因此,這種干擾只影響個別采樣數據,并且受干擾的采樣數據與相鄰的采樣數據相差極大。如果采用算術平均值法或滑動平均值法,受干擾的采樣數據將會對計算結果產生較大的影響,并不能起到很好的抗干擾效果。強抗干擾平均值法的基本

9、思想是:先對欲進行平均值算法的個數據進行比較,去掉其中的最大值和最小值,然后將剩余的N-2個數據進行平均計算7。在實際應用中,為了加快計算速度,取值不宜太大8。強抗干擾平均值算法可以通過圖3所示的程序流程圖來實現。4結束語數字濾波算法是數字控制系統中處理模擬量信號常用的抗干擾措施。抗干擾措施不僅是硬件系統應進行的工作,也是軟件設計的一項重要內容。在實際的PLC 應用系統中,有些公司生產的PLC 智能化A/D 轉換模塊(如A68AD 模塊內部已經集成了數字濾波算法,用戶只要選擇合適的算法參數,就可以直接讀取經過數字濾波算法處理的數據,不用編寫專門的數字濾波程序。數字濾波算法有多種實現方式,除了以

10、上常見的平均值濾波算法外,還有加權平均值法等,并且在實際應用中,可以將幾種算法組合起來使用,可以得到更好的效果。數字濾波算法不僅僅局限在PLC 控制系統中應用,在其它數字控制系統,如單片機控制系統,DSP 控制系統等也可以應用,使系統的抗干擾能力得到極大的加強。參考文獻:1賀洪江,王柏盛.關于數據采集和數字濾波的研究J.工礦自動化,2004,3.2任克強,劉暉.微機控制系統的數字濾波算法J.現代電子技術,2003,3.3鄭濤,石秀華,許暉.數字濾波新方法嘗試與驗證J.測控技術,2004,4.4楊明,狄衛國,牛江川.智能微機系統中的數字濾波算法研究J.儀表技術,2003,1.5郟東耀,楊雷,丁天懷.數字濾波抗干擾技術在A/D 轉換中的應用J.半導體技術,2003,8.6楊克遠,周麗佩,趙越,劉書國.一種改進的數字濾波方法J.大慶石油學院學報,2003,2.7向紅軍,雷彬.基于單片機系統的數字濾波方法的研究J.電測與儀表,2005,9.8周英武,王蘇巖,李宏男.結構試驗中一種高保真的數字濾波算法J.重慶建筑大學學報,2006,6.圖2滑動平均值法進行數值濾波Fig.2Digital filter based on sliding average method圖3強抗干擾平均值法進行數值濾波