西门子模块6ES7214-1AD23-0XB8大量供应
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1 引言
工业自动化系统中的大型系统或是小型设备，均含有各种噪声和干扰。干扰既有来自信号源本体或传感器，也有来自外界干扰。为了进行准确测量和控制，必须消除被测信号中的噪声和干扰。特别是随着自动化程度的tigao，许多控制功能通过自动闭环调节来完成，设备控制的效果取决于外部模拟量采集、控制算法、执行输出等等环节，而在现场工业环境中，电磁干扰、电源干扰、甚至于传感器本身都会影响外部信号，导致得到的数据失真、波动，如果在数据采集环节即出现问题，那整个系统将无法正常工作。本文分析解决的是如何利用软件数字滤波的方式处理外部信号的正确采集，从而才能得到真实的数据，实现自动控制，否则设备的自动化控制将无从谈起。
2 软件滤波功能简介
2.1 软件滤波
软件滤波即是通过软件算法将数据进行适当处理，从而屏蔽掉噪声和干扰杂波信号，获得可用的真实数据的一种方法，也可以说是通过程序处理的方式完成数据采集信号的处理。
对于采集信号的处理，除了软件滤波之外，也可以采用硬件电路实现滤波处理，比如常见的RC滤波、LC滤波等等，图1为采用电容滤波电路的信号曲线。
硬件滤波的优点在于我们在程序中不再需要进行复杂的程序处理，而且数据变化响应性高；而软件滤波的优势在于不需要硬件的投入，简化了电路设计，对于不同的信号干扰可以很方便的调整软件参数达到滤波效果，虽然有些方法在信号处理上会有一定的滞后，但只要合理使用各种不同的滤波方式则完全避免因此而带来的影响。
2.2 数字软件滤波优点
（1） 数字滤波用软件实现，不需要增加硬设备，因而可靠性高、稳定性好，不存在阻抗匹配问题。
（2） 模拟滤波通常是各通道专用，而数字滤波则可多通道共享，从而降低了成本。
（3） 数字滤波可以对频率很低（如 Hz）的信号进行滤波，而模拟滤波由于受电容容量的限制，频率不可能太低。
（4） 数字滤波可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。
3 实现软件滤波的方法
软件滤波有很多种方法，主要是针对不同干扰信号采取不同的方法将其消除，这里列举了一些方法并针对性说明有缺点，使大家可以正确选择采用的滤波方法。
3.1限幅滤波法
（1）方法。根据经验判断，确定两次采样允许的大偏差值（设为A），每次检测到新值时判断：如果本次值与上次值之差
（2）优点。能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰。
（3）缺点。无法抑制周期性的干扰，平滑度较差。
（4）分析。限幅滤波法是比较简单易行的一种方法，难点在于需要由经验判断合理的偏差值，如果偏差值设小了，起不到滤波作用，设定过大，将不能及时采集外部信号的细小变化。
3.2中位值滤波法
（1）方法。连续采样N次（N取奇数），把N次采样值按大小排列，取中间值为本次有效值。
（2）优点。能有效克服因偶然因素引起的波动干扰，对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果
（3）缺点。对liuliang、速度等快速变化的参数不宜。
（4）分析。采样次数决定了滤波效果，次数越大，滤波作用越大，但不能对信号进行快速响应。
3.3算术平均滤波法
（1）方法。连续取N个采样值进行算术平均运算。N值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低；N值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高。N值的选取：liuliang，N=12；压力：N=4。
（2）优点。适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波，这样信号的特点是有一个平均值，信号在某一数值范围附近上下波动。
（3）缺点。对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用，比较浪费RAM。
3.4递推平均滤波法
（1）方法。连续取N个采样值，作为一个队列，每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据，把队列中的N个数据进行算术平均运算,就可获得新的滤波结果。N值的选取：liuliang，N=12；压力：N=4；液面，N=4～12；温度，N=1～4。
（2）优点。对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，适用于高频振荡的系统。
（3）缺点。灵敏度低，对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差，不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差，不适用于脉冲干扰比较严重的场合，比较浪费RAM。
3.5一阶滞后滤波法
（1）方法。取a=0～1，本次滤波结果=（1-a）＊本次采样值+a＊上次滤波结果。
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（2）优点。对周期性干扰具有良好的抑制作用，适用于波动频率较高的场合。
（3）缺点。相位滞后，灵敏度低，滞后程度取决于a值大小，不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号。
3.6消抖滤波法
（1）方法。设置一个滤波计数器，将每次采样值与当前有效值比较：如果采样值＝当前有效值，则计数器清零；如果采样值<>当前有效值，则计数器+1，并判断计数器是否>=上限N（溢出）；如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器。
（2）优点。对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,可避免在临界值附近控制器的反复开/关跳动或显示器上数值抖动。
（3）缺点。对于快速变化的参数不宜，如果在计数器溢出的那一次采样到的值恰好是干扰值,则会将干扰值当作有效值导入系统。
4 台达PLC软件滤波应用
上面简单描述了六种滤波的方法，实际上滤波的方法很多，而且针对不同的信号可以将两种或三种方法综合使用以满足信号处理的要求。
台达PLC的模拟量采集主要有模块和混合型主机两种。
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4.1使用模拟量采集模块
台达模拟量模块分为两大类，-S和-H，分别配合SS/SA/SC主机和EH主机，如DVP04AD-S、DVP06XA-S、DVP04PT-S、DVP04TC-S为-S模块，DVP04AD-H、DVP06XA-H、DVP04PT-H、DVP04TC-H为-H为-H模块。无论哪一款模块，对应模块每个输入通道都有软件滤波功能，也就是模块内部控制寄存器中的平均次数设置（通道独立），在此采用的是递推平均滤波法，设置的次数是上文中提到的采样N值，可以设置1～20，不同的滤波系数适应不同的信号，另外当输入有杂波造成配线受噪声干扰时还可以连接0.1～0.47 μF 25V做电容滤波，即硬件滤波，如图2所示。
4.2 混合型主机
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台达也提供集成模拟量的主机类型，主要有DVP20EX（8DI/6DO/4AI/2AO）和DVP10SX（4DI/2DO/2AI/2AO），以及在EH主机上可以扩展F2AD卡作为模拟量采集，在PLC中有平均次数设置的内部特殊寄存器D1062，可以设置1～4作软件滤波，同样的采用的也是递推平均滤波法。
可以看出，台达PLC作为工业控制产品，在模拟量采集的处理上作了比较完善的软、硬件处理满足大多数应用场合，当然并不是说他能满足所有的信号处理，特别是混合型主机的平均次数比较少，因此可能在某些场合不能满足要求，在此基础上我们可以根据现场信号的不同特性在程序中作滤波处理。
4.3 基于台达PLC的一阶滞后滤波程序设计
下面是以燃煤热水锅炉系统的炉膛微负压为设计背景，用台达PLC编制的一个一阶滞后滤波程序案例，以此简单介绍滤波程序的编写方法。
案例采用氧化硅压力传感器测量，由于炉膛负压是一个较小的压力量，大概在正负几百帕之间，很容易受到外界影响（如鼓风机、引风机等），因此这是一个波动较大的采集量，如果直接使用采集值，波动将很大（可能是正负几十帕的波动），根本没有办法调节控制到正负20Pa，因此必须对采集值作处理，减小其周期性波动才能完成控制。
一阶滞后滤波算法公式：
滤波后输出值=（1-A）＊ 本次采样值 + A＊上次滤波结果
其中A为滤波系数，范围是0～1
程序中各寄存器定义：
D0: 滤波系数A
D2: 1- A
D4: “（1-A）＊ 本次采样值”的运算结果
D6：“A＊上次滤波结果”的存储寄存器
D50：上次滤波暂存值
D110: 采集值通过FLT指令转换为浮点数
D150：滤波后结果
程序中主要是将直接采集值经过上述公式的浮点数运算得到滤波后结果，从算法中可以看出，当滤波系数为0时，就是当前的采集值，而滤波系数越大，滤波作用越强。程序运行后可以看到，当采集值D110有变化时，滤波值是逐渐逼向当前采集值，因此对于突波信号具有抑制作用，使采集值比较稳定，减小波动。
5 结束语
本文介绍了6种数字软件滤波算法和台达PLC如何实现滤波的程序编制，每种滤波算法都有其各自的特点，在实际应用中，应根据具体的测量参数合理的选用。不适当地应用数字滤波，不仅达不到滤波效果，反而会降低控制品质，甚至失控，这点必须予以注意。
在案例中通过一阶滞后滤波算法得到的滤波结果，大大消除了采集值的波动，使负压控制相对稳定，得到较好的控制效果
1 引言
此系统属于食品机械的投入机的控制系统，系统包括触摸屏、可编程控制器、伺服、编码器、步进电机等，投入机主要功能是把呈带状脱氧剂或者是干燥剂，进行切断，然后按要求投入到包装线。在整个设备中，控制的主要要求是要切断准确，切断的位置偏差要在±5mm以内，而且要求速度可以很快，高速每分钟要达到170个；因为送料驱动使用的是步进电机，这样就会要求送料要有反馈，所以从动轮上安装了编码器做为反馈信号的来源，由于控制部件的组合以及于机械机构的联动配合问题，在调试时做了好多次软件和硬件的改进后达到了使用要求。
2 食品脱氧剂投入机工艺
因为属于机械设备的系统，另外，要求精度也高一些，所以工艺过程相对复杂一些，主要要求如下：通过设定不同的料袋长度尺寸和间距，可以加工4种规格的产品；要求实际偏差不得超过±5mm；要求在连续运行时的加工速度要能达到每分钟170个；要求刀速和步进的速度都能有四个档的调整；报警上下限设定；偏差微调功能，并且显示微调值；要求有两个外部联动功能，启动不同的联动信号可以达到包装线联动的功能；要求具有生产计数的功能，可实现计数有效无效的切换。工艺过程如图1所示。
图1工艺过程
3 系统设计
3.1电控系统设计
（1）PLC系统需求分析。6个数字量输入；3个数字量输出；1个伺服控制；1个步进控制；1个由AB相的编码器发出的高速脉冲计数。
（2）控制系统配置设计。触摸屏：台达DOPA57GSTD；PLC：台达DVP12SC11T ；伺服控制器：台达ASD-A021LA；台达编码器ES3-06CN6941；步进驱动器和电机；料检测接近开关；刀位检测接近开关；外部连动接近开关。
触摸屏主要是用来显示和控制、报警、报警上下限设定、采集数据显示微调、报警数据显示、记录产量等；PLC主要是采集数据并计算，控制伺服电机和步进电机的动作，报警的判断和输出；伺服电机的作用是用来使切刀可以快速的切断干燥剂，并且准确的归位；步进电机的作用是快速的进料，并且进料要十分的准确；编码的作用是把从动轮的转动的实际角度采集出来，送给PLC。
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3.2控制软件功能设计
（1）系统的功能要求。可以设定干燥剂的长度和间距，以便可以切不同规格的干燥剂；刀速和步进的速度是可设定的要能够分成几个档位，适应不同的要求；可以设定上下限报警，来控制误差的范围；显示报警画面、报警信息；报警上下限设定；具有偏差微调功能，并且显示微调值；要求有两个外部联动功能，启动不同的联动信号可以达到联动的功能；要求具有生产计数的功能，可实现计数有效无效的切换；要求具有复位功能，实现故障状态的复位；除联动外还能实现连续运行和点动的功能；
（2）技术难点分析。在以上的功能中重要的功能实现就是步进电机的控制，这也是难的部分，因为干燥剂长度的准确完全依赖于步进电机所走的行程，如果单纯靠固定脉冲数来控制步进电机，那么运行一段时间后一定会出现累计误差，会使所切的干燥剂长度相同但是会切到料上，所以必须使用编码器采集回来的脉冲数作为反馈来给步进发脉冲。
（3）HMI（触摸屏人机界面）画面设计。主页；控制画面；参数设置画面；步进速度设置画面；切刀速度设置画面；报警画面。
（4）PLC模块设计。刀和步进速度设定；运行方式控制；复位状态控制；计数功能；伺服和步进控制；报警控制。
4 机电系统调试
4.1 机电位移脉冲当量
通过反复的试验得到一个试验值：就是料每移动1mm编码器的脉冲数是多少个，在这台设备上得到的数据是，每移动1mm编码器的脉冲数是5个，而且相对准确。
4.2 伺服频率当量
通过反复试验得到两个数值：就是为达到每分钟加工速度为170个，那么对步进和伺服发出的脉冲频率是多少，经过试验得到的数据是步进额为4KHz，而伺服应该是80 KHz；其实，本来可以通过计算可以得到这个数据，但是，由于机械方面的配合和程序有扫描周期的问题，所以不能完全套用计算所得到的数值。
4.3 料位检测
调整料检测的高度也是一个比较关键的环节，如果不能调整好高度会对切断的准确性起到决定性作用。
4.4 前机时间
投入的准确性是靠调整前机时间来保证的，在食品盒到达投入口正下方之前要进行切断动作，而食品盒到达投入口正下方时干燥剂要正好投入到食品盒当中，送料停止到切刀切断之间的时间就是前机时间。
5 结束语
此设备的使用台达的机电产品比较多，整合性能比较好，为客户降低了大量的成本，是单一电控技术平台为客户降低成本的很好的实例。针对国内食品机械的自动化程度较低的现状，还有很多自动化应用工程空间。食品脱氧剂投入机使用了台达的SC系列PLC来控制台达伺服系统，达到了使用要求。
1 引言
系统用于酒店，小区高层供采暖/生活热水。系统采用循环控制自动调节，保证恒定温度和压力。系统根据室外温度和设定的供水温度循环控制供热liuliang，根据管道回水压力波动，控制供水泵组中单台电机的转速或多台电机的投入及退出，使管网主干出口端压力始终保持恒定．以满足用户对高性能、高质量供水的要求，并使整个系统始终保持在高效节能的佳运行状态。
2 基于PLC技术的恒压供水系统设计
2.1供热机组自动控制技术要求
（1）供热机组自动显示功能：一次供水liuliang，压力和温度；一次回水压力和温度；二次供水压力和温度；二次回水压力和温度；水箱水位；循环泵，补水泵故障警报；二次供水压力和温度过高和过低报警；二次回水压力和温度过高和过低报警；水箱水位过高和过低报警。
（2）供热机组自动控制功能。根据二次供水温度和室外补偿温度调节，一次供水liuliang达到二次供水温度恒定；停电自动关闭一次供水；二次回水恒压运行；自动上水；系统设备发生过压，过温，欠压，过流。超载，过热，短路等故障可远程报警。
2.2生活热水机组自动控制
（1）运行功能。自动变频：用于水泵正常供水的工作状态；手动变频：用于系统调试，手动控制变频；手动工频：自动控制失灵。切换到手动，工频控制水泵；故障报警：系统设备发生过压，过温，欠压，过流。超载，过热，短路等故障可报警；显示：数码显示器可显示频率，压力，电流，电压等数字信号。变频运行定时切换：当一台水泵连续运行达到一定时间，自动变频启动另一台水泵，前一台水泵自动停机，保障每台水泵的磨损系数。如果系统主泵数大于2台，则此过程依次轮换。切换泵时候需要一定的延时，保证电气安全，防止电流冲击。
（2）恒压供水控制。循环方式控制水泵恒压运行；变频，工频自动转换：系统用水量超过水泵的额定供水量时，水泵自动转为工频运行，同时自动变频启动另一台水泵运行，共同向系统供水。若用水量又趋于下降到单台水泵的额定供水量时，原工频运行的水泵停止工作，变频工作的水泵在新的频率下单独向系统供水。如果系统主泵数小于2台，则此过程依次轮换。当变频器控制的电机满足不了设定liuliang要求，此时变频器输出频率逐渐上升，直到工作在设定的上限频率，如压力仍达不到设定值，由可编程控制器，通过PID运算得到输出量给发出速度控制指令。如系统用水量超过水泵的额定供水量时，水泵自动转为工频运行，同时自动变频启动另一台水泵运行，共同向系统供水。若用水量又趋于下降到单台水泵的额定供水量时，原工频运行的水泵停止工作，变频工作的水泵在新的频率下单独向系统供水。如果系统主泵数小于2台，则此过程依次轮换。
供水系统结构参见图1。二次供水温度PID控制比例阀的开口（热水liuliang阀）回馈二次温度。二次回水压力，控制回水压力（变频器）回馈回水压力。
图1 生活热水系统结构
（3）系统特点。自动化控制避免用水高峰压力不足，用水量少时恒压防止管网压力过高爆管，实现无人看守；可以利用变频技术显著节约电能，节能量通常在10-40%。从单台水泵的节能来看，liuliang越小，节能量越大；安全卫生。系统实行循环供水后，用户的水全部由管道直接供给，取消了水塔、天面水池、气压罐等设施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期清理的工作。
3 系统电气设计
主控制器选用PLC,自动化程度高,简化了线路。开关量（包括启动停止按纽,限位,故障,频率检测等）输入24点;输出10点；模拟量检测11路（压力.温度,水位）；模拟量输出2路.分别控制变频器和比例阀,控制系统压力和liuliang。主控制电路如图2所示。
3.1 PLC控制电路设计
（1）配置设计。根据系统控制需求分析, 电气系统配置如图3所示。
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（2）CPU单元设计。PLC选取台达CPU单元DVP48EH：24 IN/24 OUT，CPU单元控制电路如图4所示。
（3）扩展单元设计。1个4通道AD输入2通道AO输出模拟量扩展单元06XA-H，2个4通道AD模拟量扩展单元04AD-H ，模拟量控制电路如图5所示。
图2主控制电路
图3 电气系统配置
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图4 CPU单元控制电路
图5 模拟量控制电路
3.2 人机界面设计
人机界面选取台达7.5”彩色触摸屏。人机界面（HMI）可显示工艺流程、工艺参数和设备状态，HMI图形接口友好，只需直接对图示进行手动点触操作，因此操作简便灵活。
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具体画面规划如下:
（1）开机画面说明：系统上电后，在人机界面上显示如图6所示画面，按画面提示进入各个子画面界面。
图6 开机画面
（2）参数设定画面说明。可以设定二次供水温度，3位加一位小数；二次供水压力，1位加2位小数，单位MPA；同时可以设置温度和压力的高限和低限。
（3）控制画面说明。1#循环泵启动和停止，2#循环泵启动和停止；手动变频可以直接设速度，同时也可以用增加按钮和减小按钮来手动调节速度；校表功能可以调节各种表的系数；PID参数可以来调节系统的PID参数比例/积分/微分，积分饱和限制等。
其它画面包括：当前警报；历史警报；历史趋势；系统数据说明（图7）等。
图7系统数据说明
4 结束语
系统均采用台达系列自动化技术控制，操作方便简单,实时检测,多种保护.该系统主要应用在设备档次及自动化要求比较高、智慧化比较高供水场合，系统运行稳定可靠，是传统控制系统的佳替代产品，代表未来恒压供水发展方向。
