使得機電系統運行平穩的幾點思考

摘 要：本文介紹了使得機電系統平穩運行的幾個可行的方法，并對系統平穩性的保證措施進行了分析。

關鍵詞：機電；系統；平穩

當使用按鈕、開關、繼電器接觸器觸點作為PLC輸入信號時，會不可避免產生抖動，引起系統誤動作。在這種情況下，可采用定時器延時方法來去掉抖動，定時時間根據觸點抖動情況和系統要求的響應速度而定，這樣可保證觸點確實穩定閉合（或斷開）后才執行特定的處理任務。

對于模擬信號可采用多種軟件濾波方法來提高數據的可靠性。常用的數字濾波方法有程序判斷濾波、中值濾波、滑動平均值濾波、防脈沖干擾平均值濾波、算術平均值濾波、去極值平均濾波等。

程序判斷濾波適用于對采樣信號因受到隨機干擾或傳感器不穩定而引起的失真進行濾波。設計時根據經驗確定兩次采樣允許的最大偏差，如果先后兩次采樣的信號差值大于偏差，表明輸入是干擾信號，應去掉，用上次采樣值作為本次采樣值；如果差值不大于偏差，則本次采樣值有效。

計算時先去掉隊首的一個數據，再把新數據放入TY隊尾，然后求平均值。去極值平均濾波是連續采樣n次，求數據的累加和，同時找出其中的最大值和最小值，從累加和中減去最大值和最小值，再求（n-2）個數據的平均值將其作為有效的采樣值。

算術平均值濾波是將連續輸入的n個采樣數據的算術平均值作為有效的信號。它不能消除明顯的脈沖干擾，只是削弱其影響。要提高效果可采用去極值平均濾波。

防脈沖干擾平均值濾波是連續進行4次采樣，去掉其中的最大值和最小值，再求剩下的兩個數據的平均值。

某些控制系統要求有極高的可靠性，如化工、造紙、冶金、核電站等。如果控制系統出現故障，由此引起的停產或設備損壞就會造成極大的經濟損失或極其嚴重的事故。通過提高PLC控制系統的自身可靠性滿足不了要求，常采用冗余系統或熱備用系統來解決上述問題。

冗余系統。所謂冗余系統是指系統中有備用的部分，沒有它系統照樣工作。但在系統出現故障時，備用的部分能立即替代故障部分而使系統繼續正常運行。冗余系統一般是用在控制系統中最重要的部分（如CPU模塊），由兩套相同的硬件組成。如果一套出現故障，立即由另一套來控制。是否使用兩套相同的I/O模塊，取決于系統對可靠性的要求程度。

常見的情況是采用CPU冗余，兩套CPU模塊使用相同的程序并行工作。其中一套為主CPU模塊，一套為備用CPU模塊。在系統正常運行時，備用CPU模塊的輸出被禁止，由主CPU模塊來控制系統的工作。同時，主CPU模塊還不斷通過冗余處理單元（RPU）同步地對備用CPU模塊的IO映像寄存器和其他寄存器進行刷新。當主CPU模塊發出故障信息后，RPU在1～3個掃描周期內將控制功能切換到備用CPU。IO系統的切換也是由RPU來完成的。

備用系統的結構較冗余系統簡單，雖然也有兩個CPU模塊在同時運行一個程序，但沒有冗余處理單元RPU。兩套CPU通過通信接口連在一起。系統中兩個CPU模塊的切換是由主CPU模塊通過通信口與備用CPU模塊進行通信來完成的。當系統出現故障時，由主CPU通知備用CPU，并實現切換，其切換過程相對要慢一些。

1PLC輸入/輸出端子的保護

當輸入信號源為感性元件，輸出驅動的負載端并聯續流二極管；對于交流電路，應在其兩端防止在感性輸入或輸出電路斷開時產生很高的感應電動勢或浪涌電流對PLC的輸入輸出端和內部電源的沖擊。如果PLC的驅動元件主要是電磁閥和交流接觸器線圈，應在PLC的輸出端與驅動元件之間增加光電隔離的過零型固態繼電器。

2輸入/輸出信號的防錯

當輸出元件為雙向晶閘管或晶體管而外部負載又很小時，又因為這類輸出元件在關斷時有較大的漏電流，使輸入電路和外部負載電路不易關斷，導致輸入/輸出信號的錯誤，為此應在這類輸入/輸出端并聯旁路電阻，以減小輸入電流和外部負載上的電流。

3沖擊電流

用晶體管或雙向晶閘管輸出模塊驅動白熾燈之類的負載時，輸出端并聯旁路電阻或與負載串聯限流電阻。

4電磁干擾的抑制

PLC控制系統的電磁干擾分為共模干擾和差模干擾。共模干擾是信號對地的電位差，主要由電網串入、地電位差及空間電磁輻射等在信號線上感應的電壓疊加所形成。共模電壓通過不對稱電路可轉換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞。這種共模干擾可為直流，也可為交流。差模干擾是指作用于信號兩極間的干擾電壓，主要是由空間電磁場在信號間的感應以及由不平衡電路轉換共模干擾所形成的電壓。這種電壓疊加在信號上，直接影響測量與控制精度。為了保證PLC控制系統在工業環境中免受或減少電磁干擾，般采用隔離和屏蔽的方法。

作者簡介：

趙建偉，男，四川威遠人，高級工程師，主要從事為機電一體化技術方面的教學與研究工作。

（作者單位：陜西國防工業職業技術學院）