使得機電系統(tǒng)運行平穩(wěn)的幾點思考

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

關鍵詞：機電；系統(tǒng)；平穩(wěn)

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(chǎn)生抖動，引起系統(tǒng)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(jù)觸點抖動情況和系統(tǒng)要求的響應速度而定，這樣可保證觸點確實穩(wěn)定閉合（或斷開）后才執(zhí)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(shù)據(jù)的可靠性。常用的數(shù)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(wěn)定而引起的失真進行濾波。設計時根據(jù)經(jīng)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(shù)據(jù)，再把新數(shù)據(jù)放入TY隊尾，然后求平均值。去極值平均濾波是連續(xù)采樣n次，求數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xù)輸入的n個采樣數(shù)據(jù)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(xù)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(shù)據(jù)的平均值。

某些控制系統(tǒng)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(tǒng)出現(xiàn)故障，由此引起的停產(chǎn)或設備損壞就會造成極大的經(jīng)濟損失或極其嚴重的事故。通過提高PLC控制系統(tǒng)的自身可靠性滿足不了要求，常采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)來解決上述問題。

冗余系統(tǒng)。所謂冗余系統(tǒng)是指系統(tǒng)中有備用的部分，沒有它系統(tǒng)照樣工作。但在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，備用的部分能立即替代故障部分而使系統(tǒng)繼續(xù)正常運行。冗余系統(tǒng)一般是用在控制系統(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(fā)出故障信息后，RPU在1～3個掃描周期內(nèi)將控制功能切換到備用CPU。IO系統(tǒng)的切換也是由RPU來完成的。

備用系統(tǒng)的結構較冗余系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)出現(xiàn)故障時，由主CPU通知備用CPU，并實現(xiàn)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(qū)動的負載端并聯(lián)續(xù)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(chǎn)生很高的感應電動勢或浪涌電流對PLC的輸入輸出端和內(nèi)部電源的沖擊。如果PLC的驅(qū)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(qū)動元件之間增加光電隔離的過零型固態(tài)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(lián)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(qū)動白熾燈之類的負載時，輸出端并聯(lián)旁路電阻或與負載串聯(lián)限流電阻。

4電磁干擾的抑制

PLC控制系統(tǒng)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(wǎng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(tǒng)在工業(yè)環(huán)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(yè)職業(yè)技術學院）