摘 要：介紹了當模擬量輸入波動比較大時通過PLC程序中的運算指令對模擬量的穩定性進行處理的一種方法。該方法只使用了基本的數學運算公式，計算比較簡單，佔用系統內存小，基本不影響程序運行時間。
關鍵詞：算法處理;模擬量波動;數學運算
目前汽車製造行業使用的壓裝類設備基本配備壓力及位移傳感器以便對壓裝過程進行狀態監控和控制。常用的模擬量信號有-10V～10V，-5V～5V，0～10V，0～5V，0～20mA，4～20mA幾種。PLC有專門的模擬量轉換模塊(A/D模塊)會對模擬量信號進行採集，並提供專用指令對採集到的信號進行數字量換算。得到的結果可作爲對設備生產狀況監控的參考。理論情況下，PLC對輸入信號可以不做額外處理，只要實時採集就可以了。但在實際應用中，電壓、電流這樣的`模擬量信號常常會受到現場其他元件的干擾而產生較大波動，而由於A/D模塊的一般都具有很高的採集頻率，因此這種波動會很顯著的反映在PLC的數字量輸入端，造成得到的結果值有很大跳動。這種情況下，如果仍然只採集瞬時數據進行控制，那麼計算就會出現較大的誤差，也不能準確的反映設備工作狀態。解決這一問題通常有兩種方法：通過外部電路進行干擾屏蔽處理，或者通過PLC編寫程序在算法上進行處理。本文只討論算法上的處理方法。
1 硬件構成
本系統中，人機界面採用日本三菱GT1050-QBBD-C 5.7寸彩色屏，PLC採用一體化PLC FX3u-64MT，CPU運算速度快，指令豐富，擴展性好。模擬量模塊型號FX2n-2AD，兩通道公用模擬輸入，接收信號模式爲0～10V，0～5V和4～20mA三種(注意兩個通道模擬信號需要保證性質一致)，集成精度±1%。檢測壓頭壓力的傳感器型號CMM2 3tf，配變送器輸出0～10V電壓信號，代表壓力量程爲0～3Ton。
2 設計思路
數字濾波方法最常用的有平均值濾波和去極值濾波。平均值濾波是在一定時間內逐次採集數據相加，然後除與採樣次數得平均值。平均值濾波採樣次數越多效果越好，應用於信號小範圍頻繁波動情況。去極值濾波的方法是對多次採樣值進行累加後，根據排序法減去裏面的最大值和最小值後，再將餘下的數據進行平均值計算。去極值濾波對於強幹擾，特別是脈衝干擾信號的消除效果顯著。本次設計中，根據大量採樣值進行分析，強幹擾很少，基本是小範圍的數值波動。因此最終決定採用平均值濾波法。
3 程序編寫
3.1 FX-2AD的處理時間爲2.5ms/通道，考慮到程序整體容量及設備運行時需要的壓力值變化週期，經過實際觀察，最終採用100次爲一個計算週期，可以保證監控數據更新的及時性。D10=模擬量數據轉換後保存地址，D102=100(設定採樣次數)，D18=採樣值累加和，D16=100(計數器當前計數值)。M567～M569爲當前累計頻率D16與設定採樣頻率D102的區間比較結果，D16小於D102時，M567置ON;D16=D102時，M568置ON;D16大於D102時，M569置ON。每加一次採樣值，D16中計數值也加1，當D16中數值爲100時，表示採樣數量已到，M568置ON，將D18中的數據除以D16內的採樣頻率後，得到的數據存入D20。同時D16計數器清零，開始下一個採樣週期的計算。程序如圖所示。
3.2 對於0～10V的模擬量電壓輸入，對應數字範圍0～4000，代表壓力範圍0～3Ton，計算係數爲3000/4000=0.75不爲整數，因此需要將數據格式轉化爲浮點數格式進行數學計算。使用指令爲[DFLT D20 D200 ]，將保存在D20中的經過數字濾波後的模擬量當前值轉化爲浮點數，保存在D200中。再將該值乘以計算係數0.75，得到當前實際壓力值保存在D202中(單位爲Kg)，使用指令爲[DEMUL D200 E7.5 D202]。注意，因爲D200中的數據格式是浮點數，所以與該字有關的所有運算指令都必須選擇浮點數運算指令，否則將會發生結果錯誤。程序如右圖2所示。
計算後的數據顯示在人機界面上，便於操作者對當前壓裝程度進行監視。也可以通過上下限的設定，對壓裝過程進行控制。
3.3 有時設備上電後輸入信號會出現比較大的零點漂移，並且無法通過硬件改動很好的處理掉。此時就需要通過軟件首先將漂移數據處理掉再進行下一步計算。本例中採用的解決方法是：主電源上電後，首先判斷壓頭位置，如果壓頭位於非工作區域(代表壓頭不受力，是自然狀態)，則採集200次模擬量數據(1秒鐘)，算出平均值，得到設備本次工作中的初始零點漂移值。在下面的計算中，需要將該值減掉，從而得到比較準確的過程數據。
4 結束語
模擬量輸入信號算法處理指令簡單，運算速度快。通過設備現場實際使用情況來看，在保證數據可靠性的基礎上提高了穩定性，也很好的控制了壓裝精度，可以在類似壓裝設備中廣泛應用。
參考文獻：
[1]《FX系列特殊功能模塊用戶手冊》
[2]《FX3u/FX3uc系列微型可編程控制器編程手冊【基本.應用指令說明書】》