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摘 要：介绍了当模拟量输入波动比较大时通过PLC程序中的运算指令对模拟量的稳定性进行处理的一种方法。该方法只使用了基本的数学运算公式，计算比较简单，占用系统内存小，基本不影响程序运行时间。
关键词：模拟量波动；算法处理；数学运算
目前汽车制造行业使用的压装类设备基本配备压力及位移传感器以便对压装过程进行状态监控和控制。常用的模拟量信号有-10V～10V，-5V～5V，0～10V，0～5V，0～20mA，4～20mA几种。PLC有专门的模拟量转换模块（A/D模块）会对模拟量信号进行采集，并提供专用指令对采集到的信号进行数字量换算。得到的结果可作为对设备生产状况监控的参考。理论情况下，PLC对输入信号可以不做额外处理，只要实时采集就可以了。但在实际应用中，电压、电流这样的模拟量信号常常会受到现场其他元件的干扰而产生较大波动，而由于A/D模块的一般都具有很高的采集频率，因此这种波动会很显著的反映在PLC的数字量输入端，造成得到的结果值有很大跳动。这种情况下，如果仍然只采集瞬时数据进行控制，那么计算就会出现较大的误差，也不能准确的反映设备工作状态。解决这一问题通常有两种方法：通过外部电路进行干扰屏蔽处理，或者通过PLC编写程序在算法上进行处理。本文只讨论算法上的处理方法。
1 硬件构成
本系统中，人机界面采用日本三菱GT1050-QBBD-C 5.7寸彩色屏，PLC采用一体化PLC FX3u-64MT，CPU运算速度快，指令丰富，扩展性好。模拟量模块型号FX2n-2AD，两通道公用模拟输入，接收信号模式为0～10V，0～5V和4～20mA三种（注意两个通道模拟信号需要保证性质一致），集成精度±1%。检测压头压力的传感器型号CMM2 3tf，配变送器输出0～10V电压信号，代表压力量程为0～3Ton。
2 设计思路
数字滤波方法最常用的有平均值滤波和去极值滤波。平均值滤波是在一定时间内逐次采集数据相加，然后除与采样次数得平均值。平均值滤波采样次数越多效果越好，应用于信号小范围频繁波动情况。去极值滤波的方法是对多次采样值进行累加后，根据排序法减去里面的最大值和最小值后，再将余下的数据进行平均值计算。去极值滤波对于强干扰，特别是脉冲干扰信号的消除效果显著。本次设计中，根据大量采样值进行分析，强干扰很少，基本是小范围的数值波动。因此最终决定采用平均值滤波法。
3 程序编写
3.1 FX-2AD的处理时间为2.5ms/通道，考虑到程序整体容量及设备运行时需要的压力值变化周期，经过实际观察，最终采用100次为一个计算周期，可以保证监控数据更新的及时性。D10=模拟量数据转换后保存地址，D102=100（设定采样次数），D18=采样值累加和，D16=100（计数器当前计数值）。M567～M569为当前累计频率D16与设定采样频率D102的区间比较结果，D16小于D102时，M567置ON；D16=D102时，M568置ON；D16大于D102时，M569置ON。每加一次采样值，D16中计数值也加1，当D16中数值为100时，表示采样数量已到，M568置ON，将D18中的数据除以D16内的采样频率后，得到的数据存入D20。同时D16计数器清零，开始下一个采样周期的计算。程序如图所示。
3.2 对于0～10V的模拟量电压输入，对应数字范围0～4000，代表压力范围0～3Ton，计算系数为3000/4000=0.75不为整数，因此需要将数据格式转化为浮点数格式进行数学计算。使用指令为[DFLT D20 D200 ]，将保存在D20中的经过数字滤波后的模拟量当前值转化为浮点数，保存在D200中。再将该值乘以计算系数0.75，得到当前实际压力值保存在D202中（单位为Kg），使用指令为[DEMUL D200 E7.5 D202]。注意，因为D200中的数据格式是浮点数，所以与该字有关的所有运算指令都必须选择浮点数运算指令，否则将会发生结果错误。程序如右图2所示。
计算后的数据显示在人机界面上，便于操作者对当前压装程度进行监视。也可以通过上下限的设定，对压装过程进行控制。
3.3 有时设备上电后输入信号会出现比较大的零点漂移，并且无法通过硬件改动很好的处理掉。此时就需要通过软件首先将漂移数据处理掉再进行下一步计算。本例中采用的解决方法是：主电源上电后，首先判断压头位置，如果压头位于非工作区域（代表压头不受力，是自然状态），则采集200次模拟量数据（1秒钟），算出平均值，得到设备本次工作中的初始零点漂移值。在下面的计算中，需要将该值减掉，从而得到比较准确的过程数据。
结束语
模拟量输入信号算法处理指令简单，运算速度快。通过设备现场实际使用情况来看，在保证数据可靠性的基础上提高了稳定性，也很好的控制了压装精度，可以在类似压装设备中广泛应用。
参考文献
[1]《FX系列特殊功能模块用户手册》
[2]《FX3u/FX3uc系列微型可编程控制器编程手册【基本.应用指令说明书】》
作者简介：刘畅，女，从事自动化设计工作。
王侃，男，从事工程机械设备管理及维护工作。
关键词：模拟量波动；算法处理；数学运算
目前汽车制造行业使用的压装类设备基本配备压力及位移传感器以便对压装过程进行状态监控和控制。常用的模拟量信号有-10V～10V，-5V～5V，0～10V，0～5V，0～20mA，4～20mA几种。PLC有专门的模拟量转换模块（A/D模块）会对模拟量信号进行采集，并提供专用指令对采集到的信号进行数字量换算。得到的结果可作为对设备生产状况监控的参考。理论情况下，PLC对输入信号可以不做额外处理，只要实时采集就可以了。但在实际应用中，电压、电流这样的模拟量信号常常会受到现场其他元件的干扰而产生较大波动，而由于A/D模块的一般都具有很高的采集频率，因此这种波动会很显著的反映在PLC的数字量输入端，造成得到的结果值有很大跳动。这种情况下，如果仍然只采集瞬时数据进行控制，那么计算就会出现较大的误差，也不能准确的反映设备工作状态。解决这一问题通常有两种方法：通过外部电路进行干扰屏蔽处理，或者通过PLC编写程序在算法上进行处理。本文只讨论算法上的处理方法。
1 硬件构成
本系统中，人机界面采用日本三菱GT1050-QBBD-C 5.7寸彩色屏，PLC采用一体化PLC FX3u-64MT，CPU运算速度快，指令丰富，扩展性好。模拟量模块型号FX2n-2AD，两通道公用模拟输入，接收信号模式为0～10V，0～5V和4～20mA三种（注意两个通道模拟信号需要保证性质一致），集成精度±1%。检测压头压力的传感器型号CMM2 3tf，配变送器输出0～10V电压信号，代表压力量程为0～3Ton。
2 设计思路
数字滤波方法最常用的有平均值滤波和去极值滤波。平均值滤波是在一定时间内逐次采集数据相加，然后除与采样次数得平均值。平均值滤波采样次数越多效果越好，应用于信号小范围频繁波动情况。去极值滤波的方法是对多次采样值进行累加后，根据排序法减去里面的最大值和最小值后，再将余下的数据进行平均值计算。去极值滤波对于强干扰，特别是脉冲干扰信号的消除效果显著。本次设计中，根据大量采样值进行分析，强干扰很少，基本是小范围的数值波动。因此最终决定采用平均值滤波法。
3 程序编写
3.1 FX-2AD的处理时间为2.5ms/通道，考虑到程序整体容量及设备运行时需要的压力值变化周期，经过实际观察，最终采用100次为一个计算周期，可以保证监控数据更新的及时性。D10=模拟量数据转换后保存地址，D102=100（设定采样次数），D18=采样值累加和，D16=100（计数器当前计数值）。M567～M569为当前累计频率D16与设定采样频率D102的区间比较结果，D16小于D102时，M567置ON；D16=D102时，M568置ON；D16大于D102时，M569置ON。每加一次采样值，D16中计数值也加1，当D16中数值为100时，表示采样数量已到，M568置ON，将D18中的数据除以D16内的采样频率后，得到的数据存入D20。同时D16计数器清零，开始下一个采样周期的计算。程序如图所示。
3.2 对于0～10V的模拟量电压输入，对应数字范围0～4000，代表压力范围0～3Ton，计算系数为3000/4000=0.75不为整数，因此需要将数据格式转化为浮点数格式进行数学计算。使用指令为[DFLT D20 D200 ]，将保存在D20中的经过数字滤波后的模拟量当前值转化为浮点数，保存在D200中。再将该值乘以计算系数0.75，得到当前实际压力值保存在D202中（单位为Kg），使用指令为[DEMUL D200 E7.5 D202]。注意，因为D200中的数据格式是浮点数，所以与该字有关的所有运算指令都必须选择浮点数运算指令，否则将会发生结果错误。程序如右图2所示。
计算后的数据显示在人机界面上，便于操作者对当前压装程度进行监视。也可以通过上下限的设定，对压装过程进行控制。
3.3 有时设备上电后输入信号会出现比较大的零点漂移，并且无法通过硬件改动很好的处理掉。此时就需要通过软件首先将漂移数据处理掉再进行下一步计算。本例中采用的解决方法是：主电源上电后，首先判断压头位置，如果压头位于非工作区域（代表压头不受力，是自然状态），则采集200次模拟量数据（1秒钟），算出平均值，得到设备本次工作中的初始零点漂移值。在下面的计算中，需要将该值减掉，从而得到比较准确的过程数据。
结束语
模拟量输入信号算法处理指令简单，运算速度快。通过设备现场实际使用情况来看，在保证数据可靠性的基础上提高了稳定性，也很好的控制了压装精度，可以在类似压装设备中广泛应用。
参考文献
[1]《FX系列特殊功能模块用户手册》
[2]《FX3u/FX3uc系列微型可编程控制器编程手册【基本.应用指令说明书】》
作者简介：刘畅，女，从事自动化设计工作。
王侃，男，从事工程机械设备管理及维护工作。