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| 滤波技术在PLC控制油墨配料系统中的应用 | 2020-01-15 |
| 摘要：为提髙工业生产过程中一些关键参数的准确性与可靠性,针对宁夏某油墨加工企业自动配料系统生产不够稳定的现状,将自动配料系统中混合仓搅拌电机的工作电流作为决策的参数，对其进行滤波.将滤波后的数据应用在实际自动配料控制系统中表明，该方法处理的结果达到了工业生产的要求，能够实现自动配料系统的稳定生产，与原来人工生产相比，提高了产品的质量和数量.实践证明，该数据滤波方法能够在实际控制系统中进行应用. 随着计算机、通信和称重模块技术的快速发展和普及，数据采集与处理系统也得到了广泛的应用.在生产过程中，应用这一系统可对生产现场的过程参数进行釆集、监视和记录,并进行处理，为提高产品质量、降低生产成本提供信息和依据.数据采集与处理越及时越精确，工作效率就越高,同时也可获得较好的经济效益.通常数据采集与处理系统的工作现场环境比较恶劣，存在着各种干扰（来自系统内部和外部的），通常称这些干扰为噪声.当被测信号很微弱时，就会被噪声“淹没”,不仅使得数据采集与处理误差比较大,降低了系统的稳定性,还可能造成现场设备的误操作,甚至发生事故.因此，噪声的处理就是数据采集与处理的主要对象.为了能精确地采集和处理数据，必须明确不同干扰对系统的影响并做出判断，从软硬件设计两方面采取相应的措施,以增强系统的抗干扰能力. 1生产工艺过程 PC-PLC控制油墨配料系统是一种高精度、高可靠性实时控制油墨配料的自动化控制装置，油墨的质量由配料系统的精度保证S4,油墨生产的产量由配料系统的各执行机构的执行速度控制，各料斗的瞬时流量由下料机的下料速度决定.本文介绍了PC-PLC控制油墨配料系统的具体生产工艺过程以及模拟量信号电流的测量、传输及A/D转换等，着重讨论了对电流信号的硬件滤波和软件滤波妙 PC-PLC控制油墨配料系统的生产工艺过程是：首先将不同料斗的生产原料，如玉米、豆粕、麦芽粕等，按照不同的比例投入称重仓;当所有原料投放结束时，称重仓仓门自动打开并将未经混合的各种原料投入混合仓中充分混合;当混合时间满足设定时间时，混合仓仓门自动打开并将混合好的产品送到生产线进行包装；当混合仓电机电流等于空载电流时，关闭混合仓. 2干扰的来源 在数据采集与处理系统中，存在着各种各样的干扰，有来自软硬件方面的干扰,也有来自系统内外部的干扰.通常见到的系统内外部干扰来源有:①来自系统内部电子电路的各种干扰，如元器件的老化引起的参数变以及电阻发热产生的热噪声，晶体管、场效应管等器件内部分配噪声和闪烁噪声，放大电路正反馈引起的自激振荡等;②来自系统外部的窜入系统内的各种干扰，如电动机电刷引起的电火花，其他设备的脉冲开关接触所产生的电磁信号，自然界的雷电、宇宙辐射的电磁波以及生产现场和传输线路周围的电磁场等.来自软硬件方面的干扰通常有：①不正确的算法产生的错误结果，这主要是机交互的工具减少了控制柜上的开关数量，省去了复杂的电气接线，优化了控制系统的功能，具有界面友好、功能强大、灵活性高等优点.触摸屏设置的报警功能能够及时、准确地发现并排查系统故障，当系统出现故障时,能够大大减少排查故障需用的时间.经生产实践证明设计可行. 因为计算机处理器中的程序指数运算是近似计算，产生的结果有时有较大的误差,容易产生误动作;(2)由于计算机的精度不高，而加减法运算时要对阶，易出现大数“吃”小数的现象，产生了误差积累，这也是噪声的来源之一. 该系统中存在的干扰有以下几个方面：控制电路的干扰、信号传输线路周围电磁场的干扰、控制室内各种开关接触产生电磁信号的干扰以及混合电机搅拌过程中由机械惯性引起的干扰、静电引起的干扰.该系统采取的抗干扰措施有：将控制柜外壳和大地进行良好的接触，采用屏蔽线进行信号的传输,采用独立稳压电源对PLC供电,并对采集数据进行硬件和软件滤波. 3数据采集系统的设计 作为过程控制的一个参数，混合仓电机电流采集的准确性和可靠性直接影响到产品的质量和数量.如果称重仓仓门提前关闭，对于同一型号的油墨没有什么影响，但对不同型号的油墨来说，就会影响下一批料的质量.如果称重仓仓门延后关闭，就会影响产品的数量,最终影响工厂的劳动生产率和效益.混合仓电机电流采集系统组成框图如图1所示. 3.1数据的硬件滤波 3.1.1硬件滤波电路的设计给电路中加入滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，交流电经过整流桥整流之后，方向单一了，但是大小(电流强度)还是处在不断地变化之中，要把脉动直流变成波形平滑的直流.该滤波电路用2个极性电容元件和1个电感元件组成II型滤波电路，用于滤除电路中的高频信号.该系统使用EM235作为模拟量采集模块.EM235有4路模拟量输入通道，通过配置DIP开关,所有的通道都设置为相同的输入量程和格式.由于EM235同时采集称重仓油墨重量信号和油桶植物油重量信号，然而称重信号和油称信号是以0-100mV的电压信号传输的，因此，需要将混合电机电流信号转换为0~100mV的电压信号输入EM235.设置EM235的DIP开关为单极性0-100mV,其分辨率为25V.整流滤波电路如图2所示. 3.1.2硬件电路的MATLAB仿真打开MATLAB软件中的Simulink仿真工具箱,选择合适的元器件,对图2的整流滤波电路进行仿真，仿真结果如图3所示. 由图3可知，经整流滤波后的信号已基本接近直流,值与最小值之差仅为0.02，满足要求. 3.2数据的软件滤波 3.2.1算术平均值滤波的算法研究转换后的数据由于外界的干扰会产生跳变，这样的干扰因素主要是电磁干扰和搅拌电机在惯性作用下产生的抖动.为了抑制干扰，一方面要做电气接线上的抗干扰措施，另一方面需要做软件滤波.数字滤波的方法有很多种，该应用中采用算术平均值滤波的方法.算术平均值滤波的数学表达式如下：N&)=g£x(i).(1)IVi=i 式(1)中:戸a)为第&次采样TV个采样值的算术平均值;XQ)为第i个采样值;7V为采样次数. 算术平均值滤波的实质是把一个釆样周期内的N次采样值相加，然后除以采样次数M得到该周期的采样值.该方法的优点是:适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波，这种信号的特点是有一个平均值,信号在某一数值范围上下波动.算术平均值滤波的程序流程如图4所示. 3.2.2算术平均值滤波的PLC程序实现当定时器T99计时时间到时，给出一个脉冲接通能流对网络6中的程序进行一次扫描.其中:MOV_W指令是将输入字(IN)移到输出字(OUT)的变量中;LDI指令是将IN端输入的整数转换为双整数，并将结果置入OUT的变量中；SHR_DW指令是将输入双字数值(IN)向右移动7V位,并将结果存入(OUT)的变量中;DI_R指令是将双整数(IN)转换为实数,并将结果存入(OUT)的变量中;ADD_R指令是将2个实数(IN1)和(IN2)进行加和，并将结果存入(OUT)的变量中俱 4数据的标度变换 4.1标度变换的算法研究 经过整流滤波后的直流信号通过R2输入模拟量输入模块EM235,EM235将输入的模拟量转换成数字量传入CPU.CPU接收的数字量范围是0~65535.根据人工测量，搅拌电机空载时的电流是8A,满载时的电流是14A.利用标度变换式(2)使TD400上显示的电流变化范围为8~14A,这样可以通过TD400直观地显示搅拌电机当前的工作状态.—(2)4m-AoNyN。做变换得：4三4°(么顼。)尊籍.(3)心一/V。式(2)-(3)中:4。为测量仪表量程下限；4m为测量仪表量程上限泓*为实际测量值;M为仪表下限对应的数字量;为仪表上限对应的数字量;M为测量值对应的数字量. 4.2标度变换的PLC程序实现 由于程序中转换的数据是二进制32位的实数,然而在TD400上显示时需要十进制的实数，这就需要对数据进行标度转换，以便操作人员直观的观察记录.其中:DIV_R指令是将2个32位实数相除(IN1/IN2),并将商存入(OUT)的变量中；MUL_R指令是将2个32位的实数相剩IN1XIN2),并将积存入(OUT)的变量中；MOV_R指令是将32位实数(INI)移至(OUT)的变量中. 5应用效果分析 采集电流在未进行滤波技术处理之前，时常会出现大幅度跳变现象，甚至超出电流范围，出现电流大于14或小于8的情况.加入滤波技术处理以后，采集电流稳定，能够随着搅拌仓中油墨的逐渐增多而从8到14稳步上升.生产过程中记录数据如表1所示. 6结语 为了提高油墨自动配料系统的可靠性，本文综合应用了硬件滤波和软件滤波的方法对混合仓电流进行处理.经实践证明，该方法能够达到抗干扰的目的，提高了系统的可靠性.由表1可知，经过滤波处理后，采集数据误差仅为0.2,满足控制系统的应用要求，能够作为可靠的过程参数在工业生产自动控制中应用.以往人工配料不仅配料精度低,且每批油墨的配料时间长，平均配料时间为25min.采用该系统后，一方面提高了配料精度,另一方面缩短了配料时间，平均配料时间为18min,而且无需专人操作，节省了人力，提高了劳动生产率，为企业带来了丰厚的经济效益. | |
