摘 要：本文介紹了使得機(jī)電系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的幾個(gè)可行的方法，并對(duì)系統(tǒng)平穩(wěn)性的保證措施進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：機(jī)電；系統(tǒng)；平穩(wěn)

當(dāng)使用按鈕、開(kāi)關(guān)、繼電器接觸器觸點(diǎn)作為PLC輸入信號(hào)時(shí)，會(huì)不可避免產(chǎn)生抖動(dòng)，引起系統(tǒng)誤動(dòng)作。在這種情況下，可采用定時(shí)器延時(shí)方法來(lái)去掉抖動(dòng)，定時(shí)時(shí)間根據(jù)觸點(diǎn)抖動(dòng)情況和系統(tǒng)要求的響應(yīng)速度而定，這樣可保證觸點(diǎn)確實(shí)穩(wěn)定閉合（或斷開(kāi)）后才執(zhí)行特定的處理任務(wù)。

對(duì)于模擬信號(hào)可采用多種軟件濾波方法來(lái)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(dòng)平均值濾波、防脈沖干擾平均值濾波、算術(shù)平均值濾波、去極值平均濾波等。

程序判斷濾波適用于對(duì)采樣信號(hào)因受到隨機(jī)干擾或傳感器不穩(wěn)定而引起的失真進(jìn)行濾波。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定兩次采樣允許的最大偏差，如果先后兩次采樣的信號(hào)差值大于偏差，表明輸入是干擾信號(hào)，應(yīng)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(jì)算時(shí)先去掉隊(duì)首的一個(gè)數(shù)據(jù)，再把新數(shù)據(jù)放入TY隊(duì)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(shí)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(gè)數(shù)據(jù)的平均值將其作為有效的采樣值。

算術(shù)平均值濾波是將連續(xù)輸入的n個(gè)采樣數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值作為有效的信號(hào)。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(jìn)行4次采樣，去掉其中的最大值和最小值，再求剩下的兩個(gè)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(shè)備損壞就會(huì)造成極大的經(jīng)濟(jì)損失或極其嚴(yán)重的事故。通過(guò)提高PLC控制系統(tǒng)的自身可靠性滿(mǎn)足不了要求，常采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)來(lái)解決上述問(wèn)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(méi)有它系統(tǒng)照樣工作。但在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，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(yùn)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(lái)控制。是否使用兩套相同的I/O模塊，取決于系統(tǒng)對(duì)可靠性的要求程度。

常見(jiàn)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(yùn)行時(shí)，備用CPU模塊的輸出被禁止，由主CPU模塊來(lái)控制系統(tǒng)的工作。同時(shí)，主CPU模塊還不斷通過(guò)冗余處理單元（RPU）同步地對(duì)備用CPU模塊的IO映像寄存器和其他寄存器進(jìn)行刷新。當(dāng)主CPU模塊發(fā)出故障信息后，RPU在1～3個(gè)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(lái)完成的。

備用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較冗余系統(tǒng)簡(jiǎn)單，雖然也有兩個(gè)CPU模塊在同時(shí)運(yùn)行一個(gè)程序，但沒(méi)有冗余處理單元RPU。兩套CPU通過(guò)通信接口連在一起。系統(tǒng)中兩個(gè)CPU模塊的切換是由主CPU模塊通過(guò)通信口與備用CPU模塊進(jìn)行通信來(lái)完成的。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，由主CPU通知備用CPU，并實(shí)現(xiàn)切換，其切換過(guò)程相對(duì)要慢一些。

1PLC輸入/輸出端子的保護(hù)

當(dāng)輸入信號(hào)源為感性元件，輸出驅(qū)動(dòng)的負(fù)載端并聯(lián)續(xù)流二極管；對(duì)于交流電路，應(yīng)在其兩端防止在感性輸入或輸出電路斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生很高的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或浪涌電流對(duì)PLC的輸入輸出端和內(nèi)部電源的沖擊。如果PLC的驅(qū)動(dòng)元件主要是電磁閥和交流接觸器線(xiàn)圈，應(yīng)在PLC的輸出端與驅(qū)動(dòng)元件之間增加光電隔離的過(guò)零型固態(tài)繼電器。

2輸入/輸出信號(hào)的防錯(cuò)

當(dāng)輸出元件為雙向晶閘管或晶體管而外部負(fù)載又很小時(shí)，又因?yàn)檫@類(lèi)輸出元件在關(guān)斷時(shí)有較大的漏電流，使輸入電路和外部負(fù)載電路不易關(guān)斷，導(dǎo)致輸入/輸出信號(hào)的錯(cuò)誤，為此應(yīng)在這類(lèi)輸入/輸出端并聯(lián)旁路電阻，以減小輸入電流和外部負(fù)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(dòng)白熾燈之類(lèi)的負(fù)載時(shí)，輸出端并聯(lián)旁路電阻或與負(fù)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(hào)對(duì)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(hào)線(xiàn)上感應(yīng)的電壓疊加所形成。共模電壓通過(guò)不對(duì)稱(chēng)電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓，直接影響測(cè)控信號(hào)，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(hào)兩極間的干擾電壓，主要是由空間電磁場(chǎng)在信號(hào)間的感應(yīng)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(hào)上，直接影響測(cè)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(jiǎn)介：

趙建偉，男，四川威遠(yuǎn)人，高級(jí)工程師，主要從事為機(jī)電一體化技術(shù)方面的教學(xué)與研究工作。

（作者單位：陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）