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從入門到精通:PLC模擬量輸入的10種濾波技巧全揭秘

來源:聯(lián)誠科技
發(fā)布時間:2024-08-05
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在工業(yè)自動化領(lǐng)域,PLC的模擬量輸入濾波技術(shù)可是門玄學(xué)。有些老手甚至聲稱,只要掌握了這些濾波技巧,就能成為控制界的“大神”。今天,我們就來揭開這層神秘的面紗,看看那些被老手們稱為“神器”的濾波方法吧!

 

以下十種濾波技術(shù),不僅能幫你有效對抗各種干擾,還能提升信號的準確性,讓你的PLC系統(tǒng)更加穩(wěn)定。話不多說,讓我們進入正題!


PLC的模擬量輸入濾波技術(shù)


1. 限幅濾波法

  • 方法:

根據(jù)經(jīng)驗判斷,設(shè)定兩次采樣的允許最大偏差值(A)。每次新值出現(xiàn)時,如果與上次值之差小于等于A,則視為有效值;如果大于A,則視為無效,用上次值替代。

 

  • 優(yōu)點:

這種方法對于偶然的脈沖干擾有不錯的抑制效果。想象一下,你正在測量液位,突然有人在水面丟了一塊石頭,水花四濺,這時限幅濾波法就會幫你過濾掉這些“無效數(shù)據(jù)”。

 

  • 缺點:

對周期性干擾無能為力,平滑度也不高。就像在嘈雜的派對上找一個安靜的角落,雖然能隔絕部分噪音,但無法完全靜下來。

 

2. 中位值濾波法


  • 方法:

連續(xù)采樣N次(N取奇數(shù)),將采樣值按大小排列,取中間值為有效值。

 

  • 優(yōu)點:

對于溫度、液位等變化緩慢的參數(shù)非常有效。就像是在一堆參差不齊的照片中挑選一張最具代表性的,不容易受到極端數(shù)據(jù)的影響。

 

  • 缺點:

不適用于流量、速度等快速變化的參數(shù)。因為這些參數(shù)變化太快,類似于抓住風(fēng)中的蝴蝶,不易捕捉。

 

3. 算術(shù)平均濾波法


  • 方法:

連續(xù)取N個采樣值進行算術(shù)平均。N值越大,信號平滑度越高,靈敏度越低;N值越小,信號平滑度越低,靈敏度越高。

 

  • 優(yōu)點:

適用于一般有隨機干擾的信號。這就像是平均一下你每天的心情,忽略那些短暫的高峰和低谷。

 

  • 缺點:

對于實時控制要求較高的場合不適用,因為計算速度較慢,容易浪費RAM。換句話說,這方法像是讓你用慢動作觀看電影,每個細節(jié)都看得清楚,但體驗感一般。


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4. 遞推平均濾波法(滑動平均濾波法)


  • 方法:

將連續(xù)N個采樣值看作一個隊列,新數(shù)據(jù)進入隊尾,舊數(shù)據(jù)從隊首移除。然后計算隊列中的算術(shù)平均值。

 

  • 優(yōu)點:

對周期性干擾有良好的抑制效果,適合高頻振蕩系統(tǒng)。這種方法就像是一條生產(chǎn)線,舊貨品不斷移出,新貨品不斷加入,保持了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

 

  • 缺點:

靈敏度較低,對偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾效果差。偶爾出個“大波動”,系統(tǒng)反應(yīng)可能會有些遲緩。

 

5. 中位值平均濾波法(防脈沖干擾平均濾波法)


  • 方法:

類似于中位值濾波法和算術(shù)平均濾波法的結(jié)合。連續(xù)采樣N個數(shù)據(jù),去掉一個最大值和一個最小值,再計算剩下的數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。

 

  • 優(yōu)點:

能夠有效消除偶然的脈沖性干擾。就像是把最極端的好評和差評剔除掉,更客觀地反映真實情況。

 

  • 缺點:

測量速度較慢,和算術(shù)平均濾波法一樣,容易浪費RAM。

 

6. 幅平均濾波法


  • 方法:

將限幅濾波法和遞推平均濾波法相結(jié)合。新數(shù)據(jù)先進行限幅處理,再進行遞推平均濾波。

 

  • 優(yōu)點:

結(jié)合了兩種方法的優(yōu)點,對于脈沖干擾有較好的抑制作用。

 

  • 缺點:

同樣存在浪費RAM的問題。

 

7. 一階滯后濾波法


  • 方法:

設(shè)定參數(shù)a(0到1之間),每次的濾波結(jié)果等于(1-a)乘以本次采樣值加上a乘以上次濾波結(jié)果。

 

  • 優(yōu)點:

對周期性干擾有良好的抑制作用,適合波動頻率較高的場合。

 

  • 缺點:

存在相位滯后問題,靈敏度較低。像是在行駛的汽車上裝了個滯后顯示器,總是慢半拍。

 

8. 加權(quán)遞推平均濾波法


  • 方法:

對遞推平均濾波法的改進,不同時刻的數(shù)據(jù)賦予不同權(quán)重,越接近當(dāng)前的數(shù)據(jù)權(quán)重越大。

 

  • 優(yōu)點:

適合有較大純滯后時間常數(shù)的系統(tǒng),能更及時地反映變化。

 

  • 缺點:

對于滯后時間較小、變化較慢的信號,效果不理想。

 

9. 消抖濾波法


  • 方法:

設(shè)置一個濾波計數(shù)器,將每次采樣值與當(dāng)前有效值比較,如果相等則清零,不相等則計數(shù)器+1,超過上限則替換當(dāng)前有效值。

 

  • 優(yōu)點:

對變化緩慢的參數(shù)有較好的濾波效果,能避免控制器在臨界值附近的反復(fù)開關(guān)跳動。

 

  • 缺點:

對于快速變化的參數(shù)不太適用。

 

10. 限幅消抖濾波法


  • 方法:

將限幅濾波法和消抖濾波法相結(jié)合。先限幅后消抖。

 

  • 優(yōu)點:

結(jié)合了兩種方法的優(yōu)點,改進了消抖濾波法的某些缺陷,避免將干擾值引入系統(tǒng)。

 

  • 缺點:

對快速變化的參數(shù)不宜。


PLC模擬量


通過以上十種濾波方法的介紹,我們可以看出,每種方法都有其獨特的優(yōu)點和缺點。選擇適合自己系統(tǒng)的濾波方法,既能提高信號的準確性,也能延長設(shè)備的使用壽命。無論你是初學(xué)者還是經(jīng)驗豐富的工程師,都可以從這些濾波技術(shù)中找到適合自己需求的工具。

 

畢竟,PLC濾波就像是給你的系統(tǒng)戴上了一副“降噪耳機”,讓你在工業(yè)噪聲中也能聽到清晰的“信號之聲”。


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