數(shù)字量信號(hào)輸入的抗干擾方法

我們?cè)O(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易PLC投入市場(chǎng)使用已經(jīng)有幾年的時(shí)間。

在使用過(guò)程中，碰到過(guò)各種各樣的用戶(hù)以及使用場(chǎng)景。

經(jīng)常會(huì)碰到一些莫名其妙的可靠性問(wèn)題，特別在工況情況差時(shí)，更是如此。

這也是很好的反饋過(guò)程，在幫用戶(hù)解決問(wèn)題時(shí)，不但自己的技術(shù)水平得到了提升，也不斷對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了優(yōu)化。

現(xiàn)在花一點(diǎn)時(shí)間對(duì)抗干擾的問(wèn)題做一些總結(jié)，此文介紹數(shù)字量輸入的抗干擾方法；

數(shù)字量最常用的就是開(kāi)關(guān)的閉合和斷開(kāi)狀態(tài)。一般情況會(huì)采用光耦進(jìn)行隔離檢測(cè)。

數(shù)字量最主要有兩個(gè)干擾來(lái)源，

1)有機(jī)械觸點(diǎn)的開(kāi)關(guān)在斷開(kāi)或者閉合的瞬間，由于機(jī)械抖動(dòng)而導(dǎo)致的干擾。

2)數(shù)字量信號(hào)在傳輸過(guò)程中從空間或者線(xiàn)路上耦合了電磁干擾。

可以采用以下三種方法降低數(shù)字信號(hào)的干擾。

1)在PLC的內(nèi)部程序用幾個(gè)斷電記憶的變量記錄每一個(gè)輸入的掃描周期以及去抖的檢測(cè)次數(shù)。

用戶(hù)在PLC的顯示界面或者是網(wǎng)頁(yè)上設(shè)置掃描周期以及去抖次數(shù)。

PLC內(nèi)部程序按照設(shè)置的周期掃描輸入，只有檢測(cè)到持續(xù)高、低電平的次數(shù)達(dá)到設(shè)定的去抖動(dòng)次數(shù)才會(huì)認(rèn)為輸入狀態(tài)的改變。

用戶(hù)需要根據(jù)不同數(shù)字量輸入的特點(diǎn)設(shè)置最優(yōu)的參數(shù)。

比如有機(jī)械觸點(diǎn)的開(kāi)關(guān)或者按鍵，比如啟動(dòng)／停止開(kāi)關(guān)，重點(diǎn)考慮是由于機(jī)械觸點(diǎn)接觸/斷開(kāi)瞬間的機(jī)械抖動(dòng)所導(dǎo)致的干擾，一般100ms左右的延時(shí)不會(huì)影響客戶(hù)體驗(yàn)。

可以將掃描周期設(shè)置為8ms，去抖次數(shù)為10次，去抖的延時(shí)時(shí)間為80ms。

可以非常有效地過(guò)濾機(jī)械抖動(dòng)和電磁信號(hào)導(dǎo)致的干擾。

比較特殊的是由NPN/PNP開(kāi)關(guān)提供的數(shù)字量輸入，沒(méi)有機(jī)械抖動(dòng)，但是開(kāi)關(guān)的頻率可能會(huì)比較高，比如脈沖計(jì)數(shù)功能；

脈沖流量計(jì)產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號(hào)，當(dāng)把脈沖信號(hào)接入到PLC進(jìn)行流量檢測(cè)時(shí)，我們需要根據(jù)其規(guī)格參數(shù)選擇最優(yōu)的參數(shù)達(dá)到最佳的抗干擾效果。

儀表口徑與儀表系數(shù)的關(guān)系

比如下表所示的流量計(jì)，

儀表口徑與流量關(guān)系

以口徑為DN50的流量計(jì)為例，假設(shè)某系統(tǒng)的最大流量為40立方米／小時(shí)，

將單位換算為L(zhǎng)/S，得到最大流量為11.11L/S；

根據(jù)儀表系數(shù)27次/L，我們知道脈沖信號(hào)的最高頻率為：300Hz。

一個(gè)周期的脈沖信號(hào)有高、低電平兩種狀態(tài)，如下圖：

脈沖信號(hào)波形

根據(jù)幾個(gè)方面考慮來(lái)確定掃描參數(shù)：

1)由最高頻率確認(rèn)最小周期。

2)由脈沖信號(hào)的占空比和最小周期確定高、低電平狀態(tài)的最短持續(xù)時(shí)間。

3)至少需要4次的去抖次數(shù)。

4)每一個(gè)狀態(tài)都應(yīng)該有最少去抖動(dòng)次數(shù)3倍的檢測(cè)次數(shù)

以上述最高300Hz的脈沖輸入信號(hào)為例，最小周期為3.33ms，

對(duì)于占空比為50%的信號(hào)，最短狀態(tài)持續(xù)時(shí)間為1.66ms。

最大掃描周期為1.66ms/12=0.138ms。

將掃描周期選擇為100us，去抖次數(shù)選為4次。

2)在信號(hào)的首端和末端增加磁環(huán)以及采用屏蔽線(xiàn)進(jìn)行連接。

將連線(xiàn)纏繞在磁環(huán)上，或者用屏蔽線(xiàn)進(jìn)行連接，可以有效過(guò)濾高頻信號(hào)的干擾。

當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率比較高，由于PLC性能限制，無(wú)法縮短掃描周期，多次掃描實(shí)現(xiàn)去抖時(shí)，只能通過(guò)這些措施實(shí)現(xiàn)抗干擾。

加磁環(huán)的接線(xiàn)

3)遠(yuǎn)離干擾源，

高電壓、大電流都是干擾源，其產(chǎn)生的電磁波會(huì)耦合到輸入信號(hào)上，對(duì)輸入信號(hào)產(chǎn)生影響。

強(qiáng)電：強(qiáng)電是電力系統(tǒng)中的電能，如家庭生活中常用的220V照明用電，1000V工業(yè)用電。具有電壓大、電流大、頻率低的特點(diǎn)。此外，強(qiáng)電還用于驅(qū)動(dòng)大功率的電氣設(shè)備，如電機(jī)、燈具等電器設(shè)備。
弱電：弱電可以直接理解為低功率，弱電在生活中也很常見(jiàn)，通常出現(xiàn)在各種電子產(chǎn)品中。與強(qiáng)電相比，弱電是指信號(hào)傳輸所需的電流和電壓，具有電流小、頻率高、電壓低的特點(diǎn)。

在PLC的系統(tǒng)布線(xiàn)時(shí)，需要將屬于弱電的數(shù)字量輸入信號(hào)線(xiàn)同高電壓、大電流的設(shè)備及走線(xiàn)分開(kāi)，相互之間保證足夠的間格。

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審核編輯：湯梓紅