资讯详情
在工业自动化进程中，高速线材轧线的张力控制技术宛如一颗璀璨明珠，在整个线材自动控制领域占据着举足轻重的地位，更是评判轧线自控系统性能优劣的关键要素。在实际操作里，负荷法成为达成间接张力控制的常用手段。而张力数据采集这一环节，如同链条中的关键一环，其采集数据的真实性与可靠性，直接左右着后续控制的精准度以及系统运行的稳定性。
在一般的 PLC 控制系统运行时，模拟量信号常常因为现场复杂的环境因素，诸如电磁干扰、温度变化等，导致采集到的信号无法真实地呈现现场的实际状况。这些失真的信号一旦进入系统进行运算，极有可能引发运算结果超出允许范围，更为严重的是，还可能致使系统控制出现错误，进而诱发各类事故。由此不难看出，模拟量控制的成效在很大程度上决定了整个控制系统的质量。传统的滤波控制方式，通常只是简单地对几个采样值进行算术平均处理，这样的处理方式不仅有时会产生较大的偏差，而且在实际调试过程中灵活性较差，难以满足复杂多变的现场需求。
基于轧钢现场的实际状况，一套专门用于轧线 PLC 控制的模拟量信号采样与滤波方法应运而生。该方法旨在实现更为自由、灵活的信号处理，为轧线的稳定运行提供有力保障。
轧线 PLC 控制系统的架构剖析
在众多线材生产线的设计与调试工作中，Siemens S7 - 400 PLC 凭借其卓越的性能，常被选为核心主控制器。粗、中轧机，预精轧机，吐丝机以及夹送棍传动部分，采用 SiemeNS 直流调速装置 6RA70，而精轧机则选用交流变频装置。在主轧线上，设置了两个 HMI（人机界面），HMI 与 PLC 之间借助以太网进行数据通讯，同时，PLC 与各个传动设备之间通过 Profibus - DP 网实现高效的数据交互。
轧线张力控制的具体实现方式：棒线材轧线张力控制普遍采用间接张力控制策略，即通过对轧机负荷反馈信息的精确计算，来获取轧机的张力数据。在本方案中，借助 PLC 与传动装置之间的 Profibus - DP 通讯协议，实现对张力的精准控制。
PLC 内部信号滤波算法的深度解读：信号滤波功能可细分为输入信号的采样、存储，数据分析处理、滤波以及信号输出等多个紧密相连的环节。
采样与存储环节：当 PLC 系统接收到模拟量信号后，即刻启动可控周期与可控数量的采样操作。在此过程中，采用 FIFO（先进先出）算法，这一算法的巧妙运用，能够确保在任何时刻采集并存储的数据都是最新、最贴近现场实际情况的，从而为后续的数据分析与处理提供可靠的数据源。
数据处理排序环节：运用冒泡算法对采集到的数据进行有序排列。冒泡算法以其简单易懂且高效的特点，能够快速将数据按照特定的顺序进行整理，为后续的数据筛选与处理奠定基础。
数据处理均值环节：在数据处理过程中，去除 N 个最大值和最小值，然后对剩余的数据进行均值计算。通过这种方式，可以有效减少异常数据对最终结果的影响，提高数据的准确性和可靠性。
滤波系统功能的全面阐释
为了保证数据采样的连贯性，并且在特定的时间段内能够留存一定数量的连续采样数据，在系统内部精心定义了一个 FIFO 数据链表。采样数据按照时间先后顺序逐个进入链表，当链表中的数据个数 N（该数值可根据实际需求灵活调整）确定后，这 N 个采样值便构成了某一时间段内的连续采样数据集合。在采样过程中，采样频率并非一成不变，而是可以依据现场的实际情况进行动态调整。
在实际采样过程中，采样数据的最大值和最小值极有可能受到外界干扰的影响，或者与其他数据之间存在较大的偏差。相比之下，这些最值的采样可靠度明显低于其他处于中间范围的数据。因此，在进行数据运算时，会将预先设定数量（可灵活调节）的最值予以去除。具体操作是先采用冒泡算法对数据进行排序，然后分别从数据序列的两端去除一定个数（可按需调整）的最大值和最小值，最后对剩余的数据进行均值处理，从而得到更为准确、可靠的滤波后数据。
方案的模块化设计与实现
本次应用的一大特色在于将上述各个功能进行模块化设计，并集中整合在一个功能块 FC 之中。无论何时，只要调用这个功能块，就能够轻松实现采样滤波功能。更为便捷的是，通过灵活调整功能块的参数，就可以实现可变频率采样、可变数量采样等多样化的数据滤波功能。该功能是基于 Siemens S7 - 400 PLC 系统进行设计的，采用 SCL 编程语言进行编写。以下是对功能块参数的详细描述：
输入参数：
I_main：代表模拟量输入信号，是整个功能块处理的原始数据来源。
S_EN：功能允许信号，只有当该信号有效时，功能块才会执行相应的操作。
S_TRG：采样允许信号，控制着采样操作的启动与停止。
F_SEL：表示需要去除的最值个数，通过调整该参数，可以灵活控制数据处理过程中对异常值的剔除程度。
S_NO：即采样个数，用于设定每次采样操作采集的数据数量。
S_ARR：采样寄存器，用于存储采样得到的数据。
输出参数：
O_main：经过滤波处理后的信号输出，为后续的控制系统提供准确可靠的数据。
S_ok：用于指示采样滤波计算是否正常完成，方便操作人员及时了解功能块的运行状态。
应用效果与体会
在实际应用中，采用这套滤波功能后，对于那些对速度响应要求相对较低的张力数据采集工作，取得了令人满意的滤波效果。该功能具有显著的优势，操作人员可以非常便捷地修改采样周期、采样个数以及特殊值去除个数等关键参数。这种灵活性使得系统能够根据不同的现场实际情况进行针对性的调试，极大地提高了现场工作效率，确保了轧线生产过程的稳定性和可靠性。
