Filterung kann ein verrauschtes SPS-Eingangssignal in einen stabilen Messwert umwandeln. Sie kann jedoch auch einen echten Alarm verzögern oder ein mechanisches Problem verdecken.

Der richtige Ansatz beginnt bei der Ursache der Störung. Software sollte keine dauerhafte Kaschierung für schlechte Verdrahtung, ungeeignete Sensoren oder eine fehlerhafte Installation sein.

Bestimmen Sie zunächst, ob die Schwankung aus dem Prozess, dem Sensor, der Verdrahtung oder der Eingangswandlung stammt.

Prozessbewegung von elektrischem Rauschen unterscheiden

Zeichnen Sie den Rohwert mit der schnellstmöglichen praktikablen Aktualisierungsrate als Trend auf. Vergleichen Sie ihn mit einem Referenzmessgerät und beobachten Sie den Maschinenzustand, wenn die Schwankung auftritt.

Rauschen, das mit einem Antrieb, Schütz, Heizelement oder Magnetventil synchron ist, deutet auf elektromagnetische Einkopplung hin. Eine langsame Oszillation kann dagegen auf eine reale Prozessdynamik, eine ungünstige Sensorplatzierung oder eine Wechselwirkung im Regelkreis zurückzuführen sein.

Prüfen Sie Messumformerbereich, Versorgungsspannung, Erdungsmethode, Schirmauflage, Leitungsführung, Klemmenzustand und die Konfiguration des Eingangsmoduls, bevor Sie einen Filter hinzufügen.

Analoge Filter tauschen Reaktionsgeschwindigkeit gegen Stabilität

Analoge Module können Integration, Bandsperrfilterung oder digitale Glättung bereitstellen. Die Dokumentation von Rockwell Automation weist darauf hin, dass digitale Filter transiente Störungen am Eingang glätten. Die Hinweise zur Bandsperrfilterung beschreiben außerdem den Zielkonflikt zwischen Geschwindigkeit und Unterdrückung.

Ein Bandsperrfilter dämpft eine definierte Frequenz und deren Harmonische. Er kann bei netzfrequenten Störungen nützlich sein, doch die gewählte Einstellung kann die höchstmögliche Abtastrate begrenzen.

Die Modulfilterung sollte sowohl auf das Rauschspektrum als auch auf die erforderliche Prozessreaktion abgestimmt werden.

Gleitende Mittelwerte sind verständlich, aber verzögert

Ein gleitender Mittelwert ersetzt den aktuellen Wert durch den Mittelwert eines festen Abtastfensters. Er reduziert zufällige Schwankungen und lässt sich leicht überprüfen.

Seine Verzögerung nimmt mit der Anzahl der Abtastwerte und dem Abtastintervall zu. Ein Fenster mit 20 Abtastwerten, die alle 100 Millisekunden erfasst werden, entspricht zwei Sekunden Verlauf.

Das kann für die Tanktemperatur akzeptabel sein. Für Druckschutz, Bewegungssteuerungen oder die schnelle Materialerkennung kann es unzulässig sein.

Ein exponentieller Filter verwendet den zuvor gefilterten Wert und den neuesten Abtastwert. Er benötigt wenig Speicher, doch sein Koeffizient muss in für Bediener verständlichen Begriffen dokumentiert werden.

Digitale Eingänge benötigen eine Zustandsqualifizierung

Kontaktprellen, Vibrationen, Reflexionen, ungünstige Zielgeometrien und induzierte Spannungen können kurze Signalwechsel erzeugen. Viele SPS-Familien bieten dafür konfigurierbare Filter für digitale Eingänge.

Eine softwarebasierte Entprellung kann verlangen, dass der Eingang mindestens eine bestimmte Zeit eingeschaltet bleibt, bevor ein interner Zustand gesetzt wird. Eine separate Ausschaltverzögerung kann verhindern, dass kurze Aussetzer diesen Zustand zurücksetzen.

Die Entprelllogik sollte das Signal qualifizieren, ohne das kürzeste gültige Ereignis zu unterdrücken.

Wenden Sie einen Entprellzeitgeber nicht unkritisch auf Encoderimpulse, Durchflussmengen, Sicherheitseingänge oder Hochgeschwindigkeitszählungen an. Diese Signale benötigen möglicherweise dedizierte Hardware und eine validierte Zeitsteuerung.

Filterzeit anwendungsbezogen wählen

Definieren Sie das kürzeste gültige Ereignis, die längste akzeptable Erkennungsverzögerung und die übliche Dauer des Rauschens. Der Filter muss die Störung unterdrücken und gleichzeitig das gültige Ereignis erhalten.

Führen Sie bei einem analogen Kanal, sofern sicher möglich, einen Sprungtest durch. Zeichnen Sie die rohen und gefilterten Signale auf und messen Sie anschließend Anstiegszeit, Einschwingzeit und Spitzenfehler.

Testen Sie bei einem digitalen Kanal kurze Rauschimpulse, den kürzesten gültigen Impuls, dauerhaft ein- und ausgeschaltete Zustände sowie die Wiederherstellung nach einem Sensorfehler.

Steuerungs- und I/O-Plattformen für diese Anwendungen finden Sie unter SPS- & PAC-Systeme. Signalvisualisierung und Bedienerschnittstellen können unter HMI & industrielle Computertechnik angesehen werden.

Rohdaten zur Fehlersuche bewahren

Wenn der Speicher es zulässt, stellen Sie sowohl rohe als auch gefilterte Werte bereit. Bediener benötigen den stabilen Wert, während Instandhaltungsteams Belege für die Störung benötigen.

Fügen Sie Diagnosen für übermäßige Abweichungen, eingefrorene Signale, Werte außerhalb des Bereichs und Filtersättigung hinzu. Eine stabile Zahl ist nicht zwangsläufig eine zuverlässige Messung.

Speichern Sie Filterkonstanten als kontrollierte Konfigurationswerte. Dokumentieren Sie, wer sie geändert hat, warum sie geändert wurden und welcher Test das Ergebnis bestätigt hat.

Meinung des Autors: Der beste Filter ist der kleinste, der eine bekannte Störung unterdrückt. Wenn sich die Zeitkonstante nicht anhand eines realen Ereignisses begründen lässt, verbirgt sie wahrscheinlich eher Unsicherheit, als dass sie das Problem löst.