Il filtraggio può trasformare un ingresso rumoroso del PLC in un valore ingegneristico stabile. Può anche ritardare un allarme reale o nascondere un problema meccanico.

L’approccio corretto inizia dalla fonte del disturbo. Il software non dovrebbe diventare una copertura permanente per cablaggi scadenti, sensori inadatti o installazioni errate.

Determinare innanzitutto se la variazione proviene dal processo, dal sensore, dal cablaggio o dalla conversione dell’ingresso.

Separare l’andamento del processo dal rumore elettrico

Monitorare l’ingresso grezzo alla massima frequenza di aggiornamento pratica. Confrontarlo con uno strumento di riferimento e osservare lo stato della macchina quando compare la variazione.

Un rumore sincronizzato con un azionamento, un contattore, un riscaldatore o un solenoide suggerisce un accoppiamento elettromagnetico. Un’oscillazione lenta può invece riflettere dinamiche reali del processo, il posizionamento errato del sensore o un’interazione del circuito di controllo.

Controllare il campo di misura del trasmettitore, la tensione di alimentazione, il metodo di messa a terra, la terminazione della schermatura, il percorso dei conduttori, lo stato dei morsetti e la configurazione del modulo d’ingresso prima di aggiungere un filtro.

I filtri analogici sacrificano la risposta a favore della stabilità

I moduli analogici possono offrire integrazione, filtraggio notch o livellamento digitale. La documentazione di Rockwell Automation osserva che i filtri digitali attenuano i transitori di rumore dell’ingresso. Le indicazioni relative ai filtri notch descrivono inoltre un compromesso tra velocità e reiezione.

Un filtro notch attenua una frequenza definita e le sue armoniche. Può essere utile per le interferenze alla frequenza di rete, ma l’impostazione selezionata può limitare la massima frequenza di campionamento raggiungibile.

Il filtraggio del modulo deve essere scelto in base sia allo spettro del rumore sia alla risposta richiesta dal processo.

Le medie mobili sono comprensibili, ma introducono ritardo

Una media mobile sostituisce il valore corrente con la media di una finestra fissa di campioni. Riduce le variazioni casuali ed è facile da verificare.

Il ritardo aumenta con il numero di campioni e con l’intervallo di campionamento. Una finestra di 20 campioni acquisiti ogni 100 millisecondi rappresenta due secondi di storia.

Questo può essere accettabile per la temperatura di un serbatoio. Può essere inaccettabile per la protezione dalla pressione, il controllo del movimento o il rilevamento rapido dei materiali.

Un filtro esponenziale utilizza il precedente valore filtrato e il campione più recente. Richiede poca memoria, ma il suo coefficiente deve essere documentato in termini comprensibili agli operatori.

Gli ingressi digitali richiedono la qualificazione dello stato

Il rimbalzo dei contatti, le vibrazioni, i riflessi, la geometria inadeguata del bersaglio e la tensione indotta possono produrre transizioni brevi. Molte famiglie di PLC offrono filtri configurabili per gli ingressi digitali a questo scopo.

Un debounce software può richiedere che l’ingresso rimanga attivo per un tempo minimo prima di impostare uno stato interno. Un ritardo separato allo spegnimento può impedire che brevi interruzioni azzerino quello stato.

La logica di debounce deve qualificare il segnale senza sopprimere l’evento valido più breve.

Non applicare un timer di debounce indiscriminatamente agli impulsi degli encoder, ai totalizzatori di portata, agli ingressi di sicurezza o al conteggio ad alta velocità. Questi segnali possono richiedere hardware dedicato e temporizzazioni validate.

Scegliere il tempo di filtraggio in base all’applicazione

Definire l’evento valido più breve, il ritardo massimo di rilevamento accettabile e la durata normale del rumore. Il filtro deve rifiutare il disturbo preservando al contempo l’evento valido.

Per un canale analogico, eseguire un test a gradino quando è sicuro farlo. Registrare i segnali grezzo e filtrato, quindi misurare il tempo di salita, il tempo di assestamento e l’errore di picco.

Per un canale digitale, testare brevi impulsi di rumore, l’impulso valido minimo, gli stati attivi e inattivi mantenuti e il recupero dopo un guasto del sensore.

I sistemi di controllo e I/O per queste applicazioni sono disponibili in Sistemi PLC e PAC. La visualizzazione dei segnali e le interfacce operatore possono essere consultate in HMI e informatica industriale.

Conservare i dati grezzi per la diagnostica

Quando la memoria lo consente, rendere disponibili sia i valori grezzi sia quelli filtrati. Gli operatori hanno bisogno del valore stabile, mentre i team di manutenzione hanno bisogno di prove del disturbo.

Aggiungere diagnostiche per deviazione eccessiva, segnali congelati, valori fuori intervallo e saturazione del filtro. Un numero stabile non è necessariamente una misura affidabile.

Salvare le costanti del filtro come valori di configurazione controllati. Registrare chi le ha modificate, perché sono state modificate e quale test ha confermato il risultato.

Opinione dell’autore: il filtro migliore è il più semplice tra quelli in grado di rifiutare un disturbo noto. Se la costante di tempo non può essere giustificata in relazione a un evento reale, probabilmente sta nascondendo l’incertezza invece di risolverla.