Filtrowanie może przekształcić zaszumione wejście sterownika PLC w stabilną wartość inżynierską. Może też opóźnić rzeczywisty alarm lub ukryć problem mechaniczny.

Właściwe podejście zaczyna się od źródła zakłócenia. Oprogramowanie nie powinno stać się trwałą zasłoną dla niewłaściwego okablowania, nieodpowiednich czujników ani błędnej instalacji.

Najpierw ustal, czy zmienność pochodzi z procesu, czujnika, okablowania czy konwersji sygnału wejściowego.

Oddziel zmiany procesu od zakłóceń elektrycznych

Rejestruj trend surowego sygnału wejściowego z najszybszą praktyczną częstotliwością aktualizacji. Porównaj go z przyrządem referencyjnym i obserwuj stan maszyny, gdy pojawia się zmienność.

Zakłócenia zsynchronizowane z napędem, stycznikiem, grzałką lub elektrozaworem sugerują sprzężenie elektromagnetyczne. Powolne oscylacje mogą natomiast odzwierciedlać rzeczywistą dynamikę procesu, niewłaściwe umiejscowienie czujnika lub wzajemne oddziaływanie w pętli regulacji.

Przed dodaniem filtra sprawdź zakres przetwornika, napięcie zasilania, sposób uziemienia, zakończenie ekranu, prowadzenie przewodów, stan zacisków oraz konfigurację modułu wejściowego.

Filtry analogowe stanowią kompromis między szybkością reakcji a stabilnością

Moduły analogowe mogą oferować całkowanie, filtrowanie zaporowe lub wygładzanie cyfrowe. Dokumentacja Rockwell Automation wskazuje, że filtry cyfrowe wygładzają przejściowe zakłócenia sygnału wejściowego. Wytyczne dotyczące filtrów zaporowych opisują również kompromis między szybkością a tłumieniem zakłóceń.

Filtr zaporowy tłumi określoną częstotliwość i jej harmoniczne. Może być przydatny w przypadku zakłóceń o częstotliwości sieciowej, jednak wybrane ustawienie może ograniczać najwyższą osiągalną częstotliwość próbkowania.

Filtr modułu należy dobrać zarówno do widma zakłóceń, jak i wymaganej odpowiedzi procesu.

Średnie kroczące są zrozumiałe, ale powodują opóźnienie

Średnia krocząca zastępuje bieżącą wartość średnią z ustalonego okna próbek. Ogranicza losowe zmiany i jest łatwa do sprawdzenia.

Jej opóźnienie rośnie wraz z liczbą próbek i odstępem między próbkowaniem. Okno 20 próbek zbieranych co 100 milisekund oznacza wykorzystanie dwóch sekund historii.

Może to być akceptowalne w przypadku temperatury zbiornika. Może być nieakceptowalne w przypadku zabezpieczenia ciśnieniowego, sterowania ruchem lub szybkiego wykrywania materiału.

Filtr wykładniczy wykorzystuje poprzednią wartość przefiltrowaną i najnowszą próbkę. Wymaga niewielkiej ilości pamięci, ale jego współczynnik należy opisać w sposób zrozumiały dla operatorów.

Wejścia cyfrowe wymagają kwalifikacji stanów

Drgania styków, wibracje, odbicia, niewłaściwa geometria celu i napięcie indukowane mogą powodować krótkotrwałe przejścia. Wiele rodzin sterowników PLC oferuje w tym celu konfigurowalne filtry wejść cyfrowych.

Programowe usuwanie drgań styków może wymagać, aby wejście pozostawało w stanie włączenia przez minimalny czas przed ustawieniem stanu wewnętrznego. Oddzielne opóźnienie wyłączenia może zapobiegać kasowaniu tego stanu przez krótkotrwałe zaniki.

Logika eliminacji drgań styków powinna kwalifikować sygnał bez tłumienia najkrótszego prawidłowego zdarzenia.

Nie stosuj timera eliminacji drgań styków bez zastanowienia do impulsów enkodera, sumatorów przepływu, wejść bezpieczeństwa ani szybkiego zliczania. Sygnały te mogą wymagać dedykowanego sprzętu i zweryfikowanych parametrów czasowych.

Dobierz czas filtrowania do zastosowania

Określ najkrótsze prawidłowe zdarzenie, najdłuższe akceptowalne opóźnienie wykrycia oraz typowy czas trwania zakłócenia. Filtr musi odrzucać zakłócenie, zachowując jednocześnie prawidłowe zdarzenie.

W przypadku kanału analogowego, jeśli jest to bezpieczne, wykonaj test skokowy. Zarejestruj sygnały surowy i przefiltrowany, a następnie zmierz czas narastania, czas ustalania oraz błąd szczytowy.

W przypadku kanału cyfrowego przetestuj krótkie impulsy zakłócające, minimalny prawidłowy impuls, utrzymane stany włączenia i wyłączenia oraz powrót do pracy po awarii czujnika.

Sterowniki i platformy wejścia/wyjścia do tych zastosowań są dostępne w ofercie systemów PLC i PAC. Wizualizację sygnałów oraz interfejsy operatorskie można znaleźć w sekcji HMI i komputery przemysłowe.

Zachowaj surowe dane na potrzeby diagnostyki

Jeśli pozwala na to pamięć, udostępniaj zarówno wartości surowe, jak i przefiltrowane. Operatorzy potrzebują stabilnej wartości, natomiast zespoły utrzymania ruchu potrzebują dowodów występowania zakłócenia.

Dodaj diagnostykę nadmiernego odchylenia, zamrożonych sygnałów, wartości poza zakresem oraz nasycenia filtra. Stabilna liczba nie musi oznaczać prawidłowego pomiaru.

Przechowuj stałe filtrów jako kontrolowane wartości konfiguracyjne. Rejestruj, kto je zmienił, dlaczego je zmieniono i jaki test potwierdził wynik.

Opinia autora: najlepszy filtr to najmniejszy filtr, który odrzuca znane zakłócenie. Jeśli stałej czasowej nie można uzasadnić rzeczywistym zdarzeniem, prawdopodobnie ukrywa ona niepewność zamiast ją rozwiązywać.