数字量信号输入的抗干扰方法

我们设计的简易PLC投入市场使用已经有几年的时间。

在使用过程中，碰到过各种各样的用户以及使用场景。

经常会碰到一些莫名其妙的可靠性问题，特别在工况情况差时，更是如此。

这也是很好的反馈过程，在帮用户解决问题时，不但自己的技术水平得到了提升，也不断对产品进行了优化。

现在花一点时间对抗干扰的问题做一些总结，此文介绍数字量输入的抗干扰方法；

数字量最常用的就是开关的闭合和断开状态。一般情况会采用光耦进行隔离检测。

数字量最主要有两个干扰来源，

1)有机械触点的开关在断开或者闭合的瞬间，由于机械抖动而导致的干扰。

2)数字量信号在传输过程中从空间或者线路上耦合了电磁干扰。

可以采用以下三种方法降低数字信号的干扰。

1)在PLC的内部程序用几个断电记忆的变量记录每一个输入的扫描周期以及去抖的检测次数。

用户在PLC的显示界面或者是网页上设置扫描周期以及去抖次数。

PLC内部程序按照设置的周期扫描输入，只有检测到持续高、低电平的次数达到设定的去抖动次数才会认为输入状态的改变。

用户需要根据不同数字量输入的特点设置最优的参数。

比如有机械触点的开关或者按键，比如启动／停止开关，重点考虑是由于机械触点接触/断开瞬间的机械抖动所导致的干扰，一般100ms左右的延时不会影响客户体验。

可以将扫描周期设置为8ms，去抖次数为10次，去抖的延时时间为80ms。

可以非常有效地过滤机械抖动和电磁信号导致的干扰。

比较特殊的是由NPN/PNP开关提供的数字量输入，没有机械抖动，但是开关的频率可能会比较高，比如脉冲计数功能；

脉冲流量计产生与流速成正比的脉冲信号，当把脉冲信号接入到PLC进行流量检测时，我们需要根据其规格参数选择最优的参数达到最佳的抗干扰效果。

仪表口径与仪表系数的关系

比如下表所示的流量计，

仪表口径与流量关系

以口径为DN50的流量计为例，假设某系统的最大流量为40立方米／小时，

将单位换算为L/S，得到最大流量为11.11L/S；

根据仪表系数27次/L，我们知道脉冲信号的最高频率为：300Hz。

一个周期的脉冲信号有高、低电平两种状态，如下图：

脉冲信号波形

根据几个方面考虑来确定扫描参数：

1)由最高频率确认最小周期。

2)由脉冲信号的占空比和最小周期确定高、低电平状态的最短持续时间。

3)至少需要4次的去抖次数。

4)每一个状态都应该有最少去抖动次数3倍的检测次数

以上述最高300Hz的脉冲输入信号为例，最小周期为3.33ms，

对于占空比为50%的信号，最短状态持续时间为1.66ms。

最大扫描周期为1.66ms/12=0.138ms。

将扫描周期选择为100us，去抖次数选为4次。

2)在信号的首端和末端增加磁环以及采用屏蔽线进行连接。

将连线缠绕在磁环上，或者用屏蔽线进行连接，可以有效过滤高频信号的干扰。

当开关频率比较高，由于PLC性能限制，无法缩短扫描周期，多次扫描实现去抖时，只能通过这些措施实现抗干扰。

加磁环的接线

3)远离干扰源，

高电压、大电流都是干扰源，其产生的电磁波会耦合到输入信号上，对输入信号产生影响。

强电：强电是电力系统中的电能，如家庭生活中常用的220V照明用电，1000V工业用电。具有电压大、电流大、频率低的特点。此外，强电还用于驱动大功率的电气设备，如电机、灯具等电器设备。
弱电：弱电可以直接理解为低功率，弱电在生活中也很常见，通常出现在各种电子产品中。与强电相比，弱电是指信号传输所需的电流和电压，具有电流小、频率高、电压低的特点。

在PLC的系统布线时，需要将属于弱电的数字量输入信号线同高电压、大电流的设备及走线分开，相互之间保证足够的间格。

本文来源物联网全栈开发

审核编辑：汤梓红