电气自动化培训之PLC模拟量滤波算法实战

PLC模拟量滤波算法实战：编写一个一阶滞后滤波程序稳定采样值

一阶滞后滤波原理

它的核心思想是“新旧结合，平滑过渡”。它不是完全信任最新的采样值，而是将本次采样值与上一次的滤波输出值进行加权平均，从而得到一个更平滑、更稳定的结果。

公式如下：
本次滤波输出值 = (1 - α) * 上次滤波输出值 + α * 本次采样值

其中，α（平滑系数） 是一个介于0和1之间的数，它决定了滤波的“力度”：

• α 趋近于 1：滤波效果弱，响应快。输出值几乎等于采样值。

• α 趋近于 0：滤波效果强，响应慢。输出值非常平滑，但滞后严重。

在S7-1200/1500中实现

我们将在TIA Portal中创建一个FC来实现此功能。

1. 创建FC：新建一个FC，命名为“Filter_FirstOrderLag”。

2. 定义接口变量：

   • Input:

     • SampleValue: REAL // 本次采样的原始值

     • FilterCoeff: REAL // 平滑系数 α (推荐范围 0.01 ~ 0.3)

   • InOut:

     • LastValue: REAL // 静态变量，用于存储上一次的滤波结果

   • Output:

     • FilteredValue: REAL // 本次滤波后的输出值

3. 编写ST代码：
   在FC的代码区中，输入以下ST语言：

   pascal

   // 一阶滞后滤波算法 FilteredValue := (1.0 - FilterCoeff) * LastValue + FilterCoeff * SampleValue; // 更新上一次的滤波结果，为下一次计算做准备 LastValue := FilteredValue;

使用与调试

1. 在OB1（主循环组织块）中调用这个FC。

2. 将需要滤波的模拟量输入通道（如PIW752转换后的工程值）连接到SampleValue。

3. 为FilterCoeff赋值。如何选择α？

   • 信号跳动剧烈：选择一个较小的α，如0.05或0.02，获得强滤波效果。

   • 需要快速响应：选择一个较大的α，如0.2或0.3，让输出能跟上真实信号的变化。

   • 通常从0.1开始调试，观察曲线，根据实际情况微调。

实例演示：
假设LastValue初始为0，FilterCoeff设为0.2。采样值突然从0跳变到100。

• 第一次计算：输出 = (1-0.2)*0 + 0.2*100 = 20

• 第二次计算：输出 = (1-0.2)*20 + 0.2*100 = 16 + 20 = 36

• 第三次计算：输出 = (1-0.2)*36 + 0.2*100 = 28.8 + 20 = 48.8
  ... 可以看到，输出是平稳地逼近100，而不是突然跳变。

优势与注意事项：

• 优势：能有效平滑周期性干扰，算法简单，计算量小。

• 注意：会带来相位滞后，滤波效果越强，滞后越严重。对于要求快速响应的控制系统（如快节奏的流量控制），需要谨慎选择α值，或在必要时采用更高级的滤波算法。

通过这个简单的FC，您就拥有了一个强大的软件滤波器，可以轻松应对大多数模拟量干扰问题，让您的控制系统运行更加稳定可靠。