一种隔离开关信号防抖程序的设计

一种隔离开关信号防抖程序的设计

范伟

（河南中烟黄金叶生产制造中心 河南郑州 450000）

摘要：针对制丝生产线“隔离开关信号闪断”现象，分析产生“隔离开关信号闪断”的原因，认为“隔离开关信号闪断”是开关量信号“抖动”的一种，可用借鉴信号防抖处理技术，采用硬件消抖、软件消抖技术。在确定PLC系统软件消抖的技术前提下，对比采用定时器和系统功能块SFB4消抖两种方式，认为SFB4功能块编写具有代码少，通用性、可移植性强的优点。同时给出了利用SFB4功能块编写消抖程序的具有方法。改进后，可用降低制丝线设备故障率，提升保供能力，同时便于维修人员精确定位故障部位，提高维修效率。

关键词：隔离开关 闪断现象 防抖技术 防抖程序

前言 隔离开关是制丝线设备控制的基本元器件之一。每一台设备的动力回路和控制回路都会用到隔离开关，关断隔离开关后，不仅能够切断动力回路，还能够断开控制回路，达到安全操作的目的。在正常使用时，隔离开关置于“1”的位置，这时候，隔离开关的主触点和辅助触点合在一起，线路导通，设备能正常运行；需要维修或紧急停机时，关断隔离开关，隔离开关置于“0”的位置，这时候，隔离开关的主触点和辅助触点断开连接，设备动力线路和控制线路均被切断，防止设备意外启动。

制丝线设备生产时，隔离开关辅助触点出现瞬间断开又接通的情况时有发生，对这种故障现象，俗称“隔离开关闪断”。“隔离开关闪断”后，引起设备停机，如果隔离开关闪断发生在关键工序（加料、加香、烘丝、松散回潮），往往造成主机设备断流，对制丝产品质量造成影响。

一、提出问题

制丝线设备控制普遍采用PLC控制，还配置有WINCC监控画面。隔离开关置于“0”的位置时，监控画面的电机会改变颜色，报警界面也会弹出报警信息，便于了解设备状态。但是，生产中出现“隔离开关闪断”后，由于“闪断”时间短，PLC能够采样到闪断信号，设备停机；WINCC画面采样时间长（最小采样时间500ms）,表现在画面上没有任何报警信息，查找故障难度较大，有些隔离开关闪断故障往往很多天没有查明原因，反复出现，甚至多次停机断流，成为生产中的难题。这就要求找到一种办法彻底解决这个问题。

二、原因分析

制丝生产线设备隔离开关信号瞬间断开又恢复的“闪断”现象，实际上是开关量信号“抖动”的一种。它出现的频次同隔离开关使用时长和环境有直接关系。时间长，电气设备存在老化现象；环境恶劣，隔离开关触点存在进入灰尘的可能。这些情况都会导致“隔离开关闪断”现象的增多。“隔离开关闪断”现象造成的设备停机具有不确定性，故障出现后没有报警提示，故障现象同网络故障相似，查找故障点困难等特点，成为制丝线设备运行中的疑难杂症。虽然，可用利用隔离开关备用的触点进行并联，形成信号冗余检测，提高了隔离开关信号的稳定性，但是，无法完全避免此类情况的发生。

三、改进思路

“隔离开关闪断”现象可以看做开关量信号“抖动”的一种。可以借鉴单片机的信号防抖处理技术。信号防抖处理是一种技术，用于减少或消除输入信号中的抖动现象，从而提高系统的稳定性和可靠性。抖动现象通常发生在机械开关、光电传感器等设备在操作时产生的短暂、快速的信号变化。这种抖动对于人类可能无法察觉，但对于高速运行的电子系统来说却是非常明显的，可能导致误操作和系统不稳定。

消抖处理主要有两种方法：软件消抖和硬件消抖。软件消抖是通过在程序中设置一定的延时，忽略短时间内的信号变化，只有当信号在延时结束后仍保持稳定，才认为是一次有效的输入。而硬件消抖则是通过电路设计，如加入RC滤波器或反相器等，来滤除抖动信号，确保输入信号的稳定性。

制丝线设备通常使用PLC系统，采用软件消抖的技术难度小，容易实现，通过在PLC程序中设置定时器，可以在信号变化后等待一段时间，如果在这段时间内信号保持稳定，则认为是一次有效的信号输入，这种方法可以有效防止因信号抖动导致的误操作。

四、改进内容：

1、PLC开关量信号延时实现方法比较：(基于制丝线普遍采用的西门子系列PLC)

（1）使用定时器指令：Step7提供有5种定时器指令，可以直接用于编写定时程序，缺点是占用资源多，一个隔离开关信号延时需要一个定时器，一个PLC控制的设备少的有几十个，多的近百个，需要的定时器总量多，对于一些小型PLC而言，定时器资源可能不够用，而且通用性、可移植性较差。

（2）使用Step7系统功能块SFB4：SFB4是Step7提供的软定时器，不占用定时器资源，但是功能和定时器完全一样，每个SFB4调用时需要一个背景数据块，为此可以建立一个带多重背景能力的功能块，在功能块中调用SFB4。这种方法编写程序代码少，易实现通用性、可移植性，能够一次性实现多个隔离开关信号的延时。

通过以上对比分析，采用系统功能块SFB4来实现隔离开关信号延时有诸多优势，因此决定采用系统功能块SFB4来实现隔离开关“防抖”功能。

2、隔离开关“防抖”程序编写，以某一个设备隔离开关信号举例：

（1）确定隔离开关信号

隔离开关触点连接到PLC输入模块，是程序中的一个“I”点，经过FC22标准功能处理，最终隔离开关触点信号是DB210.DBX0.3，这个信号也用于WINCC报警。对这个信号进行延时处理，不影响报警输出。

（2）使用SFB4系统功能块实现信号延时

在程序中调用SFB4，在它的“IN”端写入隔离开关信号，在“PT”端写延时时间，程序运行后，“Q”端输出的就是延时后的隔离开关信号。

（3）实现基于SFB4延时的标准功能块

1）创建一个具有多重背景的功能块FB301和它的背景数据块DB301，以及隔离开关延时信号数据块DB305，这些功能块和数据块的名称是唯一的，便于实现移植。

2）定义FB301功能块的形式参数及程序编写

FB301的形式参数有“IN”、“OUT”、“STAT”三种，在“STAT”（静态参数）定义若干个数据类型为SFB4的静态变量，实现若干个隔离开关信号的延时。在FB301功能块中调用SFB4类型的静态变量，填写对应的输入、输出引脚。

3）在OB1程序中调用FB301，功能块左边的输入端按照电机号填写电机隔离开关信号点，右端输出端按照DB305分配地址填写延时后的隔离开关信号。

4）有了延时后的隔离开关信号后，设备控制回路中的隔离开关点替换掉或并联使用，就能够实现隔离开关信号“防抖”功能。

五、取得效果

1、制丝生产线连续保供能力得以提升

改进前，因“隔离开关闪断”故障停机造成的停机断流很难避免；改进后，“隔离开关闪断”问题不会在生产中出现。降低了设备停机次数，提高设备保供能力。

2、减轻维修人员查找设备故障的难度，降低工作劳动强度

隔离开关信号“闪断”出现后，会导致监控画面多个设备变为灰色，又没有报警信号，难以准确判断是网络故障还是隔离开关信号“闪断”引起的停机，维修时找不准故障点，存在过度维修、无效维修的情况。改进后，隔离开关出现“闪断”情况，设备不停机；隔离开关触点损坏，出现较长时间断开情况，WINCC监控画面也可以采集到信号，有报警信息，便于维修人员精准定位故障部位，快速排除故障。