2024年10月5日发(作者：松梓颖)
生产实践
PRODUCTION
■
Application
of
ECS700
analog
wave
filter
©
LEI
Hailong
1
,
LI
Chao
2
(iang
Hengfeng
Paper
Co.,
Ltd.,
Mudanjiang
157013,
Heilongjiang,
China;
of
Mechatronics
Engineering,
Harbin
Engineering
University,
Harbin
150001,
China)
ECS700
模拟量滤波器的应用
©
雷海龙
1
李超
2
(1
•牡丹江恒丰纸业股份有限公司自动化分厂黑龙江牡丹江
157013
；
2
.哈尔滨工程大学机械电子工程
学院
，
哈尔滨
150001)
摘
要
：
应用
DCS
进行生产控制时需要处理大量模拟
量信号
，由于现场噪声
、
电磁干扰等原因
，
采集的模拟
量信号会失真
，
难以应用在控制回路中。
应用滤波器
可以滤除噪声
、
减少现场噪声
、
电磁干扰等不确定性
因素对纸机系统稳定性的影响
。本文介绍了滤波的概
念
、
滤波器的分类和工作原理
，
ECS700
系统滤波器的
实现及其在控制回路中的应用
。
关键词
：
DCS
；
滤波器
；
滤波方法
Abstract:
When
applying
DCS
for
production
control,
a
large
number
of
analog
signals
need
processing.
Due
to
on-site
noise,
electromagnetic
interference
and
other
reasons,
the
collected
analog
signal
will
be
distorted
and
difficult
to
apply
in
the
control
loop.
So
the
application
of
wave
filters
can
filter
out
noise
and
reduce
the
impact
雷海龙先生
硕士
，
自动化工程师
。
of
on-site
noise,
electromagnetic
interference
and
other
uncertain
factors
on
the
stability
of
the
system.
In
this
paper was
introduced
the
concept
of
wave
filtering,
classification
and
working
principle
of
wave
filters.
In
addition,
the
realization
of
ECS700
wave
filter
and
its
application
in
the
control
loop
were
also
explained.
Key
words:
DCS;
wave
filter;
wave
filtering
method
中图分类号:
TS736
；
TP273
文献标志码:
B
文章编号
：
1007-921
1(2020)24
-
0066-04
66
1
蠶爲锄
2
叱
2
月
现代纸机生产线具有的生产效率高、运行安全可
靠等特点离不开自动化控制系统的发展
。
其纸张生产线
由主传
、
张力控制
、
压榨
、
蒸汽冷凝
、
施胶机
、
红外干燥
箱
、
干网清洗
、
助剂、
气罩通风
、
真空
、
软压光
、
卷取系统
等许多独立系统组成
。
各系统均接入
DCS
系统
，
DCS
系
统需要处理大量的气罩温度、
蒸汽压力
、
浆灌液位
、
配
浆流量、
盘磨功率
、
位置传感器等模拟量信号及操作台
按钮
、
指示灯
、
接近开关
、
电机反馈等开关量信号
。
由于
现场噪声
、电磁干扰等的影响
，
采集上来的模拟量信号
往往不能直接应用在控制回路中
。
应用滤波器对模拟量
进行滤波后
，
再应用到控制回路中
，
会增加系统调节的
稳定性
、
快速性
。
1
滤液的概念
滤波就是从混有噪声的信号中提取原始有用信号
的过程
。
滤波器是用来对输入信号进行滤波的硬件电
路或软件程序
，
具有频率选择性一役将信号中某一段频
率滤除
，
进而达到滤除干扰的目的
。
只允许一定频率范围内的信号正常通过
，
而阻止
另一部分频率信号通过的电路
，
叫做经典滤波器
。
实际
上
，
任何装置都具有自己特定的频率范围
，
即频带宽度
对可通过频率的限制
，
频率特性可指示出系统的频带宽
度
。诸如电子设备
、
通讯网络
、
机械设备
、
高低压配电系
统
、
仪器仪表等
，
都将在自己特定的频率范围内
，
按频
带宽度
，
对其所传导的信号进行信号处理
。
滤波器根据
设定的参数对频带宽度影响滤去噪声信号
，
取出有用的
图
1
滤液器特性
■
PRODUCTION
生产实践
信号
。
滤波器分为低通滤波器
、
高通滤波器
、
带通滤波
器
、
带阻滤波器⑸
。
如图
1
中
a
所示为低通滤波器
，
通带
为
0~Wc
，
上截止频率
Wc
；
图
1
中
b
所示为高通滤波器
，
通带为壮~
8
，
下截止频率
Wc
；
图
1
中
c
所示为带通滤波
器
，
通带为
Wci~Wc2,
上截止频率
Wci
，
下截止频率
WC2
；
图
1
中
d
所示为带阻滤波器
，通带为
0~Wci
，
W
c
2~8
。
实际生产应用中，
应用不同滤波器滤去噪声
、
干扰
信号,获取想要的有用信号
。
2
ECS700
系统中滤波方法
ECS-700
系列是浙江中控技术股份有限公司
WebField
系列控制系统之一叫该系统支持
16
个控制域和
16
个操作域
，
每个控制域支持
60
个控制站,每个操作域支
持
60
个操作站叫单域支持位号数量为
65000
点叫
ECS-
700
系列具备组态完整性管理
、
在线单点组态下载
、
组态
操作权限管理
、
历史数据及操作记录查询等功能
。
ECS700
系统集成了滤波模块
，
应用滤波模块可实
现模拟量滤波功能，
滤波功能块
FILTER
参数说明如表
1
所示
。
当
MODE=0,
功能块处于一阶滤波模式。
当
MODE=1,
功能块处于巴特沃斯滤波，
滤除高
频干扰
。
当
MODE=2,
功能块处于平均值滤波
，
OUT=[IN
(K)
+IN
(K-1)
+
■•■+IN
(K
—
(N
—
1)
)
]/N,
用户可通
过设置
TI
来设置其采样周期
。
如当
TI=ls
时
，
IN(K)
每隔
表
1
FILTER
参数
参数类型参数名描述
应用参考
输入引脚
IN
计算输入值
连接
AI,
功能块
输出引脚
OUT
计算输出值
操作参数
TI
滤波时间(不小于
0.0)
，
单位秒
组态秦数
MODE
滤波模式
：
0
=
—
阶平均值滤波和中值滤
滤波
，
1=
巴特沃斯滤波模式下输入次数不
波
；
2=
移动平均值滤能无限个
，
限制在
1
〜
波
；
3=
中值滤波
；
4=
8
之间
，
如果超出这个
累计平均滤波
范围，
滤波不起作用
，
输出跟踪输入变化
组态参数
NUM
平均值滤波与中值滤
波下的滤波输入个数
Ckhta
Pulp
A
Paper
InAatry
67
Dw
“2020
VoL41,No,24
生产实践
PRODUCTION
■
Is
时间更新数值
，
如当
TI
小于控制周期时
,
IN(K)
以控
制周期为单位更新数值
。
当
M0DE=3,
功能块处于中值滤波
，
将
N
个输入按
大小排序
，
舍弃
1/3
个大数和
1/3
个小数
，
再将
1/3
个居
中的数据取算术平均值
，
所得的结果就是输出值
。
当输
入值不足
3
个时
，
取算术平均值
。
其采样周期原理同移
动平均值滤波功能块
。当
NUM
为非
3
的倍数时,舍弃数
为
NUM/3
取整
。
当
M0DE=4
时
，
功能块处于选择累积平均的方式
滤波
，
用来获得一段特定时间内的输入数据的平均值
，
其中输入数据是每个扫描周期输入一次
，
不到规定时间
则输出上一段特定时间完成后的输出值
。
特定时间最大
可设置为
256*
扫描周期
。
根据公式输出
=SPV/TI,
其中
SPV
为设定的时间
里输入变量的累积值
。
3
ECS700
系统中滤波的实现
S
150
FIC76
Vteia
240IMia
A
翕
9
M
F
1
混合浆池
图
2
损纸池去混合池流程
图
3
滤波器程序块
68
1
蠶爲锄
2
叱
2
月
如图
2
所示
，
损纸成浆池去混合池流量控制回路
为
FIC76,
蓝色字体为设定值
,
黑色字体为
测量值
FT76,
所用传感器为电磁流量计
，
现场噪声
、
电
磁干扰过大
，
测量值
FT76
波动过大
，
阀门动作过大
，
形成震荡无法调节
，
分别应用5
种滤波器对其测量值进
行滤波
，
如图
3
所示
，
分别应用一阶滤波
、
巴特沃斯滤
波
、
平均值滤波
、
中值滤波
、
累积平均滤波对
FT76
流
量值进行滤波
，
滤波后分别赋值给
FT76_1
、
FT76_2
、
FT76_3
、
FT76_4
、
FT76_5
O
如图4
所示
，
绿色线为未滤波流量值曲线
，
浅紫线
(
U
B
1
)
、
归
渥
图
4
一阶滤波后流量值
30
〈
n
o
时间
10
/min
图
5
巴特沃斯滤波后流量值
(
U
B
1
)
、
归
潅
图
6
平均值滤波后流量值
■
PRODUCTION
o
(
u
B
m
、
归
渥
生产实践
(
30
u
E
m
o
图
7
中值滤波后流量值图
8
累积平均滤波后流量值
损纸成浆池去混合浆池流址调节阀门
RR
厂
］
损纸成浆池公混介浆池流
ht
调巧阀门
FIC76
PIDEX
BKIN
*
FILTER
MVr
FV76
」
N
BKINERR
BKOUTJ
r
损纸成浆池云混合浆池流駅调节阀门
厂
IN
OUTr
r"PV
BKOUTERRJ
损纸成浆池公混合浆池流
St
P04181
23#
厂
csv
JPSWAM
rPSWSV
JMAN_OPT
|
GRPQ5.O_SV_3
厂卜
厂
SV
OPT
配浆
GRP05__UE
厂
F
P04145
20#
配浆
3
□动
图
9
PID
控制回路
为一阶滤波后流量值曲线；
如图
5
所示
，
绿色线为未滤
类
、
ECS700
系统中滤波的方法及其方法滤波效果
，
最
后
，
应用中值滤波处理模拟量
，
实现
PID
控制回路的稳
定控制
。
国
波流量值曲线
，
粉色线为巴特沃斯滤波后流量值曲线；
如图
6
所示
，
绿色线为未滤波流量值曲线
，
棕色线为平
均值滤波后流量值曲线
；
如图
7
所示
，浅绿色线为未滤
波流量值曲线
，
深绿色线为中值滤波后流量值曲线.如
參考文献
［
1
］
丁士垢模拟滤波器
［
M
］
.
哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社
,2004.
⑵
M
S
Ghausi,
K
R
filter
design:
Active
RC
and
图
8
所示
，
绿色线为未滤波流量值曲线
，浅紫色线为累
积平均滤波后流量值曲线
。
经现场实际控制效果的观察
，
选用中值滤波方式
，
即
FILTER
模块中
MODE=3,
TI=10s
；
PID
控制回路对
switched
capacitor［
M
］
.
Prentice-Hall,
1981.
卩
］
（
日
）
谷荻隆嗣.数字滤波器与信号处理
［
M
］
.
北京:科学出版社
,2003.
损纸配浆流量进行控制
，
如图9
所示为损纸流量控制的
功能块图
。
［
4
］
王圣英.快速滤波技术的研究与实现
［
D
］
.
山东大学
,2014.
［
5
］
李姣.屏蔽电缆滤波防护研究
［
J
］
冲国新技术新产品
,2019-09-01.
［
6
］
吴志强.某石化火炬气回收集中控制系统设计
［
D
］.
西安科技大
4
总结
本文介绍了自控系统中滤波的概念
、
滤波器的分
学
,2015.
［
收稿
EJ
期
：
2020-05-15
（
修改稿
）
］
China
Pulp
&
Paper
Industry
69
Dec.,
2020
Vol.41,No.24
2024年10月5日发(作者：松梓颖)
生产实践
PRODUCTION
■
Application
of
ECS700
analog
wave
filter
©
LEI
Hailong
1
,
LI
Chao
2
(iang
Hengfeng
Paper
Co.,
Ltd.,
Mudanjiang
157013,
Heilongjiang,
China;
of
Mechatronics
Engineering,
Harbin
Engineering
University,
Harbin
150001,
China)
ECS700
模拟量滤波器的应用
©
雷海龙
1
李超
2
(1
•牡丹江恒丰纸业股份有限公司自动化分厂黑龙江牡丹江
157013
；
2
.哈尔滨工程大学机械电子工程
学院
，
哈尔滨
150001)
摘
要
：
应用
DCS
进行生产控制时需要处理大量模拟
量信号
，由于现场噪声
、
电磁干扰等原因
，
采集的模拟
量信号会失真
，
难以应用在控制回路中。
应用滤波器
可以滤除噪声
、
减少现场噪声
、
电磁干扰等不确定性
因素对纸机系统稳定性的影响
。本文介绍了滤波的概
念
、
滤波器的分类和工作原理
，
ECS700
系统滤波器的
实现及其在控制回路中的应用
。
关键词
：
DCS
；
滤波器
；
滤波方法
Abstract:
When
applying
DCS
for
production
control,
a
large
number
of
analog
signals
need
processing.
Due
to
on-site
noise,
electromagnetic
interference
and
other
reasons,
the
collected
analog
signal
will
be
distorted
and
difficult
to
apply
in
the
control
loop.
So
the
application
of
wave
filters
can
filter
out
noise
and
reduce
the
impact
雷海龙先生
硕士
，
自动化工程师
。
of
on-site
noise,
electromagnetic
interference
and
other
uncertain
factors
on
the
stability
of
the
system.
In
this
paper was
introduced
the
concept
of
wave
filtering,
classification
and
working
principle
of
wave
filters.
In
addition,
the
realization
of
ECS700
wave
filter
and
its
application
in
the
control
loop
were
also
explained.
Key
words:
DCS;
wave
filter;
wave
filtering
method
中图分类号:
TS736
；
TP273
文献标志码:
B
文章编号
：
1007-921
1(2020)24
-
0066-04
66
1
蠶爲锄
2
叱
2
月
现代纸机生产线具有的生产效率高、运行安全可
靠等特点离不开自动化控制系统的发展
。
其纸张生产线
由主传
、
张力控制
、
压榨
、
蒸汽冷凝
、
施胶机
、
红外干燥
箱
、
干网清洗
、
助剂、
气罩通风
、
真空
、
软压光
、
卷取系统
等许多独立系统组成
。
各系统均接入
DCS
系统
，
DCS
系
统需要处理大量的气罩温度、
蒸汽压力
、
浆灌液位
、
配
浆流量、
盘磨功率
、
位置传感器等模拟量信号及操作台
按钮
、
指示灯
、
接近开关
、
电机反馈等开关量信号
。
由于
现场噪声
、电磁干扰等的影响
，
采集上来的模拟量信号
往往不能直接应用在控制回路中
。
应用滤波器对模拟量
进行滤波后
，
再应用到控制回路中
，
会增加系统调节的
稳定性
、
快速性
。
1
滤液的概念
滤波就是从混有噪声的信号中提取原始有用信号
的过程
。
滤波器是用来对输入信号进行滤波的硬件电
路或软件程序
，
具有频率选择性一役将信号中某一段频
率滤除
，
进而达到滤除干扰的目的
。
只允许一定频率范围内的信号正常通过
，
而阻止
另一部分频率信号通过的电路
，
叫做经典滤波器
。
实际
上
，
任何装置都具有自己特定的频率范围
，
即频带宽度
对可通过频率的限制
，
频率特性可指示出系统的频带宽
度
。诸如电子设备
、
通讯网络
、
机械设备
、
高低压配电系
统
、
仪器仪表等
，
都将在自己特定的频率范围内
，
按频
带宽度
，
对其所传导的信号进行信号处理
。
滤波器根据
设定的参数对频带宽度影响滤去噪声信号
，
取出有用的
图
1
滤液器特性
■
PRODUCTION
生产实践
信号
。
滤波器分为低通滤波器
、
高通滤波器
、
带通滤波
器
、
带阻滤波器⑸
。
如图
1
中
a
所示为低通滤波器
，
通带
为
0~Wc
，
上截止频率
Wc
；
图
1
中
b
所示为高通滤波器
，
通带为壮~
8
，
下截止频率
Wc
；
图
1
中
c
所示为带通滤波
器
，
通带为
Wci~Wc2,
上截止频率
Wci
，
下截止频率
WC2
；
图
1
中
d
所示为带阻滤波器
，通带为
0~Wci
，
W
c
2~8
。
实际生产应用中，
应用不同滤波器滤去噪声
、
干扰
信号,获取想要的有用信号
。
2
ECS700
系统中滤波方法
ECS-700
系列是浙江中控技术股份有限公司
WebField
系列控制系统之一叫该系统支持
16
个控制域和
16
个操作域
，
每个控制域支持
60
个控制站,每个操作域支
持
60
个操作站叫单域支持位号数量为
65000
点叫
ECS-
700
系列具备组态完整性管理
、
在线单点组态下载
、
组态
操作权限管理
、
历史数据及操作记录查询等功能
。
ECS700
系统集成了滤波模块
，
应用滤波模块可实
现模拟量滤波功能，
滤波功能块
FILTER
参数说明如表
1
所示
。
当
MODE=0,
功能块处于一阶滤波模式。
当
MODE=1,
功能块处于巴特沃斯滤波，
滤除高
频干扰
。
当
MODE=2,
功能块处于平均值滤波
，
OUT=[IN
(K)
+IN
(K-1)
+
■•■+IN
(K
—
(N
—
1)
)
]/N,
用户可通
过设置
TI
来设置其采样周期
。
如当
TI=ls
时
，
IN(K)
每隔
表
1
FILTER
参数
参数类型参数名描述
应用参考
输入引脚
IN
计算输入值
连接
AI,
功能块
输出引脚
OUT
计算输出值
操作参数
TI
滤波时间(不小于
0.0)
，
单位秒
组态秦数
MODE
滤波模式
：
0
=
—
阶平均值滤波和中值滤
滤波
，
1=
巴特沃斯滤波模式下输入次数不
波
；
2=
移动平均值滤能无限个
，
限制在
1
〜
波
；
3=
中值滤波
；
4=
8
之间
，
如果超出这个
累计平均滤波
范围，
滤波不起作用
，
输出跟踪输入变化
组态参数
NUM
平均值滤波与中值滤
波下的滤波输入个数
Ckhta
Pulp
A
Paper
InAatry
67
Dw
“2020
VoL41,No,24
生产实践
PRODUCTION
■
Is
时间更新数值
，
如当
TI
小于控制周期时
,
IN(K)
以控
制周期为单位更新数值
。
当
M0DE=3,
功能块处于中值滤波
，
将
N
个输入按
大小排序
，
舍弃
1/3
个大数和
1/3
个小数
，
再将
1/3
个居
中的数据取算术平均值
，
所得的结果就是输出值
。
当输
入值不足
3
个时
，
取算术平均值
。
其采样周期原理同移
动平均值滤波功能块
。当
NUM
为非
3
的倍数时,舍弃数
为
NUM/3
取整
。
当
M0DE=4
时
，
功能块处于选择累积平均的方式
滤波
，
用来获得一段特定时间内的输入数据的平均值
，
其中输入数据是每个扫描周期输入一次
，
不到规定时间
则输出上一段特定时间完成后的输出值
。
特定时间最大
可设置为
256*
扫描周期
。
根据公式输出
=SPV/TI,
其中
SPV
为设定的时间
里输入变量的累积值
。
3
ECS700
系统中滤波的实现
S
150
FIC76
Vteia
240IMia
A
翕
9
M
F
1
混合浆池
图
2
损纸池去混合池流程
图
3
滤波器程序块
68
1
蠶爲锄
2
叱
2
月
如图
2
所示
，
损纸成浆池去混合池流量控制回路
为
FIC76,
蓝色字体为设定值
,
黑色字体为
测量值
FT76,
所用传感器为电磁流量计
，
现场噪声
、
电
磁干扰过大
，
测量值
FT76
波动过大
，
阀门动作过大
，
形成震荡无法调节
，
分别应用5
种滤波器对其测量值进
行滤波
，
如图
3
所示
，
分别应用一阶滤波
、
巴特沃斯滤
波
、
平均值滤波
、
中值滤波
、
累积平均滤波对
FT76
流
量值进行滤波
，
滤波后分别赋值给
FT76_1
、
FT76_2
、
FT76_3
、
FT76_4
、
FT76_5
O
如图4
所示
，
绿色线为未滤波流量值曲线
，
浅紫线
(
U
B
1
)
、
归
渥
图
4
一阶滤波后流量值
30
〈
n
o
时间
10
/min
图
5
巴特沃斯滤波后流量值
(
U
B
1
)
、
归
潅
图
6
平均值滤波后流量值
■
PRODUCTION
o
(
u
B
m
、
归
渥
生产实践
(
30
u
E
m
o
图
7
中值滤波后流量值图
8
累积平均滤波后流量值
损纸成浆池去混合浆池流址调节阀门
RR
厂
］
损纸成浆池公混介浆池流
ht
调巧阀门
FIC76
PIDEX
BKIN
*
FILTER
MVr
FV76
」
N
BKINERR
BKOUTJ
r
损纸成浆池云混合浆池流駅调节阀门
厂
IN
OUTr
r"PV
BKOUTERRJ
损纸成浆池公混合浆池流
St
P04181
23#
厂
csv
JPSWAM
rPSWSV
JMAN_OPT
|
GRPQ5.O_SV_3
厂卜
厂
SV
OPT
配浆
GRP05__UE
厂
F
P04145
20#
配浆
3
□动
图
9
PID
控制回路
为一阶滤波后流量值曲线；
如图
5
所示
，
绿色线为未滤
类
、
ECS700
系统中滤波的方法及其方法滤波效果
，
最
后
，
应用中值滤波处理模拟量
，
实现
PID
控制回路的稳
定控制
。
国
波流量值曲线
，
粉色线为巴特沃斯滤波后流量值曲线；
如图
6
所示
，
绿色线为未滤波流量值曲线
，
棕色线为平
均值滤波后流量值曲线
；
如图
7
所示
，浅绿色线为未滤
波流量值曲线
，
深绿色线为中值滤波后流量值曲线.如
參考文献
［
1
］
丁士垢模拟滤波器
［
M
］
.
哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社
,2004.
⑵
M
S
Ghausi,
K
R
filter
design:
Active
RC
and
图
8
所示
，
绿色线为未滤波流量值曲线
，浅紫色线为累
积平均滤波后流量值曲线
。
经现场实际控制效果的观察
，
选用中值滤波方式
，
即
FILTER
模块中
MODE=3,
TI=10s
；
PID
控制回路对
switched
capacitor［
M
］
.
Prentice-Hall,
1981.
卩
］
（
日
）
谷荻隆嗣.数字滤波器与信号处理
［
M
］
.
北京:科学出版社
,2003.
损纸配浆流量进行控制
，
如图9
所示为损纸流量控制的
功能块图
。
［
4
］
王圣英.快速滤波技术的研究与实现
［
D
］
.
山东大学
,2014.
［
5
］
李姣.屏蔽电缆滤波防护研究
［
J
］
冲国新技术新产品
,2019-09-01.
［
6
］
吴志强.某石化火炬气回收集中控制系统设计
［
D
］.
西安科技大
4
总结
本文介绍了自控系统中滤波的概念
、
滤波器的分
学
,2015.
［
收稿
EJ
期
：
2020-05-15
（
修改稿
）
］
China
Pulp
&
Paper
Industry
69
Dec.,
2020
Vol.41,No.24