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PLC在低频时变信号处理中的应用.doc
PLC在低频时变信号处理中的应用 摘 要 近年来,集成电路(IC)技术的飞速发展,芯片的运算和存储密度越来越大,相应地PLC计算速度和内存也在变大。目前信号处理大多使用专用的高速DSP,本文就是做出一个尝试,即使用PLC来进行信号处理,相信在不久的将来PLC在满足基础自动化的需求的同时,还能够胜任更多的角色。 关键词 PLC;信号处理 中图分类号:TN91 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2013)20-0045-04 The application of PLC in Low Frequency Time-varying Signal Processing Gao Song1, Gong XiJin1, Yang Wu2, Guo Na1 (1.Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy, Beijing 100070, China;2.Kunming Institute of Precious Metals, Yunnan Kunming 650106, China) Abstract: In recent years, the development of integrated circuit(IC) technology is very fast, the operation density and memory density of chip is increasingly large, accordingly rapid of operation and memory of PLC is larger than before. Now in most cases we use special high-speed DSP for signal processing, this paper is an attempt, which use PLC for signal processing, I believe the PLC would be competent to do more in the near future. Key Words: PLC; Signal Processing 集成电路(Integrated Circuit,简称IC)是20世纪中叶发展起来的一种新型半导体器件。从1955年,贝尔实验室研制出的世界上第一台全晶体管计算机TRADIC,装有800只晶体管,功率100瓦,占地0.08495立方米,到2012年intel发布采用22纳米技术的Core i7-3770,装有14.8亿只晶体管,功率77瓦,核心面积仅159.8平方毫米,时57年。 而在工业生产中广泛使用的PLC的处理器的更新速度远远落后于计算机,例如GE最高端的RX7i使用的还是奔腾3系列处理器,即便如此,在实际使用时,PLC的计算和储存能力往往还是有所剩余。因此可以预见当Core i7处理器镶嵌在PLC中时,如果我们再像现在一样使用的话将是一种极大的浪费。 1 问题的提出 在使用PLC进行程序测试时发现有一个变量呈现周期性变化,且幅值、均值和频率在不同的系统输入下有不同的响应。因此笔者希望能够得到这个信号的周期,以便于进一步分析。 通过查找资料,发现目前比较常用的两种测频方法为电子计数法和傅立叶变换。但对于本文所遇到的情况都不大适用,首先频率较低,电子计数法测频偏差大。其次频率是变化的,因此在使用傅立叶变换时,难以用程序来确定一个恰当的采样数,也难以用程序在傅立叶变换的结果中选出正确的频率值。最终以电子计数法为基础,找到了一种便于在PLC实现并能消除量化误差的方法,然后再使用傅立叶变换对信号分解并重构。 2 具体实现 2.1 相关公式 本文傅立叶变换部分采用主要采用算式如下,其中k为整数,k∈[0,N/2 or (N-1)/2],N为采样数,因N有奇数和偶数两种情况,所以k的终点有两种。 (1) (2) 幅值计算为单边扩展: (3) 重构输出如下,记为output4: (4) 2.2 程序流程 图1为程序整体流程,当PLC置为运行模式后,首先进行初始化,然后循环执行四个相对独立的部分,分别为:采样、零均值化,测频,计算幅值和信号重构。若信号不变即无周期,则输出跟随输入。 第一部分主要是采样一个先进先出队列,并计算其均值,在本例中队列长度设为32,即所测周期最长为31个采用数。 图1 程序结构 Fig.1 the Structure of Program 第二部分测频流
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