4. 虚拟调试中的传感器信号滤波与防抖验证

为什么光电传感器信号需要滤波与防抖

在虚拟调试环境中，光电传感器（如对射式、漫反射式）的开关量信号常因以下原因产生抖动：

• 工件边缘反光或半透明材质导致信号在阈值附近快速跳变
• 输送带振动使工件短暂遮挡/脱离光路
• 仿真模型碰撞检测的离散步长造成信号毛刺

若PLC直接使用原始信号驱动分拣气缸，会出现误分拣、气缸频繁动作甚至机械冲突。因此需要在虚拟PLC中实现滤波（去毛刺）与防抖（稳定确认）逻辑。

在虚拟PLC中实现滤波与防抖逻辑

以下以结构化文本（ST）为例，展示滤波与防抖的典型实现。假设PLC扫描周期为10ms，使用两个TON定时器分别实现滤波和防抖。

FUNCTION_BLOCK FB_SensorFilter
VAR_INPUT
    RawSignal : BOOL;        // 原始传感器信号
    FilterTime : TIME := T#30ms;  // 滤波时间（去毛刺）
    DebounceTime : TIME := T#50ms; // 防抖时间（稳定确认）
END_VAR
VAR_OUTPUT
    FilteredSignal : BOOL;   // 滤波后信号
    StableSignal : BOOL;     // 防抖后稳定信号
END_VAR
VAR
    TON_Filter : TON;        // 滤波定时器
    TON_Debounce : TON;      // 防抖定时器
    FilteredInternal : BOOL; // 滤波中间变量
END_VAR

// 第一步：滤波——信号需持续 FilterTime 才认为有效
TON_Filter(IN := RawSignal, PT := FilterTime);
FilteredInternal := TON_Filter.Q;

// 第二步：防抖——滤波后信号需持续 DebounceTime 才输出稳定
TON_Debounce(IN := FilteredInternal, PT := DebounceTime);
StableSignal := TON_Debounce.Q;

// 输出滤波后信号（供调试观察）
FilteredSignal := FilteredInternal;

END_FUNCTION_BLOCK

抖动信号注入与验证

在虚拟调试平台中，可通过以下方式注入抖动信号并观察分拣动作稳定性：

1. 信号注入：在传感器信号输出点叠加周期性脉冲（如每100ms插入一个10ms的假信号），模拟反光或振动干扰。
2. 观察滤波输出：在PLC变量监控表中同时监视 RawSignal、FilteredSignal 和 StableSignal，确认毛刺被滤除。
3. 检查分拣动作：观察虚拟分拣气缸的动作次数。若滤波参数正确，气缸应仅在真实工件到达时动作一次。
4. 参数调整：逐步增大滤波时间直至毛刺完全消除；再调整防抖时间，确保工件间隔内信号稳定输出。

参数调整与稳定性验证

完成初步测试后，按以下步骤微调参数：

• 增大滤波时间：若仍有毛刺导致 FilteredSignal 跳变，每次增加10ms，直至毛刺完全消除。
• 调整防抖时间：若气缸动作仍不稳定，适当增大防抖时间，但需确保不超过工件间隔的60%。
• 验证分拣准确率：连续运行虚拟分拣流程100次，统计误分拣次数。理想结果为0次误分拣。
• 记录参数：将最终稳定的滤波时间、防抖时间记录到调试日志中，作为后续案例的基准参数。