目前，具有眾多不同品牌的儀器儀表，用來(lái)測(cè)量工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)液體或者固體的瞬時(shí)流量，然后通過(guò)4-20mA信號(hào)傳遞給PLC，作為控制或監(jiān)控的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。PLC根據(jù)瞬時(shí)流量積算一定時(shí)間內(nèi)的累積流量，對(duì)于流程工業(yè)控制領(lǐng)域液體或固體流量的數(shù)據(jù)分析和產(chǎn)量計(jì)算應(yīng)用具有重要的意義。

1、PLC系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)流量積算的方法

首先必須明確，用PLC做流量累計(jì)的精度遠(yuǎn)不如電磁流量計(jì)等本身自帶累計(jì)功能的流量計(jì)。對(duì)有累積功能的流量計(jì)轉(zhuǎn)換器，一般流量轉(zhuǎn)換器的流量累積輸出是脈沖輸出，可通過(guò)PLC的高速脈沖輸入端進(jìn)行高速計(jì)數(shù)，從而得出累積流量。

對(duì)只有瞬時(shí)流量輸出的流量計(jì)，才考慮在PLC中進(jìn)行流量累積加法運(yùn)算。在 PLC內(nèi)做流量累積的時(shí)候，不應(yīng)使用定時(shí)器來(lái)做，因?yàn)槎〞r(shí)器受到PLC掃描周期的影響，沒(méi)法做到十分精確，累加出來(lái)數(shù)據(jù)的誤差很大。

目前，一般的中大型PLC都直接或者間接提供了“Totalizer”功能塊，實(shí)質(zhì)都是把每個(gè)采集周期的瞬時(shí)流量進(jìn)行簡(jiǎn)單累加。本文提供了一種將定積分計(jì)算引入到流量累積的具體方法，以供參考。

2、定積分計(jì)算法引入流量積算的幾何意義

設(shè)瞬時(shí)流量q=q(t)在時(shí)間段t的[a,b]區(qū)間連續(xù)，那么流量累積計(jì)算公式為：

圖1 瞬時(shí)流量

有定積分的幾何意義，求時(shí)間a到時(shí)間b區(qū)間內(nèi)的總流量Q，只需要計(jì)算曲線q=q(t)，直線t=a，直線t=b和時(shí)間軸t所圍成的曲邊梯形面積。在區(qū)間a,b內(nèi)插入若干個(gè)平分點(diǎn)：a=t0

圖2 瞬時(shí)流量分割圖

面積計(jì)算：

如果分割無(wú)限加細(xì)，區(qū)間個(gè)數(shù)n趨向于無(wú)窮(n→∞)時(shí)，總流量計(jì)算為：

3、TIA Portal V15具體實(shí)現(xiàn)積分累積流量的方法

以下以Siemens PLC系統(tǒng)的TIA Portal V15為例，實(shí)現(xiàn)積分累積流量的方法：

3.1 在程序目錄下添加新的FB函數(shù)塊，確定名稱(chēng)如“Totalizer”，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)值計(jì)算的簡(jiǎn)單性，這個(gè)功能塊的編程語(yǔ)言選擇結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言SCL。

3.2 打開(kāi)新建功能塊，并建立臨時(shí)變量，如下圖所示

變量定義：

變量名：Reset，數(shù)據(jù)類(lèi)型：Bool，分組：Input，作用：FB接收外部傳遞的累積清零命令；

變量名：Value，數(shù)據(jù)類(lèi)型：Real，分組：Input，作用：FB接受外部傳遞的瞬時(shí)流量數(shù)據(jù)，需要注意的是：一般流量計(jì)瞬時(shí)流量單位是m3/h，這里需要統(tǒng)一換算成m3/s，即PLC接收的瞬時(shí)流量除以3600后再輸入此處；

變量名：Cycle，數(shù)據(jù)類(lèi)型：TIME，分組：Input，作用：FB接受程序循環(huán)時(shí)間，單位：秒，

在這里，Cycle值為0B30中斷循環(huán)塊的循環(huán)時(shí)間。

變量名：Last_Value，數(shù)據(jù)類(lèi)型：Real，分組：Static，作用：靜態(tài)存儲(chǔ)上一掃描周期的瞬時(shí)流量值；

變量名：Accum，數(shù)據(jù)類(lèi)型：Real，分組：Static，作用：靜態(tài)存儲(chǔ)流量累積值；

變量名：Cycle_DInt，數(shù)據(jù)類(lèi)型：Dint，分組：Temp，作用：在FB中零時(shí)存儲(chǔ)Cycle轉(zhuǎn)換為Dint數(shù)據(jù)類(lèi)型后的值；

變量名：Cycle_Real，數(shù)據(jù)類(lèi)型：Real，分組：Temp，作用：在FB中臨時(shí)存儲(chǔ)Cycle_DInt轉(zhuǎn)換為Real數(shù)據(jù)類(lèi)型后的值；

變量名：Total，數(shù)據(jù)類(lèi)型：Real，分組：Output，作用：FB向外部傳送流量累積值。

3.3 程序編寫(xiě)，如下圖所示：

程序編寫(xiě)完成后，進(jìn)行編譯，編譯沒(méi)有錯(cuò)誤時(shí)，可供調(diào)用。

3.4 在流量計(jì)算功能的FC中調(diào)用名字為“Totalizer”的FB塊，并對(duì)輸入輸出參數(shù)賦值，如下圖所示：

3.5 在OB30中調(diào)用流量計(jì)算FC功能塊，OB30中斷塊是循環(huán)中斷塊，循環(huán)時(shí)間設(shè)置為100ms，如下圖所示：

3.6 程序解讀

4、PLC系統(tǒng)中流量計(jì)算的其它問(wèn)題

上述程序只是簡(jiǎn)單示例，實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)實(shí)際情況考慮更復(fù)雜的問(wèn)題，比如：

對(duì)于積分算法，取小的矩形對(duì)流量進(jìn)行累計(jì)，肯定是矩形劃分越細(xì)(也就是OB30的循環(huán)時(shí)間越短)，誤差越小，不存在誤差是不可能的。

流量計(jì)本身有累計(jì)流量功能，同時(shí)可以把瞬時(shí)流量以模擬量的方式（例如4-20mA）輸出，但無(wú)法將累計(jì)流量數(shù)值送出。那么，流量計(jì)本身累積流量的數(shù)值，最后很有可能與PLC的累計(jì)流量數(shù)值相差很大，原因可能是多方面造成的，除去系統(tǒng)累計(jì)流量誤差的因素，如果PLC系統(tǒng)停電檢修或者更換相關(guān)模塊時(shí)，流量計(jì)還在計(jì)量，則PLC無(wú)法累積這部分流量。

累積數(shù)值的自動(dòng)和手動(dòng)清零，以免數(shù)據(jù)溢出。其中自動(dòng)清零的時(shí)機(jī)要結(jié)合程序考慮好。

在流量累積編程時(shí)應(yīng)避免數(shù)量級(jí)相差太多的浮點(diǎn)數(shù)之間進(jìn)行運(yùn)算。如果沒(méi)有適時(shí)清零，流量累積程序在運(yùn)行之初是正常的，因?yàn)槔塾?jì)流量初始值及流量瞬時(shí)值都為一個(gè)很小的浮點(diǎn)數(shù)，兩數(shù)相加后，結(jié)果正確。但是當(dāng)一段時(shí)間后，累計(jì)流量的數(shù)值逐漸增大，當(dāng)它與瞬時(shí)流量的數(shù)值相差很遠(yuǎn)的時(shí)候，兩者執(zhí)行加法操作后，瞬時(shí)流量的數(shù)值將被忽略掉（如9999990.0與0.2做加法操作）。其實(shí)具備計(jì)算機(jī)常識(shí)的人都應(yīng)當(dāng)清楚這一點(diǎn)，這是由于浮點(diǎn)數(shù)的存儲(chǔ)機(jī)制造成的，這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)使用二級(jí)累加或多級(jí)別累加的方法來(lái)解決，比如每一級(jí)累加器只能進(jìn)行規(guī)定級(jí)別大小的數(shù)據(jù)累加，當(dāng)一級(jí)累加器的累積數(shù)據(jù)大到一定程度時(shí)，立刻把數(shù)據(jù)傳送到二級(jí)累加器，然后把一級(jí)累加器清零。

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