plc在流量計(jì)量方面中的應(yīng)用

　　1 引言

　　目前，plc(可編程邏輯控制器)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。它具有高可靠性、抗干擾能力強(qiáng)、功能強(qiáng)大、靈活、易學(xué)易用、體積小、重量輕、價(jià)格便宜的特點(diǎn)，在流量計(jì)量方面也有著廣泛的用途，在用于流量累積時(shí)又有其編程的獨(dú)特之處。下面進(jìn)行詳細(xì)的分析和論述，包括在西門(mén)子s7-200 cpu上編程的例子。

　　2 使用plc顯示流量和計(jì)算累積量

　　流量計(jì)輸出的信號(hào)一般是脈沖信號(hào)或4-20ma電流信號(hào)，這兩種信號(hào)輸出的都是瞬時(shí)流量(也有用繼電器輸出累積量信號(hào)，原理一樣，不再贅述)，我們的目的是在plc中計(jì)算和顯示瞬時(shí)流量值和計(jì)算累積量值，當(dāng)輸入信號(hào)是脈沖信號(hào)時(shí)，在計(jì)算瞬時(shí)流量的時(shí)候，必須按照嚴(yán)格的時(shí)間間隔計(jì)算才能保證瞬時(shí)流量的準(zhǔn)確性。因此，計(jì)算瞬時(shí)流量的時(shí)候必須用定時(shí)中斷來(lái)進(jìn)行，而且，在plc系統(tǒng)中只能運(yùn)行這一個(gè)中斷程序，不允許再產(chǎn)生其它中斷(即使是低優(yōu)先級(jí)的中斷也不允許運(yùn)行)，以防止干擾定時(shí)中斷的時(shí)間間隔的準(zhǔn)確性，計(jì)算瞬時(shí)流量就是將這個(gè)時(shí)間段的累計(jì)脈沖個(gè)數(shù)換算成累計(jì)流量，再除以時(shí)間就是瞬時(shí)流量。對(duì)于4-20ma輸入只需按照其對(duì)應(yīng)的量程進(jìn)行換算就可以直接得到瞬時(shí)流量，而累積流量就是將每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的累積流量累加起來(lái)，在實(shí)際使用plc編程的過(guò)程中必須注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

　　(1) 輸入脈沖頻率范圍是否超出plc的接收范圍;

　　(2) plc高速計(jì)數(shù)器在達(dá)到最大計(jì)數(shù)值時(shí)如何保證計(jì)算正確;

　　(3) 如何保證定時(shí)中斷不受干擾;

　　(4) 如何避免計(jì)算累積量的誤差;

　　(5) 累積量的最大累積位數(shù);

　　(6) 如何復(fù)位累積量。

　　下面就最關(guān)鍵的2、4、6問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)的敘述，以西門(mén)子s7-200 cpu224為例，s7-200的cpu224具有6個(gè)單相最大30khz的高速計(jì)數(shù)器，但plc內(nèi)部沒(méi)有提供相應(yīng)的算法來(lái)計(jì)算頻率，需要使用者自行編程計(jì)算，這就需要在plc高速計(jì)數(shù)器在達(dá)到最大計(jì)數(shù)值時(shí)要保證計(jì)算的正確性。實(shí)際編程時(shí)，對(duì)高速計(jì)數(shù)器初始化以后就使之連續(xù)計(jì)數(shù)，不再對(duì)其進(jìn)行任何干預(yù)，其高速計(jì)數(shù)器的初始化程序如圖1所示(此段程序應(yīng)放到plc第一個(gè)掃描周期執(zhí)行的程序中執(zhí)行)。

　　圖1 高速計(jì)數(shù)器的初始化程序

　　對(duì)于高速計(jì)數(shù)器是否達(dá)到最大計(jì)數(shù)值時(shí)需要判斷，s7-200cpu的高速計(jì)數(shù)器是可以周而復(fù)始地進(jìn)行累計(jì)的，最高位為符號(hào)位，最小值為7fffffff。由于計(jì)數(shù)器是一直累加的，不可能出現(xiàn)本次讀取的計(jì)數(shù)值小于上次計(jì)數(shù)值的情況，因此判斷計(jì)數(shù)器當(dāng)前值是否小于前一次的計(jì)數(shù)值，就可以判斷計(jì)數(shù)是否達(dá)到最大值的拐點(diǎn)(7fffffff)，如果達(dá)到，則執(zhí)行特殊的計(jì)算以便消除計(jì)算錯(cuò)誤，程序如圖2所示(此程序應(yīng)放在定時(shí)中斷子程序中執(zhí)行)。

　　當(dāng)當(dāng)前計(jì)數(shù)值大于等于上次計(jì)數(shù)值時(shí)，兩個(gè)計(jì)數(shù)值做差，就得到程序兩次掃描時(shí)間間隔內(nèi)的計(jì)數(shù)差值，同時(shí)將當(dāng)前計(jì)數(shù)值賦值到上次計(jì)數(shù)值上;當(dāng)當(dāng)前計(jì)數(shù)值小于上次計(jì)數(shù)值時(shí)，計(jì)算上次計(jì)數(shù)值與7fffffff之間的差值(用減法)，以及當(dāng)前計(jì)數(shù)值和7fffffff之間的差值(用加法)，然后將兩個(gè)結(jié)果相加就是程序兩次掃描時(shí)間間隔內(nèi)的計(jì)數(shù)差值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)累計(jì)計(jì)數(shù)值達(dá)到拐點(diǎn)時(shí)的正確計(jì)算。

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　　圖2 消除計(jì)算錯(cuò)誤程序

　　實(shí)際上，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中定時(shí)中斷子程序是采用250ms中斷一次執(zhí)行的，使用smb34進(jìn)行控制的。需要注意的是，系統(tǒng)中必須只保證這個(gè)中斷是唯一存在的，不會(huì)受到其他中斷的影響，否則可能會(huì)因其它中斷的影響使周期性中斷不準(zhǔn)時(shí)，從而影響精度。

　　通過(guò)以上計(jì)算就得到了250ms內(nèi)流量計(jì)發(fā)過(guò)來(lái)的脈沖個(gè)數(shù)，這個(gè)數(shù)值乘以脈沖當(dāng)量就是250ms內(nèi)的流量值，再除以時(shí)間就是瞬時(shí)流量。另外，在250ms內(nèi)再執(zhí)行累加程序就可以計(jì)算累積流量了。在計(jì)算累積流量過(guò)程中需要避免累積過(guò)程的計(jì)算誤差，我們知道，流量累積量是一直累積的一個(gè)數(shù)值，一般會(huì)累積到8位數(shù)，而plc內(nèi)部浮點(diǎn)數(shù)的有效位數(shù)是6位，當(dāng)累積量數(shù)值很大的時(shí)候就會(huì)造成一個(gè)大數(shù)和一個(gè)小數(shù)相加，勢(shì)必導(dǎo)致小數(shù)的有效位數(shù)丟失，造成很大的累積誤差，因此，要避免大數(shù)和小數(shù)相加的情況出現(xiàn)。解決方法是采用多個(gè)流量累積器，只允許同數(shù)量級(jí)的數(shù)值相加，從而避免數(shù)值有效位數(shù)損失，實(shí)際編程中采用了5個(gè)累積器，根據(jù)常用流量情況下，在周期中斷時(shí)間間隔(250ms)內(nèi)流過(guò)的流量乘以15作為第一個(gè)累積器的上限，當(dāng)達(dá)到這個(gè)累積器的上限值后，將這個(gè)累積器的值累加到第2個(gè)累積器中，并把第一個(gè)累積器清零，對(duì)于第三個(gè)累積器也同樣處理，第4個(gè)累積器用于保存累積量小數(shù)部分?jǐn)?shù)值，第5個(gè)累積器用于保存累積量整數(shù)部分?jǐn)?shù)值，這樣在顯示總累積量時(shí)只需顯示整數(shù)部分和小數(shù)部分就可以了，整個(gè)過(guò)程充分避免了累積過(guò)程中大數(shù)與小數(shù)相加的情況出現(xiàn)。在實(shí)際工程中，需根據(jù)流量的大小、周期中斷的時(shí)間間隔來(lái)確定所用累積器的個(gè)數(shù)，而累積器的整數(shù)部分用雙整數(shù)來(lái)表示，雙整數(shù)的范圍是-2,147,483,648到+2,147,483,647，可以使累積器的整數(shù)位數(shù)達(dá)到9位。這樣，在顯示累積量時(shí)就可以最多顯示9位整數(shù)的累積量和6位小數(shù)的累積量，總計(jì)15位，從而省略累積器倍乘系數(shù)，使讀數(shù)更簡(jiǎn)便。

　　對(duì)累積器需要在一定條件下復(fù)位，累積到最大數(shù)值或手動(dòng)復(fù)位，在中斷程序中判斷累積量是否達(dá)到或超過(guò)最大位數(shù)，當(dāng)超過(guò)最大數(shù)值時(shí)，將各個(gè)累積器清零，清零的觸發(fā)信號(hào)也可以是手動(dòng)觸發(fā)。

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　本文列出了在plc中計(jì)算和顯示瞬時(shí)流量和計(jì)算累積量時(shí)可能遇到的問(wèn)題，并以西門(mén)子s7-200 cpu 224系列探討了解決辦法，值得進(jìn)行該工作的工程人員借鑒。