【图】plc流量累积计算程序实例

作者:老电工时间:2015-10-26 06:24:01

plc做流量累积计算的程序

如图:
plc做流量累积计算1


plc做流量累积计算2


plc做流量累积计算3
plc做流量累积计算4

plc做流量累积计算5

二、plc计算流量累积

流量计是4-20ma信号输出,瞬时流量可以用S7200来做,但是累积流量的话,怎么编程才能使误差最小,累积流量超范围溢出问题,怎么解决?

对这个流量进行固定频率的采集,假如采集频率为10hz,也就是每秒钟采集10次,将每次采集的数据进行累加,再将累计的数除以10就是每秒流量,假如流量计工作在最大流量上,我们假定20ma对应的数值时65535(一般plc模拟量都没这么高的精度,至于是多少要根据模块来),那么用双字运算就能满足要求了,先将模拟量输入数值转换成双字,再累加,到10次以后将累加值除以10再传送给另一个寄存器(这个寄存器中才是真正的累计量)。

累计范围超出也好办,只要将累计量单位换算一下就永远也不可能超范围了,比如开始累计的是升,每次达到1000升时,将一个立方为单位的累计值上加1,以升为单位的寄存器清零,单立方值到了1000后,将仟立方寄存器加1,再将立方累计值清零。这样处理,再多的流量也可以累计。

要减小累计误差就是要减短采集时间,对于流量计采样时间0.1秒应该是够了。还有就是采集程序要用定时中断,比较准确一点。

三、plc在流量显示和累积计量上的应用

流量计输出的信号一般是脉冲信号或4-20mA电流信号,这两种信号输出的都是瞬时流量(也有用继电器输出累积量信号,原理一样,不再赘述),我们的目的是在PLC中计算和显示瞬时流量值和计算累积量值,当输入信号是脉冲信号是,在计算瞬时流量的时候,必须按照一个严格的时间间隔计算才能保证瞬时流量的准确性。

因此,计算瞬时流量的时候必须用定时中断来进行,而且,在PLC系统中只能运行这一个中断程序,不允许再产生其它中断(即使是低优先级的中断也不允许运行),以防止干扰定时中断的时间间隔的准确性,计算瞬时流量就是将这个时间段的累计脉冲个数换算成累计流量,再除以时间就是瞬时流量,对于4-20mA输入只需按照其对应的量程进行换算就可以直接得到瞬时流量,而累积流量就是将每个时间段内的累积流量累加起来就是累积流量,在实际使用PLC编程的过程中必须注意以下几个问题:

1. 输入脉冲频率范围是否超出PLC接收的范围;
2. PLC高速计数器在达到最大计数值时如何保证计算正确;
3. 如何保证定时中断不受干扰;
4. 如何避免计算累积量的误差;
5. 累积量的最大累积位数;
6. 如何复位累积量;

对于高速计数器是否达到最大计数值时需要判断,S7-200CPU的高速计数器是可以周而复始的进行累计的,最高位为符号位,最小值为7FFFFFFF,由于计数器是一直累加的,不可能出现本次读取的的计数值小于上次的计数值。

因此判断计数器当前值是否小于前一次的计数值,就可以判断计数是否达到最大值的拐点(7FFFFFFF),如果达到,则执行特殊的计算以便消除计算错误,如下列程序所示,当当前计数值大于等于上次计数值时,两个计数值做差,就得到程序两次扫描时间间隔内的计数差值,同时将当前计数值赋值到上次计数值上;当当前计数值小于上次计数值时,计算上次计数值与7FFFFFFF之间的差值(用减法),以及当前计数值和7FFFFFFF之间的差值(用加法),然后将两个结果相加就是程序两次扫描时间间隔内的计数差值,从而实现对对累计计数值达到拐点时的正确计算。

注:此程序应放在定时中断子程序中执行。

实际上,在现场应用中定时中断子程序是采用250ms中断一次执行的,使用SMB34进行控制的,需要注意的是,系统中必须只保证这个中断是唯一存在的,不会受到其他中断的影响,否则可能会由于其他中断的影响使周期性中断不准时,从而影响精度。

通过以上计算就得到了250ms内流量计发过来的脉冲个数,这个数值乘以脉冲当量就是250ms内的流量值,再除以时间就是瞬时流量,另外,在250ms内再执行累加程序就可以计算累积流量了,在计算累积流量过程中需要避免累积过程的的计算误差,流量累积量是一直累积的一个数值,一般会累积到8位数,而PLC内部的浮点数的有效位数是6位,当累积量数值很大的时候就会造成一个大数和一个小数相加,势必导致小数的有效位数丢失,造成很大的累积误差。

因此,要避免大数和小数相加的情况出现,解决方法是采用多个流量累积器,只允许同数量级的数值相加,从而避免数值有效位数损失,实际编程中采用了5个累积器,根据常用流量情况下,在周期中断时间间隔(250ms)内流过的流量乘以15作为第一个累积器的上限,当达到这个累积器的上限值后,将这个累积器的值累加到第2个累积器中,并把第一个累积器清零,对于第三个累积器也同样处理,第4个累积器用于保存累积量小数部分数值,第5个累积器用于保存累积量整数部分数值,这样在显示总累积量时只需显示整数部分和小树部分就可以了,整个过程充分避免了累积过程中大数与小数相加的情况出现。

在实际工程中,需根据流量的大小、周期中断的时间间隔来确定所用累积器的个数,而累积器的整数部分用双整数来表示,双整数的范围是-2,147,483,648到+2,147,483,647,因此,可以使累积器的整数位数达到9位,这样,在显示累积量时就可以最多显示9位整数的累积量和6位的小数累积量。总计15位,从而省略累积器倍乘系数,使读数更简便。

对累积器需要在一定条件下复位,累积到最大数值或手动复位,在中断程序中判断累积量是否达到超过最大位数,当超过最大数值时,将各个累积器清零,另外清零的触发信号也可以是手动触发。

如果是流量计本身也有累计量的话,二次输出的瞬时量,在PLC中再做中断,也会有一定的误差的。最好用通讯或脉冲。

PLC做累加总归会有误差,最好的方法是用通信,可以确保累积流量的准确。通用的HART-Profibus通信网关比较复杂,还需要定义解析HART消息。

在对准确度有较高要求的场合建议用累积流量专用网关,专用带来简洁,经济、简单、可靠,不需要定义HART消息,不需要PLC是Profibus主站,即插即用免配置。

四、西门子plc中如何解决流量累积问题
 
现在上位机系统中很多要求具备流量计的流量累计功能,由此引出的几个问题,期望与大家分享。

问题1:自行编写流量累计程序
自行编写流量累计程序的原理,其实就是积分的最原始算法概念,把单位小间隔时间内的瞬时流量乘以单位间隔时间,得到单位小间隔时间内的流量,再把这些小流量累加起来,就的到了累计流量。
在流量累计编程中经常会遇到实数加法问题,实数加法运算的注意事项也应当引起编程人员的重视,请看下例程序(假设其在OB35中被调用,目的为每隔一定时间间隔就累计一次流量)
L MD0 //累计流量存储值
L MD4 //流量瞬时值
+R
T MD 0
以上的程序是否存在问题?

很多人会认为没有问题,但实际情况是此程序在运行一段时间后就将出现错误。此程序在运行之初是正常的,因为累计流量初始值及流量瞬时值都为一个很小的浮点数,两数相加后,结果正确。但是当一段时间后,累计流量的数值逐渐增大,当它与瞬时流量的数值相差很远的时候,两者执行加法操作后,瞬时流量的数值将被忽略掉(如9999990.0与0.2做加法操作)。其实具备计算机常识的人都应当清楚这一点,这是由于浮点数的存储机制造成的,是所有计算机方面编程都需要考虑的问题。这个问题可以通过使用二次累加或多次累加的方法来解决。所以在编程时应避免数量级相差太多的浮点数之间进行运算。很多人反映“加法指令不好用了”,很有可能就是数量级相差很多的实数进行了加法运算。

问题2:累计流量误差问题
对于积分算法,取小的矩形对流量进行累计,肯定是矩形划分越细,误差越小,不存在误差是不可能的。

问题3:流量计与PLC构成的系统的误差
流量计有多种多样,下面举些例子:

1、流量计本身没有累计流量功能,但可以把瞬时流量以模拟量的方式(例如4-20mA)输出。
此时累计流量的最大误差可以估算为:
流量计本身误差 * 流量计D/A误差 * 模拟量模块A/D误差 * PLC流量累计算法误差

假设上面所有误差都是1%,则最后的误差约为:4.06%
1.01*1.01*1.01*1.01=1.0406
对于某些流量计,本身的瞬时流量误差可能就是3%,所以这样的系统累计流量的误差可能还要大些。

2、流量计本身没有累计流量功能,但可以把瞬时流量以数字量的方式输出。
有些流量计提供数字量接口,可以连接PLC的数字量输入模板,流量计每流过一定流量后(例如0.1吨),此输入点就导通一次,PLC就把累计流量累加0.1吨即可。
此类系统避免了A/D,D/A转化的误差,以及PLC累计算法误差。但是会出现一定时间内累计流量不变化的情况,实时性不好(每0.1吨累积的时间)。

3、流量计本身有累计流量功能,同时可以把瞬时流量以模拟量的方式(例如4-20mA)输出,但无法将累计流量数值送出。
流量计本身累积流量的数值,最后很有可能与PLC的累计流量数值相差很大,原因可能是多方面造成的,除去系统累计流量误差的因素,如果PLC系统检修时,流量计还计量,则PLC无法累积这部分流量。

4、流量计本身有累计流量功能,同时可以通过通信的方式,把瞬时流量及累计流量数值送给PLC。这种情况最理想,但系统的成本也最高。

五、关于流量累积的程序

需要关于流累累积的程序,只要流量计测到瞬时计量,需要求出某一时段的累积流量,需要成功的例子程序,LAD/STL都可以。

在ob35中做,做一个小信号切除,太小的就不要了。
 

复制代码 代码示例:
 a start//开始累计流量
 fp flg1
 =flg2
 a flg2
 jcn m2
 l 0.0
 t sum
 m2:nop 0
 a start
 jcn m1
 l pv//测量信号
 l pv_low_sp//小信号值
 >=r
 jcn m1
 l pv//以小时计
 l 7200.0//ob35的周期是500ms
 /r
 l sum//累计信号
 +r
 t sum
 m1:nop 0
 

 上面的程序启动瞬间累计数据清零,然后开始累计,start=0停止累计。如果要求的精度高的话,需要减小ob35的周期,同时7200.0也需要相应的变化。如果周期是100ms了,那么7200.0需要变成36000.0。

 分析:
 以前用plc做过流量计算。首先的看你用什么计流量,如果是脉冲信号,因为PLC本身有运行周期,如果控制要求较高的场合,通过脉冲来计算出瞬时流量,计算出来实际上是不准的,而且控制上滞后比较严重。TI430单片机之类具有硬件脉冲捕捉功能的单片机,在通过脉冲计算流量上,有得天独厚的优势。这个可以参考一些基本的测速概念。脉冲用来计算累积量很准。
 
 如果流量计本身反馈的是4~20ma的速度模拟信号,这个就直接采集,然后在OB35里边用积分模块进行流量累计。这个速度信号比较及时准确,但中断模块调用积分,也会有误差,不如脉冲计量准。
 
 现在做皮带秤时,一般都混合采用,直接采模拟速度,然后用脉冲累计流量。

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