PLC在流量顯示和累積計量上的應用

目前，PLC（可編程邏輯控制器）已經(jīng)廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運輸、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、功能強大、靈活，易學(xué)易用、體積小，重量輕，價(jià)格便宜的特點(diǎn)，在流量計量方面也有著(zhù)廣泛的用途，在用于流量累積時(shí)又有其編程的獨特之處，下面進(jìn)行詳細的分析和論述，包括在西門(mén)子S7-200CPU上編程的例子。

流量計輸出的信號一般是脈沖信號或4-20mA電流信號，這兩種信號輸出的都是瞬時(shí)流量（也有用繼電器輸出累積量信號，原理一樣，不再贅述），我們的目的是在PLC中計算和顯示瞬時(shí)流量值和計算累積量值，當輸入信號是脈沖信號是，在計算瞬時(shí)流量的時(shí)候，必須按照一個(gè)嚴格的時(shí)間間隔計算才能保證瞬時(shí)流量的準確性，因此，計算瞬時(shí)流量的時(shí)候必須用定時(shí)中斷來(lái)進(jìn)行，而且，在PLC系統中只能運行這一個(gè)中斷程序，不允許再產(chǎn)生其它中斷（即使是低優(yōu)先級的中斷也不允許運行），以防止干擾定時(shí)中斷的時(shí)間間隔的準確性，計算瞬時(shí)流量就是將這個(gè)時(shí)間段的累計脈沖個(gè)數換算成累計流量，再除以時(shí)間就是瞬時(shí)流量，對于4-20mA輸入只需按照其對應的量程進(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)間段內的累積流量累加起來(lái)就是累積流量，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接收的范圍；

2. PLC高速計數器在達到最大計數值時(shí)如何保證計算正確；

3. 如何保證定時(shí)中斷不受干擾；

4. 如何避免計算累積量的誤差；

5. 累積量的最大累積位數；

6. 如何復位累積量；

下面就最關(guān)鍵的2，4，6問(wèn)題進(jìn)行詳細的敘述，以西門(mén)子S7-200 CPU224為例，S7-200的CPU224具有6個(gè)單相最大30kHz的高速計數器，但PLC內部沒(méi)有提供相應的算法來(lái)計算頻率，因此，需要自己編程計算，這就需要在PLC高速計數器在達到最大計數值時(shí)要保證計算的正確性，實(shí)際編程時(shí)，對高速計數器初始化以后就使之連續計數，不再對其進(jìn)行任何干預，其高速計數器的初始化程序如下：

注意：此段程序應該放到PLC第一個(gè)掃描周期執行的程序中執行。

對于高速計數器是否達到最大計數值時(shí)需要判斷，S7-200CPU的高速計數器是可以周而復始的進(jìn)行累計的，最高位為符號位，最小值為7FFFFFFF，由于計數器是一直累加的，不可能出現本次讀取的的計數值小于上次的計數值，因此判斷計數器當前值是否小于前一次的計數值，就可以判斷計數是否達到最大值的拐點(diǎn)（7FFFFFFF），如果達到，則執行特殊的計算以便消除計算錯誤，如下列程序所示，當當前計數值大于等于上次計數值時(shí)，兩個(gè)計數值做差，就得到程序兩次掃描時(shí)間間隔內的計數差值，同時(shí)將當前計數值賦值到上次計數值上；當當前計數值小于上次計數值時(shí)，計算上次計數值與7FFFFFFF之間的差值（用減法），以及當前計數值和7FFFFFFF之間的差值（用加法），然后將兩個(gè)結果相加就是程序兩次掃描時(shí)間間隔內的計數差值，從而實(shí)現對對累計計數值達到拐點(diǎn)時(shí)的正確計算。

注：此程序應放在定時(shí)中斷子程序中執行。

實(shí)際上，在現場(chǎng)應用中定時(shí)中斷子程序是采用250ms中斷一次執行的，使用SMB34進(jìn)行控制的，需要注意的是，系統中必須只保證這個(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 )由于其他中斷的影響使周期性中斷不準時(shí)，從而影響精度。

通過(guò)以上計算就得到了250ms內流量計發(fā)過(guò)來(lái)的脈沖個(gè)數，這個(gè)數值乘以脈沖當量就是250ms內的流量值，再除以時(shí)間就是瞬時(shí)流量，另外，在250ms內再執行累加程序就可以計算累積流量了，在計算累積流量過(guò)程中需要避免累積過(guò)程的的計算誤差，我們知道，流量累積量是一直累積的一個(gè)數值，一般會(huì )累積到8位數，而PLC內部的浮點(diǎn)數的有效位數是6位，當累積量數值很大的時(shí)候就會(huì )造成一個(gè)大數和一個(gè)小數相加，勢必導致小數的有效位數丟失，造成很大的累積誤差，因此，要避免大數和小數相加的情況出現，解決方法是采用多個(gè)流量累積器，只允許同數量級的數值相加，從而避免數值有效位數損失，實(shí)際編程中采用了5個(gè)累積器，根據常用流量情況下，在周期中斷時(shí)間間隔（250ms）內流過(guò)的流量乘以15作為第一個(gè)累積器的上限，當達到這個(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部分數值，第5個(gè)累積器用于保存累積量整數部分數值，這樣在顯示總累積量時(shí)只需顯示整數部分和小樹(shù)部分就可以了，整個(gè)過(guò)程充分避免了累積過(guò)程中大數與小數相加的情況出現，在實(shí)際工程中，需根據流量的大小、周期中斷的時(shí)間間隔來(lái)確定所用累積器的個(gè)數，而累積器的整數部分用雙整數來(lái)表示，雙整數的范圍是-2,147,483,648到+2,147,483,647，因此，可以使累積器的整數位數達到9位，這樣，在顯示累積量時(shí)就可以最多顯示9位整數的累積量和6位的小數累積量?？傆?5位，從而省略累積器倍乘系數，使讀數更簡(jiǎn)便。

對累積器需要在一定條件下復位，累積到最大數值或手動(dòng)復位，在中斷程序中判斷累積量是否達到超過(guò)最大位數，當超過(guò)最大數值時(shí)，將各個(gè)累積器清零，另外清零的觸發(fā)信號也可以是手動(dòng)觸發(fā)。