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

1、PLC系統(tǒng)中實現(xiàn)流量積算的方法

首先必須明確，用PLC做流量累計的精度遠不如電磁流量計等本身自帶累計功能的流量計。對有累積功能的流量計轉(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PLC的高速脈沖輸入端進行高速計數(shù)，從而得出累積流量。

對只有瞬時流量輸出的流量計，才考慮在PLC中進行流量累積加法運算。在 PLC內(nèi)做流量累積的時候，不應(yīng)使用定時器來做，因為定時器受到PLC掃描周期的影響，沒法做到十分精確，累加出來數(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，實質(zhì)都是把每個采集周期的瞬時流量進行簡單累加。本文提供了一種將定積分計算引入到流量累積的具體方法，以供參考。

2、定積分計算法引入流量積算的幾何意義

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

圖1 瞬時流量

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

圖2 瞬時流量分割圖

面積計算：

如果分割無限加細，區(qū)間個數(shù)n趨向于無窮(n→∞)時，總流量計算為：

3、TIA Portal V15具體實現(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，確定名稱如“Totalizer”，為了實現(xiàn)數(shù)值計算的簡單性，這個功能塊的編程語言選擇結(jié)構(gòu)化文本語言SCL。

3.2 打開新建功能塊，并建立臨時變量，如下圖所示

變量定義：

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

變量名：Cycle，數(shù)據(jù)類型：TIME，分組：Input，作用：FB接受程序循環(huán)時間，單位：秒，

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

變量名：Last_Value，數(shù)據(jù)類型：Real，分組：Static，作用：靜態(tài)存儲上一掃描周期的瞬時流量值；

變量名：Accum，數(shù)據(jù)類型：Real，分組：Static，作用：靜態(tài)存儲流量累積值；

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

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

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

3.3 程序編寫，如下圖所示：

程序編寫完成后，進行編譯，編譯沒有錯誤時，可供調(diào)用。

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

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

3.6 程序解讀

4、PLC系統(tǒng)中流量計算的其它問題

上述程序只是簡單示例，實際應(yīng)用中，需要根據(jù)實際情況考慮更復(fù)雜的問題，比如：

對于積分算法，取小的矩形對流量進行累計，肯定是矩形劃分越細(也就是OB30的循環(huán)時間越短)，誤差越小，不存在誤差是不可能的。

流量計本身有累計流量功能，同時可以把瞬時流量以模擬量的方式（例如4-20mA）輸出，但無法將累計流量數(shù)值送出。那么，流量計本身累積流量的數(shù)值，最后很有可能與PLC的累計流量數(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，流量計還在計量，則PLC無法累積這部分流量。

累積數(shù)值的自動和手動清零，以免數(shù)據(jù)溢出。其中自動清零的時機要結(jié)合程序考慮好。

在流量累積編程時應(yīng)避免數(shù)量級相差太多的浮點數(shù)之間進行運算。如果沒有適時清零，流量累積程序在運行之初是正常的，因為累計流量初始值及流量瞬時值都為一個很小的浮點數(shù)，兩數(shù)相加后，結(jié)果正確。但是當(dāng)一段時間后，累計流量的數(shù)值逐漸增大，當(dāng)它與瞬時流量的數(shù)值相差很遠的時候，兩者執(zhí)行加法操作后，瞬時流量的數(shù)值將被忽略掉（如9999990.0與0.2做加法操作）。其實具備計算機常識的人都應(yīng)當(dāng)清楚這一點，這是由于浮點數(shù)的存儲機制造成的，這個問題可以通過使用二級累加或多級別累加的方法來解決，比如每一級累加器只能進行規(guī)定級別大小的數(shù)據(jù)累加，當(dāng)一級累加器的累積數(shù)據(jù)大到一定程度時，立刻把數(shù)據(jù)傳送到二級累加器，然后把一級累加器清零。

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