目前,PLC(可編程邏輯控制器)已經廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業,它具有高可靠性、抗干擾能力強、功能強大、靈活,易學易用、體積小,重量輕,價格便宜的特點,在流量計量方面也有著廣泛的用途,在用于流量累積時又有其編程的獨特之處,下面進行詳細的分析和論述,包括在西門子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,在計算瞬時流量的時候,必須按照一個嚴格的時間間隔計算才能保證瞬時流量的準確性,因此,計算瞬時流量的時候必須用定時中斷來進行,而且,在PLC系統中只能運行這一個中斷程序,不允許再產生其它中斷(即使是低優先級的中斷也不允許運行),以防止干擾定時中斷的時間間隔的準確性,計算瞬時流量就是將這個時間段的累計脈沖個數換算成累計流量,再除以時間就是瞬時流量,對于4-20mA輸入只需按照其對應的量程進行換算就可以直接得到瞬時流量,而累積流量就是將每個時間段內的累積流量累加起來就是累積流量,在實際使用PLC編程的過程中必須注意以下幾個問題:
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如何保證計算正確;
3. 如何保證定時中斷不受干擾;
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;
下面就最關鍵的2,4,6問題進行詳細的敘述,以西門子S7-200 CPU224為例,S7-200的CPU224具有6個單相最大30kHz的高速計數器,但PLC內部沒有提供相應的算法來計算頻率,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要保證計算的正確性,實際編程時,對高速計數器初始化以后就使之連續計數,不再對其進行任何干預,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需要判斷,S7-200CPU的高速計數器是可以周而復始的進行累計的,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(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,兩個計數值做差,就得到程序兩次掃描時間間隔內的計數差值,同時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,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),然后將兩個結果相加就是程序兩次掃描時間間隔內的計數差值,從而實現對對累計計數值達到拐點時的正確計算。
注:此程序應放在定時中斷子程序中執行。
實際上,在現場應用中定時中斷子程序是采用250ms中斷一次執行的,使用SMB34進行控制的,需要注意的是,系統中必須只保證這個中斷是唯一存在的,不會受到其他中斷的影響,否則可能會由于其他中斷的影響使周期性中斷不準時,從而影響精度。
通過以上計算就得到了250ms內流量計發過來的脈沖個數,這個數值乘以脈沖當量就是250ms內的流量值,再除以時間就是瞬時流量,另外,在250ms內再執行累加程序就可以計算累積流量了,在計算累積流量過程中需要避免累積過程的的計算誤差,我們知道,流量累積量是一直累積的一個數值,一般會累積到8位數,而PLC內部的浮點數的有效位數是6位,當累積量數值很大的時候就會造成一個大數和一個小數相加,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,實際編程中采用了5個累積器,根據常用流量情況下,在周期中斷時間間隔(250ms)內流過的流量乘以15作為第一個累積器的上限,當達到這個累積器的上限值后,將這個累積器的值累加到第2個累積器中,并把第一個累積器清零,對于第三個累積器也同樣處理,第4個累積器用于保存累積量小數部分數值,第5個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只需顯示整數部分和小樹部分就可以了,整個過程充分避免了累積過程中大數與小數相加的情況出現,在實際工程中,需根據流量的大小、周期中斷的時間間隔來確定所用累積器的個數,而累積器的整數部分用雙整數來表示,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,在顯示累積量時就可以最多顯示9位整數的累積量和6位的小數累積量。總計15位,從而省略累積器倍乘系數,使讀數更簡便。
對累積器需要在一定條件下復位,累積到最大數值或手動復位,在中斷程序中判斷累積量是否達到超過最大位數,當超過最大數值時,將各個累積器清零,另外清零的觸發信號也可以是手動觸發。
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