基于PLC的流量累積精確問題研究

楊秋賢+李佳瑩+吳大強

摘 要流量累積作為工業(yè)數(shù)據(jù)一個重要參數(shù)數(shù)據(jù)，對統(tǒng)計工業(yè)一些原料用量具有重要意義。所以如何保證流量累積數(shù)據(jù)的精確性是一個重要的工作。本文主要探討如何編寫精確的流量累積算法。

【關(guān)鍵詞】流量累積 精確度 PLC

流量的檢測環(huán)節(jié)是流量累積的基礎(chǔ)，其精確度取決于檢測的方法。而累積流量的精確度除了需要準確的瞬時流量值支撐，也在很大程度上受后續(xù)的計算方式影響。在由PLC控制的流量累積系統(tǒng)中，編寫的程序便會影響最終累積流量的精確度。

1 流量累積常用方法簡介

在PLC中，定義一個單精度32位REAL類型的浮點數(shù)變量FQ作為流量累積變量，并在指定周期時間累積。積分過程中可以近似認為在周期時間內(nèi)瞬時流量是線性的，故周期時間越短精度越高。根據(jù)經(jīng)驗，周期為100MS即可獲得較為精確的累積值。

定義F1為周期首處瞬時流量，F(xiàn)2為周期尾處瞬時流量，F(xiàn)1和F2均為浮點數(shù)變量。每次周期更新時的瞬時流量分別f1，f2，f3……

則初始周期內(nèi)的累積流量FQ=（F1+F2）/2=（f1+f2）/2；在下個周期將f2賦值給F1，新獲取的瞬時流量f3賦值給F2，累積流量FQ在原有基礎(chǔ)上增加（F1+F2）/2即（f2+f3）/2，使FQ=（f1+f2）/2+（f2+f3）/2；如此循環(huán)來計算流量的累積值。

2 常用方法例程

以西門子S7-300 CPU為例，配置一個S7-300站，添加一個模擬量輸入模塊，采用OB35循環(huán)中斷，設置周期為100MS，確保累積值的精確度。累積器在累積到最大數(shù)值或手動條件下復位。

現(xiàn)場流量經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換為4～20mA信號，傳入PLC的模擬量輸入模塊。經(jīng)PLC的FC105計算，將瞬時流量換算成m3/s后進行每秒累加，并將瞬時流量與累積流量傳由計算機顯示。

3 實際流量累積出現(xiàn)的問題

按照上述方法，將流量累積值放入單精度浮點數(shù)存儲來進行流量累積，理論是正確的。但實際上，平均流量為3000m3/h的某介質(zhì)管道，流量累積值從105m3開始，單周期流量值會只有第一位小數(shù)有效；累積值達到106m3（不到15d），周期流量值的小數(shù)部分被舍棄，誤差增大；累積值達到107m3（不到半年）后，其值就基本不再增加。顯然，單精度浮點數(shù)的定義和運算舍入原則會造成該方法的誤差甚至錯誤。

在生產(chǎn)過程中，操作員為觀察生產(chǎn)和設備狀況，通常需要較長時間的累積值（如半年或更久），而按照上述方法得到的累積值僅能保證在前某段時間的準確性。

4 更精確和正確的流量累積計算方法

比較簡便可行的方法是使用DINT型即雙字整型數(shù)據(jù)來存儲流量累積值：分別定義3個DINT型數(shù)據(jù)，用以存儲千位以內(nèi)（L）、千位至百萬位（T）、百萬位以上（M）的數(shù)值。將各數(shù)值乘以相應的數(shù)量級并求和，即可得到較為精確和正確的流量累積值。

下面以西門子Step7-300梯形圖語言為例實現(xiàn)流量累積程序（程序至于OB35中，循環(huán)中斷周期為100MS）。如圖1所示。

5 結(jié)論

流量累積的運算，要盡量避免計算過程中的誤差，一是要選擇正確的運算方式，二是要避免運算值超出數(shù)值范圍和有效位數(shù)范圍，三是盡可能減少采樣時間的定時器帶來的誤差。在上面程序邏輯中，使用長預置值的參考循環(huán)中斷，并使所有被用到的浮點數(shù)的有效位數(shù)不超出范圍，不出現(xiàn)大數(shù)加小數(shù)，避免了丟失小的數(shù)值，從而實現(xiàn)高精度的累積運算。此流量累積方式相當于采用串級方式依次對累積存儲地址進行賦值，然后清零累加，最后得到精確的累積結(jié)果。

參考文獻

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作者單位

1.吉林化工學院信息與控制工程學院 吉林省吉林市 132022

2.中國石油吉林石化公司丙烯腈廠儀表車間 吉林省吉林市 132022