PLC計量累積量模型的應(yīng)用研究

陳小文　李雅男

【摘要】本文討論了以PLC技術(shù)為基礎(chǔ)的企業(yè)累積計量采集模型，首先介紹關(guān)于PLC計量存在數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的相關(guān)問題，明確指出了PLC計量累積量不準(zhǔn)的問題所在。其次，進(jìn)一步說明流量累積值PLC計量不準(zhǔn)在程序編寫、累積計算公式，計量介質(zhì)、溫度和壓力補(bǔ)償方面的表現(xiàn)。第三、提出了有關(guān)PLC累積量計量模型實驗與現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)的提取和比較。第四，進(jìn)一步闡述了PLC計量累積量模型的相關(guān)重要模型公式的應(yīng)用，使用PLC進(jìn)行大面積流體計量需解決的問題。最后，PLC在計量數(shù)據(jù)采集上的累積值（或瞬時量）精度，取決于累積量模型、編程選用的計算公式、編程方法及編程語言是否合理。本人在項目中承擔(dān)了系統(tǒng)分析，系統(tǒng)設(shè)計與PLC計量累積模型設(shè)計工作。

【關(guān)鍵詞】PLC計量；PLC累積模型；流量累積公式

1、概述

根據(jù)對利用PLC進(jìn)行計量累積量處理情況的實際調(diào)研我們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場控制系統(tǒng)計量累積數(shù)據(jù)普遍存在數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的問題，認(rèn)為面對大量計量儀表數(shù)據(jù)簡單的采用PLC算法進(jìn)行累積計算在精度上差異較大，如果采用復(fù)雜算法則對PLC系統(tǒng)編程要求大大提高。目前的情況是：利用PLC采用簡單算法進(jìn)行累積計算，計算精度明顯不夠，對于外進(jìn)、外供、轉(zhuǎn)供等（貿(mào)易結(jié)算）計量結(jié)算要求較高的場所可能不滿足要求；如果采用復(fù)雜算法進(jìn)行累積計算，能夠提高計算精度，誤差存在不確定性，不同計量點精度也會存在差異，并且對PLC設(shè)備要求高、編程與調(diào)試復(fù)雜，還會降低系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理速度。

2、PLC進(jìn)行流量累積相關(guān)問題

⑴在PLC中流量累計程序的編寫，在PLC中應(yīng)該采用多次累積方法避免數(shù)量級相差太多的浮點數(shù)之間進(jìn)行運算。其方法是對一個瞬時量數(shù)據(jù)采用多個流量累積器，只允許同數(shù)量級的數(shù)值相加，從而避免數(shù)值有效位數(shù)損失，提高累積精度，但會增加程序長度。

⑵累計流量誤差問題，在以下三個方面：①對于積分算法，應(yīng)該取盡量小的矩形對流量進(jìn)行累計，肯定是矩形劃分越細(xì)，誤差越小，對于累加周期100ms和1s，最后長時間產(chǎn)生的偏差是很大的，100ms更加接近現(xiàn)場儀表累加值。然而采樣間隔時間越短，計算次數(shù)就越多，這樣就增加了PLC的程序掃描時間。雖然可以用定時中斷來定義較短的采樣時間間隔，但由于采用多次累積方法，再加上溫度壓力補(bǔ)正后，用戶程序會很大，PLC運行周期也會加長，也可能會影響累積周期延遲或變化，累積周期的變化也會帶來累積誤差。②運算誤差，如需要將數(shù)字量變換成了實數(shù)的工程量，在數(shù)字量轉(zhuǎn)換成工程量時保持整數(shù)的情況下，則軟件上的累加誤差可以減少為0。但是數(shù)字量轉(zhuǎn)成工程量肯定有除的運算，如果不能整除，其結(jié)果有商和余數(shù)。需要在程序中對商和余數(shù)分別進(jìn)行累加，余數(shù)每大于除數(shù)就再整除一次，將商累加到累加量中，余數(shù)繼續(xù)累加，大于除數(shù)就整除一次，周而復(fù)始的進(jìn)行。涉及到的運算還可能包括開方、補(bǔ)正等，都有可能存在運算誤差。③如考慮再加上溫度壓力補(bǔ)正，由于介質(zhì)不同，運行參數(shù)不同，補(bǔ)正程序需要對各計量點分別編制，并且一旦工作條件改變，修改補(bǔ)正公式難度較大，不如儀表方便。

⑶根據(jù)PLC工作原理，現(xiàn)場采集的瞬時量進(jìn)入寄存器后，還需要進(jìn)行工程量處理，其數(shù)據(jù)輸出可以通過通信讀出，但是累積量數(shù)據(jù)在下一個循環(huán)周期才能讀出，如果模擬量點數(shù)較多，程序執(zhí)行時間長，同樣也會存在數(shù)據(jù)較長延時。

3、PLC進(jìn)行流量累積實驗

針對上述分析進(jìn)行了一系列的實驗，一是在現(xiàn)場選取了兩個目前正在運行的PLC系統(tǒng)分別接入經(jīng)過校驗的無紙記錄儀與計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行比對；二是在實驗室進(jìn)行模擬信號的比對。

⑴現(xiàn)場數(shù)據(jù)比對的情況：

① 三熱軋水站加熱爐供水流量和軋鋼中壓供水流量的比對實驗，系統(tǒng)由計算機(jī)進(jìn)行累積計算，每天定時同時抄取計算機(jī)和儀表量，結(jié)果如下：

以上計算以法定計量儀表為標(biāo)準(zhǔn)量，從數(shù)據(jù)中可以看出P102加熱爐供水流量FY5120點PLC中的日累積量普遍小于儀表量而且差值較大，而P302軋鋼中壓供水流量FY5320點PLC中的日累積量普遍大于儀表量而且差值較小，由于水計量不需要進(jìn)行補(bǔ)正，說明計算機(jī)累積程序有問題，最大的可能是累積時間間隔不一致，計算方法也可能存在誤差。在現(xiàn)場控制系統(tǒng)中，編程人員往往只關(guān)注瞬時量的計算，普遍不關(guān)注流量累積精度問題。②在三熱軋加熱爐控制室進(jìn)行煤氣流量的比對，發(fā)現(xiàn)瞬時量的測量值就存在很大差別，而且在小信號時和大信號時差別方向相反，由于PLC系統(tǒng)進(jìn)行了補(bǔ)正，我們在現(xiàn)場也對補(bǔ)正公式進(jìn)行了簡單檢查，感覺到PLC系統(tǒng)程序可能存在重復(fù)開方運算的問題。

⑵實驗室進(jìn)行PLC和流量積算儀的模擬信號累積比對實驗。分線性累積、開方累積和溫壓補(bǔ)正累積三部分進(jìn)行。通過對程序的優(yōu)化調(diào)整，PLC和儀表線性累積和開方累積的數(shù)據(jù)基本一致，差別不超過0.5%。

4、使用PLC進(jìn)行大面積流體計量需解決的問題

⑴現(xiàn)場流量測量儀表種類比較多，大體上可分為采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件和非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件兩種，還有采用頻率輸出的儀表，采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件的測量系統(tǒng)可以用標(biāo)準(zhǔn)公式編程，可以滿足一般的計量要求，采用非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件的儀表普遍自己配有專用二次儀表，需要解決用何方法把專用儀表信號采集到PLC中和在PLC中進(jìn)行線性化處理問題。

⑵被測量介質(zhì)品種較多，大體上可分為水、標(biāo)準(zhǔn)氣體、一般氣體和飽和蒸汽、過熱蒸汽等。在PLC中可以針對各點各種介質(zhì)甚至各種一次元件進(jìn)行編程，如需修改參數(shù)必須專業(yè)人員進(jìn)行。

⑶流量計的運算公式的選擇，經(jīng)過實驗研究，各個廠家的儀表采用的流量計算公式有所不同，使用效果也不同，因此，用PLC作流量累積對模型的選擇十分重要。

⑷計量的準(zhǔn)確性主要是對各個測量點的瞬時量采集和補(bǔ)正運算，其次是采樣運算速度。

⑸重要的線性累積PLC代碼，用STEP7為例，使用SCL編寫，應(yīng)用OB35使用，關(guān)鍵代碼如下：

5、綜上所述

關(guān)于PLC流量累積精度問題經(jīng)過實驗和研究，我們得出的結(jié)論是：PLC在計量數(shù)據(jù)采集上的累積（或瞬時量）精度，取決于累積模型、編程選用的計算公式、編程方法及編程語言是否合理。通過現(xiàn)場應(yīng)用，已經(jīng)研究出來用于PLC的瞬時量采集和PLC的累積的模型和編程方法，應(yīng)用此方法，PLC在計量數(shù)據(jù)采集上，完全可以達(dá)到計量儀表的精度。

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