plc做流量累積計算的程序

如圖：
 

二、plc計算流量累積

流量計是4-20ma信號輸出，瞬時流量可以用S7200來做，但是累積流量的話，怎么編程才能使誤差最小，累積流量超范圍溢出問題，怎么解決？

對這個流量進行固定頻率的采集，假如采集頻率為10hz，也就是每秒鐘采集10次，將每次采集的數(shù)據(jù)進行累加，再將累計的數(shù)除以10就是每秒流量，假如流量計工作在最大流量上，我們假定20ma對應(yīng)的數(shù)值時65535（一般plc模擬量都沒這么高的精度，至于是多少要根據(jù)模塊來），那么用雙字運算就能滿足要求了，先將模擬量輸入數(shù)值轉(zhuǎn)換成雙字，再累加，到10次以后將累加值除以10再傳送給另一個寄存器（這個寄存器中才是真正的累計量）。

累計范圍超出也好辦，只要將累計量單位換算一下就永遠(yuǎn)也不可能超范圍了，比如開始累計的是升,每次達(dá)到1000升時，將一個立方為單位的累計值上加1，以升為單位的寄存器清零，單立方值到了1000后，將仟立方寄存器加1，再將立方累計值清零。這樣處理，再多的流量也可以累計。

要減小累計誤差就是要減短采集時間，對于流量計采樣時間0.1秒應(yīng)該是夠了。還有就是采集程序要用定時中斷，比較準(zhǔn)確一點。

三、plc在流量顯示和累積計量上的應(yīng)用

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(dāng)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(yán)格的時間間隔計算才能保證瞬時流量的準(zhǔn)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(tǒng)中只能運行這一個中斷程序，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），以防止干擾定時中斷的時間間隔的準(zhǔn)確性，計算瞬時流量就是將這個時間段的累計脈沖個數(shù)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(yīng)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(nèi)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(shù)器在達(dá)到最大計數(shù)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(shù)；
6. 如何復(fù)位累積量；

對于高速計數(shù)器是否達(dá)到最大計數(shù)值時需要判斷，S7-200CPU的高速計數(shù)器是可以周而復(fù)始的進行累計的，最高位為符號位，最小值為7FFFFFFF，由于計數(shù)器是一直累加的，不可能出現(xiàn)本次讀取的的計數(shù)值小于上次的計數(shù)值。

因此判斷計數(shù)器當(dāng)前值是否小于前一次的計數(shù)值，就可以判斷計數(shù)是否達(dá)到最大值的拐點（7FFFFFFF），如果達(dá)到，則執(zhí)行特殊的計算以便消除計算錯誤，如下列程序所示，當(dāng)當(dāng)前計數(shù)值大于等于上次計數(shù)值時，兩個計數(shù)值做差，就得到程序兩次掃描時間間隔內(nèi)的計數(shù)差值，同時將當(dāng)前計數(shù)值賦值到上次計數(shù)值上；當(dāng)當(dāng)前計數(shù)值小于上次計數(shù)值時，計算上次計數(shù)值與7FFFFFFF之間的差值（用減法），以及當(dāng)前計數(shù)值和7FFFFFFF之間的差值（用加法），然后將兩個結(jié)果相加就是程序兩次掃描時間間隔內(nèi)的計數(shù)差值，從而實現(xiàn)對對累計計數(shù)值達(dá)到拐點時的正確計算。

注：此程序應(yīng)放在定時中斷子程序中執(zhí)行。

實際上，在現(xiàn)場應(yīng)用中定時中斷子程序是采用250ms中斷一次執(zhí)行的，使用SMB34進行控制的，需要注意的是，系統(tǒng)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(zhǔn)時，從而影響精度。

通過以上計算就得到了250ms內(nèi)流量計發(fā)過來的脈沖個數(shù)，這個數(shù)值乘以脈沖當(dāng)量就是250ms內(nèi)的流量值，再除以時間就是瞬時流量，另外，在250ms內(nèi)再執(zhí)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，流量累積量是一直累積的一個數(shù)值，一般會累積到8位數(shù)，而PLC內(nèi)部的浮點數(shù)的有效位數(shù)是6位，當(dāng)累積量數(shù)值很大的時候就會造成一個大數(shù)和一個小數(shù)相加，勢必導(dǎo)致小數(shù)的有效位數(shù)丟失，造成很大的累積誤差。

因此，要避免大數(shù)和小數(shù)相加的情況出現(xiàn)，解決方法是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，實際編程中采用了5個累積器，根據(jù)常用流量情況下，在周期中斷時間間隔（250ms）內(nèi)流過的流量乘以15作為第一個累積器的上限，當(dāng)達(dá)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(shù)部分?jǐn)?shù)值，第5個累積器用于保存累積量整數(shù)部分?jǐn)?shù)值，這樣在顯示總累積量時只需顯示整數(shù)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(shù)與小數(shù)相加的情況出現(xiàn)。

在實際工程中，需根據(jù)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(shù)，而累積器的整數(shù)部分用雙整數(shù)來表示，雙整數(shù)的范圍是-2,147,483,648到+2,147,483,647，因此，可以使累積器的整數(shù)位數(shù)達(dá)到9位，這樣，在顯示累積量時就可以最多顯示9位整數(shù)的累積量和6位的小數(shù)累積量。總計15位，從而省略累積器倍乘系數(shù)，使讀數(shù)更簡便。

對累積器需要在一定條件下復(fù)位，累積到最大數(shù)值或手動復(fù)位，在中斷程序中判斷累積量是否達(dá)到超過最大位數(shù)，當(dāng)超過最大數(shù)值時，將各個累積器清零，另外清零的觸發(fā)信號也可以是手動觸發(fā)。

如果是流量計本身也有累計量的話，二次輸出的瞬時量，在PLC中再做中斷，也會有一定的誤差的。最好用通訊或脈沖。

PLC做累加總歸會有誤差，最好的方法是用通信，可以確保累積流量的準(zhǔn)確。通用的HART-Profibus通信網(wǎng)關(guān)比較復(fù)雜，還需要定義解析HART消息。

在對準(zhǔn)確度有較高要求的場合建議用累積流量專用網(wǎng)關(guān)，專用帶來簡潔，經(jīng)濟、簡單、可靠，不需要定義HART消息，不需要PLC是Profibus主站，即插即用免配置。

四、西門子plc中如何解決流量累積問題
 
現(xiàn)在上位機系統(tǒng)中很多要求具備流量計的流量累計功能，由此引出的幾個問題，期望與大家分享。

問題1：自行編寫流量累計程序
自行編寫流量累計程序的原理，其實就是積分的最原始算法概念，把單位小間隔時間內(nèi)的瞬時流量乘以單位間隔時間，得到單位小間隔時間內(nèi)的流量，再把這些小流量累加起來，就的到了累計流量。
在流量累計編程中經(jīng)常會遇到實數(shù)加法問題，實數(shù)加法運算的注意事項也應(yīng)當(dāng)引起編程人員的重視，請看下例程序（假設(shè)其在OB35中被調(diào)用，目的為每隔一定時間間隔就累計一次流量）
L MD0 //累計流量存儲值
L MD4 //流量瞬時值
+R
T MD 0
以上的程序是否存在問題？

很多人會認(rèn)為沒有問題，但實際情況是此程序在運行一段時間后就將出現(xiàn)錯誤。此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(yuǎn)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，是所有計算機方面編程都需要考慮的問題。這個問題可以通過使用二次累加或多次累加的方法來解決。所以在編程時應(yīng)避免數(shù)量級相差太多的浮點數(shù)之間進行運算。很多人反映“加法指令不好用了”，很有可能就是數(shù)量級相差很多的實數(shù)進行了加法運算。

問題2：累計流量誤差問題
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(xì)，誤差越小，不存在誤差是不可能的。

問題3：流量計與PLC構(gòu)成的系統(tǒng)的誤差
流量計有多種多樣，下面舉些例子:

1、流量計本身沒有累計流量功能，但可以把瞬時流量以模擬量的方式（例如4-20mA）輸出。
此時累計流量的最大誤差可以估算為：
流量計本身誤差 * 流量計D/A誤差 * 模擬量模塊A/D誤差 * PLC流量累計算法誤差

假設(shè)上面所有誤差都是1%，則最后的誤差約為：4.06%
1.01*1.01*1.01*1.01=1.0406
對于某些流量計，本身的瞬時流量誤差可能就是3%，所以這樣的系統(tǒng)累計流量的誤差可能還要大些。

2、流量計本身沒有累計流量功能，但可以把瞬時流量以數(shù)字量的方式輸出。
有些流量計提供數(shù)字量接口，可以連接PLC的數(shù)字量輸入模板，流量計每流過一定流量后（例如0.1噸），此輸入點就導(dǎo)通一次，PLC就把累計流量累加0.1噸即可。
此類系統(tǒng)避免了A/D，D/A轉(zhuǎn)化的誤差，以及PLC累計算法誤差。但是會出現(xiàn)一定時間內(nèi)累計流量不變化的情況，實時性不好（每0.1噸累積的時間）。

3、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。
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)檢修時，流量計還計量，則PLC無法累積這部分流量。

4、流量計本身有累計流量功能，同時可以通過通信的方式，把瞬時流量及累計流量數(shù)值送給PLC。這種情況最理想，但系統(tǒng)的成本也最高。

五、關(guān)于流量累積的程序

需要關(guān)于流累累積的程序，只要流量計測到瞬時計量，需要求出某一時段的累積流量，需要成功的例子程序，LAD/STL都可以。

在ob35中做，做一個小信號切除，太小的就不要了。
 

 上面的程序啟動瞬間累計數(shù)據(jù)清零，然后開始累計，start=0停止累計。如果要求的精度高的話，需要減小ob35的周期，同時7200.0也需要相應(yīng)的變化。如果周期是100ms了，那么7200.0需要變成36000.0。

 分析：
 以前用plc做過流量計算。首先的看你用什么計流量，如果是脈沖信號，因為PLC本身有運行周期，如果控制要求較高的場合，通過脈沖來計算出瞬時流量，計算出來實際上是不準(zhǔn)的，而且控制上滯后比較嚴(yán)重。TI430單片機之類具有硬件脈沖捕捉功能的單片機，在通過脈沖計算流量上，有得天獨厚的優(yōu)勢。這個可以參考一些基本的測速概念。脈沖用來計算累積量很準(zhǔn)。
 
 如果流量計本身反饋的是4~20ma的速度模擬信號，這個就直接采集，然后在OB35里邊用積分模塊進行流量累計。這個速度信號比較及時準(zhǔn)確，但中斷模塊調(diào)用積分，也會有誤差，不如脈沖計量準(zhǔn)。
 
 現(xiàn)在做皮帶秤時，一般都混合采用，直接采模擬速度，然后用脈沖累計流量。